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支持TCP/IP协议的新一代GSM/GPRS模块及应用

导读: 基于GSM/GPRS的IP协议提供了与互联网“永远在线”的可能性,使之成为一种节约成本的选择。为了开发基于IP协议的应用,系统设计师需要同时通晓无线网络和TCP/IP协议。本文将详细介绍支持TCP/IP协议和嵌入式应用的索尼爱立信模块及其应用实例。

  基于GSM/GPRS的IP协议提供了与互联网“永远在线”的可能性,使之成为一种节约成本的选择。为了开发基于IP协议的应用,系统设计师需要同时通晓无线网络和TCP/IP协议。本文将详细介绍支持TCP/IP协议和嵌入式应用的索尼爱立信模块及其应用实例。

  各种各样的接入技术被用于无线网络。在FDMA技术中,每个用户被分配一个频率,而TDMA技术则通过时间分隔用户。在CDMA技术中,所有用户在同一时间使用同一频段发送信号,分隔用户通过各自被分配到的唯一代码来实现。在2G系统中,数据传输主要是通过电路交换,即一个被分配给用户的传输信道,当一个用户完成传输任务、让出信道后,该传输信道才被提供给其他用户使用。由于猝发性是数据业务的基本特征,当一个用户不再有数据传输时,宽带就处于荒废状态中。在分组交换系统中,所有用户分享同一个信道,用户则可以实现多路复用的功能。当一个用户没有需要传输的数据时,信道就会被其他用户所使用。信息包的传输方法可通过媒体存取控制(MAC)协议被编排。

  在互联网上的信息包传输全部基于IP协议。无线网络将与互联网整合,信息包通过无线媒介无缝地传输至基于IP协议的网络,在传输前,为了能直接到达指定目的地,数据包必须根据TCP/IP协议封装。在GPRS网络中也采取了IP协议进行传输。

  就服务的灵活性来说,几乎所有的GSM模块都可以连接到GPRS网络。通常情况下,根据TCP/IP协议栈的信息打包功能并不是模块特征的一部分。在通过模块发送数据前,TCP/IP协议栈必须事先被开发,然而,只有很少的模块具有内嵌式的TCP/IP协议栈,数据可以通过模块直接被发送。如此一来,应用开发周期被缩短,其执行能力也在很大程度上得到提高。

  本文将简要介绍TCP/IP协议及在GPRS网络中实现TCP/IP的必要条件,详细叙述支持TCP/IP协议和嵌入式应用的索尼爱立信模块及其应用实例。

  基于GPRS的TCP/IP协议

  TCP/IP是为协同操作计算机、分享网络资源的一套协议。该协议成员包括IP、TCP、UDP等。TCP确保数据的正确传送,如果对于一个信息包来说,数据量太大,TCP则可将其分成若干组。IP被用来为信息包到达另一端寻找通道,每一个与网络相连接的工作站都有一个唯一IP地址,该IP地址为一个32位数,它通常被写成四个十进制数字,每一个代表8位,例如,165.21.32.70是索尼爱立信网站服务器的一个IP地址。

  TCP/IP是一个无连接协议,信息以分组方式进行传输,信息包的最大容量在初始化过程中得以商定。如果信息超出其最大容量,则将被分成若干组分别传送。信息包未得以按顺序传送甚至丢失及再次转发的可能性是存在的,因此,TCP必须将序号、信息来源和目的地通道数,以及其他信息添加进数据包中,被称为TCP包头。接收器端将利用该信息来检测数据包是否被正确地接收,从而加以整理。要直接将信息包发送至正确的工作站,仅有TCP包头,是不充分的。一个IP报头必须被加在TCP包头之上,源地址和目的地址被包括在IP包头里。发送信息包至目的地,计算机将首先核对其自身的路由列表,如果目的地在自己的网络内,它将直接发送信息包。否则,它将发送信息包至网关,每一个网关都有一个路由列表,信息包将通过几个单独的路由节点到达目的地址。

  GPRS网提供网络功能将IP信息包从移动用户点传送至外部网络。GPRS可以为IP地址提供多重选择,包括公共地址、专用地址以及客户代理地址。指定IP地址选择权的GPRS机制被称为接入点域名(APN)。

  图1显示了基于GSM/GPRS的TCP/IP系统结构。因为IP地址的整体供应受到限制,一个GPRS网络提供商通常使用专用的、可动态分配地址,然而,公共网址选择可由专门的客户提供,专用网址则无法越过公共网进行操作。为连接公共网络,专用网址被转换成公共网址。该转换通过一个节点发生,该节点是专用的网络地址转换(NAT)。多重专用地址可被映射成一个公共地址,对于基于IP协议的应用,和有线网络一样,在无线网络中它们以相同的方式工作。当GPRS对话启动时,大多数服务提供商也将监控数据的传输流量,如果在特定的一段时间内没有数据传输,其连接将被断开。

  因为TCP/IP信息包是通过GSM网传输的,所以,必须考虑TCP/IP协议栈的一些参数配置。基于GPRS的TCP应当支持适当的窗口尺寸以利于优化端对端连接的带宽延迟,默认接收和发送缓冲器比例应当增加到容纳足够大的窗口,被衔接层支持的IP数据包的最大值是最大传输单元(MTU)。在高误码率的链路上,较小的MTU尺寸增加了成功传输的机会,默认IP最大传输单元值为576字节。依据链路条件和ARQ的配置,它有可能增加MTU大小到一个较大的值,一个较大的MTU允许TCP更快地增加拥挤窗口。对于基于GPRS的TCP/IP协议的设计,设计师必须考虑到这些问题。

  索尼爱立信机对机通信模块

  很多GSM模块可以通过GSM/GPRS直接接入互联网,如果模块上没有TCP/IP协议栈,它则必须在其应用或外围的微处理器中体现。索尼爱立信GR47/48模块正是一种内置TCP/IP协议栈的模块之一。为开发基于GSM/GPRS网的TCP/IP应用,索尼爱立信提供了一套完整工具,其机对机通信商业解决方案(M2mpower Business Solution)是一个强有力的支持环境,专为促进提高成本效益比率的无线机对机应用的研发而设计。M2mpower使开发者通过运用特定的开发工具,能够更容易地将无线应用直接嵌入兼容的索尼爱立信机对机产品中。M2mpower与可编程无线器件GR47/48一同被引入,其脚本语言是建立在工业级ANSI C语言的基础之上,使开发者将现有的应用可以平滑地转换到M2mpower。

  图2显示了GR47实时操作系统的结构。新款可编程无线模块GR47/48提供了完整全面的功能。该模块包括一个内置TCP/TP协议栈,以便更有效地使用GPRS。它允许一个TCP/UDP传输机制以最小的前期配置和操作来被使用。其内嵌控制器方便集成客户的应用,减少外部控制器的需求,例如在报警、仪表抄送和自动售货等应用上。GR47和GR48分别支持双频GSM宽带900MHz/1800MHz和850MHz/1900MHz,它们都可通过SMS短消息服务、CSD、HSCSD或GPRS来发送或接收数据,并可处理语音及传真。其TCP/IP协议栈亦可通过AT命令或嵌入式应用进行访问。

  GR47/48模块具有很多强大的特征。其TCP/UDP会话可以通过一个命令启动;它还提供为统一资源定位器(URL)查询IP地址的功能;最有用的特点之一是IP服务器侦听功能,该功能允许通信模块启动与网络的对话,例如,一个被分配的IP地址无需连接任何部分,只要等待该单元接收一个基于IP的连接引入请求,即可实现。

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