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GPRS数据传输设计(四)网络通信协议1

上一篇 / 下一篇  2011-05-31 21:24:57 / 个人分类:通讯技术

第三章 GPRS数字传输模块设计基础

为了在数据采集与监控系统中使用GPRS进行数据传输,必须设计一个能够进行数据传输的通信模块,该模块应该能将数据可靠、透明的传送到网络中的服务器。本章主要讨论这样的一种GPRS数字传输模块设计的动机和基础知识。首先通过数据采集与监控系统的一般结构引出设计这样一个GPRS透明传输模块的必要性,其次讨论了模块的设计概要,并指出了设计中涉及到的主要问题,也就是PPP协议和TCP/IP协议在无操作系统的嵌入式系统中的实现问题,随后详细介绍了PPP协议和TCP/IP协议的规范以及在嵌入式系统中实现时的处理方法。

3.1使用GPRS的数据采集系统结构

在工业上,需要使用数据采集和监控的系统可以说是举不胜举,而且这些系统大都具有相似的结构,一般都是具有服务器和若干个数据终端,各数据终端通过网络将采集的数据传送到服务器。复杂的网络中可能包括中继装置和不同的总线结构。其中,数据终端与服务器间的连接方式就有很多种,目前比较多的有使用专线网络、公用电话网以及短信等方式,而本文中讨论的是使用GPRS进行数据传输的方式。图3-1为使用GPRS进行数据传输的一种简单的采集系统组网方案。

 

 

当数据采集终端通过GPRS数字传输模块将数据发送到GPRS网络中后,GPRS网络根据目标地址选择是通过GGSN将数据传送到互联网上还是在GPRS的内部网络上寻找目标地址,而采集系统中的服务器可以有两种处理方法,一是服务器直接接入互联网并拥有固定IP或域名;二是从GPRS网络中的GGSN节点上引出专线,使得服务器只在GPRS网络内部有效,此时所有的数据终端都必须使用GPRS方式进行数据传输。总之,在上图所示的系统中,GPRS传输模块是一个核心模块,该模块必须支持GPRS接入和TCP/IP协议栈。

3.2 GPRS数字传输模块设计概要

设计GPRS数字传输模块需要解决几个问题,首先必须有可以接入GPRS网络的底层通信设备,其次模块必须支持TCP/IP协议,以做到数据的透明传输。

1.支持GPRS的通信模块

接入移动通信网络的设备必须符合相关的通信标准,因此,必须选用符合标准的支持GPRS的移动设备(Mobile Equipment,ME)。ME中一般由负责底层通信的部分和终端适配器组成(Terminal Adaptor, TA),TA对外提供标准的外部接口,并使用标准AT命令集。AT命令集是计算机和调制解调器之间通信的标准语言,主要用来控制调制解调器的拨号、应答等功能。在ME模块中,一般也都采用AT命令作为ME与外部控制模块的通信接口。在支持GPRS的ME中也有相应的AT指令来设置GPRS功能。这样的模块又分为两种,一种是单纯的底层通信模块,只支持AT命令,需要外部控制器来完成接入互联网、封装和处理发送与接收的数据;另一种是增加了应用软件,支持TCP/IP协议栈的通信模块。相比来说,后一种使用起来比较方便,但是价格较高,而且使用中可能存在一些问题。因此,本文中使用的是没有TCP/IP协议栈的ME,在数字传输模块中实现TCP/IP协议。

2.实现透明传输

所谓透明传输是指对使用模块进行通信的用户来说,自己发送的数据就是对方接收到的数据,用户无需为发送数据做额外的工作。因此,对于一个GPRS数字传输模块来说,模块必须负责连接通信的终端(一般是互联网上的服务器),然后从自己的接口接收用户数据,并使用某个通信协议发送数据;在接收数据时,模块将接收到的数据还原成用户数据传送给用户。因此,模块需要解决两个主要问题:

  • 如何控制GPRS ME接入互联网

在第二章中讨论了GPRS的连接过程,对于标准的GPRS连接过程已经清楚。目前中国移动的GPRS接入采用拨号方式,其过程与传统固定电话拨号上网相似,拨号登陆互联网的过程中需要进行一系列的身份认证和网络协商过程,在用户和服务器之间要建立一条点对点的数据链路,在这个过程中,使用的数据链路层协议为点对点协议(PPP)。因此,必须在模块中实现PPP协议才能够使模块具有连接互联网的能力,在下一节中将详细讨论PPP协议的内容。

  • 使用哪种控制协议传输用户数据

登陆互联网后的下一个任务是如何发送用户数据。一般来说,通过GPRS传输数据时,数据分组必须以IP包的形式发送。而控制传输协议可以采用标准的TCP/UDP协议,当然也可以使用自定义协议。但是,如果采用自定义的协议传输数据,那么监控系统的服务器上的软件也必须支持这种自定义协议,这样就限制了模块的使用范围。因此,模块中的传输控制协议采用TCP或UDP协议。综上所述,图3-2是GPRS数据传输过程的分层结构图。从图中可以看出,透明传输模块必须支持PPP、IP和TCP/UDP协议。下文将分别讨论PPP和TCP/IP协议。

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