基于GPRS传输的TCP/IP通信协议

摘要：在GPRS网络传输的过程中能够用到很多的通信协议，其中就包括TCP/IP通信协议。目前我国采用的大部分监控系统都采用GPRS网络通过无线连接到IP地址的方式，这种方式除了操作简便外，建设和维护以及运行成本都降低。

关键词：GPRS TCP/TP通信协议 应用

1 GPRS简介

GPRS又被称为通用分组无线业务，通过连接因特网或者是企业网，以GSM以基础，进行数据之间的分组交换。GPRS技术也即2.5G，是介于现今2G和3G之间的过渡性方案技术，通过这项技术，为用户提供了丰富的数据业务，也是现阶段移动通信领域信息服务做的比较完善的一项技术性方案。

1.1 GPRS发展 GPRS根据欧洲的ETST的GSM第2+阶段的建议分为Phase1和Phase2两个发展阶段。在Phase 1阶段其能够支持以下功能和业务：①TCP/IP和X.25业务。②全新的GPRS空中接口加密技术。③GPRS附加业务。④增强型的短信业务（E一SMs）。

根据数据量采取计费即为GPRS的分组数据计费功能。上述功能业务中最显著的就是TCP/IP和X.25功能。GSM网络通过TCP/IP和X.25能够为用户通过电子邮件、专用数据、LAN接入等业务。GPRS Phase 2阶段的规范仍旧处于制定阶段，其将为用户提供更多新功能和新业务。

1.2 GPRS接口种类 在GPRS系统中存在各种不同类型的接口，如下图所示。其涉及七号信令协议、IP协议等不同规程的种类，内容十分多。本文主要对IP协议进行介绍。

2 TCP/IP协议概述

2.1 协议优势 ①IP在长期的发展过程中逐渐取代了其他网络，IP传输的通用数据能够轻易的取代以前专有数据网络传输的数据。②此协议经常用于访问电子邮件或聊天以提供便利的IP服务，并通过转悠网络隧道的某种方式实现。由于最初的隧道方式没有效率，从而导致电子邮件和聊天需要的带宽非常低。③对于IP基础设施投资较少即可出现在专有数据网络周边。④由于整个因特网都遍布了IP的替代品，从而使得IP替代品相对最初的专有网络更有价值。⑤用户在专有网络受到压制的情况下可以维护使用IP替代品的复制品。⑥由于IP包的间接开销小于1%而使得成本具有很强的竞争性。因此，人们开发了一种将IP用到专有网络上比较低廉的传输媒介。

2.2 协议缺点 第一，在服务、接口和协议上的区别不是很清楚。一个好的软件工程应当将功能与实现方法进行区分，但是TCP/IP协议却没有做到这一点，从而对于使用新的技术没有很好的指导意义，因此，此协议参考模型不适合于其他非TCP/IP协议簇。第二，主机-网络层实际上并不是一层，其对网络层与数据链路层接口进行了定义。一个好的模型应当将物理层与数据链路层进行合理的划分，但是TCP/IP却没有做到这一点。

2.3 GPRS传输中的TCP/TP协议 在GPRS网络传输过程中，需要用到很多的通信协议，现将TCP/IP协议介绍如下：TCP/IP协议：这项协议又被称为网络通信协议，是因特网最为基本的协议、因特网等国际互联网的基础，是由网络层的IP协议以及传输层的TCP协议组成的。这项协议具体解释了电子设备是如何接入互联网的以及数据如何在软件系统内传输等等。TCP/IP协议采用了层级结构，每一层都通过下一层的配合来满足自身的需求。通俗来看，TCP是负责发现软件操作系统中传输层面的问题，一旦有问题出现就会立刻启动信号，要求重新传输，直到所有的数据都准确无误的到达目的地为止。而IP则是通过给因特网的每一台电脑规定的一个地址。下图是这项协议中各个部分的位置示意图：

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IP层处于网络层，主要负责接收由底层发来的数据包，并担任中间者的角色，将该数据包发送到更高层TCP或UDP层。IP协议的数据包格式介绍如下所示：

