基于GSM的IC卡消費管理系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文.doc

基于基于 GSMGSM 的的 ICIC 卡消費管理系統(tǒng)設(shè)計卡消費管理系統(tǒng)設(shè)計 摘摘 要要 隨著通信技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展 無線通信數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)在工業(yè) 民用設(shè) 備的數(shù)據(jù)傳輸中日益得以應(yīng)用 無線遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與傳統(tǒng)有線方式的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采 集相比具有不受地理環(huán)境 氣候 時間限制等諸多優(yōu)點 為提高遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程監(jiān)控的方便性 靈活性和經(jīng)濟(jì)性 本文研究了基 于 GSM 的 IC 卡消費管理系統(tǒng)設(shè)計 短信服務(wù) SMS Short MessageService 作 為 GSM 網(wǎng)絡(luò)的一種主要的基本業(yè)務(wù) 它的傳遞是可靠的 因此 選用 GSM 的短消 息業(yè)務(wù)來實現(xiàn)遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)傳輸是可行的 在短消息業(yè)務(wù)快速發(fā)展的背景下 短 消息在無線監(jiān)控與數(shù)據(jù)傳輸方面的應(yīng)用有著極為重要的現(xiàn)實意義和實際價值 基 于 GSM 短信息功能可以做成傳輸各種檢測 監(jiān)控數(shù)據(jù)信號和控制命令的數(shù)據(jù)通信 系統(tǒng) 能廣泛用于遠(yuǎn)程監(jiān)控 定位導(dǎo)航 個人通信終端等 利用現(xiàn)有的 GSM 網(wǎng)絡(luò) 資源 發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)覆蓋率高 傳輸性能好等優(yōu)勢 為現(xiàn)有的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程監(jiān) 控提供一種便捷的無線數(shù)據(jù)傳輸方式 本系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集部分?jǐn)?shù)據(jù)接收和發(fā)送部分終端處理部分三個模塊組成數(shù)據(jù) 采集模塊將采集到的數(shù)據(jù)存入存儲器中數(shù)據(jù)收發(fā)模塊采用雙單片機(jī)共用 E2PROM 的 方式單片機(jī) 2 控制數(shù)據(jù)從存儲器轉(zhuǎn)存入 E2PROM 中單片機(jī) 1 負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)從 E2PROM 中讀出并經(jīng) GSM 模塊 2 借助 GSM 網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送出去單片機(jī) 1 不僅控制數(shù)據(jù)的 發(fā)送也控制數(shù)據(jù)的接收在這里 本文首先介紹了課題研究的背景和 GSM 基本理論 其次 詳細(xì)闡述了應(yīng)用單 片機(jī) AT89S52 技術(shù) 選用 TC35i 模塊 設(shè)計完成 GSM 無線數(shù)據(jù)傳送的過程 主 要是 GSM 終端軟硬件的設(shè)計和調(diào)試 同時 該終端設(shè)備具有良好的通用性 可應(yīng) 用于不同的場合和系統(tǒng)中 最后 給合 GSM 網(wǎng)絡(luò)無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù) 設(shè)計出 IC 卡消費管理系統(tǒng) 本系統(tǒng)具備體積小 價格低 可靠性較高的特點 并具備較為 豐富的接口電路 可以以該系統(tǒng)為基礎(chǔ)進(jìn)行進(jìn)一步的應(yīng)用開發(fā) 能滿足各類移動 性強(qiáng) 數(shù)據(jù)傳輸量小的應(yīng)用場合 也適合于偏遠(yuǎn)地區(qū)等不便架設(shè)通信線路的地方 使用 具有很好的應(yīng)用前景 關(guān)鍵詞 關(guān)鍵詞 數(shù)據(jù)傳輸 GSM 單片機(jī) TC35i IC 卡 GSM based IC card management system Abstract With the rapid development of communications and computer technology wireless communications data networks in the industrial civil and data transmission equipment increasingly applied wireless remote data acquisition compared with traditional wired remote data acquisition has from the geographical environment climate time constraints and many other advantages Remote data acquisition and remote monitoring of convenience flexibility and economy the consumption of the IC card management system design based on GSM Short Message Service SMS Short the MessageService as the basic operations of a GSM network the transmission is reliable and therefore the selection of the GSM short message service to a remote wireless data transmission is feasible In the context of the rapid development of short message service short message in the wireless supervisory control and data transmission has a very important practical significance and practical value Made based on the GSM short message function can transmit all kinds of testing monitoring data signals and control commands data communication system widely used in remote monitoring navigation personal communication terminal use of the existing GSM network resources to play the network coverage rate transmission