基于gprs的远程温度监控系统的设计

基于gprs的远程温度监控系统的设计内容摘要：

为现有数据采集系统提供一种便捷的无线数据传输方式。 GPRS 远程监控系统是利用单片机组成的数据监控系统，通过 GPRS 网络以短消息的形式完成远程数据的传输，即在传统的单片机数据采集系统中增加支持短消息、数据通信等业务的 GPRS 模块，并为其分配一个独立的 SIM 卡，结合单片机系统通过串行通信接口，实现数据的远程无线传输。 监控终端可以是PC 机 ，也可以是移动电话或移动终端。 研究 的 内容 该项目的研发是多学科技术的综合应用，涉及的相关技术包括微电子技术、计算机接口技术、传感器技术、 GPRS 通信技术、程序设计等。 系统分为两部分：主站控制中心和远程数据检测控制终端。 采集控制模块完成对各个采集节点的数据采集与控制 ， GPRS 模块结合微处理芯片建立一个基于 GPRS 的远程监测平台，实现监测终端与数据采集终端的 GPRS 远程通信。 监测终端对温度信号进行监测，每路监测信号可实现单独监测报警。 这种设计方式可以实现一个控制中心监测多个终端的实现。 当需要添加控制点 时，只需在需要控制的现场安装好远程数据检测控制终端，同时在主站控制中心软件进行相应设置，即可对新加入的控制点进行监控。 该系统的设计要点是采用单片机技术进行数据采集和处理，对装置进行自动控制， 系统软件设计， 数据存储与显示，单片机与 GPRS 模块的通信与控制等设计内容。 基于 GPRS 系统的远程温度监控系统的设计 5 第二章 GPRS 网络介绍及数据传输方案选择 GPRS 概述及应用 GPRS 是通用分组无线业务 （ General Packet Radio Service） 的英文简称，是在现有 GSM 系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为 GSM 用户提供分组形式的数据业务。 GPRS 采用与 GSM 同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的 TDMA 帧结构。 这种新的分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似，因此现有的基站子系统 （ BSS）从一开始就可提供全面的 GPRS 覆盖。 GPRS 允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。 从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。 特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。 GPRS 理论带宽可达 ，实际应用带宽大约在 10~70Kb/s， 在此信道上提供 TCP/IP 连接，可以用于 Inter连接、数据传输等应用。 使用 GPRS 技术实现数据分组发送和接收，用户永远在线且按流量计费，迅速降低了服务成本。 GPRS 作为一种新型的电信技术和电信服务，区别与传统的移动通信，具有以下特点： 为 GSM 提供数据包传输模式的服务。 向用户提供更高的接入速率 115kbit/s 和更短的接入时间。 通过支持不同的 QoS 机制向用户提供不同种类的可选服务。 采用无线频谱资源的共享使用来提供资源的利用率。 底层基于 TCP/IP 协议，可与因特网进行无缝连接。 可提供按时间、流量、内容等更加灵活的计费方式。 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、 Inter 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 ； BZB、 BZC 的电子商务和电子支付、基于 GPRS 系统的远程温度监控系统的设计 6 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。 GPRS 网络结构 GPRS网络是在现有 GSM网络中对 BTS、 BSC、 HLR进行升级， 并增加 SGSN (GPRS 服务支持节点 )和 GGSN (GPRS 网关支持节点 )来实现的， 使得用户能够在端到端分组方式下发送和接收数据，其网络的逻辑结构如图 21 所示。 