基于GPRS网络的数据无线传输实现接口

【本文由PB创新网为您整理】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

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