基于GPRS網絡的數據無線傳輸實現接口
摘 要：介紹了GPRS無線數據通信的工作原理及應用GPRS技術進行無線通信的設計方案、軟硬件的實現。嵌入式GPRS無線通信技術為數據傳輸業務提供了極大的便利，縮短了應用系統的開發周期，減小了開發難度和風險，具有很高的市場應用前景。
關鍵詞：GPRS CMS91-900/1800 P89C669 AT命令集 TCP/IP 嵌入式
目前的無線網絡有GSM、GPRS、CDMA2000三種，GSM屬于2G網絡，會被后兩者迅速替代，所以不考慮接入到GSM網。 GPRS、CDMA2000采用的是2.5G網絡技術，是未來一段時間內中國國內將會普遍用到的。雖然說CDMA2000采用的是碼分多址技術，在理論上比GPRS更為先進，但是在實際情況下由于網絡條件等一些外來因素的影響，在國內表現并不如GPRS理想。所以還是考慮接入到GPRS網絡。
GPRS無線數據傳輸系統應用范圍相當廣泛，幾乎所有中低速率的數據傳輸業務都可以應用，如城市配電網絡自動化、自來水、煤氣管道自動化、商業POS機、INTERNET接入、個人信息、股票信息、金融、交通、公安等。除了支持傳統的互聯網應用，GPRS也可使無線終端支持B2B、B2C 的電子商務和電子支付、股票交易、銀行轉帳等應用。GPRS同樣可以應用于公司內部網（INTRANET），基于IP的遠程LAN 接入，使無線終端成為LAN的延伸。但是，普通的GPRS模塊在使用時有些局限性，它沒有內嵌TCP/IP協議棧，需要用戶提供TCP/IP 的支持；就是說，需要在使用GPRS 模塊的上位機單片機系統中嵌入TCP/IP，這是一個復雜而繁瑣的工作，有時甚至超過了應用本身的工作量。基于提供一種簡便實用的GPRS 通訊解決方案的需求，作者開發了嵌入式GPRS移動無線通信模塊，它內嵌了TCP/IP協議棧，簡化了接口設計，實現了數據在用戶終端和服務器之間的透明傳輸，使用戶可以方便地應用GPRS 技術實現遠程的無線數據傳輸。
一、GPRS無線通信技術
1．GPRS網絡的構成
GPRS(General Packet Radio Service)是通用分組無線業務的簡稱。GPRS是GSM Phase2.1 規范實現的內容之一，能提供比現有 GSM 網 9.6kbit/s 更高的數據率。GPRS 采用與 GSM 相同的頻段、頻帶寬度、突發結構、無線調制標準、跳頻規則以及相同的 TDMA 幀結構。因此，在 GSM 系統的基礎上構建 GPRS 系統時，GSM 系統中的絕大部分部件都不需要作硬件改動，只需作軟件升級。
構成 GPRS 系統的方法是：
（1）在 GSM 系統中引入 3 個主要組件
①GPRS 服務支持結點(SGSN, Serving GPRS Supporting Node)
②GPRS 網關支持結點(GGSN, Gateway GPRS Support Node)
③分組控制單元(PCU)
（2）對 GSM 的相關部件進行軟件升級。 GPRS 系統原理如圖1所示：
圖1 GPRS系統原理圖
2．GPRS通信過程
在GSM 基礎上增加網絡設備主要有：
PCU: 通過對基站子系統（BSS）進行軟件升級，一種被稱為分組控制單元（Package Control Unit，PCU）的新型GPRS實體將被用來處理數據業務量，并將數據業務量從GSM話音業務量中分離出來。PCU增加了分組功能，可控制無線鏈路，并允許用戶接入同一無線資源。
SGSN:GPRS業務支持節點（Serving GPRS Support Node，SGSN）為用戶和GGSN提供分組路由和隧道等功能。GPRS分組從基站直接發送到SGSN節點，而不是通過移動交換中心MSC連接到語音網絡上。
GGSN: 支持節點網關（Getway GPRS Support Node，GGSN是GPRS網絡連接其他網絡（如Internet）的關鍵設備； GGSN對接收自SGSN的分組數據進行相應的處理后，發送到目的網絡中,如Internet或X.25網絡；而來自Internet的標識有移動終端地址的IP包，由GGSN接收，再轉發到SGSN，繼而傳送到移動終端上。
二、GPRS通信的硬件實現
上節講述的只是簡單數據流向的過程，而在實際通信中，數據處理是非常復雜的。系統設計需要象傳統網絡那樣進行分層考慮。進入GPRSmodem的數據必須包含各層網絡協議，系統對數據的加工、協議的加載都應由數據端完成。
借鑒數據端為PC的網絡通信OSI的七層標準，針對本系統數據端ARM控制的實際情況，系統完成的只需是一下四層網絡協議：物理層、數據鏈路層、網絡層和傳輸層。
為了避開與本系統無關的GPRS內部復雜的協議轉換和數據操作流程，本文把GPRS服務節點和網關節點等GPRS內部節點簡化抽象為GPRS網絡，把GPRS內部協議及INTERNET網關協議簡化抽象為GPRS網關協議。
整個系統的硬件框架如圖2所示。
圖2 硬件框架圖
1．電源部分
電源部分是關系到CMS91和ARM能否正常工作的關鍵，選擇芯片必須非常注意。
本系統分別用LT1086CM-3.3、LM7805、LM317T穩壓芯片給S3C44BOX芯片供電。通過一個線性電壓調整芯片SP1117-3.3給CMS91供電。
2．CMS91外圍模塊：將麥克風、耳機和揚聲器、SIM卡都接到相應的CMS91的引腳上去。
3．UART口：CMS91模塊和S3C44BOX的通信是通過UART1，PC和S3C44BOX的通信是通過UART0，中間的電平轉換芯片為MAX232。
4.天線選擇：強烈建議選用CELLON公司推薦的天線型號，一般天線是免費贈送的。
在該系統中，數據采集端的數據來自用戶的設備需要通過GPRS傳輸的數據，
三、GPRS通信的軟件實現
由于開發板與GPRS終端使用串口進行數據的交換和實現控制功能，所以該應用程序要實現短信的發送、接收、讀取、刪除等短信相關的管理功能，以及和語音服務有關的撥號、接聽等功能都需要通過串口來實現，因此，應用程序最重要的就是處理好兩個串口的數據的發送和接收。
開機上電后，程序在主函數中運行，ARM和CMS91模塊分別進行初始化，ARM的初始化包括設置串口工作方式、波特率、并初始化變量參數和標志位。CMS91模塊初始化包括重新啟動、關閉回顯、選擇短信格式為PDU格式、開發串口中斷準備接收數據。
四、應用前景
嵌入式GPRS無線通信模塊借助于移動通信運營商的無線通信網絡，組成虛擬的專用數據網絡來傳輸數據，具有網絡覆蓋范圍廣、傳輸可靠、擴容性好、組網靈活、建設周期快、運營成本低等優點。系統的建設成本也極為低廉，中心站只添置一臺服務器和數據通信線路，終端添置一個嵌入式無線通訊模塊就能組建完整的數據采集和控制系統，另外，嵌入式GPRS無線通信模塊采用透明的數據傳輸與協議轉換，很適合用戶進行二次開發應用到不同的系統中。
參考文獻
[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用戶手冊