電子信息工程師評(píng)職論文GPRS狀態(tài)模式分析及優(yōu)勢(shì)

　　摘　要：隨著GSM-R網(wǎng)絡(luò)在鐵路中的應(yīng)用越來越廣泛，其頻率資源日漸緊張，單純的電路交換數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)已經(jīng)不能滿足日益豐富的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需要。通用分組無線業(yè)務(wù)(GPRS)技術(shù)在鐵路上的應(yīng)用已逐步展開。GPRS采用分組數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)承載在GSM-R網(wǎng)絡(luò)之上，對(duì)位置管理策略與GSM-R網(wǎng)絡(luò)既有相似之處又有明顯的區(qū)別。GSM-R網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)臺(tái)的空閑模式和專用模式不同GPRS移動(dòng)臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)有空閑、待命和就緒三種移動(dòng)性管理狀態(tài)，激活和未激活兩種會(huì)話管理狀態(tài)，并就其中管理狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型進(jìn)行分析。

　　關(guān)鍵詞：狀態(tài)模式,無線傳輸數(shù)優(yōu)勢(shì),解決方案,管理狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型及分析

　　1 GPRS移動(dòng)臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)模式

　　1.1 GPRS空閑狀態(tài)

　　當(dāng)移動(dòng)臺(tái)處于GPRS空閑狀態(tài)時(shí)，表明移動(dòng)臺(tái)已開機(jī)，但還沒有附著到GPRS網(wǎng)絡(luò)上去，SGSN和GGSN中的移動(dòng)性上下文中不存儲(chǔ)該移動(dòng)臺(tái)的信息。因此移動(dòng)臺(tái)無法識(shí)別GPRS網(wǎng)絡(luò)，也就不執(zhí)行用戶相關(guān)的移動(dòng)性管理程序。

　　移動(dòng)臺(tái)在這種狀態(tài)下只能接收PTM.M的數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)絡(luò)在這種情況下無法尋呼到該用戶，移動(dòng)用戶不能接收和發(fā)送PTP和PTM—G數(shù)據(jù)。因此處于這種狀態(tài)的移動(dòng)臺(tái)可以被網(wǎng)絡(luò)認(rèn)為是不可及的。為了在移動(dòng)臺(tái)和SGSN之間建立移動(dòng)性管理(MM)連接，移動(dòng)臺(tái)將執(zhí)行GPRS附著過程。

　　1.2 待命狀態(tài)

　　1.1.2在GPRS待命狀態(tài)下

　　移動(dòng)臺(tái)已執(zhí)行了GPRS附著過程，并且和SGSN建立起了MM連接。但是SGSN對(duì)移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)性管理僅在路由區(qū)鐳層次上。移動(dòng)臺(tái)在這種狀態(tài)下可以接收PTP或PTM—G數(shù)據(jù)的尋呼。通過SGSN，移動(dòng)臺(tái)也可以接收電路交換業(yè)務(wù)的尋呼。

　　1.1.3移動(dòng)臺(tái)在這種狀態(tài)下

　　可以執(zhí)行GPRS小區(qū)選擇和小區(qū)重選，也可以執(zhí)行本地GPRS路由區(qū)更新。在SGSN中關(guān)于處在待命狀態(tài)的移動(dòng)臺(tái)的位置信息只有GPRS路由區(qū)(I認(rèn))的信息。移動(dòng)臺(tái)在相同路由區(qū)內(nèi)改變服務(wù)小區(qū)，并不需要通知SGSN。移動(dòng)臺(tái)在此狀態(tài)下可以激活或清除PDP上下文，如果移動(dòng)臺(tái)想要發(fā)送數(shù)據(jù)就必須首先激活一條PDP上下文。也就是說當(dāng)移動(dòng)臺(tái)在發(fā)送數(shù)據(jù)的和接收數(shù)據(jù)之前，首先應(yīng)先激活一條PDP上下文。移動(dòng)臺(tái)并不能進(jìn)行PTP數(shù)據(jù)的接收和傳輸，也不能進(jìn)行PTM-G數(shù)據(jù)傳輸。

　　1.3 就緒(Ready)狀態(tài)

