电子信息工程师评职论文GPRS状态模式分析及优势

　　摘　要：随着GSM-R网络在铁路中的应用越来越广泛，其频率资源日渐紧张，单纯的电路交换数据业务已经不能满足日益丰富的数据业务需要。通用分组无线业务(GPRS)技术在铁路上的应用已逐步展开。GPRS采用分组数据传输网络承载在GSM-R网络之上，对位置管理策略与GSM-R网络既有相似之处又有明显的区别。GSM-R网络中移动台的空闲模式和专用模式不同GPRS移动台和网络有空闲、待命和就绪三种移动性管理状态，激活和未激活两种会话管理状态，并就其中管理状态转移模型进行分析。

　　关键词：状态模式,无线传输数优势,解决方案,管理状态转移模型及分析

　　1 GPRS移动台和网络的状态模式

　　1.1 GPRS空闲状态

　　当移动台处于GPRS空闲状态时，表明移动台已开机，但还没有附着到GPRS网络上去，SGSN和GGSN中的移动性上下文中不存储该移动台的信息。因此移动台无法识别GPRS网络，也就不执行用户相关的移动性管理程序。

　　移动台在这种状态下只能接收PTM.M的数据传输。网络在这种情况下无法寻呼到该用户，移动用户不能接收和发送PTP和PTM—G数据。因此处于这种状态的移动台可以被网络认为是不可及的。为了在移动台和SGSN之间建立移动性管理(MM)连接，移动台将执行GPRS附着过程。

　　1.2 待命状态

　　1.1.2在GPRS待命状态下

　　移动台已执行了GPRS附着过程，并且和SGSN建立起了MM连接。但是SGSN对移动台的移动性管理仅在路由区镭层次上。移动台在这种状态下可以接收PTP或PTM—G数据的寻呼。通过SGSN，移动台也可以接收电路交换业务的寻呼。

　　1.1.3移动台在这种状态下

　　可以执行GPRS小区选择和小区重选，也可以执行本地GPRS路由区更新。在SGSN中关于处在待命状态的移动台的位置信息只有GPRS路由区(I认)的信息。移动台在相同路由区内改变服务小区，并不需要通知SGSN。移动台在此状态下可以激活或清除PDP上下文，如果移动台想要发送数据就必须首先激活一条PDP上下文。也就是说当移动台在发送数据的和接收数据之前，首先应先激活一条PDP上下文。移动台并不能进行PTP数据的接收和传输，也不能进行PTM-G数据传输。

　　1.3 就绪(Ready)状态

　　当移动台和GPRS网络的分组传输正在进行之中或刚刚结束时，移动台就处于GPRS就绪状态下。就绪定时器定义了在分组传输停止多长时间后，移动台就将从就绪状态转为待命状态。就绪定时器的值由SGSN设定，范围可以从0到无穷大，也就是说当该值设为无穷大时，移动台将永远不会返回待命状态下。在就绪状态下时，SGSN将在具体小区的层次上对移动台进行管理。也就是说SGSN含有处于就绪状态下移动台的小区信息。在就绪状态下网络无需给移动台发送寻呼请求。由于移动台的小区位置是已知的，SGSN将直接给PCU发送分组数据，而PCU将立刻发起移动台的立即指配程序。如果移动台此时发起了GPRS分离程序，它将直接从就绪状态变为空闲状态。

　　1.4 未激活状态

　　该状态是指用户的某个PDP地址没有激活的数据业务，相应的PDP上下文中没有路由或映射信息。此时移动台不能进行数据传送，移动台可以通过发起PDP上下文激活程序，从未激活状态进入激活状态。

　　1.5 激活状态

　　由于MS、SGSN、GGSN的相应PDP上下文中包含了该PDP地址所传输的PDU的路由或映射信息，因此他们之间可以传输数据。用户的MM状态为待命或就绪时，PDP状态才可能进入激活状态。只有当执行了PDP上下文的解除程序或者移动台的MM状态变为空闲，PDP状态才从激活转变成未激活。无论PDP地址为静态或动态，都可由MS请求发起PDP上下文激活程序。

