多制式基站探测终端设计与实现

摘 要： 多制式基站探测终端基于S3C2440设计而成，使用内存映射方式扩展多路串行通信接口，内置多制式通信模块。将该终端置于移动监测车辆之中，在监测车辆移动过程中，终端实时、周期性监测热点所在区域三大运营商不同制式的无线网络信号，包括GSM，CDMA，WCDMA，TD?SCDMA，并将采集获得的GPS信息、基站参数、信号强度等上传至管理软件，管理软件在线分析获取监测区域全网信号图谱。该系统的使用填补了目前无线通信全网实时同步监测的市场空白，丰富了无线网络监测手段。

关键词： S3C2440； 多制式； 无线网络； 监测系统； 实时同步监测

中图分类号： TN919?34； TP391 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）22?0099?02

0 引 言

随着现代通信技术的发展，我国通信行业得到了长足进步。当前，国内移动通信网络由三大运营商负责运营维护，由于历史的发展原因及市场考虑因素，运营商的通信制式互不相同。作为三大运营商的的主管部门，通信管理局负责本地区公用、专用网络的监管工作，长期以来使用人工、分立、异步的方式对网络进行测试[1]，这种方式无法进行实时地综合分析。因此利用计算机技术进行全网实时动态监测成为了管理部门有效管理的新兴技术手段[2?3]。

多制式基站探测系统由监测终端和管理软件组成，监测终端基于S3C2440设计而成，将该系统布防至移动监测车辆之中，监测终端接收管理软件命令，周期性地采集该地区所有制式的移动网络参数[4]，并将参数及GPS地理信息上传至管理软件进行综合的分析处理。

1 硬件设计

监测终端的硬件结构图如图1所示，其中箭头表示实际的信号流向。控制核心基于韩国三星电子的S3C2440设计，该处理器拥有ARM920T核心，最高主频为[5]533 MHz。监测终端选用德州仪器公司的TL16C554作为UART扩展模块。单片TL16C554可以扩展4路UART接口[6]，内部带有16 B收发FIFO的通用异步收发器，亦可以作为独立控制的MODEM接口，通过寄存器配置可以分别对每一路串口通信参数如波特率、数据帧进行设置。考虑系统的实际需求，选用了两片TL16C554扩展8路UART接口。TL16C554以内存映射[7]的方式挂载于S3C2440的系统总线之上，数据线宽度为8位，两片TL16C554地址宽度共6位，占用S3C2440 BANK5，BANK5段选信号为nGCS5，段选中时，nGCS5为低电平。其中地址线最高三位经过74HC138进行3?8译码片选8个UART通道。

针对不同运营商的制式，终端挂载了5个硬件通信模块，具体的型号及主要电学参数如表1所示。通信模块通过TL16C554与控制核心进行数据交互。

考虑到不同模块对电压要求不同，同时模块在空闲模式与工作模式工作电流的波动，电源模块选用线性稳压芯片对每一个通信模块进行独立供电，通过合理的电容设计及布线处理[8]，使得系统在工作忙时仍能稳定工作。监测终端选用了DM9000作为以太网MAC控制器，其内部集成有10/100M自适应收发器，支持介质无关接口，支持背压模式半双工流量控制模式。考虑到操作的简易，终端外接有一块128×64的串口点阵型LCD，用于显示终端的状态信息。

2 软件设计

2.1 系统结构

终端软件结构如图2所示，其中实线框内为软件结构，实线框外为终端交互的硬件示意图，实线为实际的数据流方向，软件系统主要模块如下所述。

（1）串口接收线程。对终端而言，外部5个硬件通信模块在软件逻辑上可以虚拟为一个MODEM串口池[9]。考虑到不同硬件模块AT指令规约不同，系统为每个制式的通信模块分配了一个独立的串口接收线程，各线程并行工作，保证了不同制式网络参数的同步采集。

（2）AT命令处理线程。该线程负责处理与各个通信模块的AT命令交互，解析不同模块的AT指令规约，进行AT指令合法性、完整性判断，将采集到的网络参数存储到全局结构中。同时，在发送数据时在AT命令处理线程中调用函数接口同步发送。

（3）通信协议处理线程。该线程为系统核心控制线程，负责处理与管理软件的通信协议[10]。通信协议处理线程接收经过网口接收线程校验后的数据包，进行逻辑校验后根据相应的命令类型完成不同功能，如设置系统相关参数、查询指定模块状态等。另一方面通信协议处理线程从GPS模块中获取地理位置信息，同时和全局共享变量的网络参数共同完成数据实时采样。

（4）定时器线程。在AT通信及上下位机交互过程中，为防止通信异常发生，软件设计加入了通信定时保护机制。因此，基于链表结构设计了相应的软件定时器，该定时器采用回调函数机制，在到时事件发生时，通过消息方式通知定时器创建者事件发生。

2.2 通信协议设计

协议数据包格式如图3所示，遵循小端模式，即低字节在前，高字节在后。

图3 协议数据包

包序号占用1个字节，由通信过程发起方分配，用于区别不同的通信过程。接收方应答时不改变包序号。其中0～127由上位机分配，表示上位机发起的通信过程；128～255由下位机分配，表示下位机发起的通信过程。命令类型包含心跳、查询、设置、上报、注册等及对应的应答，命令体由数据单元构成，包含位置信息、时间信息、网络参数、告警项等。

3 结 论

本文从无线通信监管部门实际需求出发，设计了一种可以进行全网动态实时监测的基站探测系统，将该系统置于移动监测车辆之中，在车辆移动过程中，实时监测三大运营商5种制式的通信网络状态，并将采集的参数上传至计算机管理软件做进一步的综合分析[11]。该系统的运行填补了监管部门全网自动化测试的技术空白，实际工程商用结果也表明，本系统运行稳定、测试结果可靠，丰富了管理部门的监管手段。

参考文献

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