版本：标识数据报的IP协议的版本信息，对于IPv4，该字段值为4；而对于IPv6，该字段值为6。

头部长度：占据了4位，代表IP数据报首部的长度，其值以32位（4字节）为单位。

服务类型：占8位，可以被用来获得更好的服务。

总长度：占16位，总长度是指IP首部和数据部分长度的总数。

标识符：占16位。当IP数据报在传输过程中由于低层网络传输限制需要进行分阶段、分时间传输时，同一个IP数据报的每个分片所共有的标记，代表着这些分片同属于一个IP数据报。

标志：占3位，第一位保留，第二位为不分片标志，第三位为更多分片标志。

片偏移：占13位。片偏移所扮演的角色是指明此分片在原IP数据报中的绝对位置。因为IP数据报的传输不可避免的会受物理网络的MTU限制，当一个IP数据报较大，无法承载数据链路层的一个帧中传输时。IP协议需要将IP数据报分片，并为每个分片构造一个单独的IP数据报，以适应物理网络的传输要求过程。

生存时间：占8位。以秒为单位设置了该IP数据报在互联网中允许存在的时间。

协议：占8位，用于指出IP数据报携带的数据属于哪一种高层协议，该字段的值是高层协议对应的标号。

首部校验和：占16位，用于保证IP数据报的完整性。

源地址：占32位，定义源点的IP地址。代表了IP数据报从源主机发送到目的主机的时间内容，这个字段必须保持不变。

目的地址：占32位，定义终点的IP地址。它是IP数据报从源主机发送到目的主机的时间内容，这个字段必须保持不变。

可选项：这是一个边长字段。源头中主要包括源点产生的信息和其他路由器加入的信息，主要是用于测试。

填充项：字段通过在选项字段后面添加，补足32位，是为了保证报头长度是32比特的倍数。

3 GPRS与IP

电信网络和计算机网络在引进GPRS技术后进行了有机的连接，同时向着全IP网络平台发展。通过GPRS结构我们知道，基站与SGSN设备之间是通过帧中继进行连接的，而SGSN与GGSN设备之间则是通过IP网络进行有效连接的。具有NAT网络地址翻译功能的路由器能够承担GGSN内部IP地址与外部网络IP地址的转换。

在标识GPRS设备中，如手机MS的标识除了在GSM中使用IMSI、MSISDN等号码外还需要分配IP地址。网元设备SGSN、GGSN的标识不仅有7号信令地址，还有数据GGSN的IP地址，GSN之间（SGSN或GGSN）采用IP地址进行通信，但是GSN与MSC、HLR等实体通信采用7号信令地址。在GPRS系统中有两个数据库可以记录信息：第一，用户移动性管理上下文用于对移动用户的位置信息进行管理；第二，用户的PDP上下文用于管理手机MS到网关GGSN以及ISP即Internet服务提供商之间的数据路由信息。当MS访问GPRS内部网络或外部PDN/ Internet网络时，MS向SGSN发出激活PDP上下文请求信息，MS通过与运营商签约来选择固定服务的GGSN，或者根据APN选择规则由SGSN选择服务GGSN，然后SGSN再向GGSN发出建立PDP上下文请求的消息。GGSN将一个静态或动态、共用或私有的IP地址分配给MS，在建立PDP上下文的过程中对用户的身份、需要的服务质量进行鉴权和论证。当成功建立和激活PDP上下文后，用户的PDP上下文信息都存储在MS、SGSN和GGSN内。MS在拥有用户位置和数据路由信息的基础上便可以访问该网络的资源。伴随着二代半产品GPRS的问世，在开发和部署GPRS业务时会遇到一些新的概念。

4 结语

IP协议是TCP/IP协议的核心，GPRS网络通过无线连接到IP地址是相对来说比较容易的，其建设和维护以及运行成本都比较低，所以我国大部分的监控系统都是采用的这种方式。

参考文献：

[1]孙德辉，马文丽，姚文娟，郑文岭.基于GPRS的无线传输系统设计与实现[J].微计算机信息，2007（21）.

[2]王刚，黄宗福，陈曾平.基于GPRS的远程通信与控制系统的设计与实现[J].电子技术，2008（11）.

[3]张全，陶维青.基于GPRS无线通信的嵌入式TCP/IP协议栈的实现[J].工业控制计算机，2008（05）.

[4]张全，陶维青.基于GPRS无线通信的嵌入式TCP/IP协议栈的实现[J].工业控制计算机，2008（05）.