performance provide a convenient wireless data transmission for remote data acquisition and remote monitoring The system consists of data acquisition part of the data receive and send part of the terminal processing section composed of three modules data acquisition module to the collected data into a data transceiver module using pairs of single chip shared E2PROM microcontroller control data transfer from memory deposited E2PROM memorythe microcontroller to read data from E2PROM and GSM module with GSM network data sent to the microcontroller not only controls the sending of data to control data reception in here This paper first introduces the research background and GSM basic theory Second elaborated on the application MCU AT89S52 the choice of the TC35i module design is complete GSM wireless data transfer process mainly the GSM terminal software and hardware design and debugging thethe terminal equipment has good versatility can be applied to different occasions and systems Finally to co wireless data transmission technology for GSM networks the design of the IC card management system This system has the small size low price and high reliability features and rich interface circuit the system as the basis for further application development to meet the various types of mobility a small amount of data transfer applications occasions Also suitable for use in remote areas and other inconvenient place to set up communication lines with a good prospect of application Keywords data transmission GSM microcontroller TC35i IC card 2012 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 I 頁 共 III 頁 目目 錄錄 1 緒論 3 1 1 研究背景 3 1 2 IC 卡消費系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 3 1 2 1 IC 卡消費系統(tǒng)國外研究現(xiàn)狀 3 1 2 2 IC 卡國內(nèi)研究現(xiàn)狀 3 1 3 理論與實際意義 3 1 4 課程目標(biāo) 3 2 GSM 通信技術(shù)簡介 3 2 1 GSM 系統(tǒng)組成 3 2 2 GSM 系統(tǒng)的業(yè)務(wù) 3 2 2 1 短信息業(yè)務(wù) 3 2 2 2 SMS 發(fā)展前景 3 2 3 本章小結(jié) 3 3 GSM 終端的硬件設(shè)計 3 3 1 GSM 終端設(shè)計方案概述 3 3 2 硬件設(shè)計的總體結(jié)構(gòu) 3 3 3 硬件資源介紹 3 3 3 1 GSM 模塊 TC35i 3 3 3 2 單片機(jī) 3 3 4 AT89S52 電路設(shè)計 3 3 4 1 芯片電源電路設(shè)計 3 3 4 2 AT89S52 芯片介紹 3 3 4 3 串行通信設(shè)計 3 3 5 TC35i 外圍電路設(shè)計 3 3 5 1 TC35i 電源電路設(shè)計 3 3 5 2 SIM 卡電路設(shè)計 3 3 6 GSM 終端 PCB 板的抗干擾 可靠性設(shè)計 3 3 7 本章小結(jié) 3 2012 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 II 頁 共 III 頁 4 GSM 終端軟件的設(shè)計 3 4 1 終端軟件實現(xiàn) 3 4 1 1 收發(fā)短消息數(shù)據(jù)的 AT 指令 3 4 1 2 收發(fā)短消息的格式 3 4 1 3 主應(yīng)用處理模塊 3 4 1 4 短消息的發(fā)送過程 3 4 1 5 發(fā)送短信息的一般步驟 3 4 1 6 短消息的接收過程 3 4 2 IAR MSP430 集成開發(fā)環(huán)境 Wordbench 3 4 3 本章小結(jié) 3 5 IC 卡消費系統(tǒng)硬件設(shè)計 3 5 1 IC 卡消費系統(tǒng)兩個終端 3 5 2 總體方案 3 5 3 系統(tǒng)硬件框圖 3 5 4 IC 卡模塊 3 5 4 1 SLE4442 的主要特征 3 5 4 2 SLE4442 卡的觸點 3 5 4 3 SLE4442 卡的引腳定義和功能 3 5 5 顯示模塊 3 5 5 1 控制器接口信號說明 3 5 6 報警模塊 3 5 7 本章小結(jié) 3 6 IC 卡消費系統(tǒng)軟件設(shè)計 3 6 1 主控程序設(shè)計 3 6 2 SLE4442 卡的讀寫 3 6 2 1 傳輸協(xié)議 3 6 2 2 指令 3 6 3 LCD12864 的控制 3 6 4 本章小結(jié) 3 2012 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 III 頁 共 III 頁 7 結(jié)束語 3 附錄 A 電路圖 3 附錄 B PCB 圖 3 附錄 C SLE442 操作程序 3 參考文獻(xiàn) 3 致謝 3 2012 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第第 1 頁 共 75 頁 1 1 緒論緒論 1 11 1 研究背景研究背景 隨著計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展 人類科學(xué)正進(jìn)入信息時代 信息技 術(shù)本身正對教育的改革產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響 現(xiàn)代化的學(xué)校少不了現(xiàn)代化的教學(xué)設(shè)施 設(shè)備的武裝 建設(shè) IC 卡消費管理系統(tǒng) 為學(xué)校的教師 學(xué)生和教學(xué)管理人員 提供具有開放性 靈活性 面向?qū)W校應(yīng)用服務(wù)的管理平臺 