gprs工作原理以及其通信协议

-------GPRS的工作原理简介 GPRS 工作时，是借助路由管理来进行鉴权和完善数据连接的，而GPRS 的路由管理表现在 以下3个方面：移动终端发送数据的路由建立；移动终端接收数据的路由建立；以及联通终 端进入漫游时数据路由的构建。 对于第一种情况，当移动终端产生了一个PDU（分组数据单元），这个PDU经过SNDC 层处理，称为SNDC 数据单元。然后经过LLC 层处理为LLC 帧，通过空中接口（空中接口 （Air Interface）是指用户终端（UT）和无线接入网路（RAN）之间的接口）送到GSM网 络中联通终端所处的SGSN。SGSN 把数据送到GGSN。GGSN 把收到的消息进行解装处理， 转换为能在公用数据网中传送的格式（如PSPDN 的PDU），最终送给公用数据网的客户。 为了提升存储强度，并确保数据存储的安全，可以对空中接口上的数据做压缩跟加密处理。 在第二种情况中，一个公用数据网用户传送数据至移动终端时，首先借助数据网的标准 协议制定数据网和GGSN 之间的路由。数据网用户发出的数据单元（如PSPDN 中的PDU）， 通过创建好的路由把数据单元PDU送给GGSN。而GGSN 再把PDU送给移动终端所在的 SGSN 上，GSN 把PDU封装成SNDC 数据单元，再经过LLC 层处理为LLC 帧单元，最终 通过空中接口送给移动终端。

第三种情况是一个数据网用户传送数据给一个正在漫游的移动用户。这种状况下的数据 传送需要要经过归属地的GGSN，然后送到移动用户A。 ------GPRS 的中文名称是：“General Packet Radio Service”（译作“通用无线分组服务”），它 是借助“包交换”（Packet－Switched）的概念演进出来的一套无线存储方法。所谓“包交换 就是将Data 封装成许多独立的封包，再将这种封包一一传送回来，形式上有点类似邮局中 的寄包裹。其作用在于唯有当有资料必须传送时就会占用频宽，而且可以以存储的资料量计 价，这对广大客户来说是较合理的计费模式，因为像Internet 这类的数据存储大多数的时间 频宽是闲置的。 GPRS 网络是基于现有的GSM网络来推动的。在现有的GSM网络中需降低一些节点， 如GGSN（Gateway GPRS Supporting Node，GPRS 网关支持节点）和SGSN（ Serving GSN， GPRS 服务支持节点），GSN是GPRS 网络中更重要的网络节点。GSN 具有移动路由管理功 能，它可以连接各种类型的数据网络，并可以连至 GPRS 寄存器。

GSN 可以完成移动终端 （即电脑）和各类数据网路之间的数据传送和格式转换。GSN 可以是一种类似于路由器的 独立设施，也可以与GSM中的MSC（Mobile Switching Center，移动交换中心，将本网跟 其它网路连结起来）集成在一起。GSN 有两种类别：一种为 SGSN（ Serving GSN，服务 GSN），另一种为GGSN（Gateway GSN，网关GSN），SGSN 的主要作用是记录移动终端的 当前位置信息，并且在移动终端和 GGSN 之间完成移动分组数据的发送和接收。GGSN 要是起网关作用，它可以跟多种不同的数据网络联接，如ISDN（综合业务数字网）、PSPDN(分组交换公用数据网)和LAN（局域网）等。国广、数据存储速度快、通信品质高、永远和按流量收费 等特点，而且其原本就是一个分组型数据网，支持TCP/IP 协议，可以直接与Internet 互通。

因此，GPRS 在无线上网、环境监测便携型、交通监控、移动办公等产业中带有无可比拟的 性价比优势。 -------GPRS 的主要特征 相对以前 GSM 的电路交换数据传送模式，GPRS 采用分组交换技术。由于使用“分组” 技术，用户上网可以免受掉线的麻烦。此外，使用GPRS 上网的方式与 WAP 不同， 用WAP 上网就如在家中上网，先“拨号连接”，而上网后便不能同时使用该电话线，但GPRS 则较优 越，下载资料跟通话可以同时进行。 从技术上来说，声音的传送（即通话）继续使用 GSM，而数据的传送则使用 GPRS， 就把移动电话的应用增强到一个更高层次，而且不需重新组网，十分经济。 GPRS 的种类 十分广泛，包括借助手机发送及接收电子邮件、在Internet 上浏览等。使用GPRS，数据能 实现分组发送和接受，这意味着用户总是且按流量收费，降低了用。 GPRS 的最大优势在于数据传输速率不是WAP 所能比拟的。目前的GSM移动通信网的 传输速率为每秒9.6K字节，GPRS 手机在每年初启用时未超过 56Kbps 的传输速率，到目前 更是超过了115Kbps（此速度是常见56k modem 理想速度的两倍）。

