基于GPRS网络的数据无线传输实现接口

摘 要：介绍了GPRS无线数据通信的工作原理及应用GPRS技术进行无线通信的设计方案、软硬件的实现。嵌入式GPRS无线通信技术为数据传输业务提供了极大的便利，缩短了应用系统的开发周期，减小了开发难度和风险，具有很高的市场应用前景。
关键词：GPRS CMS91-900/1800 P89C669 AT命令集 TCP/IP 嵌入式
　　目前的无线网络有GSM、GPRS、CDMA2000三种，GSM属于2G网络，会被后两者迅速替代，所以不考虑接入到GSM网。 GPRS、CDMA2000采用的是2.5G网络技术，是未来一段时间内中国国内将会普遍用到的。虽然说CDMA2000采用的是码分多址技术，在理论上比GPRS更为先进，但是在实际情况下由于网络条件等一些外来因素的影响，在国内表现并不如GPRS理想。所以还是考虑接入到GPRS网络。
GPRS无线数据传输系统应用范围相当广泛，几乎所有中低速率的数据传输业务都可以应用，如城市配电网络自动化、自来水、煤气管道自动化、商业POS机、INTERNET接入、个人信息、股票信息、金融、交通、公安等。除了支持传统的互联网应用，GPRS也可使无线终端支持B2B、B2C 的电子商务和电子支付、股票交易、银行转帐等应用。GPRS同样可以应用于公司内部网（INTRANET），基于IP的远程LAN 接入，使无线终端成为LAN的延伸。但是，普通的GPRS模块在使用时有些局限性，它没有内嵌TCP/IP协议栈，需要用户提供TCP/IP 的支持；就是说，需要在使用GPRS 模块的上位机单片机系统中嵌入TCP/IP，这是一个复杂而繁琐的工作，有时甚至超过了应用本身的工作量。基于提供一种简便实用的GPRS 通讯解决方案的需求，作者开发了嵌入式GPRS移动无线通信模块，它内嵌了TCP/IP协议栈，简化了接口设计，实现了数据在用户终端和服务器之间的透明传输，使用户可以方便地应用GPRS 技术实现远程的无线数据传输。
一、GPRS无线通信技术
1．GPRS网络的构成
GPRS(General Packet Radio Service)是通用分组无线业务的简称。GPRS是GSM Phase2.1 规范实现的内容之一，能提供比现有 GSM 网 9.6kbit/s 更高的数据率。GPRS 采用与 GSM 相同的频段、频带宽度、突发结构、无线调制标准、跳频规则以及相同的 TDMA 帧结构。因此，在 GSM 系统的基础上构建 GPRS 系统时，GSM 系统中的绝大部分部件都不需要作硬件改动，只需作软件升级。
构成 GPRS 系统的方法是：
（1）在 GSM 系统中引入 3 个主要组件
①GPRS 服务支持结点(SGSN, Serving GPRS Supporting Node)
②GPRS 网关支持结点(GGSN, Gateway GPRS Support Node)
③分组控制单元(PCU)
（2）对 GSM 的相关部件进行软件升级。 GPRS 系统原理如图1所示：
图1 GPRS系统原理图
2．GPRS通信过程
在GSM 基础上增加网络设备主要有：
PCU: 通过对基站子系统（BSS）进行软件升级，一种被称为分组控制单元（Package Control Unit，PCU）的新型GPRS实体将被用来处理数据业务量，并将数据业务量从GSM话音业务量中分离出来。PCU增加了分组功能，可控制无线链路，并允许用户接入同一无线资源。
SGSN:GPRS业务支持节点（Serving GPRS Support Node，SGSN）为用户和GGSN提供分组路由和隧道等功能。GPRS分组从基站直接发送到SGSN节点，而不是通过移动交换中心MSC连接到语音网络上。
GGSN: 支持节点网关（Getway GPRS Support Node，GGSN是GPRS网络连接其他网络（如Internet）的关键设备； GGSN对接收自SGSN的分组数据进行相应的处理后，发送到目的网络中,如Internet或X.25网络；而来自Internet的标识有移动终端地址的IP包，由GGSN接收，再转发到SGSN，继而传送到移动终端上。

二、GPRS通信的硬件实现
上节讲述的只是简单数据流向的过程，而在实际通信中，数据处理是非常复杂的。系统设计需要象传统网络那样进行分层考虑。进入GPRSmodem的数据必须包含各层网络协议，系统对数据的加工、协议的加载都应由数据端完成。
借鉴数据端为PC的网络通信OSI的七层标准，针对本系统数据端ARM控制的实际情况，系统完成的只需是一下四层网络协议：物理层、数据链路层、网络层和传输层。
为了避开与本系统无关的GPRS内部复杂的协议转换和数据操作流程，本文把GPRS服务节点和网关节点等GPRS内部节点简化抽象为GPRS网络，把GPRS内部协议及INTERNET网关协议简化抽象为GPRS网关协议。
整个系统的硬件框架如图2所示。
图2 硬件框架图
1．电源部分
电源部分是关系到CMS91和ARM能否正常工作的关键，选择芯片必须非常注意。
本系统分别用LT1086CM-3.3、LM7805、LM317T稳压芯片给S3C44BOX芯片供电。通过一个线性电压调整芯片SP1117-3.3给CMS91供电。
2．CMS91外围模块：将麦克风、耳机和扬声器、SIM卡都接到相应的CMS91的引脚上去。
3．UART口：CMS91模块和S3C44BOX的通信是通过UART1，PC和S3C44BOX的通信是通过UART0，中间的电平转换芯片为MAX232。
4.天线选择：强烈建议选用CELLON公司推荐的天线型号，一般天线是免费赠送的。
在该系统中，数据采集端的数据来自用户的设备需要通过GPRS传输的数据，
三、GPRS通信的软件实现
由于开发板与GPRS终端使用串口进行数据的交换和实现控制功能，所以该应用程序要实现短信的发送、接收、读取、删除等短信相关的管理功能，以及和语音服务有关的拨号、接听等功能都需要通过串口来实现，因此，应用程序最重要的就是处理好两个串口的数据的发送和接收。
开机上电后，程序在主函数中运行，ARM和CMS91模块分别进行初始化，ARM的初始化包括设置串口工作方式、波特率、并初始化变量参数和标志位。CMS91模块初始化包括重新启动、关闭回显、选择短信格式为PDU格式、开发串口中断准备接收数据。
四、应用前景
嵌入式GPRS无线通信模块借助于移动通信运营商的无线通信网络，组成虚拟的专用数据网络来传输数据，具有网络覆盖范围广、传输可靠、扩容性好、组网灵活、建设周期快、运营成本低等优点。系统的建设成本也极为低廉，中心站只添置一台服务器和数据通信线路，终端添置一个嵌入式无线通讯模块就能组建完整的数据采集和控制系统，另外，嵌入式GPRS无线通信模块采用透明的数据传输与协议转换，很适合用户进行二次开发应用到不同的系统中。
参考文献
[1] CMS91-900/1800 GSM/GPRS Module Hardware Specification Version 2.08 April，2003 Reference CMS91-900/1800.ST.Spec mo
[2] CMS91-900/1800 GSM/GPRS Module At Commands Specification Version 2.18 April，2003 Reference CMS91-900/1800.ST.Spec_AT．
[3] s3c44box用户手册