支持TCP/IP协议的新一代GSM/GPRS模块及应用 - 全文

基于GSM/GPRS的IP协议提供了与互联网“永远在线”的可能性，使之成为一种节约成本的选择。为了开发基于IP协议的应用，系统设计师需要同时通晓无线网络和TCP/IP协议。本文将详细介绍支持TCP/IP协议和嵌入式应用的索尼爱立信模块及其应用实例。

　　各种各样的接入技术被用于无线网络。在FDMA技术中，每个用户被分配一个频率，而TDMA技术则通过时间分隔用户。在CDMA技术中，所有用户在同一时间使用同一频段发送信号，分隔用户通过各自被分配到的唯一代码来实现。在2G系统中，数据传输主要是通过电路交换，即一个被分配给用户的传输信道，当一个用户完成传输任务、让出信道后，该传输信道才被提供给其他用户使用。由于猝发性是数据业务的基本特征，当一个用户不再有数据传输时，宽带就处于荒废状态中。在分组交换系统中，所有用户分享同一个信道，用户则可以实现多路复用的功能。当一个用户没有需要传输的数据时，信道就会被其他用户所使用。信息包的传输方法可通过媒体存取控制（MAC）协议被编排。

　　在互联网上的信息包传输全部基于IP协议。无线网络将与互联网整合，信息包通过无线媒介无缝地传输至基于IP协议的网络，在传输前，为了能直接到达指定目的地，数据包必须根据TCP/IP协议封装。在GPRS网络中也采取了IP协议进行传输。

　　就服务的灵活性来说，几乎所有的GSM模块都可以连接到GPRS网络。通常情况下，根据TCP/IP协议栈的信息打包功能并不是模块特征的一部分。在通过模块发送数据前，TCP/IP协议栈必须事先被开发，然而，只有很少的模块具有内嵌式的TCP/IP协议栈，数据可以通过模块直接被发送。如此一来，应用开发周期被缩短，其执行能力也在很大程度上得到提高。

　　本文将简要介绍TCP/IP协议及在GPRS网络中实现TCP/IP的必要条件，详细叙述支持TCP/IP协议和嵌入式应用的索尼爱立信模块及其应用实例。

　　基于GPRS的TCP/IP协议

　　TCP/IP是为协同操作计算机、分享网络资源的一套协议。该协议成员包括IP、TCP、UDP等。TCP确保数据的正确传送，如果对于一个信息包来说，数据量太大，TCP则可将其分成若干组。IP被用来为信息包到达另一端寻找通道，每一个与网络相连接的工作站都有一个唯一IP地址，该IP地址为一个32位数，它通常被写成四个十进制数字，每一个代表8位，例如，165.21.32.70是索尼爱立信网站服务器的一个IP地址。

　　TCP/IP是一个无连接协议，信息以分组方式进行传输，信息包的最大容量在初始化过程中得以商定。如果信息超出其最大容量，则将被分成若干组分别传送。信息包未得以按顺序传送甚至丢失及再次转发的可能性是存在的，因此，TCP必须将序号、信息来源和目的地通道数，以及其他信息添加进数据包中，被称为TCP包头。接收器端将利用该信息来检测数据包是否被正确地接收，从而加以整理。要直接将信息包发送至正确的工作站，仅有TCP包头，是不充分的。一个IP报头必须被加在TCP包头之上，源地址和目的地址被包括在IP包头里。发送信息包至目的地，计算机将首先核对其自身的路由列表，如果目的地在自己的网络内，它将直接发送信息包。否则，它将发送信息包至网关，每一个网关都有一个路由列表，信息包将通过几个单独的路由节点到达目的地址。

　　GPRS网提供网络功能将IP信息包从移动用户点传送至外部网络。GPRS可以为IP地址提供多重选择，包括公共地址、专用地址以及客户代理地址。指定IP地址选择权的GPRS机制被称为接入点域名（APN）。

　　图1显示了基于GSM/GPRS的TCP/IP系统结构。因为IP地址的整体供应受到限制，一个GPRS网络提供商通常使用专用的、可动态分配地址，然而，公共网址选择可由专门的客户提供，专用网址则无法越过公共网进行操作。为连接公共网络，专用网址被转换成公共网址。该转换通过一个节点发生，该节点是专用的网络地址转换（NAT）。多重专用地址可被映射成一个公共地址，对于基于IP协议的应用，和有线网络一样，在无线网络中它们以相同的方式工作。当GPRS对话启动时，大多数服务提供商也将监控数据的传输流量，如果在特定的一段时间内没有数据传输，其连接将被断开。

　　因为TCP/IP信息包是通过GSM网传输的，所以，必须考虑TCP/IP协议栈的一些参数配置。基于GPRS的TCP应当支持适当的窗口尺寸以利于优化端对端连接的带宽延迟，默认接收和发送缓冲器比例应当增加到容纳足够大的窗口，被衔接层支持的IP数据包的最大值是最大传输单元（MTU）。在高误码率的链路上，较小的MTU尺寸增加了成功传输的机会，默认IP最大传输单元值为576字节。依据链路条件和ARQ的配置，它有可能增加MTU大小到一个较大的值，一个较大的MTU允许TCP更快地增加拥挤窗口。对于基于GPRS的TCP/IP协议的设计，设计师必须考虑到这些问题。

