在傳統的移動網絡中,很多網絡問題需要工程師或者技術人員攜帶儀表駕車路測來發現。這種測試方法在以往的網絡優化測試中已采用多年,存在系統復雜、人員管理不方便、效率低下等問題。且每個技術人員或工程師都不可能負責太多的基站小區優化工作和問題分析。為此,建立無線網絡質量自動監測系統的工作是有必要的。
車載終端簡介
車載終端組成
圖1為車載終端的結構圖,車載數據終端主要包括單片機(rabbit2000)、GPS模塊、CDMA 手機模塊、GSM手機模塊、鐵電存儲器、電源變換模塊等。其中,CDMA模塊負責所采集數據的無線傳輸。
圖1 車載終端結構圖
車載終端工作原理
車載終端的工作原理可以描述為數據采集、數據處理及存儲、數據上傳幾個過程。其中數據采集讀取GPS模塊返回的消息,提取經緯度信息,通過GSM和CDMA 模塊分別采集CDMA和GSM網絡質量參數;數據處理及存儲根據經緯度信息判斷車輛行駛距離,由此距離判斷是否記錄該次采集的數據,上傳數據時再從鐵電中讀取這些數據;數據上傳通過簡單IP實現與監控中心的TCP連接,并實時檢測TCP連接狀態,連接中斷則立即重新連接,保證數據能實時地上傳給監控中心。
數據傳輸的實現
硬件連接
本文中采用了MG815+模塊及UIM卡,硬件連接如圖2所示。圖中左側為UIM卡連接參考電路,右側為MG815+模塊連接參考電路。由于模塊串口輸出電平為3.8V,而Rabbit串口輸出電平為5V,因此在兩者之間增加了串口電平轉換芯片NC7WZ07,以提升Rabbit和模塊之間串口通信的可靠性。
圖2 MG815+及UIM卡的硬件連接圖
AT指令
AT(Attention) 指令最初由 Hayes 公司推出,主要用于對調制解調器的控制,現在已演化為一種標準,所有移動模塊都支持 AT 指令。雖然不同廠家的手機模塊都參照 GSM 協議,但格式還是有所不同,開發過程中一定要認真參考廠家給的資料。AT 指令格式如下：
AT指令都以“AT”開頭,以結束,例如 “ATE0rn”
AT指令返回格式：<跟AT指令相關的字符串>,例如,對于上一AT命令的返回為“ATE0rnrnOKrn” 。
TCP連接的建立
TCP的連接建立經過以下過程：
① 建立撥號連接,AT命令為AT+ZPPPOPENrn。
② 建立TCP連接,AT 命令為AT+ZIPSETUP=SOCKET_NUM, IP_AD, PORT_NUM rn,例如AT+ZIPSETUP=1,211.136.18.171,5000rn。
③ TCP連接成功建立后,可以發送數據,AT命令為AT+ZIPSEND=, rrn,例如AT+ZIPSEND=1,4rgoodrn,發送的數據為“good”。
這里所用到的查詢命令及各命令返回說明包括：
①查詢撥號連接狀態命令：AT+ZPPPSTATUSrn
返回有三種狀態：撥號連接建立rn+ZPPPSTATUS: OPENEDrnrnOKrn
撥號連接斷開 rn+ZPPPSTATUS: CLOSEDrnr nOKrn
正在撥號 rn+ZPPPSTATUS: * rnrnOKrn
②查詢TCP連接狀態命令：AT+ZIPSTATUS= SOCKET_NUM rn
返回有三種狀態：TCP連接建立 rn+ZIPSTATUS: ESTABLISHEDrnrnOKrn
TCP連接失敗 rn+ZIPSTATU S:CLOSEDrnrnOKrn
正在建立連接 rn+ZIPSTATUS:SYN_SENTrnrn OKrn
數據的發送和接收
模塊從TCP通道接收到數據后,由串口返回消息：+ZIPRECV:0,1,, rn,例如,+ZIPRECV: 0,10,1234567890rn,則TCP通道接收的數據為1234567890。
+ZIPRECV為異步消息,在任意時刻返回,在接收該消息時要注意。
數據傳輸的軟件設計
終端與監控中心以報文形式交互數據,報文包括數據包(采集的數據信息)、心跳包(定時發送,以維持網絡連接)以及校時請求,以上均由終端主動發起,監控中心回復。數據通信子程序的流程如圖3。
圖3 數據通信流程圖
根據流程圖可知,發送數據后等待監控中心的回復消息,設置等待時間,若超時還無回復消息,則退出等待;下次發送數據時重新發送。
數據傳輸實例
終端發送的數據包如下：
01780102000146003030407 5345460008184101641000105 03010701221632303903.6741N1215 3.1326E27990357079425-70-66-632 004070031040828531405011144 1801194100068722100694210807 02200906902012
數據包中0178為報文長度;01為版本號;02為命令字;0001為數據包序列號;460030304075345為UIM卡號;460008184101641為SIM卡號;00010503為系統工作狀態字;01為后面跟1條數據(每條長度126)。
0701221632303903.6741N12153.13 26E27990357079425-70-66-63200407003104082853140501114 418011941000687221006942 1080702200906902012為一條數據,依次為時間、經緯度、C網質量參數和G網質量參數。
注意事項
拆包現象
模塊支持在TCP通道一次發送1024字節數據,但模塊內部發送緩沖區為536字節,使用+ZIPSEND命令一次發送1024字節數據時,發送的1024 字節數據拆分為2條socket數據先后傳送給監控中心服務器。可通過降低一次發送的數據量來避免此現象,即一次傳輸不多于536字節。
連包現象
如果兩條+ZIPSEND指令時間間隔過小,或前一包數據還未發送成功時模塊收到新的數據發送命令,則模塊把兩條指令中的數據合并為一條socket數據發送。此時,可以從兩方面解決此問題：一是模塊發送端每發送一個數據包后,等待監控中心返回確認消息后再繼續其他工作,這樣只能最大限度地防止上述現象的發生;另一方面是在監控中心接收端對上述現象進行容錯處理。
此外,如果監控中心發送兩條數據的時間間隔太短,模塊接收數據時會出現中心發送的兩條數據合并,以+ZIPRECV消息從串口返回,終端處理TCP數據時要考慮此問題。
異步消息的返回
模塊返回的異步消息主要為TCP通道返回的數據。該消息的返回格式在前文中已說明。由于異步消息返回時間的不確定性,該消息會以兩種方式從串口輸出。一是單獨返回。二是向模塊發送AT指令后,異步消息隨該指令的返回值一同返回,例如,當發AT指令查詢撥號連接狀況時,模塊在TCP通道收到數據,則返回如下：rn+ZPPPSTATUS:OPENEDrnrnOK rn+ZIPRECV:1,24,002401810 000070312120016rn。在接收和處理異步數據時應充分考慮異步消息的這兩種返回情況,以免丟失數據。
結語
本文詳細論述了如何通過CDMA模塊MG815+的數據傳輸功能實現車載終端與監控中心的通信,并給出了軟件設計流程。最后對實測過程中遇到的問題提出相應解決方案,這對相關開發人員有很大的參考價值
