GPRS無線業務研究及應用論文

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摘要隨著時代的發展和科技的進步，基于GSM系統的通用分組無線業務gprs在技術上變得越漸成熟，在性能上越顯優勢，現已在社會諸多領域內得到廣泛的普及和應用。文中將根據GPRS業務及網絡發展情況進行深入探討，具體介紹了基于GPRS無線網絡的設計實例，并對其應用前景進行了展望。

關鍵詞全球移動通信系統；通用分組無線業務；網絡；無線

引言

隨著GPRS無線技術的快速發展，人們不斷追求更快、更優的數據業務服務以及更方便、準確率更高的數據業務。全球各大運營商3G網絡建設經驗表明，在3G網絡建設期，3G網絡疊加于GSM/GPRS網絡之上，即只在城市市區等重點區域建設3G網絡，在3G網絡覆蓋不到的地方采用GSM/GPRS網絡承載。這樣GSM/GPRS網絡將與3G網絡長期共存下去，大大延長了GPRS無線網絡的生命周期。

1.GPRS概述

1.1什么是GPRS

GPRS是通用分組無線業務(GeneralPacketRadioService)的簡稱，是介于第二代和第三代移動通信技術的一種過度通信技術，通常稱為2.5G。GPRS是在現有的GSM(GlobalSystemforMobileCommunications全球移動通信系統)網絡基礎上增加一些硬件設備和軟件升級，利用分組交換的概念所發展出的一套無線傳輸方式。所謂分組交換就是將數據分成若干個組，然后再一個一個傳送出去，形式上跟寄包裹類似。GPRS在無線資源分配上采用了動態信道分配方式,在數據通信時占用物理信道資源,提高了頻率資源利用率。GPRS對于Internet的其他組成部分來說，只是一個普通的子網，可以接入基于TCP／IP的外部網絡和X．25網絡，無線接口資源可根據業務流量和運營者的選擇在語音和數據業務之間共享，從協議結構上提供了和IP網絡的互通功能，且能向用戶提供Internet所能提供的一切功能，以其獨有的特點得到了廣泛的推廣和應用。

1.2GPRS網絡結構

GPRS是基于現有的GSM網絡實現的，需要在現有的GSM網絡中增加一些節點，如GGSN、SGSN。由一個發送實體（終端設備或移動用戶）與一個或多個接收實體之間進行數據傳送的。目前，GPRS的無線數據通信組網方式根據不同的需要可以有多種方式，但以下兩點尤為重要：

a)每一次掉線后重新撥號后獲取的IP基本都與前一次的不同，并且獲取的IP是移動的內部動態IP。

b)網絡上任何兩個網絡終端之間要進行點對點通信，一方必須有固定IP或域名，也就是具備外網（Internet）固定IP或域名，等待另一方發起連接，并且這個固定IP或域名可以被另一方所訪問。或具備與發起連接的一方位于同一個局域網的固定IP或域名。

這個通信過程非常類似銷售公司的業務員與其公司的郵件通信，公司無法預先知道業務員會跑到什么地方，但公司地址固定（固定IP），業務員到一個地方安頓下來以后（獲取動態IP），必須首先寫信給公司（發起連接），公司收到郵件后（網絡連接成功），公司和業務員之間就可以交互通郵（數據交換）。

1.3GPRS無線網絡的優勢

GPRS提供了一種高效、低成本的無線分組數據業務，和現有的通信網絡相比，其優點在于：

（1）傳輸速率高，最高理論帶寬可達到170kb／s；

（2）GPRS一個最吸引人的特點就是"永遠在線"，信道由多個用戶共享，不會被獨占，可以保證用戶數據的實時傳輸，即用戶隨時與網絡保持聯系。

（3）GPRS采用的是分組交換技術，不需要像Modem那樣撥號連接，用戶只有在有資料需要傳送時才會占用資源。而且以傳輸的資料量計費，而不是以傳送的時間計費，所以就算遇上網絡塞車，也不會白白花錢，而且象Internet這類的數據傳輸大多數的時間資源是閑置的，這樣對消費者來說更為合算。

（4）GPRS網絡采用無線傳播媒介，擺脫了線纜的約束，在一定范圍內可以任意變換位置，不受活動區域的限制。通過GPRS移動通信網絡可以很方便的實現遠程移動監控。

1.4GPRS提供的業務

GPRS是在現有GSM網絡上開通的一種新型的分組數據傳輸業務，在有GPRS承載業務支持的標準化網絡協議的基礎上，GPRS可以提供以下一系列交互式業務：

（1）點對點無連接型網絡業務(PTP-CLNS)。該業務中的各個數據分組彼此互相獨立，用戶之間的信息傳輸不需要端到端的呼叫建立程序，分組的傳送沒有邏輯連接，分組的交付沒有確認保護，是由IP協議支持的業務。

