浅谈数据在GSM无线网络下的传输问题

浅谈数据在GSM无线网络下的传输问题

丁国明张红霞曾凡娇（河南农业职业学院，河南郑州

摘要：主要介绍GSM网络的数据传输的三种不同的模式，分析了三种通信模式即CSD，SMS，GPRS的工作原理及各自的特点和自然缺陷，在GSM中常见问题做出了相应的应对策略。用户应根据受控对象的特点、结合三种模式的应用特性综合考虑，来选择不同的模式构建系统。

关键词：GSM系统；GPRS；SMS；CSD

GSM（GlobalSystemMobileCommunications）系统发展到现在，已成为全球最大的移动通信系统，极大地满足了人们对移动通话业务的需求。事实上，很多应用领域的工业用户，也瞄准了GSM系统，基于该系统，构建无线数据传输网，从而达到传输用户数据的目的。例如：GSM在远程抄表，远程监控，道路监控，车辆监控，车辆定位等方面的应用。基于GSM构建远程无线数据传输的系统较其它方案具有无可比拟的优势。越来越受到到工程技术人员的青睐。然而，基于GSM达到传输数据的目的可有多种模式选择。如常用的CSD模式，SMS模式和GPRS模式等。用户到底选择哪种模式构建无线数据系统，往往存在着许多误区，设计方案时，走了不少弯路，浪费了大量的人力和物力。事实上，用哪种模式构建用户系统，应根据受控对象的特点、要求结合三种模式的应用特性综合考虑，科学确定，现将详细分析三种通信模式的工作原理，应用特点，自然缺陷和常见问题的应对策略。

1GPRS通信模式

GPRS（GeneralPackageRadioService）即通用分组无线业务，是一种采用封包形式传输服务的系统。由于使用了包交换传输模式，用户之间的通信不需要再独占一条通信信道，而且多个用户同时占用一条通信信道，也不会造成网络的堵塞。由于其不独占信道的特性，不需要按时计费，而是按流量计费。但移动终端成功登录上GPRS之后，移动网会随机分配一个IP地址，如果需要与INTERNET进行通信，移动网关还会分配一个开放端口给GPRS终端。但是，由于移动网关的资源有限，服务商会定期收回未使用的端口资源。基于国内这种网络结构特征，GPRS终端在作工业测控使用时，尚存在一定的局限性。首先，如果没有确定的IP地址和端口号组成的套接字是无法建立基于TCP/UDP连接的；其次，GPRS登录后虽然获取了骨干网IP地址，但分配给它的端口却是不确定的，这就造成了公网终端无法找到GPRS终端的情况，只能由GPRS终端主动向公网终端发送数据或建立连接。如果GPRS终端一段时间不发送数据，闲置端口被收回，公网终端是无法按原端口访问到GPRS端口的。所以，由GPRS终端组网应用时，可通过以下几种方式来实现：

1.1中心服务器在公网上

通过拨号，ADSL等方式上到INTERNET上、具有固定IP地址的计算机均可作为中心服务器，可在其上运行IP地址和端口侦听和收发数据程序。登录到移动网络的GPRS终端均通过上述IP地址和端口与中心服务器建立连接，并把终端的IP地址和端口告知给中心服务器，中心服务器就以终端的IP地址和端口作为身份特征向该终端传输数据。中心与终端必须频繁地交换数据，以维持终端的端口号不变。如果时间间隔变长，终端端口将被收回，中心再往该终端发送数据就必然会出现障碍，所以数据交换周期长的应用场合，想“一次连接，一劳永逸”的做法是不行的。正确的做法是：终端向中心传送数据时，首先建立一次连接，数据交换完成后，应撤除连接。问题是如果中心主动向终端建立连接怎么办？中心是不能主动向终端建立连接的，因此中心也就不能随时向终端传送数据。解决的办法是：中心再另配置一个普通的GSM模块（不必开通GPRS功能），中心需要与终端建立连接时，先通过ATD指令呼叫终端，终端接到后，再主动向中心建立连接。

需要指出的是：用户选择GPRS通信模块，有一部分原因是考虑到通信和组网费用。虽然单纯使用GPRS的费用非常便宜，但申请固定IP地址在有些地区费用相当昂贵，对于用户来说必然要考虑到性价比、资金投入等问题，这也就是部分用户不能下决心升级到GPRS的原因。

随着域名解析服务器和相关网站的逐步建立，登录到公网上不具有固定IP地址的计算机也能作为中心服务器，而且申请一个域名比申请一个固定IP地址要便宜得多，这样用域名代替IP地址，通过域名解析服务器就可以将域名解析为IP地址就不失为一个好办法。虽然每一个登录到INTERNET的计算机的IP地址动态的，但域名是固定的，GPRS终端就可以通过一个固定的域名与中心服务器建立连接了。域名解析服务器由相关网站提供，中心服务器端的计算机只需要安装一个“花生壳”软件就行了。

