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   陳巍（1970-）

    男，江西撫州人，碩士，講師，主要從事電子教學(xué)及研究。




    摘   要：針對(duì)目前的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量監(jiān)測(cè)手段還不完善，缺乏一種既能持續(xù)全面對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)又能將網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量問題進(jìn)行準(zhǔn)確地理定位和初步分析的監(jiān)測(cè)手段的問題，提出了一種基于單片機(jī)和GSM網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)測(cè)試，稱之為GSM網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究方法。

    關(guān)鍵詞：GSM；單片機(jī)；自動(dòng)采集；信息傳輸；質(zhì)量監(jiān)測(cè)

    Abstract: Aiming at the current situation that the technology of network-based quality monitoring is not perfect, which is lack of the monitoring way which can not only monitor the network quality continuously and generally, but also locate exactly and analyze primarily the net quality problems, this paper puts forward a kind of research way called network-based quality monitoring system of GSM , which can realize automatic test of data based on the SCM and GSM network.

    Key words: GSM; SCM; automatic acquisition; information transmission; quality monitoring

    近幾年來(lái)隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量已經(jīng)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，是一個(gè)有著巨大經(jīng)濟(jì)效益和關(guān)系到企業(yè)發(fā)展的重要課題。

    網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，就是對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的資源根據(jù)需求和發(fā)展的情況進(jìn)行調(diào)配，達(dá)到合理的運(yùn)用。同時(shí)，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中存在的諸如覆蓋不好、話音質(zhì)量差、掉話、網(wǎng)絡(luò)擁塞、切換成功率低等問題，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化進(jìn)行解決。網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作是一個(gè)復(fù)雜艱巨的系統(tǒng)工程，它貫穿于網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的全過(guò)程。

    網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作的一個(gè)主要任務(wù)就是測(cè)試數(shù)據(jù)的采集和分析工作。這些測(cè)試數(shù)據(jù)就是網(wǎng)絡(luò)部分系統(tǒng)參數(shù)，包括利用路側(cè)設(shè)備采集到的大量路測(cè)數(shù)據(jù)（如信號(hào)電平、通話質(zhì)量、鄰小區(qū)、信令、通話情況等），利用信令采集設(shè)備收集到的大量信令數(shù)據(jù)（包括Abis接口、A接口、E接口等），從OMC采集到的大量網(wǎng)絡(luò)的性能數(shù)據(jù)和配置參數(shù)等。這些數(shù)據(jù)都需要網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化人員大量的時(shí)間和精力進(jìn)行收集和分析。

    本文提出了一種基于單片機(jī)和GSM網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)測(cè)試的系統(tǒng)，稱之為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。利用此系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，有利于大大節(jié)省網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作的人力、物力、財(cái)力。

    1 數(shù)據(jù)自動(dòng)采集監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

    數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)通訊終端是整個(gè)硬件系統(tǒng)的基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)信息采集、處理和傳輸，對(duì)后臺(tái)管理機(jī)的控制指令進(jìn)行解析和執(zhí)行。GPS測(cè)量從理論到器件均已成熟，為系統(tǒng)的位移監(jiān)測(cè)提供了最佳的測(cè)量手段；GSM移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)這種無(wú)線數(shù)據(jù)通信方式也已經(jīng)廣泛使用。通過(guò)仔細(xì)的論證，將數(shù)據(jù)采集通訊終端的各個(gè)功能進(jìn)行細(xì)化，采用模塊化的設(shè)計(jì)思想進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，使各硬件模塊都能相對(duì)獨(dú)立地運(yùn)行。這樣在進(jìn)行系統(tǒng)組裝和調(diào)試工作時(shí)將更加方便快捷，有效的縮短了設(shè)計(jì)開發(fā)周期。