是教學(xué)管理科學(xué)化的 必要前提和基本途徑 所以 IC 卡消費管理系統(tǒng) 的建設(shè)勢在必行 隨著社會的進(jìn)步與變革 各學(xué)校原有的消費和管理模式已不能適應(yīng)新的發(fā)展 要求 基于目前現(xiàn)狀 IC 卡消費系統(tǒng)管理 應(yīng)運而生 所謂 IC 卡消費系統(tǒng)管理 即在學(xué)校內(nèi) 凡有現(xiàn)金 票證或需要識別身份的場合均采用卡來完成 此種管理 模式代替了傳統(tǒng)的消費管理模式 為學(xué)校的管理帶來了高效 方便與安全 建立 先進(jìn)的信息管理系統(tǒng)是實現(xiàn)高等教育現(xiàn)代化的必由之路 而智能卡技術(shù)的推廣運 用 則是推進(jìn)高校信息化管理的重要舉措之一 IC 智能卡可供學(xué)生用于校園內(nèi)部 處理雜務(wù) 購買食品 飲料 書本 借閱圖書 查資料 洗澡等 學(xué)生只需在管 理中心開設(shè)帳戶并存入金額 即可啟用其電子錢包功能 可反復(fù)充值 IC 卡管 理系統(tǒng) 可真正意義地實現(xiàn) 一卡在手 走遍校園 獨具特點的通用查詢子系統(tǒng) 使其可充當(dāng)管理學(xué)校日常消費 管理的角色 并為領(lǐng)導(dǎo)的決策提供可靠的數(shù)據(jù)依 據(jù) 同時也為教職員工和學(xué)生提供了方便 隨著智能技術(shù)的高速發(fā)展和計算機(jī)應(yīng)用的普遍推廣 在國家機(jī)關(guān) 學(xué)校 公 安部門的信息管理中引入智能卡應(yīng)用系統(tǒng)正逐步成為一種趨勢 作為其一員的 IC 卡消費系統(tǒng)也不甘示弱地充當(dāng)著重要的角色 廣泛地應(yīng) 用于食堂 超市等收費系 統(tǒng)中 用于控制現(xiàn)金的直接流通 這一功能有效的解決了傳統(tǒng)的飯票流通所帶來 的不衛(wèi)生 零錢不夠找 工作人員偷飯票 學(xué)生偽造飯票等一系列讓管理者費盡 腦思的疑難問題 由于 IC 卡消費系統(tǒng)在安全性 可靠性 使用壽命和對環(huán)境的 適應(yīng)性方面均優(yōu)于其它系統(tǒng) 克服了以往光電卡 磁卡 條碼卡信息外露 易偽 造 不安全等缺點 使得它逐以風(fēng)靡全球 為此它也 正朝著單方面應(yīng)用 電子貨 幣 向 一卡多用 的方向延伸和發(fā)展 并且具備技術(shù)的成熟性和實用性 對加 強(qiáng)資金管理 提高管理水平和效率起到重要的促進(jìn)作用 2012 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第第 2 頁 共 75 頁 1 21 2 ICIC 卡消費系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀卡消費系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 1 2 1 IC 卡消費系統(tǒng)國外研究現(xiàn)狀 這些年來 一卡多用已經(jīng)在世界各個地方多個行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用 由于美 國在電子貨幣流通方面做了很多的研究 特別是在公共交通出行方面 但還沒形 成完整的規(guī)模 通過多方面的分析指出 跨行業(yè)應(yīng)用非接觸式 IC 卡為載體的貨幣 流通方式是發(fā)展方向 同時為一張卡應(yīng)用到多行業(yè)問題做了探討 最初 在 TransLink 項目中起初采用磁卡 后來這個項目的負(fù)責(zé)人研究了各 種接觸式和非接觸式卡的技術(shù) 在其他一些國家 通過對綜合系統(tǒng)和 IC 卡技術(shù)相 結(jié)合的研究 給出了可以建設(shè)以非接觸式 IC 卡為基礎(chǔ)的城市多行業(yè)收費系統(tǒng) 克 里夫蘭地區(qū)的交通部門對一系列能夠參與整個消費系統(tǒng)的各行各業(yè)做了組織方式 的分析 最后 決定將接觸式與非接觸式 IC 卡結(jié)合的方式 針對 3 于一些其他的 消費系統(tǒng)沒有做廣泛的研究和實驗 在一些本身的行業(yè)內(nèi)做了一些實驗 在此基 礎(chǔ)上 得到了一些資料進(jìn)行了各方面的評估進(jìn)行廣泛的推廣 比較典型的系統(tǒng)包 括 1996 年德國的 PayCard 項目 1994 年華盛頓地鐵 Smartrip 工程 紐約運輸 局 MetroCard 項目 1995 年澳大利亞悉尼一卡通系統(tǒng)等 這些國家完成的項目有 一些相似的特點就是都是現(xiàn)在交通行業(yè)應(yīng)用 通過研究再將其推行到其他的消費 領(lǐng)域中 由于沒有對跨行之間結(jié)合做充分的計劃 雖然在交通上這些系統(tǒng)比較完 善 但與其他行業(yè)的結(jié)合并不是那么的完善 1998 年 Daniel Fleishman Carol Schweiger David Lott 等人通過最一卡多用系統(tǒng)做了詳細(xì)的 調(diào)查后總結(jié)了運營模式 提出要在具體的組織形式 規(guī)范的條文和技術(shù) 統(tǒng)一的 管理模式下完成初步的規(guī)劃設(shè)計 但是 并未涉及具體內(nèi)容和方法以及一卡多用 系統(tǒng)的評價 2000 年的時候 弗吉尼亞州運輸局通過大范圍的調(diào)查華盛頓用戶消 費市場的特性 對整個地區(qū)的十年規(guī)劃的遠(yuǎn)景 實施戰(zhàn)略和收費系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu) 提出了具體的計劃 目前 美國為了指導(dǎo)一卡通的規(guī)劃和實施 就對城市公共交 通的一卡通系統(tǒng)的指導(dǎo)方針和規(guī)范做了詳細(xì)的研究 1 2 2 IC 卡國內(nèi)研究現(xiàn)狀 與其它一些交通方式相比 公共交通出行具有環(huán)保 節(jié)約能源 城市用地和 緩解交通擁堵方面等方面明顯的優(yōu)勢 但目前國內(nèi)大部分城市的公共交通發(fā)展卻 嚴(yán)重滯后于經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會需求 在經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對落后的城市 資金缺乏是城市 2012 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第第 3 頁 共 75 頁 公共交通發(fā)展滯后的一個主要原因 而在一些經(jīng)濟(jì)相對發(fā)達(dá)地區(qū) 私人交通方式 的快速發(fā)展給城市公共交通發(fā)展帶來較大的阻礙 同時政府也在公共交通發(fā)展上 的政策不夠完善 使得公共交通的發(fā)展步履維艱 但是也有城市在早期就意識到 發(fā)展公共交通的重要意義 并在政策和資金上給予支持 使得城市的交通狀況得 到較好的改善 自從 1993 年 金卡工程的實施使我國各行各業(yè)的建設(shè)領(lǐng)域也將先進(jìn)的 IC 卡 技術(shù)引進(jìn)進(jìn)來 并逐步得到開發(fā)與應(yīng)用 現(xiàn)已取得顯著的成果 北京 上海 重 慶 廣州 深圳 西安等二十多個城市在公交 燃?xì)?