支持TCP/IP協(xié)議的新一代GSM/GPRS模塊及應(yīng)用

基于GSM/GPRS的IP協(xié)議提供了與互聯(lián)網(wǎng)“永遠(yuǎn)在線”的可能性，使之成為一種節(jié)約成本的選擇。為了開發(fā)基于IP協(xié)議的應(yīng)用，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師需要同時(shí)通曉無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和TCP/IP協(xié)議。本文將詳細(xì)介紹支持TCP/IP協(xié)議和嵌入式應(yīng)用的索尼愛立信模塊及其應(yīng)用實(shí)例。

　　各種各樣的接入技術(shù)被用于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。在FDMA技術(shù)中，每個(gè)用戶被分配一個(gè)頻率，而TDMA技術(shù)則通過(guò)時(shí)間分隔用戶。在CDMA技術(shù)中，所有用戶在同一時(shí)間使用同一頻段發(fā)送信號(hào)，分隔用戶通過(guò)各自被分配到的唯一代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)。在2G系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳輸主要是通過(guò)電路交換，即一個(gè)被分配給用戶的傳輸信道，當(dāng)一個(gè)用戶完成傳輸任務(wù)、讓出信道后，該傳輸信道才被提供給其他用戶使用。由于猝發(fā)性是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的基本特征，當(dāng)一個(gè)用戶不再有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，寬帶就處于荒廢狀態(tài)中。在分組交換系統(tǒng)中，所有用戶分享同一個(gè)信道，用戶則可以實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用的功能。當(dāng)一個(gè)用戶沒有需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)時(shí)，信道就會(huì)被其他用戶所使用。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)線網(wǎng)絡(luò)將與互聯(lián)網(wǎng)整合，信息包通過(guò)無(wú)線媒介無(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(dá)指定目的地，數(shù)據(jù)包必須根據(jù)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(jù)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(shù)據(jù)前，TCP/IP協(xié)議棧必須事先被開發(fā)，然而，只有很少的模塊具有內(nèi)嵌式的TCP/IP協(xié)議棧，數(shù)據(jù)可以通過(guò)模塊直接被發(fā)送。如此一來(lái)，應(yīng)用開發(fā)周期被縮短，其執(zhí)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(xiàn)TCP/IP的必要條件，詳細(xì)敘述支持TCP/IP協(xié)議和嵌入式應(yīng)用的索尼愛立信模塊及其應(yīng)用實(shí)例。

　　基于GPRS的TCP/IP協(xié)議

　　TCP/IP是為協(xié)同操作計(jì)算機(jī)、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(shù)據(jù)的正確傳送，如果對(duì)于一個(gè)信息包來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)量太大，TCP則可將其分成若干組。IP被用來(lái)為信息包到達(dá)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(shù)，它通常被寫成四個(gè)十進(jìn)制數(shù)字，每一個(gè)代表8位，例如，165.21.32.70是索尼愛立信網(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(zhuǎn)發(fā)的可能性是存在的，因此，TCP必須將序號(hào)、信息來(lái)源和目的地通道數(shù)，以及其他信息添加進(jìn)數(shù)據(jù)包中，被稱為TCP包頭。接收器端將利用該信息來(lái)檢測(cè)數(shù)據(jù)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(bào)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(jì)算機(jī)將首先核對(duì)其自身的路由列表，如果目的地在自己的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，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(dú)的路由節(jié)點(diǎn)到達(dá)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、專用地址以及客戶代理地址。指定IP地址選擇權(quán)的GPRS機(jī)制被稱為接入點(diǎn)域名（APN）。

　　圖1顯示了基于GSM/GPRS的TCP/IP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。因?yàn)镮P地址的整體供應(yīng)受到限制，一個(gè)GPRS網(wǎng)絡(luò)提供商通常使用專用的、可動(dòng)態(tài)分配地址，然而，公共網(wǎng)址選擇可由專門的客戶提供，專用網(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)，專用網(wǎng)址被轉(zhuǎn)換成公共網(wǎng)址。該轉(zhuǎn)換通過(guò)一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生，該節(jié)點(diǎn)是專用的網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（NAT）。多重專用地址可被映射成一個(gè)公共地址，對(duì)于基于IP協(xié)議的應(yīng)用，和有線網(wǎng)絡(luò)一樣，在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中它們以相同的方式工作。當(dāng)GPRS對(duì)話啟動(dòng)時(shí)，大多數(shù)服務(wù)提供商也將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的傳輸流量，如果在特定的一段時(shí)間內(nèi)沒有數(shù)據(jù)傳輸，其連接將被斷開。

　　因?yàn)門CP/IP信息包是通過(guò)GSM網(wǎng)傳輸?shù)?，所以，必須考慮TCP/IP協(xié)議棧的一些參數(shù)配置。基于GPRS的TCP應(yīng)當(dāng)支持適當(dāng)?shù)拇翱诔叽缫岳趦?yōu)化端對(duì)端連接的帶寬延遲，默認(rèn)接收和發(fā)送緩沖器比例應(yīng)當(dāng)增加到容納足夠大的窗口，被銜接層支持的IP數(shù)據(jù)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?shù)臋C(jī)會(huì)，默認(rèn)IP最大傳輸單元值為576字節(jié)。依據(jù)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(duì)于基于GPRS的TCP/IP協(xié)議的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)師必須考慮到這些問(wèn)題。

　　索尼愛立信機(jī)對(duì)機(jī)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)，如果模塊上沒有TCP/IP協(xié)議棧，它則必須在其應(yīng)用或外圍的微處理器中體現(xiàn)。索尼愛立信GR47/48模塊正是一種內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧的模塊之一。為開發(fā)基于GSM/GPRS網(wǎng)的TCP/IP應(yīng)用，索尼愛立信提供了一套完整工具，其機(jī)對(duì)機(jī)通信商業(yè)解決方案（M2mpower Business Solution）是一個(gè)強(qiáng)有力的支持環(huán)境，專為促進(jìn)提高成本效益比率的無(wú)線機(jī)對(duì)機(jī)應(yīng)用的研發(fā)而設(shè)計(jì)。M2mpower使開發(fā)者通過(guò)運(yùn)用特定的開發(fā)工具，能夠更容易地將無(wú)線應(yīng)用直接嵌入兼容的索尼愛立信機(jī)對(duì)機(jī)產(chǎn)品中。M2mpower與可編程無(wú)線器件GR47/48一同被引入，其腳本語(yǔ)言是建立在工業(yè)級(jí)ANSI C語(yǔ)言的基礎(chǔ)之上，使開發(fā)者將現(xiàn)有的應(yīng)用可以平滑地轉(zhuǎn)換到M2mpower。

　　圖2顯示了GR47實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。新款可編程無(wú)線模塊GR47/48提供了完整全面的功能。該模塊包括一個(gè)內(nèi)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(jī)制以最小的前期配置和操作來(lái)被使用。其內(nèi)嵌控制器方便集成客戶的應(yīng)用，減少外部控制器的需求，例如在報(bào)警、儀表抄送和自動(dòng)售貨等應(yīng)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(shù)據(jù)，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(yīng)用進(jìn)行訪問(wèn)。

　　GR47/48模塊具有很多強(qiáng)大的特征。其TCP/UDP會(huì)話可以通過(guò)一個(gè)命令啟動(dòng)；它還提供為統(tǒng)一資源定位器（URL）查詢IP地址的功能；最有用的特點(diǎn)之一是IP服務(wù)器偵聽功能，該功能允許通信模塊啟動(dòng)與網(wǎng)絡(luò)的對(duì)話，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(qǐng)求，即可實(shí)現(xiàn)。