微控制器的GPRS無線上網(wǎng)方案

4 PPP協(xié)議的實現(xiàn)

　　由于移動夢網(wǎng)的GGSN與GPRS模塊通信時遵循PPP協(xié)議，所以要在微控制器中也實現(xiàn)一部分PPP協(xié)議才能與之對話。GPRS模塊在撥號后首先要與GPRS網(wǎng)關(guān)進行通信鏈路的協(xié)商，即協(xié)商點到點的各種鏈路參數(shù)配置。協(xié)商過程遵守LCP（Link Control Protocol）、PAP（Password Authentication Protocol）和IPCP（Internet Protocol Control Protocol）等協(xié)議。其中LCP協(xié)議用于建立、構(gòu)造、測試鏈路連接；PAP協(xié)議用于處理密碼驗證部分；IPCP協(xié)議用于設置網(wǎng)絡協(xié)議環(huán)境，并分配IP地址。協(xié)商機制用有限狀態(tài)機的模型來實現(xiàn)。一旦協(xié)商完成，鏈路已經(jīng)創(chuàng)建，IP地址已經(jīng)分配就可以按照協(xié)商的標準進行IP報文的傳輸了。根據(jù)應用的不同，IP報文中可以攜帶UDP報文，也可以是TCP或ICMP報文。本系統(tǒng)正是采用UDP報文傳送數(shù)據(jù)信息的。數(shù)據(jù)傳輸完成之后，微控制器會向GGSN發(fā)送LCP的斷開連接報文，以終止網(wǎng)絡連接。

　　PPP協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)如圖3（左）所示。微控制器的串口中斷接收程序首先以包起始和結(jié)束符來判斷是否有完整的PPP包，并對PPP包的內(nèi)容進行校驗，以確定數(shù)據(jù)包的完整性和正確性。然后，在主循環(huán)中進入PPP報文解析模塊，解析過程如圖3（右）所示。

圖3 PPP報文解析

5 登錄GGSN的過程

　　系統(tǒng)的一個難點是微控制器登陸GPRS網(wǎng)關(guān)（GGSN）并與網(wǎng)關(guān)通過LCP、PAP、IPCP協(xié)議進行協(xié)商的過程。LCP、PAP與IPCP協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)大同小異，最常用的為請求（REQ）、同意（ACK）和拒絕（NAK）三種幀。微控制器與GGSN各為一方進行協(xié)商，任何一方都可以發(fā)送REQ幀請求某方面的配制，另一方覺得配置不能接受會回應NAK幀，如果可以則回應ACK幀。為了節(jié)省資源，我們只處理這三種數(shù)據(jù)幀，其它鏈路問題都由微控制器在程序控制下自己重新?lián)芴柦鉀Q。

　　協(xié)商過程大致描述如下：在撥號成功連接后，GGSN首先會返回一個PAP REQ數(shù)據(jù)幀。我們發(fā)送一個空LCP REQ幀，以強迫進行協(xié)議協(xié)商階段。隨后，GGSN發(fā)送LCP設置幀，我們拒絕所有的設置并請求驗證模式。GGSN選擇CHAP或PAP方式驗證，我們只接受PAP方式。然后，進行PAP驗證用戶名和密碼過程，在GPRS中用戶名與密碼都為空，如果成功，GGSN會返回IPCP報文分配動態(tài)IP地址。此時，就完成了與GGSN的協(xié)商過程。協(xié)商過程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換如圖4所示。

圖4 協(xié)商過程流程

　　協(xié)商完成后進入IP數(shù)據(jù)報通信階段。此時，微控制器向GGSN發(fā)送的所有包含IP報文的PPP報文都會被傳送給Internet網(wǎng)中相應的IP地址；而遠端所有向微控制器IP地址發(fā)送的報文也都會經(jīng)GPRS網(wǎng)傳送到微控制器上，從而完成微控制器與遠程主機通過互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸。

6 小結(jié)

　　經(jīng)過優(yōu)化，本系統(tǒng)的軟件代碼可以精簡到6K字節(jié)左右，共使用不到300字節(jié)的RAM。并且由于程序使用C語言編寫，稍加改動就可以在各種系列的微控制器上實現(xiàn)。微控制器通過GPRS上網(wǎng)的技術(shù)可以廣泛應用于需要遠程傳送數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中，特別適合于遠程抄表、遠程監(jiān)控等領域。我們目前正把這項技術(shù)應用于車輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)，在試驗階段取得了比較好的效果。