摘 要 随着时代的发展和科技的进步，基于GSM系统的通用分组无线业务GPRS在技术上变得越渐成熟，在性能上越显优势，现已在社会诸多领域内得到广泛的普及和应用。文中将根据GPRS业务及网络发展情况进行深入探讨，具体介绍了基于GPRS无线网络的设计实例，并对其应用前景进行了展望。
关键词 全球移动通信系统;通用分组无线业务;网络;无线,电子期刊论文发表
0 引言
随着GPRS无线技术的快速发展，人们不断追求更快、更优的数据业务服务以及更方便、准确率更高的数据业务。全球各大运营商 3G网络建设经验表明，在3G网络建设期，3G网络叠加于GSM/GPRS 网络之上，即只在城市市区等重点区域建设3G网络，在3G网络覆盖不到的地方采用GSM/GPRS 网络承载。这样 GSM/GPRS 网络将与 3G网络长期共存下去，大大延长了 GPRS无线网络的生命周期。
1. GPRS概述
1.1 什么是GPRS
GPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的简称，是介于第二代和第三代移动通信技术的一种过度通信技术，通常称为2.5G。GPRS是在现有的GSM(Global System for Mobile Communications全球移动通信系统)网络基础上增加一些硬件设备和软件升级，利用分组交换的概念所发展出的一套无线传输方式。所谓分组交换就是将数据分成若干个组，然后再一个一个传送出去，形式上跟寄包裹类似。GPRS在无线资源分配上采用了动态信道分配方式,在数据通信时占用物理信道资源,提高了频率资源利用率。GPRS对于Internet的其他组成部分来说，只是一个普通的子网，可以接入基于TCP/IP的外部网络和X.25网络，无线接口资源可根据业务流量和运营者的选择在语音和数据业务之间共享，从协议结构上提供了和IP网络的互通功能，且能向用户提供Internet所能提供的一切功能，以其独有的特点得到了广泛的推广和应用。
1.2 GPRS网络结构
GPRS是基于现有的GSM网络实现的，需要在现有的GSM网络中增加一些节点，如GGSN、SGSN。由一个发送实体(终端设备或移动用户)与一个或多个接收实体之间进行数据传送的。目前， GPRS的无线数据通信组网方式根据不同的需要可以有多种方式，但以下两点尤为重要：
a) 每一次掉线后重新拨号后获取的IP基本都与前一次的不同，并且获取的IP是移动的内部动态IP。
b) 网络上任何两个网络终端之间要进行点对点通信，一方必须有固定IP或域名，也就是具备外网(Internet)固定IP或域名，等待另一方发起连接，并且这个固定IP或域名可以被另一方所访问。或具备与发起连接的一方位于同一个局域网的固定IP或域名。
这个通信过程非常类似销售公司的业务员与其公司的邮件通信，公司无法预先知道业务员会跑到什么地方，但公司地址固定(固定IP)，业务员到一个地方安顿下来以后(获取动态IP)，必须首先写信给公司(发起连接)，公司收到邮件后(网络连接成功)，公司和业务员之间就可以交互通邮(数据交换)。
1.3 GPRS无线网络的优势
GPRS提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务，和现有的通信网络相比，其优点在于 ：
(1)传输速率高，最高理论带宽可达到 170 kb/s;
(2)GPRS一个最吸引人的特点就是永远在线，信道由多个用户共享，不会被独占，可以保证用户数据的实时传输，即用户随时与网络保持联系。
(3)GPRS采用的是分组交换技术，不需要像Modem那样拨号连接，用户只有在有资料需要传送时才会占用资源。而且以传输的资料量计费，而不是以传送的时间计费，所以就算遇上网络塞车，也不会白白花钱，而且象Internet这类的数据传输大多数的时间资源是闲置的，这样对消费者来说更为合算。
(4)GPRS网络采用无线传播媒介，摆脱了线缆的约束，在一定范围内可以任意变换位置，不受活动区域的限制。通过 GPRS移动通信网络可以很方便的实现远程移动监控。
1.4 GPRS提供的业务
GPRS是在现有GSM网络上开通的一种新型的分组数据传输业务，在有GPRS承载业务支持的标准化网络协议的基础上，GPRS可以提供以下一系列交互式业务：
(1)点对点无连接型网络业务(PTP-CLNS) 。该业务中的各个数据分组彼此互相独立，用户之间的信息传输不需要端到端的呼叫建立程序，分组的传送没有逻辑连接，分组的交付没有确认保护，是由IP协议支持的业务。