（2）點對點面向連接的數據業務(PTP-CONS)。該業務是為兩個用戶或者多個用戶之間發送多分組的業務，該業務要求有建立連接、數據傳送以及連接釋放等工作程序。

（3）點對多點業務(PTM)。該業務可以根據某個業務請求者的要求，把單一信息傳送給多個用戶。該業務又可以分為點對多點多信道廣播業務、點對多點群呼業務和IP多點傳播業務。

（4）還能支持用戶終端業務、補充業務、GSM短消息業務和各種GPRS電信業務。

總之，GPRS可提供Internet、多媒體、電子商務,無線監控等業務，可應用于運輸業、金融、證券、商業和公共安全業，支持股市動態、天氣預報、交通信息等實時業務。另外，還能提供種類繁多、功能強大的以GPRS承載業務為基礎的網絡應用業務和基于WAP的各種應用。

2GPRS的工作原理

GPRS無線數據通信采用的是分組交換技術，實現報文數據發送和接收，是在原有基于電路交換方式的GSM網絡上引入一些新的網絡節點，如GGSN(GatewayGPRSSupportingNode,GPRS網關支持節點)和SGSN（ServingGSN，GPRS服務支持節點）。GGSN主要是起網關作用，它可以和多種不同的數據網絡連接，如ISDN、PSPDN和LAN等。國外有些資料甚至將GGSN稱為GPRS路由器。GGSN可以把GPRS分組數據包進行協議轉換，從而可以把這些分組數據包傳送到遠端的TCP／IP或X.25網絡。SGSN的主要作用是記錄移動終端的當前位置信息，并且在移動終端和GGSN之間完成移動分組數據的發送和接收。

是在原有基于電路交換方式的GSM網絡上引入一些新的網絡節點，如GGSN(GatewayGPRSSupportingNode,GPRS網關支持節點)。

GPRS終端通過接口從客戶系統取得數據，處理后的GPRS分組數據發送到GSM基站。然后經SGSN封裝后，通過GPRS骨干網與網關支持接點GGSN進行通信。GGSN對分組數據進行相應的處理，再發送到目的網絡（如Internet）。若分組數據是發送到GPRS終端，則是數據經由GPRS骨干網發送到SGSN，在經GSM網發送到GPRS終端，如（圖1）。

GPRS無線網絡數據通信終端（以下簡稱終端）工作時將要發送的報文分成若干個報文分組，每個報文都包含目的地，每個報文分組通過網絡獨立傳輸，達到目的地后，再重新組合以恢復完整的報文。形式上有點類似郵局寄包裹，其作用在于只有當有資料需要傳送時才會占用頻寬，而且可以以傳輸的資料多少計價。相比較電路交換方式，分組交換無需長時間獨占線路，每個用戶可同時占用多個無線信道，同一無線信道又可以由多個用戶共享，資源可被有效的利用，實時性也得到一定保證，因此特別適用于間斷的、突發性的和頻繁的、點多分散、中小流量的數據傳輸。

終端上網過程和電話線撥號上網方式類似，只不過電話線撥號上網時調制解調器和電信的網絡接入服務器直接采用的是有線電路交換方式，而終端和移動運營商的網絡接入服務器之間采用的是無線分組交換方式。撥號成功后，接下來都是經過PPP協商，并獲得分配的動態IP（網絡地址），所不同的是終端獲取的移動內部網絡的IP,而不是公網（互聯網）的IP。終端獲取IP后，就可以向移動網絡或互聯網上任何一臺計算機或設備發起TCP/IP連接，以TCP/IP協議為基礎進行數據通信。

3GPRS應用

GPRS技術是目前提供廣域無線網絡連接的主要方式之一，其應用涉及到眾多的行業領域，如電力抄表、森林防火、油田及礦山、管網監測、氣象采集、金融業務等等。基于GPRS的監控系統是當前利用公網傳輸數據的典型應用。監控系統實時采集的數據及時地傳輸給監控中心，實時動態地報告被監測點的情況，及時發現問題并進行處理。能夠保證視頻流的穩定持續傳輸，并且不受山川、河流、橋梁道路等復雜地形限制。