　　當(dāng)移動(dòng)臺(tái)和GPRS網(wǎng)絡(luò)的分組傳輸正在進(jìn)行之中或剛剛結(jié)束時(shí)，移動(dòng)臺(tái)就處于GPRS就緒狀態(tài)下。就緒定時(shí)器定義了在分組傳輸停止多長時(shí)間后，移動(dòng)臺(tái)就將從就緒狀態(tài)轉(zhuǎn)為待命狀態(tài)。就緒定時(shí)器的值由SGSN設(shè)定，范圍可以從0到無窮大，也就是說當(dāng)該值設(shè)為無窮大時(shí)，移動(dòng)臺(tái)將永遠(yuǎn)不會(huì)返回待命狀態(tài)下。在就緒狀態(tài)下時(shí)，SGSN將在具體小區(qū)的層次上對(duì)移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行管理。也就是說SGSN含有處于就緒狀態(tài)下移動(dòng)臺(tái)的小區(qū)信息。在就緒狀態(tài)下網(wǎng)絡(luò)無需給移動(dòng)臺(tái)發(fā)送尋呼請(qǐng)求。由于移動(dòng)臺(tái)的小區(qū)位置是已知的，SGSN將直接給PCU發(fā)送分組數(shù)據(jù)，而PCU將立刻發(fā)起移動(dòng)臺(tái)的立即指配程序。如果移動(dòng)臺(tái)此時(shí)發(fā)起了GPRS分離程序，它將直接從就緒狀態(tài)變?yōu)榭臻e狀態(tài)。

　　1.4 未激活狀態(tài)

　　該狀態(tài)是指用戶的某個(gè)PDP地址沒有激活的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，相應(yīng)的PDP上下文中沒有路由或映射信息。此時(shí)移動(dòng)臺(tái)不能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，移動(dòng)臺(tái)可以通過發(fā)起PDP上下文激活程序，從未激活狀態(tài)進(jìn)入激活狀態(tài)。

　　1.5 激活狀態(tài)

　　由于MS、SGSN、GGSN的相應(yīng)PDP上下文中包含了該P(yáng)DP地址所傳輸?shù)腜DU的路由或映射信息，因此他們之間可以傳輸數(shù)據(jù)。用戶的MM狀態(tài)為待命或就緒時(shí)，PDP狀態(tài)才可能進(jìn)入激活狀態(tài)。只有當(dāng)執(zhí)行了PDP上下文的解除程序或者移動(dòng)臺(tái)的MM狀態(tài)變?yōu)榭臻e，PDP狀態(tài)才從激活轉(zhuǎn)變成未激活。無論P(yáng)DP地址為靜態(tài)或動(dòng)態(tài)，都可由MS請(qǐng)求發(fā)起PDP上下文激活程序。

　　2 GPRS無線傳輸數(shù)據(jù)有以下優(yōu)勢(shì)

　　①GPRS用戶可隨意分布和移動(dòng)自己的網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)，無須擔(dān)心線路的維護(hù)或有線在移機(jī)時(shí)導(dǎo)致的通訊中斷。建設(shè)新的營業(yè)點(diǎn)無需進(jìn)行拉線，埋線等工作。

　　②終端價(jià)格比較低，與DDN相比，基帶Modem其終端價(jià)格便宜很多。

　　③GPRS資費(fèi)便宜，計(jì)費(fèi)合理。GPRS 資費(fèi)包月比有線電話網(wǎng)絡(luò)資費(fèi)還便宜。醫(yī)保數(shù)據(jù)采集業(yè)務(wù)沒有大數(shù)據(jù)量的信息傳輸，不必要采用資費(fèi)很高的專線。GPRS還可根據(jù)通信的數(shù)據(jù)量和提供的服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行計(jì)費(fèi)。在GPRS網(wǎng)中，用戶只需與網(wǎng)絡(luò)建立一次連接，就可長時(shí)間的保持這種連接，并只在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)才占用信道并被計(jì)費(fèi)，保持時(shí)不占用信道不計(jì)費(fèi)。

　　④GPRS能最好地支持頻繁的、少量突發(fā)型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。通信質(zhì)量穩(wěn)定可靠，永不掉線。

　　⑤GPRS網(wǎng)絡(luò)接入速度快，提供了與現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)的無縫連接。由于GPRS網(wǎng)本身就是一個(gè)分組型數(shù)據(jù)網(wǎng)， 支持TCP/IP、X.25協(xié)議，因此無需經(jīng)過PSTN等網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)接，直接與分組數(shù)據(jù)網(wǎng)互通，接入速度僅幾秒鐘，快于電路型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。采用TCP/IP協(xié)議，較以前的無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)而言，網(wǎng)絡(luò)接入更加直接方便。

　　⑥覆蓋較好，比較很多無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)而言，其網(wǎng)絡(luò)覆蓋是最好的。

