微控制器的GPRS無線上網(wǎng)方案

4 PPP協(xié)議的實現(xiàn)

　　由于移動夢網(wǎng)的GGSN與GPRS模塊通信時遵循PPP協(xié)議，所以要在微控制器中也實現(xiàn)一部分PPP協(xié)議才能與之對話。GPRS模塊在撥號后首先要與GPRS網(wǎng)關進行通信鏈路的協(xié)商，即協(xié)商點到點的各種鏈路參數(shù)配置。協(xié)商過程遵守LCP（Link Control Protocol）、PAP（Password Authentication Protocol）和IPCP（Internet Protocol Control Protocol）等協(xié)議。其中LCP協(xié)議用于建立、構造、測試鏈路連接；PAP協(xié)議用于處理密碼驗證部分；IPCP協(xié)議用于設置網(wǎng)絡協(xié)議環(huán)境，并分配IP地址。協(xié)商機制用有限狀態(tài)機的模型來實現(xiàn)。一旦協(xié)商完成，鏈路已經(jīng)創(chuàng)建，IP地址已經(jīng)分配就可以按照協(xié)商的標準進行IP報文的傳輸了。根據(jù)應用的不同，IP報文中可以攜帶UDP報文，也可以是TCP或ICMP報文。本系統(tǒng)正是采用UDP報文傳送數(shù)據(jù)信息的。數(shù)據(jù)傳輸完成之后，微控制器會向GGSN發(fā)送LCP的斷開連接報文，以終止網(wǎng)絡連接。

　　PPP協(xié)議的幀結構如圖3（左）所示。微控制器的串口中斷接收程序首先以包起始和結束符來判斷是否有完整的PPP包，并對PPP包的內容進行校驗，以確定數(shù)據(jù)包的完整性和正確性。然后，在主循環(huán)中進入PPP報文解析模塊，解析過程如圖3（右）所示。

圖3 PPP報文解析

5 登錄GGSN的過程

　　系統(tǒng)的一個難點是微控制器登陸GPRS網(wǎng)關（GGSN）并與網(wǎng)關通過LCP、PAP、IPCP協(xié)議進行協(xié)商的過程。LCP、PAP與IPCP協(xié)議的幀結構大同小異，最常用的為請求（REQ）、同意（ACK）和拒絕（NAK）三種幀。微控制器與GGSN各為一方進行協(xié)商，任何一方都可以發(fā)送REQ幀請求某方面的配制，另一方覺得配置不能接受會回應NAK幀，如果可以則回應ACK幀。為了節(jié)省資源，我們只處理這三種數(shù)據(jù)幀，其它鏈路問題都由微控制器在程序控制下自己重新?lián)芴柦鉀Q。

　　協(xié)商過程大致描述如下：在撥號成功連接后，GGSN首先會返回一個PAP REQ數(shù)據(jù)幀。我們發(fā)送一個空LCP REQ幀，以強迫進行協(xié)議協(xié)商階段。隨后，GGSN發(fā)送LCP設置幀，我們拒絕所有的設置并請求驗證模式。GGSN選擇CHAP或PAP方式驗證，我們只接受PAP方式。然后，進行PAP驗證用戶名和密碼過程，在GPRS中用戶名與密碼都為空，如果成功，GGSN會返回IPCP報文分配動態(tài)IP地址。此時，就完成了與GGSN的協(xié)商過程。協(xié)商過程的狀態(tài)轉換如圖4所示。

圖4 協(xié)商過程流程

　　協(xié)商完成后進入IP數(shù)據(jù)報通信階段。此時，微控制器向GGSN發(fā)送的所有包含IP報文的PPP報文都會被傳送給Internet網(wǎng)中相應的IP地址；而遠端所有向微控制器IP地址發(fā)送的報文也都會經(jīng)GPRS網(wǎng)傳送到微控制器上，從而完成微控制器與遠程主機通過互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸。

6 小結

　　經(jīng)過優(yōu)化，本系統(tǒng)的軟件代碼可以精簡到6K字節(jié)左右，共使用不到300字節(jié)的RAM。并且由于程序使用C語言編寫，稍加改動就可以在各種系列的微控制器上實現(xiàn)。微控制器通過GPRS上網(wǎng)的技術可以廣泛應用于需要遠程傳送數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中，特別適合于遠程抄表、遠程監(jiān)控等領域。我們目前正把這項技術應用于車輛監(jiān)控調度系統(tǒng)，在試驗階段取得了比較好的效果。