自來水等領(lǐng)域試用 IC 卡 智能水表自動收費系統(tǒng)在大連 哈爾濱等地已有應(yīng)用 IC 卡智能燃?xì)獗碜詣邮召M 系統(tǒng)在西安 南寧等地已有應(yīng)用 IC 卡公交 公共電車 汽車 出租車 地鐵以 及輪渡等 自動收費系統(tǒng)在深圳 貴陽 上海 南京 大連等地已有應(yīng)用 路橋不 停車 IC 卡自動收費系統(tǒng) 小區(qū)物業(yè)管理 IC 卡自動收費系 4 統(tǒng)以及有關(guān) IC 卡住戶 信息管理系統(tǒng)在深圳等地已經(jīng)出現(xiàn)公園 風(fēng)景名勝區(qū)門票 lC 卡自動收費系統(tǒng)在武 漢等地已有應(yīng)用 1 31 3 理論與實際意義理論與實際意義 隨著信息業(yè)和服務(wù)業(yè)全球化的發(fā)展 人們對信息載體的便攜性 高安全性及 易用性等方面提出更高的要求 于是非接觸式 IC 卡以其無接觸磨損 容易維護(hù) 方便使用等優(yōu)點 成為了 IC 卡中發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮男畔⑤d體收到各行各業(yè)的矚目 由于非接觸式 IC 卡具有更加方便 快捷的特點 可廣泛應(yīng)用于電子錢包 地鐵自 動收費 公交自動售票 停車自動收費 食堂售飯 考勤和門禁等多種場合 根 據(jù) CCID 統(tǒng)計的資料 2002 年我國共發(fā)行各種 IC 卡 4 28 億張 總的銷售額約為 28 2 億元 其中非接觸式 IC 卡共發(fā)行了 3795 萬張 約占總發(fā)卡量 8 9 盡管 目前非接觸式 IC 卡在各行各業(yè)發(fā)行的數(shù)量比重不是很大 但隨著用戶對便捷性和 安全性的要求的不斷提高以及非接觸式 IC 卡本身所具有的優(yōu)點 對非接觸式 IC 卡的需求將會逐漸增加 應(yīng)用將會越來越廣 所占的比例也會穩(wěn)定上升 非接觸 式 IC 卡是在 IC 卡技術(shù)應(yīng)用的一個質(zhì)的飛躍 具有更好的保密性 較大存儲量 較高安全度 它的出現(xiàn)是真正意義上的城市交通成為可能 一卡多用的特點是 整個系統(tǒng)同時覆蓋幾個行業(yè)和公共事業(yè)單位的多個系統(tǒng) 消費 POS 站點 發(fā)卡儲 值網(wǎng)點 大量持卡用戶均通過該收費管理系統(tǒng)實現(xiàn)自動消費和繳費 并且在系統(tǒng) 2012 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第第 4 頁 共 75 頁 內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)均為含金額的交易數(shù)據(jù) 整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大 流水?dāng)?shù)據(jù)量大 由于 以上的應(yīng)用特點 整個系統(tǒng)的安全性和可靠性需要重點考慮 非接觸式 IC 卡的多 用與單行業(yè)非接觸式 IC 卡應(yīng)用系統(tǒng)相比較 一般來說還具有以下特點 由于系統(tǒng) 由多個行業(yè)的應(yīng)用組成 每個行業(yè)有各自行業(yè)的特殊性 一卡多用安全性要求更 高 應(yīng)用軟件復(fù)雜性和可靠性的要求相對也更高一些 IC 卡在城市建設(shè)行業(yè)中的具體應(yīng)用行業(yè)有 城市公共交通 出租車 園林 公園 燃?xì)?房水 道路橋 停車場 物業(yè)管理的收費與管理 利用先進(jìn)的非 接觸式 IC 卡技術(shù)和高效 GPRS 的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 可以為公共交通系統(tǒng)提供安全可靠 方便高效的支付方式和完整的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 為提高公共交通系統(tǒng)行業(yè)的服務(wù)質(zhì) 量 樹立城市行業(yè)優(yōu)質(zhì)高效服務(wù)的新形象奠定堅實的技術(shù)基礎(chǔ) 在我國 1993 年開始 IC 卡得到了應(yīng)用 雖然起步比較晚 但其快速的發(fā)展 是讓人刮目相看的 據(jù)不完全統(tǒng)計 96 97 兩年全國共發(fā)行了 6000 萬張 IC 卡 98 年發(fā)行了 8000 萬張 IC 卡 目前 我國還沒有完全形成網(wǎng)絡(luò)化的非接觸式 IC 卡應(yīng)用系統(tǒng) 沒有龐大的系統(tǒng)設(shè)備發(fā)展慣性 這樣我們可以采用最新技術(shù)來發(fā)展 非接觸式 IC 卡技術(shù)在中國的應(yīng)用 由此可見 我國非接觸式 IC 卡具有十分廣闊 的應(yīng)用前景 而且具有其他發(fā)達(dá)國家無法比擬的優(yōu)勢 在不久的將來 我們會迎 來一個 IC 卡應(yīng)用的大發(fā)展 本課題正是在這一大的應(yīng)用背景下應(yīng)運而生的 對于 中國城市交通收費系統(tǒng)的實際應(yīng)用 對于建設(shè)部在城市交通領(lǐng)域的試點和相關(guān)應(yīng) 用標(biāo)準(zhǔn)的確定 都有較好的參考和借鑒價值 1 41 4 課程目標(biāo)課程目標(biāo) 基于 GSM 的 IC 卡消費系統(tǒng)是數(shù)字化校園的一個重要組成部分 實施 IC 卡消 費系統(tǒng)是為廣大師生員工的教學(xué) 科研學(xué)習(xí)和生活提供以人為本的電子服務(wù) 本 論文通過對本校數(shù)字化校園基礎(chǔ)融入 GSM 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)著手進(jìn)行研究 通過基于 GSM 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究 實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸方式 對校園 IC 卡消費系統(tǒng)進(jìn)行總體規(guī)劃 與設(shè)計 以軟件集成為主 輔以硬件集成的綜合信息管理系統(tǒng) 通過具體的需求 分析 總體設(shè)計 模塊設(shè)計 最終實現(xiàn)構(gòu)建在數(shù)字化校園 2012 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第第 5 頁 共 75 頁 2 2 GSMGSM 通信技術(shù)簡介通信技術(shù)簡介 GSM Global System for Mobile Communications 全球移動通信系統(tǒng) 是目 前基于時分多址技術(shù)的移動體制中最成熟完善 覆蓋面最廣 功能最強(qiáng) 用戶最 多的移動通信系統(tǒng) GSM 系統(tǒng)作為一種開放式結(jié)構(gòu)和面向未來設(shè)計的系統(tǒng) 具有 抗干擾能力強(qiáng) 鑒權(quán)和加密功能 確保用戶保密和網(wǎng)絡(luò)安全 覆蓋區(qū)域內(nèi)的通信 質(zhì)量高等特點 GSM 系統(tǒng)具有靈活和方便的組網(wǎng)結(jié)構(gòu) 在數(shù)據(jù)通信方面能滿足用 戶對大容量 高密度業(yè)務(wù)的要求 歐洲各國為了建立全歐統(tǒng)一的數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng) 在 1982 年成立了移動通 信特別小組 提出了開發(fā)數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的目標(biāo) 1986 年 歐洲有關(guān)國家在進(jìn) 行大量研究和實驗的基礎(chǔ)上 向 GSM 提出了 8 種不同的方案 并在法國巴黎進(jìn) 行了現(xiàn)場測試 對 8 種方案進(jìn)行了比較和論證 最后制訂出 GSM 標(biāo)準(zhǔn) 