    1.1 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)框圖

    整個(gè)模塊主要包括P89C52微處理器，看門狗，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，串口擴(kuò)展芯片，手機(jī)模塊，GPS模塊。串口擴(kuò)展芯片采用GM8123， GM8123可以將單片機(jī)的一個(gè)串口擴(kuò)展為三個(gè)串口。GM8123有兩種工作方式：?jiǎn)瓮ǖ婪绞胶投嗤ǖ婪绞健Ｍㄟ^(guò)硬件看門狗監(jiān)控模塊的運(yùn)行，防止模塊死機(jī)，有效地提高了模塊的可靠性。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用一片62256擴(kuò)展32K字節(jié)存儲(chǔ)空間，用來(lái)存放采集到的數(shù)據(jù)。具體硬件原理設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

           

                                 圖1   系統(tǒng)硬件總體框圖

    1.2 系統(tǒng)各部分原理圖

    （1）電源電路

    由于該模塊可采用外部DC24V-DC9V之間供電，所以對(duì)于電源接口的設(shè)計(jì)應(yīng)該具有過(guò)載保護(hù)、防接反保護(hù)。電路中選用肖特基二極管D1用來(lái)防止輸入的電源線正極和負(fù)極接反，用TVS二極管D2來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)壓保護(hù)。通過(guò)U1輸出+5V電壓。＋5V用來(lái)供給微處理器等電路提供本模塊工作的電源，因而電源接口的保護(hù)措施比較簡(jiǎn)單。如圖2所示。

             
                               圖2   電源保護(hù)電路原理圖

    （2）看門狗電路

    系統(tǒng)通過(guò)看門狗電路有效的防止系統(tǒng)死機(jī)，系統(tǒng)的一些固定參數(shù)也存放在CAT1161中，如產(chǎn)品型號(hào)，廠商代碼，波特率以及從機(jī)節(jié)點(diǎn)地址等。電路中的R51和R54分別為下拉和上拉電阻不可省掉，VCC必須大于4.6V CAT1161才能正常工作。當(dāng)所接電壓大于4.6V時(shí)，用示波器觀察RESET引腳，會(huì)有方波輸出。如圖3所示。

            
                            圖3   看門狗及復(fù)位電路

    信號(hào)引腳MS，STADD0，STADD1，SRADD0，SRADD1，RST分別接單片機(jī)的P3.2-P3.7。TXD0，RXD0分別接單片機(jī)的接收和發(fā)送引腳。MS是GM8123工作方式選擇引腳，STADD0，STADD1，SRADD0，SRADD1是地址選擇通道，RST為GM8123復(fù)位引腳，該引腳由軟件控制復(fù)位。復(fù)位時(shí)間大于200MS及可復(fù)位。如圖4所示。
            
 
                                圖4   GM8123原理圖

    （3）MAX232接口原理圖

                               圖5   MAX232借口原理圖

    MAX232用于電平轉(zhuǎn)化電路，將TTL電平轉(zhuǎn)化為RS232電平。由于手機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線出來(lái)的是RS232電平，單片機(jī)為TTL電平，與單片機(jī)相連必須要通過(guò)電平轉(zhuǎn)化，才能達(dá)到電氣參數(shù)的一致。圖中的幾個(gè)電容大約在1UF左右的電容都可以，其作用僅僅是拉高電平。可以用萬(wàn)用表測(cè)試電容1、3兩端的電壓。正常情況這兩個(gè)引腳電平大約在7V以上。若在7V以下，則電平轉(zhuǎn)化有問題。

    （4）手機(jī)與GPS接口原理圖

    本系統(tǒng)中直接采用GPS模塊。GPS模塊是北京金耐威科技有限責(zé)任公司提供的OEM 模塊REB-21R，通過(guò)手機(jī)數(shù)據(jù)線轉(zhuǎn)化得到的是RS232電平與單片機(jī)相連還必須通過(guò)電平轉(zhuǎn)化電路。數(shù)據(jù)線接口的第8引腳一定要接高電平。GPS模塊的1、2引腳接高電平，10、13、16、18引腳接地。第11和12腳分別為GPS模塊的發(fā)送和接收引腳。如圖6所示。