1.2中心服务器在移动骨干网上

GPRS终端本身具有移动骨干网的IP地址，即使不进行通信，只要不注销登录，这个IP地址是不会变的，只不过这个IP地址每一次登录时是动态分配的，用户可以使用这个相对固定的IP进行移动骨干网内的数据传输，不必把中心服务器放在INTERNET公网上。要做到这一点，必须：

（1）中心服务企业必须配置具有GPRS功能的GPRS终端模块，并且必须申请具有固定地址的SIM卡。

（2）当GPRS终端为普通SIM卡时，GPRS终端必须主动向中心的GPRS终端模块建立连接，反之不行。

所有GPRS终端均可申请为具有固定IP的SIM卡，此时，中心与终端可双向随时随地建立连接。

2SMS通信模式

SMS（ShortMessagingService）即：短信息服务，是一种利用移动设备发送和接收文本信息的技术。一则SMS信息最多可多达成160个字节，与大约1秒钟的语言呼叫所占用的空间相当，故其通信费用十分低廉。SMS是GSM中唯一不要求建立端到端业务路径的业务，即使移动台已处于完全电路通信情况下仍可进行短消息通信。消息的传输是通过SMSC（ShortMessagingServiceCenter）短消息服务中心进行中继的。消息的源或目的以电话号码为身份特征，短消息可长时间保存在移动终端或SMSC中。

当短消息格式设为PDU方式时，可将用户数据调制到ASCII码中传输，即所谓透明数据传输。这也是很多工业用户用SMS通信模式传输数据的原理。

中心和终端不需要考虑考虑双方的握手，发送方只需要以设定的数据格式发送即可，接收方需要通过AT指令查询SIM卡中是否有新的短消息。

短消息从发送到接收的时间受移动网络忙闲制约。快时，数秒内即可完成，慢时，则无法预测。所以SMS通信模式的实时性不能令实时性要求场合高的应用场合满意，这是它的缺陷，然而接收方完全免费的标准，对很多工业用户还是极具诱惑力，特别是对于一发多收，数据单向传输的用户更是如此。

通过SMS通信模式组建用户数据传输系统时，数据传输的可靠性是很多用户关心的问题。从原理上讲SMS通信模式通信双方不需要握手，也不能握手，那么，发送方怎样才能判定接收方是否已经接收到或者能否正常接收，这确实是一件困难的事情。有些用户试图通过让接收方再回送短信息的方式来通知发送方收到了短信。其实这是行不通的，且不论回送短信会增加费用，主有问题是发送方的判定时间值无法确定。事实上，对发送方而言，接收方什么时候收到短消息不是主要矛盾。主要矛盾是接收方能不能收到短消息。随着移动网络质量的不断提高，影响移动终端接不到短消息主要取决于移动终端本身。如未开机，所处环境的信号质量不好，GSM模块或上端控制电路故障等。所以发送方在发送数据之前能确定接收方处于正常工作状态就可以了。方法如下：

（1）发送方呼叫移动终端（通过AT指令），如果终端正常，GSM接收模块就会从串口输出振铃信号（Ring）。

（2）移动终端接到振铃信号时，立即执行一个挂机操作（通过ATH指令）。也可以执行摘机操作（通过AT指令），但摘机操作会产生话音通信费用，故使用挂机操作。

（3）移动终端挂机后，发送方的GSM模块会从串口输出“NoCarrier”的信号，从发送到接收这个信号的时间不会超过去15秒。此时发送方可认定接收方工作正常。如果在15秒内没有接收到“Nocarrier”信号，则可认为接受方故障。

3CSD通信模式

CSD（CircuitSwitchData）即电路数据交换，是在传统通话网络的基础上发展起来的，GSM通信也继承了这种功能，CSD交换时，网络中所有的讯号信道分成许多个，每一个使用者在使用这个信道时，都是独占这个信道。因此这种传输方式是上下对称的，最高传输速率为9600bps，而付费标准却是按照通信时间收取费用的。

基于CSD模式搭建数据传输系统时，中心和终端必须分别配置GSM通信模块，其SIM卡应该具备并开通WAP功能。通信过程包括呼叫、应答、传送/接收数据，挂机等。每一操作通过AT指令完成。由此可见，该模式的数据传输时实时性，可靠性是很高的，即：所发即所收。这是CSD模式的优点，但缺点也比较明显，由于付费是按照话音的时间计算的，费用很高。所以CSD模式仅适用于实时性要求高，但数量交换量较小并且不是很频繁的应用场合。

4结论

综上所述，数据在GSM网络下传输的三种模式中各有着优点和不足之处，用户应根据受控对象的特点、结合三种模式的应用特性综合考虑，来选择不同的模式构建系统。

参考文献

[1]顾尚杰，薛质.计算机通信网基础[M].北京：电子工业出版社，2000，4.

[2]薛栋梁.单片机原理与应用[M].北京：水利水电出版社，2001.