　　3 解決方案

　　3.1設(shè)計(jì)了這套油井監(jiān)測(cè)管理方案具有配置靈活、實(shí)施方便、可靠性高、數(shù)據(jù)采集及時(shí)準(zhǔn)確等特點(diǎn)。

　　3.3.1.配置靈活

　　用戶可以根據(jù)自己的實(shí)際情況靈活的選擇多種數(shù)據(jù)傳輸方式，比如：采集到的數(shù)據(jù)可以通過無線方式傳輸?shù)骄?duì)控制處，也可以通過線纜直接連接方式傳輸;井隊(duì)采集的數(shù)據(jù)可以通過互聯(lián)網(wǎng)、專線、GPRS 無線公網(wǎng)上報(bào)到總部。

　　3.3.2實(shí)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(wǎng)方式傳輸數(shù)據(jù)，所有用戶無須布線，只要安裝數(shù)據(jù)采集端、數(shù)據(jù)接收端、GPRS Modem 等設(shè)置即可。

　　3.3.3可靠性高

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

　　3.3.4數(shù)據(jù)采集及時(shí)準(zhǔn)確

　　用戶可以自定義數(shù)據(jù)采集的時(shí)間間隔，系統(tǒng)自動(dòng)定時(shí)采集，自動(dòng)傳輸?shù)骄?duì)管理處，并可以自動(dòng)將數(shù)據(jù)上報(bào)到總部管理處。

　　四、移動(dòng)性管理狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型及分析

　　4.1由于控制移動(dòng)臺(tái)和SGSN狀態(tài)轉(zhuǎn)移的定時(shí)器分別存在于不同的兩側(cè)，例如T3314在移動(dòng)臺(tái)和SGSN側(cè)均存在，T3312只在移動(dòng)臺(tái)側(cè)，MS unreachable Timer只在SGSN側(cè)。這樣就導(dǎo)致移動(dòng)臺(tái)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程和SGSN狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程存在差異，并且在同一時(shí)刻兩側(cè)的狀態(tài)不同。在以往的研究中我們只是對(duì)移動(dòng)性管理狀態(tài)(包括空閑、待命、就緒狀態(tài))和會(huì)話管理狀態(tài)(包括PDP激活、PDP未激活狀態(tài))分別作出狀態(tài)轉(zhuǎn)移分析，并未將二者結(jié)合起來。根據(jù)模型的建立過程可以看到MS在每個(gè)狀態(tài)的停留時(shí)間與使他向下一狀態(tài)轉(zhuǎn)移的操作有關(guān)，并不一定完全服從統(tǒng)一概率分布。離散時(shí)間參數(shù)的Markov鏈在每個(gè)狀態(tài)的停留時(shí)間都是確定參數(shù)，連續(xù)時(shí)間參數(shù)的Markov鏈在每個(gè)狀態(tài)的停留時(shí)間服從指數(shù)分布。而在MS管理狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型中停留時(shí)間與它當(dāng)前的狀態(tài)有關(guān)，把停留時(shí)間從指數(shù)分布拓展到其他分布。因此用半Markov鏈分析MS的狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程。

　　4.2分析中需要解決的問題包括兩方面

　　①M(fèi)S在某一狀態(tài)的平均停留時(shí)間T，②MS在某一狀態(tài)的穩(wěn)態(tài)概率R。對(duì)狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型做以下兩個(gè)假設(shè)。首先MS始終是可達(dá)的不存在覆蓋盲區(qū)或發(fā)生無線鏈路失敗的問題;其次實(shí)驗(yàn)中網(wǎng)絡(luò)操作的過程時(shí)間單位在毫秒級(jí)，而狀態(tài)停留的時(shí)間一般在秒級(jí)，所以導(dǎo)致狀態(tài)轉(zhuǎn)移操作的時(shí)間與停留在某一狀態(tài)的時(shí)間相比可以忽略。

　　五、結(jié)語

　　鐵路通信是保證鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)安全性、高效性的重要措施，它在整個(gè)鐵路行業(yè)中具有極高的技術(shù)含量。主要研究了GPRS網(wǎng)絡(luò)位置管理策略對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)延影響。分析了移動(dòng)臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)側(cè)的移動(dòng)性管理狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過程及其觸發(fā)條件;與移動(dòng)性管理相關(guān)的定時(shí)器包括：T3314、T3312、MS unreachable Timer移動(dòng)臺(tái)所處的移動(dòng)性管理狀態(tài)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延的影響，建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行深入分析。

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