                  

                             圖6   手機(jī)與GPS的接口電路圖

    2 系統(tǒng)自動(dòng)采集監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)框圖

    在固件程序中，系統(tǒng)在功能上獨(dú)立的幾個(gè)模塊簡(jiǎn)單劃分為幾個(gè)任務(wù)，各個(gè)功能任務(wù)在內(nèi)核的調(diào)度下運(yùn)行。但是各個(gè)任務(wù)并不是完全孤立的，而是在實(shí)時(shí)內(nèi)核的調(diào)度下相互聯(lián)系、相互協(xié)作的。這樣可以根據(jù)I/O模塊的特點(diǎn)，來(lái)劃分各任務(wù)的輸入輸出接口數(shù)據(jù)格式。這樣只需根據(jù)功能的不同，來(lái)加入或刪除不同的任務(wù)即可。如圖7所示。

                             圖7   軟件設(shè)計(jì)框圖

    （1）任務(wù)0外圍電路的處理

    該任務(wù)主要完成系統(tǒng)的初始化，其他任務(wù)的創(chuàng)建及指示燈的處理。

    （2）任務(wù)1短信發(fā)送

    該任務(wù)主要完成GPS及基站場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)度的數(shù)據(jù)格式的打包并通過(guò)手機(jī)發(fā)送出去。發(fā)送數(shù)據(jù)必須要符合GSM07.05協(xié)議格式。

    （3）任務(wù)2短信接收

    該任務(wù)主要完成短信的讀取分析處理。對(duì)接收到的短信分析。需對(duì)接收到的數(shù)據(jù)格式有詳細(xì)的了解。如接收到的數(shù)據(jù)為123數(shù)據(jù)時(shí)GSM07.05協(xié)議格式如下所示。

     0031000B813108979442F50000A704311B0E07

    00：默認(rèn)短信中心；31：需要狀態(tài)報(bào)告，不需要為11；00：永遠(yuǎn)為00，分割符；0B：目標(biāo)號(hào)碼為11位；81：無(wú)國(guó)家編碼，有國(guó)家編碼為91；3108979442F5：為目標(biāo)號(hào)碼，13807949245；00：協(xié)議標(biāo)志TP-PID 一般為00；00：是否免提：是為18；A7：有效期標(biāo)志；04：正文字節(jié)：311B0E07：短信息內(nèi)容。

    （4）任務(wù)3 GPS信號(hào)采集

    該任務(wù)完成GPS信號(hào)的采集。此任務(wù)牽涉到數(shù)據(jù)格式的定義很簡(jiǎn)單，在程序處理方面比較容易。一幀數(shù)據(jù)的格式如下
$GPRMC,045854.892,A,2759.4398,N,11620.7030,E,0.00,,291104,,*16

    （5）任務(wù)4基站強(qiáng)度采集

    該任務(wù)主要完成基站場(chǎng)強(qiáng)的采集，主要通過(guò)手機(jī)發(fā)送AT+CSQ指令，來(lái)獲取信號(hào)的強(qiáng)度。

    3 總結(jié)

    無(wú)線網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)可以很好的完成對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行質(zhì)量狀況的監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，做到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的全天候大規(guī)模采集于監(jiān)測(cè)，并將相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)歸檔保存，供網(wǎng)優(yōu)工作進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，可隨時(shí)了解無(wú)線網(wǎng)絡(luò)情況及變化趨勢(shì)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的經(jīng)常性監(jiān)測(cè)與評(píng)估，為積極主動(dòng)性的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作創(chuàng)造條件，既可為上一級(jí)主管提供有用數(shù)據(jù)，又可用于運(yùn)行維護(hù)部分，用于網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)水平和質(zhì)量。

    其他作者：郁漢琪（1961-），男，江蘇南通人，碩士，教授，主要從事電氣自動(dòng)化教學(xué)及研究。

    參考文獻(xiàn)：

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                                                              ——轉(zhuǎn)自《自動(dòng)化博覽》