于 1988 年公布 1991 年 第一個實用系統(tǒng)在歐洲開通 同時 GSM 被更名為 全球移動 通信系統(tǒng) 從此移動通信跨入了第二代數(shù)字移動通信的發(fā)展階段 此后 GSM 系 統(tǒng)又經(jīng)歷了不斷的改進(jìn)與完善 盡管其他的一些二代數(shù)字系統(tǒng) 如北美的 ADC 和 日本的 PDC 也陸續(xù)被開發(fā)出來并投入使用 但是由于 GSM 系統(tǒng)規(guī)范 標(biāo)準(zhǔn)的公 開化和優(yōu)點的諸多性 很快就在全世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用 實現(xiàn)了世界范 圍內(nèi)移動用戶的聯(lián)網(wǎng)漫游 2 12 1 GSMGSM 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 GSM 的各個字系統(tǒng)又是由若干個功能實體構(gòu)成的 所謂功能實體 指的是通 信系統(tǒng)內(nèi)的每一個具體的設(shè)備 它們各自具有一定的功能 完成一定的工作 如 VLR HLR 等 各個子系統(tǒng)之間是通過接口來連接的 如 Um 接口 A 接口等 各 個子系統(tǒng)之間的路由又分為通信路由和信令路由兩種 GSM 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖 如圖 2 1 所示 GSM 蜂窩移動通信系統(tǒng)主要包括三個相互獨立的子系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)交 換子系統(tǒng) NSS 無線基站子系統(tǒng) BBS 和移動臺 MS 其中 BBS 介于 MS 和 NSS 之間 提供和管理它們之間的信息傳輸通路 也管理 MS 與 GSM 系統(tǒng)的功能 實體之間的無線接口 NSS 保證了 MS 與相關(guān)的公用通信網(wǎng) 如 ISND 和 PSTN 或與其他 MS 之間建立通信 也就是說 NSS 不直相接與 MS 相互聯(lián)系 BSS 也 不直接與公用通信網(wǎng)互相聯(lián)系 2012 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第第 6 頁 共 75 頁 MS 移動臺 BSS 基站子系統(tǒng) NSS 網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng) SC 短信息業(yè)務(wù)中心 OMC 操作維護(hù)中心 MSC 移動業(yè)務(wù)交換中心 VLR 來訪位置寄存器 HLR 歸屬位置寄存器 AUC 鑒權(quán)中心 EIR 移動設(shè)備識別寄存器 BSC 基站控制器 BTS 基站收發(fā)臺 PSPND 分組交換公用數(shù)據(jù)網(wǎng) PSTN 公用電話網(wǎng) ISDN 綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng) 圖 2 1 GSM 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖 1 移動臺 MS 為便攜臺 手機(jī) 或車載臺 也可以配有終端設(shè)備 TE 或終端適配器 TA 2 基站收發(fā)臺 BTS 包括無線傳輸所需要的各種硬件和軟件 如 發(fā)射 機(jī) 接收機(jī) 支持各種小區(qū)結(jié)構(gòu) 如全向 扁形 星狀或鏈狀 所需的天線 連 接基站控制器的接口電路以及收發(fā)臺本身所需要的檢測和控制裝置等 3 基站控制器 BSC 是基站收發(fā)臺和移動交換中心之間的連接點 也為 基站收發(fā)臺和操作維護(hù)中心之間交換信息提供接口 一個基站控制器通?？刂茙?個基站收發(fā)臺 其主要功能是進(jìn)行無線信道管理 實施呼叫和通信鏈路的建立和 拆除 并為本控制區(qū)移動臺的越區(qū)切換進(jìn)行控制等 4 移動交換中心 MSC 是蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的核心 它主要功能是對位于本 MSC 控制區(qū)域內(nèi)的移動用戶進(jìn)行通信控制和管理 主要完成以下功能 1 信道的管理和分配 2 呼叫的處理和控制 3 越區(qū)切換和漫游的控制 4 用戶位置信息的登記與管理 5 用戶號碼和移動設(shè)備號碼的登記與管理 2012 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第第 7 頁 共 75 頁 6 服務(wù)類型的控制 7 對用戶實施鑒別 8 為系統(tǒng)中連接其他 MSC 和為其他公用通信網(wǎng)絡(luò) 如公用交換電信網(wǎng) PSTN 綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng) ISDN 和公用數(shù)據(jù)網(wǎng) PDN 提供鏈路接口 保證用 戶在轉(zhuǎn)移或漫游的過程中實現(xiàn)無間隙服務(wù) 由此可見 MSC 的功能與固定網(wǎng)絡(luò)的交換設(shè)備有相似之處 如呼叫的接續(xù)和 信息的交換 也有特殊之處 如無線資源的管理和適應(yīng)用戶移動性的控制 5 原籍位置寄存器 HLR 是一種用來存儲本地用戶位置信息的數(shù)控庫 在蜂窩通信系統(tǒng)中 通常設(shè)置若干個 HLR 每個用戶都必須在某個 HLR 相當(dāng)于 該用戶的原籍 中登記 登記的內(nèi)容分為兩類 一種是永久性的參數(shù) 如用戶號 碼 移動設(shè)備號碼 接入的優(yōu)先等級 預(yù)定的業(yè)務(wù)類型以及保密參數(shù)等 另一種 是暫時性的需要隨時更新的參數(shù) 即當(dāng)用戶當(dāng)前所處位置的有關(guān)參數(shù) 即使用戶 漫到 HLR 所服務(wù)的區(qū)域之處 HLR 也要登記由該區(qū)傳送來的位置信息 這樣做的 目的是保證當(dāng)呼叫任一個不知處于哪一個地區(qū)的移動用戶時 均可由該移動用戶 的原籍位置寄存器獲知它當(dāng)時處于哪一個地區(qū) 進(jìn)而建立起通信鏈路 6 訪問位置寄存器 VLR 是一個用于存儲來訪用戶位置信息的數(shù)據(jù)庫 一個 VLR 通常為一個 MSC 控制區(qū)時 它必須向該地區(qū)的 VLR 申請登記 VLR 要 從該用戶的 HLR 查詢其有關(guān)的參數(shù) 要給該用戶分配一個新的漫游號碼 MSRN 并通知其 HLR 修改用戶的位置信息 準(zhǔn)備為其他用戶呼叫此移動用戶時提供路由 信息 如果移動用戶由一個 VLR 服務(wù)區(qū)移動到另一個 VLR 服務(wù)區(qū)時 HLR 在修 改該用戶的位置信息后 還要通知原來的 VLR 刪除此移動用戶的位置信息 7 鑒別中心 AUC 的作用是可靠地識別用戶的身份 只允許有權(quán)用戶接 入網(wǎng)絡(luò)并獲得服務(wù) 8 設(shè)備標(biāo)志寄存器 EIR 是存儲移動臺設(shè)備參數(shù)的數(shù)據(jù)庫 用于對移動 設(shè)備的鑒別和監(jiān)視 并拒絕非法移動臺入網(wǎng) 9 操作和維護(hù)中心 OMC 的任務(wù)是對全網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控和操作 例如 系統(tǒng) 的自檢 報警與備用設(shè)備的激活 系統(tǒng)的故障診斷與處理 話務(wù)量的統(tǒng)計和計費 數(shù)據(jù)的記錄與傳遞 以及各種資料的收集 