支持TCP/IP協(xié)議的新一代GSM/GPRS模塊及應用

基于GSM/GPRS的IP協(xié)議提供了與互聯(lián)網(wǎng)“永遠在線(xiàn)”的可能性，使之成為一種節約成本的選擇。為了開(kāi)發(fā)基于IP協(xié)議的應用，系統設計師需要同時(shí)通曉無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )和TCP/IP協(xié)議。本文將詳細介紹支持TCP/IP協(xié)議和嵌入式應用的索尼愛(ài)立信模塊及其應用實(shí)例。

　　各種各樣的接入技術(shù)被用于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。在FDMA技術(shù)中，每個(gè)用戶(hù)被分配一個(gè)頻率，而TDMA技術(shù)則通過(guò)時(shí)間分隔用戶(hù)。在CDMA技術(shù)中，所有用戶(hù)在同一時(shí)間使用同一頻段發(fā)送信號，分隔用戶(hù)通過(guò)各自被分配到的唯一代碼來(lái)實(shí)現。在2G系統中，數據傳輸主要是通過(guò)電路交換，即一個(gè)被分配給用戶(hù)的傳輸信道，當一個(gè)用戶(hù)完成傳輸任務(wù)、讓出信道后，該傳輸信道才被提供給其他用戶(hù)使用。由于猝發(fā)性是數據業(yè)務(wù)的基本特征，當一個(gè)用戶(hù)不再有數據傳輸時(shí)，寬帶就處于荒廢狀態(tài)中。在分組交換系統中，所有用戶(hù)分享同一個(gè)信道，用戶(hù)則可以實(shí)現多路復用的功能。當一個(gè)用戶(hù)沒(méi)有需要傳輸的數據時(shí)，信道就會(huì )被其他用戶(hù)所使用。信息包的傳輸方法可通過(guò)媒體存取控制（MAC）協(xié)議被編排。

　　在互聯(lián)網(wǎng)上的信息包傳輸全部基于IP協(xié)議。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )將與互聯(lián)網(wǎng)整合，信息包通過(guò)無(wú)線(xiàn)媒介無(wú)縫地傳輸至基于IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò )，在傳輸前，為了能直接到達指定目的地，數據包必須根據TCP/IP協(xié)議封裝。在GPRS網(wǎng)絡(luò )中也采取了IP協(xié)議進(jìn)行傳輸。

　　就服務(wù)的靈活性來(lái)說(shuō)，幾乎所有的GSM模塊都可以連接到GPRS網(wǎng)絡(luò )。通常情況下，根據TCP/IP協(xié)議棧的信息打包功能并不是模塊特征的一部分。在通過(guò)模塊發(fā)送數據前，TCP/IP協(xié)議棧必須事先被開(kāi)發(fā)，然而，只有很少的模塊具有內嵌式的TCP/IP協(xié)議棧，數據可以通過(guò)模塊直接被發(fā)送。如此一來(lái)，應用開(kāi)發(fā)周期被縮短，其執行能力也在很大程度上得到提高。

　　本文將簡(jiǎn)要介紹TCP/IP協(xié)議及在GPRS網(wǎng)絡(luò )中實(shí)現TCP/IP的必要條件，詳細敘述支持TCP/IP協(xié)議和嵌入式應用的索尼愛(ài)立信模塊及其應用實(shí)例。

　　基于GPRS的TCP/IP協(xié)議

　　TCP/IP是為協(xié)同操作計算機、分享網(wǎng)絡(luò )資源的一套協(xié)議。該協(xié)議成員包括IP、TCP、UDP等。TCP確保數據的正確傳送，如果對于一個(gè)信息包來(lái)說(shuō)，數據量太大，TCP則可將其分成若干組。IP被用來(lái)為信息包到達另一端尋找通道，每一個(gè)與網(wǎng)絡(luò )相連接的工作站都有一個(gè)唯一IP地址，該IP地址為一個(gè)32位數，它通常被寫(xiě)成四個(gè)十進(jìn)制數字，每一個(gè)代表8位，例如，165.21.32.70是索尼愛(ài)立信網(wǎng)站服務(wù)器的一個(gè)IP地址。

　　TCP/IP是一個(gè)無(wú)連接協(xié)議，信息以分組方式進(jìn)行傳輸，信息包的最大容量在初始化過(guò)程中得以商定。如果信息超出其最大容量，則將被分成若干組分別傳送。信息包未得以按順序傳送甚至丟失及再次轉發(fā)的可能性是存在的，因此，TCP必須將序號、信息來(lái)源和目的地通道數，以及其他信息添加進(jìn)數據包中，被稱(chēng)為T(mén)CP包頭。接收器端將利用該信息來(lái)檢測數據包是否被正確地接收，從而加以整理。要直接將信息包發(fā)送至正確的工作站，僅有TCP包頭，是不充分的。一個(gè)IP報頭必須被加在TCP包頭之上，源地址和目的地址被包括在IP包頭里。發(fā)送信息包至目的地，計算機將首先核對其自身的路由列表，如果目的地在自己的網(wǎng)絡(luò )內，它將直接發(fā)送信息包。否則，它將發(fā)送信息包至網(wǎng)關(guān)，每一個(gè)網(wǎng)關(guān)都有一個(gè)路由列表，信息包將通過(guò)幾個(gè)單獨的路由節點(diǎn)到達目的地址。