除了速度上的优势，GPRS 还有“永远”的特征，即客户随时与网络保持联系。举个实例，用户访问Internet 击一个超级链接，手机就在无线信道上发送和接受数据，主页下载到本地后，没有数据传送，手机就处于一种“准休眠”状态，手机传递所用的无线频道给其他用户使用，这时网络与用户 之间还维持一种逻辑上的联结，当用户重新点击，手机随即向网路请求无线频道用来传送数 据，而不象普通拨号上网那样断线后还得再次拨号才能上网。 -------GPRS 的协议模型 Um 接口是GSM的空中接口。Um 接口上的通信协议有5层，自下而上依次为物理层、 MAC（Media Access Control)层、LLG（Logical Link Control）层、SNDC 层跟网络层。Um 接口的物理层为射频接口部分，而物理链路层则负责提供空中接口的各类逻辑信道。GSM 空中接口的载频带宽为 200KHZ，一个载频分为8个物理信道。如果8个物理信道都分配为 传送GPRS 数据，则原始数据速度可达200Kbps。考虑前向纠错码的花费gprs模块工作原理，则最后的数据速 率可达164kbps 左右；MAC 为媒质访问控制层。MAC 的主要作用是定义跟分配空中接口的 GPRS 逻辑信道，使得这种信道能被不同的联通终端共享；LLG 层为逻辑链路控制层。

它是 一种基于高速数据链路规程 HDLG 的无线链路协议；SNDC 被称为子网依赖结合层。它的 主要作用是完成传送数据的分组、打包，确定 TCP／IP 地址和加密方法；网络层的协议目 前主要是Phasel 阶段提供的 TCP／IP 和L25协议。TCP／IP 和X.25协议对于传统的GSM 网络设备（如：BSS、NSS 等设施）是透明的。 --------GPRS 的应用范围 GPRS 是在现有GSM网络上开通的一种新型的分组数据存储业务，在有GPRS 承载业 务支持的标准化网络协议的基础上，GPRS 可以提供系列交互式业务服务： 1、点对点面向连接的数据业务。为两个用户以及多个用户之间发送多分组的业务，该业务 要求有设立连接、数据传送并且连接传递等工作程序。 2、单点对多点业务。根据某个业务请求者的规定，把单一信息传送给多个客户。该业务又 可以分为点对多点多信道广播业务、点对多点群呼业务和IP 多点传播业务。 3、点对点无连接型网络业务。各个数据分组彼此相互独立，用户之间的信息存储不需要端 到端的呼叫建立程序，分组的传送没有逻辑联结，分组的交付没有确认保护，是由 IP 协议 支持的业务。

GPRS 除了提供点对点、点对多点的数据业务外，还能支持客户终端业务、补充业务、 GSM短消息业务和诸多GPRS 电信业务。 -------GPRS 通信平台软件设计 系统工具运用 语言编写，在MPLAB 环境下编译。由于本平台是远程管理终端的一 个组件，因此在程序的编写中应遵循一定的协议，这样就能确保正确通信。程序的主体是如 何控制GR47的AT 命令对GR47进行初始设定跟对信息数据的处理。程序总体上可以分为以 下几个块：CPRS 连接的初始设定、短消息的判定处理、无数据存储时的心跳处理、数据判 断转发等。主程序是把这种程序块有机结合到一起，相互控制，无限循环。 -------连接的构建 GPRS 模块连接到Internet 和GPRS 网络的推动过程如下： a)单片机软件控制GR47模块开机，等待此组件正常开启。 b)通过单片机和GR47模块连接的串口，向GR47模块写入相应的AT 设置命令，进行初 始化，使模块成功粘附在GPRS 网络上，获得网络运行商分配的动态IP 地址gprs模块工作原理，与目的终端 建立联结。 -------数据的处理 数据包在数据中心服务器和GPRS 服务器中的存储是基于IP 数据包的，但明文传送IP 包不可取，因此大多选用PPP(点对点协议)进行存储，实现借助 GPRS 模块的数据和Internet 网络的透明传输。

GR47内部集成了TCP/IP 协议栈，所以客户对IP 协议相关的程序就不必 编写，可以直接通过 GR47传递数据。 a)模块与Internet 上PC 机的数据存储：要求PC 机具备公网的IP 地址和开放的端口以 及监控传输链路的运行硬件。这样，模块与Intemet 传输数据时，报文就会显示。在组件成 功联入网络后，单片机只要已经发送的数据通过串口发给GR47，GR47就会把数据转发给相 应的IP 地址的PC b)短消息数据的处理：GR47具有GSM的功能，可以与电脑发送和接收短消息。短消息采用PDU格式，在程序中必须判定短消息的到来和抓取短信内容，并按照内容执行相应的 功能，最后把结果构造成PDU格式返回给相应的发送者。 c)GPRS 通信心跳信息：网络联结建立后，在设置周期内无数据通信时，GPRS 模块向 数据服务中心发送心跳信息，数据服务中心收到心跳信息后，回应应答信号。 d)重要数据的存储：程序中把一些重要的常见和易变的数据如计算机服务器的IP 地址、 端口号、终端地址、SIM 卡号等存入单片机的 EEPROM 中。需要时从 EEPROM 中读出或 向EEPROM重新写入数据进行修改。

--------主程序步骤 主程序由组件数组组成，模块函数由基本变量嵌套组成。主程序步骤大致如下：首先进 行单片机设置函数的初始化，一般均为0；进行单片机相应配置单元的初始化，比如设定端 口方向、没置中断优先级、定时器初始化等；然后由单片机控制GR47的电源，以决定能否 开机；待开机成功后，查询网络是否注册成功；成功后就能完善模块与PC 机服务器的连接， 并进行数据存储和短消息处理；根据需要发送一定格式的心跳信息。见图2。 -------结束语 本文给出了一种基于单片机和GPRS 模块的嵌入式无线数据传输终端的推动方案。以单 片机应用平台为中心的大型GPRS 通信平台成本低、设计周期短、便携性好，尤其适用于远 程控制跟数据传输。

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