分析 與顯示等 以上概括地介紹了數(shù)字蜂窩系統(tǒng)中各個部分的主要功能 在實際的通信中 2012 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第第 8 頁 共 75 頁 由于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模 運營環(huán)境和設(shè)備生產(chǎn)廠家的不同 以上各個部分可以有不同的配 置方法 比如把 MSC 和 VLR 合并在一起 或者把 HLR EIR 和 AUC 合并在一起 不過 為了使各個廠家所生產(chǎn)的設(shè)備可以通用 上述各個組成部分的連接都必須 嚴(yán)格地符合規(guī)定的接口標(biāo)準(zhǔn) GSM 系統(tǒng)遵循 CCITT 建議的公用陸地移動通信網(wǎng) PLMN 接口標(biāo)準(zhǔn) 采用 7 號信令支持 PLMN 接口進(jìn)行所需的數(shù)據(jù)傳輸 這些接 口共有以下幾種 1 移動臺與基站之間的接口 Um 2 基站與移動交換中心之間的接口 A 3 基站收發(fā)臺與基站控制器之間的接口 A 基站收發(fā)臺與基站控制器不配 置在一起時 使用此接口 4 移動交換中心與訪問位置寄存器之間的接口 B 5 移動交換中心與原籍位置寄存器之間的接口 C 6 原籍位置寄存器與訪問位置寄存器之間的接口 D 7 移動交換中心之間的接口 E 8 移動交換中心與設(shè)備標(biāo)志寄存器之間的接口 F 9 訪問位置寄存器之間的接口 G 在 GSM 網(wǎng)絡(luò)中 還配有短信息業(yè)務(wù)中心 SC 即可開放點對點的短信息業(yè) 務(wù) 類似數(shù)字尋呼業(yè)務(wù) 實現(xiàn)全國聯(lián)網(wǎng) 又可開放廣播式公共信息業(yè)務(wù) 另外配 有語音信箱 可開放語音留言業(yè)務(wù) 當(dāng)移動被叫客房暫不能接通時 可接到語音 信箱留言 提高網(wǎng)絡(luò)接通率 給運營部門增加收入 2 22 2 GSMGSM 系統(tǒng)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)的業(yè)務(wù) GSM 系統(tǒng)在創(chuàng)建之始就把能提供窄帶 ISDN 業(yè)務(wù)作為自己的目標(biāo) 因此 GSM 系統(tǒng)所能提供的業(yè)務(wù)與 ISDN 業(yè)務(wù)有相同之處 只是 GSM 系統(tǒng)更側(cè)重于這些業(yè)務(wù) 在無線方面的應(yīng)用 GSM 系統(tǒng)的業(yè)務(wù)可以分為基本電信業(yè)務(wù) 承載業(yè)務(wù)和補充業(yè) 務(wù)三大類 簡單來講 電信業(yè)務(wù)主要提供移動臺與其他應(yīng)用的通信 承載業(yè)務(wù)主 要提供在確定用戶界面間傳送信息的能力 而補充業(yè)務(wù)則集中體現(xiàn)了全部使用方 便和完善的服務(wù) 電信業(yè)務(wù)是指端到端的業(yè)務(wù) 它包括開放系統(tǒng)互連 OSI 的 1 7 層的協(xié)議 GSM 系統(tǒng)可以提供的電信業(yè)務(wù)大致可分為兩類 語音業(yè)務(wù)和非話業(yè)務(wù) 話音業(yè)務(wù)是 GSM 系統(tǒng)提供的基本業(yè)務(wù) 允許用戶在世界范圍內(nèi)任何地點與固定電 2012 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第第 9 頁 共 75 頁 話用戶 移動電話用戶以及專用用戶進(jìn)行雙向通話聯(lián)系 非話業(yè)務(wù)又稱數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) 是指話音業(yè)務(wù)之外的業(yè)務(wù) 它提供了固定用戶和 ISDN 用戶所能享用的業(yè)務(wù)中大 部分的業(yè)務(wù) 包括文字 圖像 傳真 計算機(jī)文件 Internet 訪問等服務(wù) 具體來講 GSM 系統(tǒng)能夠提供的電信業(yè)務(wù)為 電話業(yè)務(wù) 緊急呼叫業(yè)務(wù) 話 音信箱業(yè)務(wù) 短信息業(yè)務(wù) 可視圖文接入業(yè)務(wù) 智能用戶電報傳送業(yè)務(wù) 傳真業(yè) 務(wù) 本設(shè)計中 重點應(yīng)用的是電信業(yè)務(wù)中短信息業(yè)務(wù) 下面重點介紹短信息的業(yè) 務(wù) 2 2 1 短信息業(yè)務(wù) 一 背景 當(dāng)今社會流行著一種新的時尚 被稱為 拇指文化 盡管歷來認(rèn)為是五個手 指中最笨拙的手指 但是移動信息的出現(xiàn)改變了它的歷史地位 我們到處能見忙 碌著發(fā)送短信的人們 短信在經(jīng)歷了 SMS Short Messaging Service 短信息業(yè) 務(wù) EMS Enhanced Messaging Service 增強(qiáng)型信息業(yè)務(wù) 后 又發(fā)展到今天 的 MMS Multimedia Messaging Service 多媒體信息業(yè)務(wù) MMS 將用戶從黑白 世界帶 二 SMS 的定義 SMS Short Message Service 意為短信息業(yè)務(wù) 可以提 供移動終端 主要是手機(jī) 與其他移動終端或固定網(wǎng)絡(luò)終端之間文本型短信息的 傳遞服務(wù) 即采用 SMS 技術(shù) 消息即可傳遞于移動網(wǎng)絡(luò) 如 GSM 網(wǎng)絡(luò) 用戶之 間 又可以傳遞于移動網(wǎng)絡(luò)用戶與固定網(wǎng)絡(luò) 如 PTN 用戶之間 而這里的文本 可以包括字符 漢字及數(shù)字串 SMS 屬于第一代的無線數(shù)據(jù)服務(wù) 三 SMS 的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 通常大多數(shù)人認(rèn)為消息是實時傳送的 而事實上并非如此 消息的傳送必需 要以短消息業(yè)務(wù)中心中轉(zhuǎn)站 短信息業(yè)務(wù)中心是在功能上與 GSM 網(wǎng)完全分離的實 體 但是也可以包含于 GSM 基站中 GSM 系統(tǒng)即可以實現(xiàn)點對點的短信息通信 也可以實現(xiàn)點對多點 即廣播式 短信息通信 但無論是哪種短信息通信 SMSC 的功能考題存儲和轉(zhuǎn)發(fā) 借助于基站及與 GSM 互聯(lián)的其他網(wǎng)絡(luò) SMSC 不僅可以 服務(wù)于 GSM 用戶 也可以服務(wù)于具備短信息收發(fā)功能的固定網(wǎng)絡(luò)用戶 除了短信 息業(yè)務(wù)中心以外 GSM 系統(tǒng)中的基站作為移動臺與消息中心惟一的中間傳遞者 SMS 消息中繼點 必須要添加一個或多個標(biāo)準(zhǔn)化接口 以便于 SMSC 進(jìn)行互通 2012 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第第 10 頁 共 75 頁 此外 這里 的終端設(shè)備 TE 無論是原有的移動臺還是數(shù)據(jù)設(shè)備 如計算機(jī) 也都必須要有相應(yīng)的功能單元 四 SMS 的工作過程及兩大機(jī)制 無論是 GSM 用戶之間 還是 GSM 用戶與固定網(wǎng)絡(luò)用戶之間 要進(jìn)行短信息通 信時就必須經(jīng)過業(yè)務(wù)中心 這實際上是一種資源的浪費 如圖 2 2 所示為固定網(wǎng) 絡(luò)用戶向 GSM 