電子信息工程師評職論文GPRS狀態模式分析及優勢

　　摘　要：隨著GSM-R網絡在鐵路中的應用越來越廣泛，其頻率資源日漸緊張，單純的電路交換數據業務已經不能滿足日益豐富的數據業務需要。通用分組無線業務(GPRS)技術在鐵路上的應用已逐步展開。GPRS采用分組數據傳輸網絡承載在GSM-R網絡之上，對位置管理策略與GSM-R網絡既有相似之處又有明顯的區別。GSM-R網絡中移動臺的空閑模式和專用模式不同GPRS移動臺和網絡有空閑、待命和就緒三種移動性管理狀態，激活和未激活兩種會話管理狀態，并就其中管理狀態轉移模型進行分析。

　　關鍵詞：狀態模式,無線傳輸數優勢,解決方案,管理狀態轉移模型及分析

　　1 GPRS移動臺和網絡的狀態模式

　　1.1 GPRS空閑狀態

　　當移動臺處于GPRS空閑狀態時，表明移動臺已開機，但還沒有附著到GPRS網絡上去，SGSN和GGSN中的移動性上下文中不存儲該移動臺的信息。因此移動臺無法識別GPRS網絡，也就不執行用戶相關的移動性管理程序。

　　移動臺在這種狀態下只能接收PTM.M的數據傳輸。網絡在這種情況下無法尋呼到該用戶，移動用戶不能接收和發送PTP和PTM—G數據。因此處于這種狀態的移動臺可以被網絡認為是不可及的。為了在移動臺和SGSN之間建立移動性管理(MM)連接，移動臺將執行GPRS附著過程。

　　1.2 待命狀態

　　1.1.2在GPRS待命狀態下

　　移動臺已執行了GPRS附著過程，并且和SGSN建立起了MM連接。但是SGSN對移動臺的移動性管理僅在路由區鐳層次上。移動臺在這種狀態下可以接收PTP或PTM—G數據的尋呼。通過SGSN，移動臺也可以接收電路交換業務的尋呼。

　　1.1.3移動臺在這種狀態下

　　可以執行GPRS小區選擇和小區重選，也可以執行本地GPRS路由區更新。在SGSN中關于處在待命狀態的移動臺的位置信息只有GPRS路由區(I認)的信息。移動臺在相同路由區內改變服務小區，并不需要通知SGSN。移動臺在此狀態下可以激活或清除PDP上下文，如果移動臺想要發送數據就必須首先激活一條PDP上下文。也就是說當移動臺在發送數據的和接收數據之前，首先應先激活一條PDP上下文。移動臺并不能進行PTP數據的接收和傳輸，也不能進行PTM-G數據傳輸。

　　1.3 就緒(Ready)狀態

　　當移動臺和GPRS網絡的分組傳輸正在進行之中或剛剛結束時，移動臺就處于GPRS就緒狀態下。就緒定時器定義了在分組傳輸停止多長時間后，移動臺就將從就緒狀態轉為待命狀態。就緒定時器的值由SGSN設定，范圍可以從0到無窮大，也就是說當該值設為無窮大時，移動臺將永遠不會返回待命狀態下。在就緒狀態下時，SGSN將在具體小區的層次上對移動臺進行管理。也就是說SGSN含有處于就緒狀態下移動臺的小區信息。在就緒狀態下網絡無需給移動臺發送尋呼請求。由于移動臺的小區位置是已知的，SGSN將直接給PCU發送分組數據，而PCU將立刻發起移動臺的立即指配程序。如果移動臺此時發起了GPRS分離程序，它將直接從就緒狀態變為空閑狀態。

　　1.4 未激活狀態

　　該狀態是指用戶的某個PDP地址沒有激活的數據業務，相應的PDP上下文中沒有路由或映射信息。此時移動臺不能進行數據傳送，移動臺可以通過發起PDP上下文激活程序，從未激活狀態進入激活狀態。

　　1.5 激活狀態

　　由于MS、SGSN、GGSN的相應PDP上下文中包含了該PDP地址所傳輸的PDU的路由或映射信息，因此他們之間可以傳輸數據。用戶的MM狀態為待命或就緒時，PDP狀態才可能進入激活狀態。只有當執行了PDP上下文的解除程序或者移動臺的MM狀態變為空閑，PDP狀態才從激活轉變成未激活。無論PDP地址為靜態或動態，都可由MS請求發起PDP上下文激活程序。