　　2 GPRS无线传输数据有以下优势

　　①GPRS用户可随意分布和移动自己的网络点，无须担心线路的维护或有线在移机时导致的通讯中断。建设新的营业点无需进行拉线，埋线等工作。

　　②终端价格比较低，与DDN相比，基带Modem其终端价格便宜很多。

　　③GPRS资费便宜，计费合理。GPRS 资费包月比有线电话网络资费还便宜。医保数据采集业务没有大数据量的信息传输，不必要采用资费很高的专线。GPRS还可根据通信的数据量和提供的服务质量进行计费。在GPRS网中，用户只需与网络建立一次连接，就可长时间的保持这种连接，并只在传输数据时才占用信道并被计费，保持时不占用信道不计费。

　　④GPRS能最好地支持频繁的、少量突发型数据业务。通信质量稳定可靠，永不掉线。

　　⑤GPRS网络接入速度快，提供了与现有数据网的无缝连接。由于GPRS网本身就是一个分组型数据网， 支持TCP/IP、X.25协议，因此无需经过PSTN等网络的转接，直接与分组数据网互通，接入速度仅几秒钟，快于电路型数据业务。采用TCP/IP协议，较以前的无线数据网络而言，网络接入更加直接方便。

　　⑥覆盖较好，比较很多无线数据网络而言，其网络覆盖是最好的。

　　3 解决方案

　　3.1设计了这套油井监测管理方案具有配置灵活、实施方便、可靠性高、数据采集及时准确等特点。

　　3.3.1.配置灵活

　　用户可以根据自己的实际情况灵活的选择多种数据传输方式，比如：采集到的数据可以通过无线方式传输到井队控制处，也可以通过线缆直接连接方式传输;井队采集的数据可以通过互联网、专线、GPRS 无线公网上报到总部。

　　3.3.2实施方便

　　由于该方案中大理使用了无线传输方式的GPRS无线网方式传输数据，所有用户无须布线，只要安装数据采集端、数据接收端、GPRS Modem 等设置即可。

　　3.3.3可靠性高

　　由于我公司开发的LQ8100系列 GPRS的无线传输模块具有传输稳定可靠、通信速率高、接收灵敏度高、抗干扰能力强、功耗低等特点。

　　3.3.4数据采集及时准确

　　用户可以自定义数据采集的时间间隔，系统自动定时采集，自动传输到井队管理处，并可以自动将数据上报到总部管理处。

　　四、移动性管理状态转移模型及分析

　　4.1由于控制移动台和SGSN状态转移的定时器分别存在于不同的两侧，例如T3314在移动台和SGSN侧均存在，T3312只在移动台侧，MS unreachable Timer只在SGSN侧。这样就导致移动台的状态转移过程和SGSN状态转移过程存在差异，并且在同一时刻两侧的状态不同。在以往的研究中我们只是对移动性管理状态(包括空闲、待命、就绪状态)和会话管理状态(包括PDP激活、PDP未激活状态)分别作出状态转移分析，并未将二者结合起来。根据模型的建立过程可以看到MS在每个状态的停留时间与使他向下一状态转移的操作有关，并不一定完全服从统一概率分布。离散时间参数的Markov链在每个状态的停留时间都是确定参数，连续时间参数的Markov链在每个状态的停留时间服从指数分布。而在MS管理状态转移模型中停留时间与它当前的状态有关，把停留时间从指数分布拓展到其他分布。因此用半Markov链分析MS的状态转移过程。

　　4.2分析中需要解决的问题包括两方面

　　①MS在某一状态的平均停留时间T，②MS在某一状态的稳态概率R。对状态转移模型做以下两个假设。首先MS始终是可达的不存在覆盖盲区或发生无线链路失败的问题;其次实验中网络操作的过程时间单位在毫秒级，而状态停留的时间一般在秒级，所以导致状态转移操作的时间与停留在某一状态的时间相比可以忽略。

　　五、结语

　　铁路通信是保证铁路运输生产安全性、高效性的重要措施，它在整个铁路行业中具有极高的技术含量。主要研究了GPRS网络位置管理策略对数据传输的时延影响。分析了移动台和网络侧的移动性管理状态的转换过程及其触发条件;与移动性管理相关的定时器包括：T3314、T3312、MS unreachable Timer移动台所处的移动性管理状态对数据传输时延的影响，建立数学模型进行深入分析。

　　参考文献：

　　[1] 杨思甜, 杨树青. GPRS远程监控在铁路电力系统中的应用[J]. 大功率变流技术, 2009,01.

　　[2] 王静, 姜利, 邓胜江,等. GPRS在铁路车地信息交互中的应用[J]. 铁路计算机应用, 2008,05.