用戶發(fā)送短信息的流程圖 其具體過程描述如下 首先短信息被送 往業(yè)務(wù)中心 由業(yè)務(wù)中心中的自動接收設(shè)備接收并存儲起來 再轉(zhuǎn)發(fā)給被叫用戶 如果被叫用戶接收了短信息 其終端設(shè)備就會發(fā)回一個 消息收到 信令 如果 由于某種原因被叫用戶沒有收到這個短信息 如正忙 關(guān)機(jī)或覆蓋區(qū)以外 業(yè)務(wù) 中心由于不會收到 消息收到 的信令 會認(rèn)為是發(fā)送未成功 則等到網(wǎng)絡(luò)一旦 確認(rèn)被叫用戶能被接通時 就會再將這條短信息發(fā)出 直至收到接收確認(rèn)信號為 止 同時 中心會把短信息已收到的信息通知用戶 以便用戶了解短信息傳送的 結(jié)果 此外 移動用戶可以把接收到的短信息逐條存放在移動臺的存儲器內(nèi) 以 便查閱 由此可見 GSM 系統(tǒng)的 SMS 技術(shù)包含兩大機(jī)制 存儲轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制和傳遞確 認(rèn)機(jī)制 正是這兩大機(jī)制保證了短信息傳遞的可靠性 也使得它與無線尋呼系統(tǒng) 的文字尋呼相比顯得更為優(yōu)越 圖 2 2 發(fā)送短信息的流程圖 1 存儲轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制 SMS 傳送短信息數(shù)據(jù)包的工作由移動網(wǎng)絡(luò)中的短消息中 心來完成 而不是用戶終端 因此 如果用戶終端不在服務(wù)區(qū)內(nèi)或者正處于關(guān)閉 狀態(tài) 短信息能夠被存儲在短信息中心 等用戶終端在服務(wù)區(qū)內(nèi)或者開機(jī)之后再 轉(zhuǎn)發(fā)給它 2 傳遞確認(rèn)機(jī)制 在電路交換數(shù)據(jù)環(huán)境 如普通的 GSM 網(wǎng)絡(luò) 中 連接是 2012 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第第 11 頁 共 75 頁 端到端的 所以用戶能夠知道連接是否完成以及數(shù)據(jù)傳遞的情況 用戶在發(fā)出短 消息后 如果發(fā)送成功即會收到確認(rèn)信息 如果因網(wǎng)絡(luò)忙等原因而未發(fā)送成功 則會收到系統(tǒng)請求稍后重發(fā)的信息 五 SMS 業(yè)務(wù)的分類 1 根據(jù)業(yè)務(wù)特點 短信息可分為 實時點播業(yè)務(wù) 如股票信息 外匯牌價 標(biāo)題新聞 話費查詢等 定時通知業(yè)務(wù) 如股票告警 定時提醒 話費通知 欠費催繳等 交易類業(yè)務(wù) 如資金轉(zhuǎn)帳 證券委托等 Internet 接入業(yè)務(wù)等 如傳真 收發(fā) E mail 等 2 根據(jù)信息類別 短信息可分為 公共信息 如天氣預(yù)報 航班查詢 標(biāo)題新聞等 財經(jīng)信息 如股市行情 外匯價位 股票告警 外匯到價提示等 Internet 接入 如 Internet 收發(fā)短信息 E mail 通知等 全球定位 GPS 如車輛的跟蹤和調(diào)度等 3 根據(jù)發(fā)送方式 短信息可分為 點對點的短信息廣播業(yè)務(wù) 這種業(yè)務(wù)通常只限定在一個特定區(qū)域內(nèi) 如一 個無線覆蓋小區(qū) 所發(fā)送的短信息大都是系統(tǒng)通知消息或是廣告信息 點對點的短信息業(yè)務(wù) 六 SMS 的特點 1 通話互不干擾 短信息業(yè)務(wù)不占用數(shù)字業(yè)務(wù)信道 話音信道 它是通過數(shù)字控制信道 信令 信道 傳遞的 而數(shù)字控制信道除了傳遞與數(shù)字業(yè)務(wù)信道相關(guān)的信令信息外 只 傳送短信息 因此 信息發(fā)送或接收即可在 MS 處呼叫狀態(tài) 如通話 時進(jìn)行 也可以在空閑狀態(tài)下進(jìn)行 2 使用方便 短信息的輸入類似于通過鍵盤向計算機(jī)進(jìn)行的輸入 十分方便 移動的存儲 器內(nèi)可以存儲多條短信息 以備發(fā)送不成功后的再次發(fā)送 或者存儲接收到重要 信息的保存及以后的轉(zhuǎn)發(fā) 3 價格低廉 2012 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第第 12 頁 共 75 頁 短信息的價格一般是 0 1 條 相信以后會越來越越低 4 應(yīng)用廣泛 短信息和苦于短信息的各種新業(yè)務(wù)層出不窮 如與話音信箱相結(jié)合的業(yè)務(wù)等 它不僅可以在不同的移動網(wǎng)絡(luò)之間傳遞 還可以實現(xiàn)與計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的互連 5 信息傳遞準(zhǔn)確及時 通過 SMS 人們可以及時 動態(tài)地獲知股市行情 外匯牌價 交通旅游方面 的信息 通過存儲轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制和傳遞確認(rèn)機(jī)制 不論單個或在整組消息收發(fā) 都能 保證其傳輸?shù)目煽啃?七 SMS 的缺陷 1 消息長度受限 由于許多移動臺要共用數(shù)字控制信道 因而 為了避免爭用造成的延遲過長 和負(fù)荷過重 一般來講 短信息的長度在點對點通信中限制在 140 個字節(jié) 在廣 播通信中限制在 83 個字符以內(nèi) 而且 SMS 在發(fā)送較短信息時還比較劃算 但若 發(fā)送大量消息時卻并不經(jīng)濟(jì) 相比之下 EMS MMS 等會話的數(shù)據(jù)量就可以大很多 2 消息格式單一 只能支持簡單文本 同支持圖像 視頻 音頻的 MMS 相比 SMS 未來的發(fā)展 潛力不大 3 消息結(jié)構(gòu)不靈活 GSM 30 40 標(biāo)準(zhǔn)定義的 SMS 協(xié)議數(shù)據(jù)單元 PDU 結(jié)構(gòu)不夠靈活 數(shù)據(jù)編碼 方案 源地址 協(xié)議標(biāo)識及其它首域都是固定的 不利于新業(yè)務(wù)的擴(kuò)展 3G 將對 這些弊端進(jìn)行改進(jìn)和完善 4 采用的信令信道速率低 信令信道的資源是很寶貴的 它要完成許多 份內(nèi) 的任務(wù) 如定位手機(jī) 管理呼叫等 如果短信息業(yè)務(wù)量太大 整個移動網(wǎng)絡(luò)的通信性能就會大打折扣 MMS 將不再使用信令信道 所以速率會較 SMS 有實質(zhì)性的提高 5 存儲轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制效率低 在 SMS 中 每一條信息從發(fā)送到接收 都要經(jīng)過短信息中心的存儲和轉(zhuǎn)發(fā) 通信效率自然會受到影響 并且還增加了短信息中心的處理負(fù)荷 UMTS 委員會將 2012 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第第 13 頁 共 75 頁 把它修改為有選擇性地存儲 即接收消息之后即將其傳送 如果無法傳送出去 再存儲 其實 在有些情況下 短信息根本就沒有必要在短信息中心進(jìn)行存儲 從手機(jī)到手機(jī)直接傳送則更方便 2 2 2 SMS 發(fā)展前景 SMS 有利也有弊 消息技術(shù)發(fā)展的出發(fā)點自然是揚其長避其短 SMS 的優(yōu)點將 會被集成到以后的 EMS MMS 中 缺點將會逐個拋棄 不過 由于基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施 