图 21 GPRS 网络的逻辑结构 移动终端 （ MS） ： 移动终端包括移动物理设备 （ 例手机的裸机 ） 和 SIM 卡两部分。 移动台的类型很多，除了车载台 、便携式移动台，还有人们熟悉的手机等。 SIM 卡其实是一张符合 ISO 标准的 IC 卡 ， 由 CPU 和存储器包括 （ RAM，Other PLMN Ummmmmmn Gsn Gdn Grn G Gbn Gin Gnn Gfn Gnn D C E SMS— GMSC SMS— IWMSC SM— SC HLR MSC/VLR SGSN GGSN BSS MT TE PDN TE SGSN GGSN EIR A R Gpn 信令接口 信令和数据传输接口 基于 GPRS 系统的远程温度监控系统的设计 7 ROM， EPROM 或 EEPROM） 以及串行通信单元组成。 基站子系统（ BSS）：基站子系统由基站收发信台（ BTS）和基站控制器 （ BSC）两部分组成。 基站子系统一方面通过 BTS 利用无线接口与移动台相连 ， 负责信息的无线发送 /接收和无线资源的管理；另一方面 ， 通过 BSC 和网络子系统中的移动业务交换中心（ MSC）相连 ， 现移动用户之间以及移动用户和固定电话网络用户之间的通信连接。 移动业务控制中心（ MSC）： MSC 是网络子系统的核心。 MSC 是交换机 ，具有号码存储、呼叫处理、路由选择、回波抵消和超负荷控制等功能。 MSC 可以从 HLR， VLR 和 AUC 获取处理用户位置登记和呼叫请求所需的全部数据。 反之 ， MSC 也根据其获取的最新信息请求更新数据库的部分功能。 GPRS 业务支持节点 (SGSN)：主要功能是对移动终端进行鉴权和移动性管理，建立移动终端到 GGSN 的传输通道，接收从 BSS 传送来的移动终端分组数据，通过 GPRS 骨干网传送给 GGSN 或者将分组发送到同一服务区内的移动终端。 SGSN 还可集成计费网关、边缘网关 （ 负责实现不同 GPRS 网络之间的互联 ）和防火墙的功能。 GPRS 网关支持节点 （ GGSN）： 是连接 GPRS 网络与外部数据网络的节点。 对于外部数据网络来说，它就是一个路由器，负责存储已经激活的 GPRS 用户的路由信息。 GGSN 接收移动终端发送来的数据，转发到相应的外部网路，或接收来自外部数据网络的数据，通过隧道技术，传送给相应的 SGSN。 另外 GGSN还可以具有地址分配、计费、防火墙功能。 SGSN 和 GGSN 间的通信，以及其它网络实体间的通信，是通过新增接口来完成，实现 GPRS 的新功能， GPRS 网络结构中引入的新的网络接口如下 ： Gb 接口 ： PCU 与 SGSN 之间的接口。 Gn/Gp 接口 ： SGSV 与 GGSN 之间的接口，当 SGSN 与 GGSN 位于不同的 PLMN 时为 Gp，否则为 Gn。 Gi 接口 ： GGSN 与外部数据网之间的接口。 Gd 接口 ： SGSN 与 SMSGMSC/SMSIWMSC（ 短消息业务的网间 MSC）基于 GPRS 系统的远程温度监控系统的设计 8 之间的接口。 Gr 接口 ： SGSN 与 HLR 之间的接口。 Gs 接口 ： SGSN 与 MSC（ 移动交换中心 ） /VLR（ 访问位置寄存器 ） 之间的接口。 Gc 接口 ： GGSN 与 HLR 之间的接口。 Ga 接口 ： GGSN / SGSN 与 CGF（ 计 费网关 ） 之间的接口。 Gf 接口 ： SGSN 与 EIR（ 设备标识寄存器 ） 之间的接口。 SGSN 和 GGSN 两节点可分可合， 即它们的功能既可以由一个物理节点全部实现，也可以由不同的物理节点来实现。 它们都应有 IP 路由功能，并能与 IP路由器互联。 GPRS 主要是用来提供非语音的数据业务的， GPRS 提供了移动网络到TCP/IP 或 网络的接口，可以把 GPRS 网络看作是一个 IP 子网。 GPRS 网络中， GGSN 承担了类似于路由器的工作，使 GPRS 的特性对外部数据网来说是不可见的。 移动终端就像 GPRS 子网中的普通主机，通过 IP 地址来识别。 GPRS 连接原理 一个能够正常使用的 GPRS 移动台，如果没有开机，网络是无法得知它的位置的 ； 尽管 SIM 卡和 HLR 中存放有该移动台的信息，但 VLR 中并没有和其关的数据。 