　　2 GPRS無線傳輸數據有以下優勢

　　①GPRS用戶可隨意分布和移動自己的網絡點，無須擔心線路的維護或有線在移機時導致的通訊中斷。建設新的營業點無需進行拉線，埋線等工作。

　　②終端價格比較低，與DDN相比，基帶Modem其終端價格便宜很多。

　　③GPRS資費便宜，計費合理。GPRS 資費包月比有線電話網絡資費還便宜。醫保數據采集業務沒有大數據量的信息傳輸，不必要采用資費很高的專線。GPRS還可根據通信的數據量和提供的服務質量進行計費。在GPRS網中，用戶只需與網絡建立一次連接，就可長時間的保持這種連接，并只在傳輸數據時才占用信道并被計費，保持時不占用信道不計費。

　　④GPRS能最好地支持頻繁的、少量突發型數據業務。通信質量穩定可靠，永不掉線。

　　⑤GPRS網絡接入速度快，提供了與現有數據網的無縫連接。由于GPRS網本身就是一個分組型數據網， 支持TCP/IP、X.25協議，因此無需經過PSTN等網絡的轉接，直接與分組數據網互通，接入速度僅幾秒鐘，快于電路型數據業務。采用TCP/IP協議，較以前的無線數據網絡而言，網絡接入更加直接方便。

　　⑥覆蓋較好，比較很多無線數據網絡而言，其網絡覆蓋是最好的。

　　3 解決方案

　　3.1設計了這套油井監測管理方案具有配置靈活、實施方便、可靠性高、數據采集及時準確等特點。

　　3.3.1.配置靈活

　　用戶可以根據自己的實際情況靈活的選擇多種數據傳輸方式，比如：采集到的數據可以通過無線方式傳輸到井隊控制處，也可以通過線纜直接連接方式傳輸;井隊采集的數據可以通過互聯網、專線、GPRS 無線公網上報到總部。

　　3.3.2實施方便

　　由于該方案中大理使用了無線傳輸方式的GPRS無線網方式傳輸數據，所有用戶無須布線，只要安裝數據采集端、數據接收端、GPRS Modem 等設置即可。

　　3.3.3可靠性高

　　由于我公司開發的LQ8100系列 GPRS的無線傳輸模塊具有傳輸穩定可靠、通信速率高、接收靈敏度高、抗干擾能力強、功耗低等特點。

　　3.3.4數據采集及時準確

　　用戶可以自定義數據采集的時間間隔，系統自動定時采集，自動傳輸到井隊管理處，并可以自動將數據上報到總部管理處。

　　四、移動性管理狀態轉移模型及分析

　　4.1由于控制移動臺和SGSN狀態轉移的定時器分別存在于不同的兩側，例如T3314在移動臺和SGSN側均存在，T3312只在移動臺側，MS unreachable Timer只在SGSN側。這樣就導致移動臺的狀態轉移過程和SGSN狀態轉移過程存在差異，并且在同一時刻兩側的狀態不同。在以往的研究中我們只是對移動性管理狀態(包括空閑、待命、就緒狀態)和會話管理狀態(包括PDP激活、PDP未激活狀態)分別作出狀態轉移分析，并未將二者結合起來。根據模型的建立過程可以看到MS在每個狀態的停留時間與使他向下一狀態轉移的操作有關，并不一定完全服從統一概率分布。離散時間參數的Markov鏈在每個狀態的停留時間都是確定參數，連續時間參數的Markov鏈在每個狀態的停留時間服從指數分布。而在MS管理狀態轉移模型中停留時間與它當前的狀態有關，把停留時間從指數分布拓展到其他分布。因此用半Markov鏈分析MS的狀態轉移過程。

　　4.2分析中需要解決的問題包括兩方面

　　①MS在某一狀態的平均停留時間T，②MS在某一狀態的穩態概率R。對狀態轉移模型做以下兩個假設。首先MS始終是可達的不存在覆蓋盲區或發生無線鏈路失敗的問題;其次實驗中網絡操作的過程時間單位在毫秒級，而狀態停留的時間一般在秒級，所以導致狀態轉移操作的時間與停留在某一狀態的時間相比可以忽略。

　　五、結語

　　鐵路通信是保證鐵路運輸生產安全性、高效性的重要措施，它在整個鐵路行業中具有極高的技術含量。主要研究了GPRS網絡位置管理策略對數據傳輸的時延影響。分析了移動臺和網絡側的移動性管理狀態的轉換過程及其觸發條件;與移動性管理相關的定時器包括：T3314、T3312、MS unreachable Timer移動臺所處的移動性管理狀態對數據傳輸時延的影響，建立數學模型進行深入分析。

　　參考文獻：

　　[1] 楊思甜, 楊樹青. GPRS遠程監控在鐵路電力系統中的應用[J]. 大功率變流技術, 2009,01.

　　[2] 王靜, 姜利, 鄧勝江,等. GPRS在鐵路車地信息交互中的應用[J]. 鐵路計算機應用, 2008,05.