(2)点对点面向连接的数据业务(PTP-CONS)。该业务是为两个用户或者多个用户之间发送多分组的业务，该业务要求有建立连接、数据传送以及连接释放等工作程序。
(3)点对多点业务(PTM)。该业务可以根据某个业务请求者的要求，把单一信息传送给多个用户。该业务又可以分为点对多点多信道广播业务、点对多点群呼业务和IP多点传播业务。
(4)还能支持用户终端业务、补充业务、GSM短消息业务和各种GPRS电信业务。
总之，GPRS可提供Internet、多媒体、电子商务,无线监控等业务，可应用于运输业、金融、证券、商业和公共安全业，支持股市动态、天气预报、交通信息等实时发布业务。另外，还能提供种类繁多、功能强大的以GPRS承载业务为基础的网络应用业务和基于WAP的各种应用。
2 GPRS的工作原理
GPRS无线数据通信采用的是分组交换技术，实现报文数据发送和接收，是在原有基于电路交换方式的GSM网络上引入一些新的网络节点，如GGSN(Gateway GPRS Supporting Node, GPRS网关支持节点) 和SGSN( Serving GSN，GPRS服务支持节点)。GGSN主要是起网关作用，它可以和多种不同的数据网络连接，如ISDN、PSPDN和LAN等。国外有些资料甚至将GGSN称为GPRS路由器。GGSN可以把GPRS 分组数据包进行协议转换，从而可以把这些分组数据包传送到远端的TCP/IP或X.25网络。SGSN的主要作用是记录移动终端的当前位置信息，并且在移动终端和GGSN之间完成移动分组数据的发送和接收。
是在原有基于电路交换方式的GSM网络上引入一些新的网络节点，如GGSN(Gateway GPRS Supporting Node, GPRS网关支持节点)。
GPRS终端通过接口从客户系统取得数据，处理后的GPRS分组数据发送到GSM基站。然后经SGSN封装后，通过GPRS骨干网与网关支持接点GGSN进行通信。GGSN对分组数据进行相应的处理，再发送到目的网络(如Internet)。若分组数据是发送到GPRS终端，则是数据经由GPRS骨干网发送到SGSN，在经GSM网发送到GPRS终端，如(图1)。
GPRS无线网络数据通信终端(以下简称终端)工作时将要发送的报文分成若干个报文分组，每个报文都包含目的地，每个报文分组通过网络独立传输，达到目的地后，再重新组合以恢复完整的报文。形式上有点类似邮局寄包裹，其作用在于只有当有资料需要传送时才会占用频宽，而且可以以传输的资料多少计价。相比较电路交换方式，分组交换无需长时间独占线路，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可以由多个用户共享，资源可被有效的利用，实时性也得到一定保证，因此特别适用于间断的、突发性的和频繁的、点多分散、中小流量的数据传输。
终端上网过程和电话线拨号上网方式类似，只不过电话线拨号上网时调制解调器和电信的网络接入服务器直接采用的是有线电路交换方式，而终端和移动运营商的网络接入服务器之间采用的是无线分组交换方式。拨号成功后，接下来都是经过PPP协商，并获得分配的动态IP(网络地址)，所不同的是终端获取的移动内部网络的IP,而不是公网(互联网)的IP。终端获取IP后，就可以向移动网络或互联网上任何一台计算机或设备发起TCP/IP连接，以TCP/IP协议为基础进行数据通信。
3 GPRS应用
GPRS技术是目前提供广域无线网络连接的主要方式之一，其应用涉及到众多的行业领域，如电力抄表、森林防火、油田及矿山、管网监测、气象采集、金融业务等等。基于GPRS的监控系统是当前利用公网传输数据的典型应用。监控系统实时采集的数据及时地传输给监控中心，实时动态地报告被监测点的情况，及时发现问题并进行处理。能够保证视频流的稳定持续传输，并且不受山川、河流、桥梁道路等复杂地形限制。
本文将以无线监控系统为例详细阐述GPRS的应用。
监控系统由终端部分和监控中心两部分组成，如(图2)。
3.1 终端部分
终端部分由数据采集模块和GPRS模块组成。由数据采集模块采集数据，收集数据并进行处理，通过GPRS模块把数据发送到远程监控中心。
(1)前端数据采集模块
可采用摄像头、探针、传感器、探头等采集数据，采集到的模拟信号经过解码器进行模数转换使之输出数字信号。
(2)GPRS模块
数据采集模块收到数据信息后，要通过Internet 把数据发送到监控中心。而系统中完成与Internet网络通讯工作的就是GPRS模块。
图2
(3)终端工作流程图(如图3)
3.2 监控中心
(1)系统组成：PC机、Windows 2000/Windows XP等操作系统、256以上内存， Pentium (R) 4 CPU 1.7MHZ以上