終端設(shè)備 技術(shù)規(guī)范 市場意識都已經(jīng)形成 從保護(hù)投資的角度出發(fā) 運營商也 不愿很快推出取代 SMS 的新業(yè)務(wù) 所以 在最近三四年內(nèi) SMS 仍將保持快速增 長的態(tài)勢 但隨著時間的流逝 GPRS 等更先進(jìn)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將逐漸風(fēng)行 EMS MMS 等新業(yè)務(wù)將逐漸取代 SMS 2 32 3 本章小結(jié)本章小結(jié) 本章主要介紹了 GSM 通信技術(shù) 首先闡述了 GSM 系統(tǒng)的組成并詳細(xì)介紹了各 個模塊的功能 其次介紹了 GSM 系統(tǒng)的業(yè)務(wù) 最后深入介紹了短信息的業(yè)務(wù) 由 于本文主要研究的是基于 GSM 短信息的無線通信 所以本章對短信息的定義 結(jié) 構(gòu) 工作過程 分類 特點 缺陷及其前景進(jìn)行了詳細(xì)的介紹 2012 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第第 14 頁 共 75 頁 3 3 GSMGSM 終端的硬件設(shè)計終端的硬件設(shè)計 3 13 1 GSMGSM 終端設(shè)計方案概述終端設(shè)計方案概述 目前 對于 GSM 移動通信終端的設(shè)計 主要有兩種解決方案 一種稱為 芯 片組法 另一種是基于 無線通信模塊 的方法 兩種方法在使用中各有千秋 各自的優(yōu)缺點也相當(dāng)明顯 芯片組法 顧名思義是指設(shè)計者使用半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)商提供的產(chǎn)品從芯片 級開始設(shè)計移動通信終端 芯片組又分為射頻芯片組和基帶芯片組兩種 國際上 一些大的移動設(shè)備供應(yīng)廠商 如 Nokia Siemens 等 主要采用 芯片組法 設(shè) 計 生產(chǎn)移動終端設(shè)備 國內(nèi)的一些大的手機(jī)生產(chǎn)商目前也使用 芯片組法 設(shè) 計生產(chǎn)中 低端的手機(jī) 無線通信模塊 簡稱無線模塊 是指把射頻芯片 基帶芯片和 GSM 協(xié)議棧集 成在一片緊湊的 PCB 上 并向外提供標(biāo)準(zhǔn)的硬件引腳和軟件接口 目前在 GSM GPRS 通信終端市場 國內(nèi)廠商自行設(shè)計的移動終端 基于無線通信模塊的設(shè) 計占絕大多數(shù) 而在工業(yè)用移動通信終端的設(shè)計中 基于無線通信模塊的設(shè)計幾 乎是一統(tǒng)天下 結(jié)合目前對國內(nèi)手機(jī)設(shè)計廠商的了解 個人認(rèn)為 國內(nèi)廠商提供 的套片 在 PCB 設(shè)計 EMC 保護(hù) 系統(tǒng)集成和 GSM 協(xié)議棧等許多方面仍然需要 面對眾多的挑戰(zhàn) 國內(nèi)廠商往往起步較晚 這些方面的技術(shù)積累還很少 而使用 無線通信模塊進(jìn)行設(shè)計可以大大降低開發(fā)難度 縮短設(shè)計周期 壓縮開發(fā)費用 因此 本方案選用無線通信模塊進(jìn)行移動終端的設(shè)計 針對 GSM 業(yè)務(wù)的典型應(yīng)用 目前 對 GSM 數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)品的開發(fā) 主要方案為 單片機(jī) GSM 模塊 該系統(tǒng)依托 GSM 網(wǎng)絡(luò) 采用短消息進(jìn)行數(shù)據(jù)通信 即在傳統(tǒng)的 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中增加支持短消息 數(shù)據(jù)通信等業(yè)務(wù)的 GSM 模塊 并為其分 配一個獨立的 SIM 卡 結(jié)合單片機(jī)系統(tǒng)通過串行通信接口 實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程無線 傳輸 該系統(tǒng) 有一定的延遲 SMS 的消息長度只有 140 個字節(jié) 對數(shù)據(jù)量較大 的系統(tǒng) 只能分成幾條短信息進(jìn)行傳輸 進(jìn)一步增加了延遲時間 因此 基于 GSM 網(wǎng)絡(luò)的 SMS 不完全能夠滿足系統(tǒng)的實時性和數(shù)據(jù)量的要求 但完全可滿足于 2012 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第第 15 頁 共 75 頁 數(shù)據(jù)量小 實時性不高 單個業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量不大 交換不頻繁的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng) 這里的單片機(jī)并不進(jìn)行 GSM 協(xié)議棧處理 只負(fù)責(zé)傳輸參數(shù)的存儲 系統(tǒng)上電 初始化 GSM 網(wǎng)絡(luò)連接 用戶交換數(shù)據(jù)的緩存及有關(guān)狀態(tài)管理 發(fā)揮了單片機(jī)的 管理能力及模塊的協(xié)議處理能力 各取所長 形成真正的智能 GSM 數(shù)據(jù)終端 3 23 2 硬件設(shè)計的總體結(jié)構(gòu)硬件設(shè)計的總體結(jié)構(gòu) 根據(jù)對應(yīng)用場合的需求分析 本文設(shè)計了基于 GSM 網(wǎng)絡(luò)通信的高性價比的終 端系統(tǒng) 主要采用 AT89S52 芯片作為處理器 TC35i 模塊作為收發(fā)數(shù)據(jù)的 GSM 通 信模塊 整個硬件設(shè)計的總體結(jié)構(gòu)如圖 3 1 所示 圖 3 1 GSM 數(shù)據(jù)傳輸終端原理圖 1 終端模塊選用 Siemens 公司的 TC35i 支持 GSM 其工作電壓范圍為 3 3 5 5V 典型工作電壓為 4 2V 2 單片機(jī)選用 AT89S52 3 監(jiān)控中心可以是具有 GSM 網(wǎng)絡(luò)功能的手機(jī)用戶或計算機(jī) 通過 GSM 網(wǎng) 絡(luò)可采集各個終端的數(shù)據(jù) 也可向終端群發(fā)數(shù)據(jù) 進(jìn)而起到遠(yuǎn)程監(jiān)控的作用 4 兩個帶有 GSM 終端機(jī) 通過串口采集到數(shù)據(jù) 利用 GSM 短消息功能實 現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸 5 無線模塊的耗電具有不穩(wěn)定的特點 如在待機(jī)狀態(tài) 和基站的握手狀態(tài) 2012 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第第 16 頁 共 75 頁 通信狀態(tài) 信號強(qiáng)弱不同的地方等等 這些因素都會直接影響無線模塊的耗電水 平 所以無線模塊的電源設(shè)計非常重要 系統(tǒng)實行雙路供電 一路電源模塊給 GSM 模塊供電 另一路給其他電路供電 以減少對無線模塊供電的影響 3 33 3 硬件資源介紹硬件資源介紹 GSM 終端主要由 AT89S52 和 GSM 通信模塊構(gòu)成 為便于理解終端電路的設(shè) 計 下面對選用的主要元器件性能作簡單介紹 3 3 1 GSM 模塊 TC35i 一 GSM 模塊 TC35i 的主要性能 TC35i 模塊是