本文將以無線監控系統為例詳細闡述GPRS的應用。

監控系統由終端部分和監控中心兩部分組成，如（圖2）。

3.1終端部分

終端部分由數據采集模塊和GPRS模塊組成。由數據采集模塊采集數據，收集數據并進行處理，通過GPRS模塊把數據發送到遠程監控中心。

(1)前端數據采集模塊

可采用攝像頭、探針、傳感器、探頭等采集數據，采集到的模擬信號經過解碼器進行模數轉換使之輸出數字信號。

2)GPRS模塊

數據采集模塊收到數據信息后，要通過Internet把數據發送到監控中心。而系統中完成與Internet網絡通訊工作的就是GPRS模塊。3.2監控中心

（1）系統組成：PC機、Windows2000/WindowsXP等操作系統、256以上內存，Pentium(R)4CPU1.7MHZ以上

（2）監控中心工作流程圖（如圖4）

3.3監控系統的設計

前端由攝像頭采集數據，經視頻解碼器把模擬信號轉變為數字信號，通過GPRS模塊把數據傳輸到Internet，最后把數據發送到監控系統。硬件組成如下：

（1）前端可由攝像頭采集數據

（2）視頻解碼器建議采用飛利浦公司生產的SAA7113芯片。SAA7113的主要作用是把輸入的模擬視頻信號解碼成標準的“VPO”數字信號，相當于一種“A/D”器件。SAA7113兼容PAL、NTSC、SECAM多種制式，它可以輸入4路模擬視頻信號，通過內部寄存器的不同配置可以對4路輸入進行轉換，輸出8位“VPO”總線，為標準的ITU656、YUV4：2：2格式。芯片內部具有鎖相環（LLC），有上電自動復位功能，另有外部復位管腳（CE），低電平復位，復位以后輸出總線變為三態，待復位信號變高后自動恢復，時鐘丟失、電源電壓降低都會引起芯片的自動復位。7113為QFP44封裝。

（3）GPRS模塊建議采用索愛公司開發的GR-64無線通信模塊，它是一款嵌入式GSM/GPRS模塊，其特性如下：

a)支持4種頻率，GPRSClass10

b)多種接口（包括USB、普通I/O口、A/D轉換、串口）

c)MMCX射頻連接器/焊盤（提供天線接口焊盤）

d)可選擇內部集成SIM卡座，支持雙SIM卡

e)支持常規7位尋址和擴展10位尋址

f)TCP/UDP/IP協議，通過AT指令或者嵌入式腳本操作

g)腳本容量擴展到2x128KB

（4）具有相關操作系統及軟件的PC機

4GPRS網絡與WAP網絡的區別以及存在的問題

4.1區別

WAP是一種無線應用協議，是一個全球性的開放協議,是無線Internet的標準，由多家大廠商合作開發，它定義了一個分層的、可擴展的體系結構，為無線Internet提供了全面的解決方案。GPRS通用分組無線業務是在現有GSM網絡上開通的一種新型的分組數據傳輸技術。有些人認為GPRS是WAP的替代，好像有了GPRS，WAP就會消失。其實，GPRS和WAP屬于兩種不同的范疇，WAP是移動互聯網內容和服務的一種協議，而GPRS是無線數據的一種傳輸方式。我們可以把GPRS想像成一條高速公路，WAP則是公路上行駛的車輛，通過這條公路，我們可以快速便捷的享受各種內容和服務。GPRS的開通，對WAP的發展是一種促進。使用GPRS終端，可以快捷、方便的享受到各種WAP服務。可見，WAP是高層應用，而GPRS是底層傳輸。

4.2GPRS網絡存在的問題

（1）實際速率比理論值低。GPRS數據傳輸速率要達到理論上的最大值172.2kbps，條件是只有一個用戶占用所有的時隙，并且沒有任何防錯保護。運營商將所有時隙都給一個用戶使用顯然是不太可能的。所以，理論上的GPRS最大速率將會受到網絡和終端現實條件的制約。

（2）終端不支持無線終止功能。啟用GPRS服務時，用戶將根據服務內容的流量支付費用，GPRS終端會裝載WAP瀏覽器。但是，未經授權的內容也會發送給終端用戶，更糟糕的是用戶要為這些垃圾內容付費。

（3）存在轉接時延。GPRS在發送數據時可能發生一個或幾個分組丟失或出錯的情況，因此引入了數據完整性和重發策略，不過也由此產生了潛在的轉接時延問題。

（4）因為系統建設運行需要借助GSM網絡，這就造成了我們的數據通信受到電信部門的制約，雖說目前GSM網絡發展的比較成熟，但有時也存在網絡繁忙堵塞或意想不到的事情發生，這會對系統數據造成中斷，影響系統的數據分析處理。

5結束語

隨著科學技術的迅速發展,無線通信技術的不斷提高，人們追求更快、更優的數據業務服務以及更方便、準確率更高的數據業務，這就大大延長了GPRS無線網絡的生命周期。基于GPRS平臺的應用現已在國際國內多個領域出現，且呈現出良好的發展態勢。有線通信網絡成本高、施工布線不方便、線路可能會受到外界因素影響或被破壞，如高速公路、山川、河流、礦山、油田、森林等惡劣環境下，用有線來做通信媒介構建網絡,無論從技術上或經濟上來講,都不太合適,這就推動了無線通信技術的應用和發展。基于GPRS無線監控系統監控的范圍不僅廣而且費用低廉，實時采集的圖像及時地傳輸給監控中心，實時動態地報告被監控點的情況，及時發現問題并進行處理。基于GPRS的無線監控系統是當前利用無線方式進行監控的熱點，有著廣泛的應用前景，值得作深入研究。

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