(2)监控中心工作流程图(如图4)
图4
3.3 监控系统的设计
前端由摄像头采集数据，经视频解码器把模拟信号转变为数字信号，通过GPRS模块把数据传输到Internet，最后把数据发送到监控系统。硬件组成如下：
(1)前端可由摄像头采集数据
(2)视频解码器建议采用飞利浦公司生产的SAA7113芯片。SAA7113的主要作用是把输入的模拟视频信号解码成标准的“VPO”数字信号，相当于一种“A/D”器件。SAA7113兼容PAL、NTSC、SECAM多种制式，它可以输入4路模拟视频信号，通过内部寄存器的不同配置可以对4路输入进行转换，输出8位“VPO”总线，为标准的ITU 656、YUV 4：2：2格式。芯片内部具有锁相环(LLC)，有上电自动复位功能，另有外部复位管脚(CE)，低电平复位，复位以后输出总线变为三态，待复位信号变高后自动恢复，时钟丢失、电源电压降低都会引起芯片的自动复位。7113为QFP44封装。
(3)GPRS模块建议采用索爱公司开发的GR-64无线通信模块，它是一款嵌入式GSM/GPRS模块，其特性如下：
a) 支持4种频率，GPRS Class 10
b) 多种接口(包括 USB 、普通 I/O口、A/D 转换 、串口)
c) MMCX 射频连接器/焊盘(提供天线接口焊盘)
d) 可选择内部集成 SIM卡座，支持双SIM卡
e) 支持常规7位寻址和扩展10位寻址
f) TCP/UDP/IP协议，通过AT指令或者嵌入式脚本操作
g) 脚本容量扩展到 2 x 128KB
(4)具有相关操作系统及软件的PC机
4 GPRS网络与WAP网络的区别以及存在的问题
4.1 区别
WAP是一种无线应用协议，是一个全球性的开放协议,是无线Internet的标准，由多家大厂商合作开发，它定义了一个分层的、可扩展的体系结构，为无线Internet提供了全面的解决方案。 GPRS通用分组无线业务是在现有GSM网络上开通的一种新型的分组数据传输技术。有些人认为GPRS是WAP的替代，好像有了GPRS，WAP就会消失。其实，GPRS和WAP属于两种不同的范畴，WAP是移动互联网内容和服务的一种协议，而GPRS是无线数据的一种传输方式。我们可以把GPRS想像成一条高速公路，WAP则是公路上行驶的车辆，通过这条公路，我们可以快速便捷的享受各种内容和服务。GPRS的开通，对WAP的发展是一种促进。使用GPRS终端，可以快捷、方便的享受到各种WAP服务。可见，WAP是高层应用，而GPRS是底层传输。
4.2 GPRS网络存在的问题
(1)实际速率比理论值低。GPRS数据传输速率要达到理论上的最大值172.2kbps，条件是只有一个用户占用所有的时隙，并且没有任何防错保护。运营商将所有时隙都给一个用户使用显然是不太可能的。所以，理论上的GPRS最大速率将会受到网络和终端现实条件的制约。
(2)终端不支持无线终止功能。启用GPRS服务时，用户将根据服务内容的流量支付费用，GPRS终端会装载WAP浏览器。但是，未经授权的内容也会发送给终端用户，更糟糕的是用户要为这些垃圾内容付费。
(3)存在转接时延。GPRS在发送数据时可能发生一个或几个分组丢失或出错的情况，因此引入了数据完整性和重发策略，不过也由此产生了潜在的转接时延问题。
(4)因为系统建设运行需要借助GSM网络，这就造成了我们的数据通信受到电信部门的制约，虽说目前GSM网络发展的比较成熟，但有时也存在网络繁忙堵塞或意想不到的事情发生，这会对系统数据造成中断，影响系统的数据分析处理。
5 结束语
随着科学技术的迅速发展, 无线通信技术的不断提高，人们追求更快、更优的数据业务服务以及更方便、准确率更高的数据业务，这就大大延长了 GPRS无线网络的生命周期。基于GPRS平台的应用现已在国际国内多个领域出现，且呈现出良好的发展态势。有线通信网络成本高、施工布线不方便、线路可能会受到外界因素影响或被破坏，如高速公路、山川、河流、矿山、油田、森林等恶劣环境下，用有线来做通信媒介构建网络,无论从技术上或经济上来讲,都不太合适,这就推动了无线通信技术的应用和发展。基于GPRS无线监控系统监控的范围不仅广而且费用低廉，实时采集的图像及时地传输给监控中心，实时动态地报告被监控点的情况，及时发现问题并进行处理。基于GPRS的无线监控系统是当前利用无线方式进行监控的热点，有着广泛的应用前景，值得作深入研究。
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