当移动台开机时，向 MSC/VLR 发送位置登记报文，同时更新 SGSN中的位置信息。 GPRS 移动台不仅仅是一个电话，它更像是一个内置了数据网络适配器的数据终端。 和普通的连在网上的 PC 一样， GPRS 移动台也有自己的标识和地址， GPRS 系统使用的地址格式和 Inter 使用的地址格式一样，都有是 IP 地址。 GPRS 移动台在接入网络之前，必须先通知网络 ； 网络得到这个通知之后，会为其分配一个 IP 地址。 GPRS 移动台连接到网络上的过程可以分为两个阶段 ： 基于 GPRS 系统的远程温度监控系统的设计 9 （ 1） 连接到 GSM 这一过程也叫做 GPRS attach， GPRS 移动台开机后，向网络发送一个 attach消息， SGSN 得到该消息后，向 HLR 请求有关用户数据并验证用户身份，决定是否允许移动台接入网络。 （ 2） 连接到 IP 网络 这一过程叫做 PDP 上下文激活， GPRS 移动台完成 attach 之后，网络会为其分配一个 IP 地址，使其成为 IP 网络 的一部分。 一个 GPRS 用户可能有一个静态IP 地址 ： 该 IP 地址固定分配给某个用户，用户每次上网都使用同一个 IP 地址 ；或者有一个动态 IP 地址 ： 每次开始新的会话时，网络都随即为用户重新分配一个 IP 地址。 GPRS 网络工作原理 GPRS 网络传输平台 传输平台由一个分层协议结构组成。 用于用户信息传输以及与此相关的信息传输中的过程控制（例如：流量控制、检错、纠错和错误恢复等）。 传输平台通过底层无线接口和网络子系统（ Network Switching Subsystem，简称 NSS）平台连接，这种独立性是通过保留 Gb 接口来 实现的。 GPRS 传输协议平台如图 22所示。 1. GPRS 隧道协议（ GPRS Tunneling Protocol，简称 GTP） GPRS 骨干网中 GSN 间的用户数据和信令利用 GTP 进行隧道传输。 所有的点对点 PDP 协议数据单元（ PDP Data Unit， PDU）将由 GTP 协议进行封装。 GTP是 GPRS 骨干网中 GSN 节点之间的互联协议，它是为 Gn接口和 Gp 接口定义的协议。 在 中对 GTP 作了规范。 2. TCP 协议（ Transport Control Protocol，简称 TCP） 在 GPRS 骨 干网中需要一个可靠的数据链路（如 ）进行 GTP PDU 的传输时，所用的传输协议是 TCP 协仪。 如果不要求一个可靠的数据链路（如 IP），就使用 UDP 协议来承载 GTP 中的 PDU。 TCP 提供流量控制功能和防止 GTP 基于 GPRS 系统的远程温度监控系统的设计 10 PDU 丢失或破坏的功能。 UDP 提供防护 GTP PDU 受到破坏的功能。 图 22 GPRS 传输协议平台 3. 网际协议（ Inter Protocol，简称 IP） 这是 GPRS 骨干网络协议，用以用户数据和控制信令 的选路。 GPRS 骨干网最初是建立在 IPv4 协议基础上的 ， 随着 IPv6 的广泛使用 ， GPRS 会最终采用 IPv6协议。 4. 子网相关融合协议（ Subwork Dependent Convergence Protocol，简称SNDCP） 这个传输功能将网络级特性映射到底层网络特性中去。 它的主要作用是完成传送数据的分组、打包，确定 TCP/IP 地址和加密方式。 在 SNDC 层，移动台和 SGSN 之间传送的数据被分割为一个或多个 SNDC 数据包单元。 SNDC 数据包单元生成后被放置到 LLC 帧内。 SNDCP 在 中有说明。 5. 逻辑链路控制（ Logical Link Control，简称 LLC） LLC 是一种基于高速数据链路规程 HDLG 的无线链路协议，能够提供高可靠的加密逻辑链路。 逻辑链路控制层负责从高层 SNDC 层的 SNDC 数据单元上MS BSS SGSN Um Gb Gn Application IP/ SNDCP LLC RLC MAC GSM RF Network Service L1bis L2 GSM RF Relay RLC BSSGP L1 L1ib。