　　索尼爱立信机对机通信模块

　　很多GSM模块可以通过GSM/GPRS直接接入互联网，如果模块上没有TCP/IP协议栈，它则必须在其应用或外围的微处理器中体现。索尼爱立信GR47/48模块正是一种内置TCP/IP协议栈的模块之一。为开发基于GSM/GPRS网的TCP/IP应用，索尼爱立信提供了一套完整工具，其机对机通信商业解决方案（M2mpower Business Solution）是一个强有力的支持环境，专为促进提高成本效益比率的无线机对机应用的研发而设计。M2mpower使开发者通过运用特定的开发工具，能够更容易地将无线应用直接嵌入兼容的索尼爱立信机对机产品中。M2mpower与可编程无线器件GR47/48一同被引入，其脚本语言是建立在工业级ANSI C语言的基础之上，使开发者将现有的应用可以平滑地转换到M2mpower。

　　图2显示了GR47实时操作系统的结构。新款可编程无线模块GR47/48提供了完整全面的功能。该模块包括一个内置TCP/TP协议栈，以便更有效地使用GPRS。它允许一个TCP/UDP传输机制以最小的前期配置和操作来被使用。其内嵌控制器方便集成客户的应用，减少外部控制器的需求，例如在报警、仪表抄送和自动售货等应用上。GR47和GR48分别支持双频GSM宽带900MHz/1800MHz和850MHz/1900MHz，它们都可通过SMS短消息服务、CSD、HSCSD或GPRS来发送或接收数据，并可处理语音及传真。其TCP/IP协议栈亦可通过AT命令或嵌入式应用进行访问。

　　GR47/48模块具有很多强大的特征。其TCP/UDP会话可以通过一个命令启动；它还提供为统一资源定位器（URL）查询IP地址的功能；最有用的特点之一是IP服务器侦听功能，该功能允许通信模块启动与网络的对话，例如，一个被分配的IP地址无需连接任何部分，只要等待该单元接收一个基于IP的连接引入请求，即可实现。

应用实例

　　在这一部分，我们将列出一些使用索尼爱立信GR47模块的应用实例以供参考。第一个例子显示了使用AT命令建立一个TCP会话的步骤，第二个则是嵌入式应用的范例。

　　1.使用AT命令接入GPRS网

　　GR47提供一系列AT命令来完成TCP/IP协议的功能，以简化应用集成的流程。相关的命令可以让应用设计者建立和取消UDP和TCP 协议，控制GPRS PDP context 的建立，传送数据，检查IP的状态信息等。

　　启动TCP会话功能的步骤如下所示：

　　1. at+cgdcont=1，“IP”，“CMNET” \*write PDP context information， connect to China Mobile GPRS network*\

　　2. at*e2ipa=1，1 \*active IP session using stored PDP context*\

　　3. at*e2ipi=0 \*return currently assigned IP address*\

　　4. at*e2ipo=1，“166.111.8.238”，23 \*initiate a TCP connection to the module*\

　　5. at*e2ipc \*close a currently opened IP connection*\

　　当模块处于数据传输状态中时，需要激活DTR来转换回在线命令模式，ATO则被用于再次转换回数据模式。

　　2.嵌入式应用接入GPRS网

　　以下描述示范怎样激活PDP文本、开始TCP对话以及接收数据。这只是整个程序的一部分，不能单独运行。

　　/* Reset the IP error flag by reading it */

　　gtf（ APPS_IP_ERROR_TRIGGER ）;

　　Err = pdpa（ 1， 1 ）;

　　prtf（ “\n PDP activate result = %d\n”， Err ）;

　　if （ Err == 0 ）

　　{ Val = ipi（ 0 ）;

　　prtf（ “ IP Address = %x”， Val ）;}

　　else

　　{ prtf（ “\n PDP activation failed！\n” ）;

　　return;}

　　Err = ipo（ 1， &SckNum ）;

　　if（ Err ！= 0 ）

　　{ prtf（ “ \n TCP Socket open failed！\n” ）;}

　　else

　　{ prtf（ “\n TCP Socket Opened！\n” ）;

　　Err = tcpc（ SckNum， Port， Address ）;

　　if（ （Err == 0） || （Err == TCP_CONNECTING） || （Err == TCP_CONNECTED） ）

　　{ while（ ！Complete && （gtb（ APPS_IP_ERROR_STATUSBYTE ） == 0） ）

　　{ int len;

　　/* Receive some data */

　　if（ gtf（ APPS_IP_DATA_RECVD ） ）

　　{ prtf（ “\n IP DATA RECVD” ）;

　　len = RXTX_SIZE;

　　Err = tcpr（ SckNum， RxTxBuf， &len）;

　　if（ Err ！= 0 ）

　　{ prtf（ “\n *** Error in TCP Receive （%d）。 ***\n\n”， Err ）;}

　　else

　　{ if（ gtb（ APPS_IP_TCPSTATUS_BYTE ） == TCP_CONNECTING ）

　　{ prtf（ “\n Delaying while TCP Connect occurs.。.\n\n” ）;}

　　else

　　{ prtf（ “\n Received %d bytes of data.\n\n”， len ）; }

　　}

　　}

　　}

　　}

　　Err = ipc（ SckNum ）;

　　if （ Err ！= 0 ）

　　{ prtf（ “\n Socket close failed！\n” ）;} }

　　Err = pdpa（ 0， 1 ）;

　　prtf（ “\n PDP deactivate result = %d\n”， Err ）;

　　本文小结

　　基于GSM/GPRS的TCP/IP协议为很多应用提供了更高级的解决方案，例如，车辆定位、远程抄表和远程银行等。它具有无线通信的灵活性和移动性，TCP/IP协议提供对因特网“永远在线”的通信方式，以及相对于SMS、CSD等更为经济的解决方案。索尼爱立信GSM模块，支持TCP/IP协议及嵌入式应用，是很完善的无线通信解决方案之一。