　　GPRS網(wǎng)提供網(wǎng)絡(luò )功能將IP信息包從移動(dòng)用戶(hù)點(diǎn)傳送至外部網(wǎng)絡(luò )。GPRS可以為IP地址提供多重選擇，包括公共地址、專(zhuān)用地址以及客戶(hù)代理地址。指定IP地址選擇權的GPRS機制被稱(chēng)為接入點(diǎn)域名（APN）。

　　圖1顯示了基于GSM/GPRS的TCP/IP系統結構。因為IP地址的整體供應受到限制，一個(gè)GPRS網(wǎng)絡(luò )提供商通常使用專(zhuān)用的、可動(dòng)態(tài)分配地址，然而，公共網(wǎng)址選擇可由專(zhuān)門(mén)的客戶(hù)提供，專(zhuān)用網(wǎng)址則無(wú)法越過(guò)公共網(wǎng)進(jìn)行操作。為連接公共網(wǎng)絡(luò )，專(zhuān)用網(wǎng)址被轉換成公共網(wǎng)址。該轉換通過(guò)一個(gè)節點(diǎn)發(fā)生，該節點(diǎn)是專(zhuān)用的網(wǎng)絡(luò )地址轉換（NAT）。多重專(zhuān)用地址可被映射成一個(gè)公共地址，對于基于IP協(xié)議的應用，和有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )一樣，在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中它們以相同的方式工作。當GPRS對話(huà)啟動(dòng)時(shí)，大多數服務(wù)提供商也將監控數據的傳輸流量，如果在特定的一段時(shí)間內沒(méi)有數據傳輸，其連接將被斷開(kāi)。

　　因為T(mén)CP/IP信息包是通過(guò)GSM網(wǎng)傳輸的，所以，必須考慮TCP/IP協(xié)議棧的一些參數配置?；贕PRS的TCP應當支持適當的窗口尺寸以利于優(yōu)化端對端連接的帶寬延遲，默認接收和發(fā)送緩沖器比例應當增加到容納足夠大的窗口，被銜接層支持的IP數據包的最大值是最大傳輸單元（MTU）。在高誤碼率的鏈路上，較小的MTU尺寸增加了成功傳輸的機會(huì )，默認IP最大傳輸單元值為576字節。依據鏈路條件和ARQ的配置，它有可能增加MTU大小到一個(gè)較大的值，一個(gè)較大的MTU允許TCP更快地增加擁擠窗口。對于基于GPRS的TCP/IP協(xié)議的設計，設計師必須考慮到這些問(wèn)題。

　　索尼愛(ài)立信機對機通信模塊

　　很多GSM模塊可以通過(guò)GSM/GPRS直接接入互聯(lián)網(wǎng)，如果模塊上沒(méi)有TCP/IP協(xié)議棧，它則必須在其應用或外圍的微處理器中體現。索尼愛(ài)立信GR47/48模塊正是一種內置TCP/IP協(xié)議棧的模塊之一。為開(kāi)發(fā)基于GSM/GPRS網(wǎng)的TCP/IP應用，索尼愛(ài)立信提供了一套完整工具，其機對機通信商業(yè)解決方案（M2mpower Business Solution）是一個(gè)強有力的支持環(huán)境，專(zhuān)為促進(jìn)提高成本效益比率的無(wú)線(xiàn)機對機應用的研發(fā)而設計。M2mpower使開(kāi)發(fā)者通過(guò)運用特定的開(kāi)發(fā)工具，能夠更容易地將無(wú)線(xiàn)應用直接嵌入兼容的索尼愛(ài)立信機對機產(chǎn)品中。M2mpower與可編程無(wú)線(xiàn)器件GR47/48一同被引入，其腳本語(yǔ)言是建立在工業(yè)級ANSI C語(yǔ)言的基礎之上，使開(kāi)發(fā)者將現有的應用可以平滑地轉換到M2mpower。

　　圖2顯示了GR47實(shí)時(shí)操作系統的結構。新款可編程無(wú)線(xiàn)模塊GR47/48提供了完整全面的功能。該模塊包括一個(gè)內置TCP/TP協(xié)議棧，以便更有效地使用GPRS。它允許一個(gè)TCP/UDP傳輸機制以最小的前期配置和操作來(lái)被使用。其內嵌控制器方便集成客戶(hù)的應用，減少外部控制器的需求，例如在報警、儀表抄送和自動(dòng)售貨等應用上。GR47和GR48分別支持雙頻GSM寬帶900MHz/1800MHz和850MHz/1900MHz，它們都可通過(guò)SMS短消息服務(wù)、CSD、HSCSD或GPRS來(lái)發(fā)送或接收數據，并可處理語(yǔ)音及傳真。其TCP/IP協(xié)議棧亦可通過(guò)AT命令或嵌入式應用進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。

　　GR47/48模塊具有很多強大的特征。其TCP/UDP會(huì )話(huà)可以通過(guò)一個(gè)命令啟動(dòng)；它還提供為統一資源定位器（URL）查詢(xún)IP地址的功能；最有用的特點(diǎn)之一是IP服務(wù)器偵聽(tīng)功能，該功能允許通信模塊啟動(dòng)與網(wǎng)絡(luò )的對話(huà)，例如，一個(gè)被分配的IP地址無(wú)需連接任何部分，只要等待該單元接收一個(gè)基于IP的連接引入請求，即可實(shí)現。