(3)橋接模塊
由于串口是一個慢速連接,主機與串口的通信有時甚至是單字節(jié)操作,如果對于每一個這樣小的通信都單獨通過一個TCP包發(fā)送的話(譬如說一個字節(jié)的數(shù)據(jù)),這將產(chǎn)生一些41字節(jié)的分組,即：20字節(jié)的IP頭,20字節(jié)的TCP頭以及1字節(jié)的數(shù)據(jù)。如果在高速網(wǎng)絡(luò)上(例如局域網(wǎng)),這一些小分組通常不會引起麻煩,但是如果在GPRS這樣的網(wǎng)絡(luò)上(平均往返時間高達數(shù)百ms),則會增加擁塞出現(xiàn)的可能性,并將會使網(wǎng)絡(luò)的效率極其低。在通常的TCP／IP實現(xiàn)中,一般采用Nagle算法來解決這個問題。但是在Ubicom的協(xié)議棧中沒有這個功能,因此,必須自己完成這個算法。考慮到對下層硬件結(jié)構(gòu)的無依賴性,設(shè)計時可將其放在橋接模塊中實現(xiàn),而不是放在網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動模塊中實現(xiàn)。在算法實現(xiàn)中,當(dāng)有串口數(shù)據(jù)到來時,對于較小的分組,則并不立即就將其發(fā)出,而是等待一段時Ih3(200 s左右),如果在這段時間中再沒有小數(shù)據(jù)到來,那么將其發(fā)出,否則將數(shù)據(jù)進行累計后發(fā)出。當(dāng)然有些系統(tǒng)要求立即發(fā)出,那么也可以通過配置取消這種功能。經(jīng)這樣實現(xiàn)后,效率有了很大的提高,具體的效果可以參考后面的實驗數(shù)據(jù)。
(4)輔助模塊
在上面一些模塊的介紹中可以看到,其中有一些關(guān)鍵性的數(shù)據(jù)必須支持用戶自己配置,例如串口通信速度、停止位、網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動模塊中GPRS所要連接的APN、賬戶、密碼、工作模式(是作為服務(wù)器運行還是客戶端運行)、靜態(tài)IP還是動態(tài)IP等。這一部分數(shù)據(jù)由配置模塊存儲在外部存儲器里,每次系統(tǒng)啟動的時候再由配置模塊載人。在輔助模塊中還包括一個重要的子模塊：遠程管理模塊,它實現(xiàn)對GPS終端的遠程管理,包括遠程跟蹤和遠程更新程序。系統(tǒng)的運行情況通過統(tǒng)計模塊進行統(tǒng)計,然后可以通過遠程管理模塊進行上報。
(5)系統(tǒng)監(jiān)控模塊
對于放在遠程的一個無人看管的系統(tǒng)來說,最重要的一點就是容錯能力,必須能夠在任何錯誤的情況下自動恢復(fù)到正常運行狀態(tài),這一部分就是通過系統(tǒng)監(jiān)控模塊實現(xiàn)的。在GPS終端中,經(jīng)常出現(xiàn)的異常包括有TCP連接中斷和網(wǎng)絡(luò)連接中斷,這兩種錯誤是有區(qū)別的,解決的方法也不一樣。TCP連接中斷指的是TCP連接進入異常狀態(tài),不能在該連接上進行數(shù)據(jù)的收發(fā)工作。這種錯誤產(chǎn)生的原因是GPRS網(wǎng)絡(luò)有時會進入偽死狀態(tài),而導(dǎo)致雖然還在網(wǎng)絡(luò)上,但是數(shù)據(jù)的收發(fā)工作無法進行。通過在每個連接上設(shè)置一個收發(fā)超時計時器可以發(fā)現(xiàn)這種錯誤。當(dāng)有數(shù)據(jù)傳輸時即復(fù)位計數(shù)器,如果計數(shù)器超時,則表明TCP連接中斷,此時應(yīng)該根據(jù)工作模式而采取不同的處理。如果是工作在客戶端模式,需要再次與服務(wù)器連接,如果工作在服務(wù)器模式,則只需要簡單的斷開連接即可。
對于網(wǎng)絡(luò)連接中斷的情況探測起來比較困難,一般是通過監(jiān)測長時間沒有數(shù)據(jù)通信來判斷。如果一旦發(fā)生此類錯誤,則需要重新進行網(wǎng)絡(luò)的連接工作。
由于軟件難免會有一些未曾發(fā)覺的錯誤,在發(fā)生此類錯誤的時候則由硬件看門電路復(fù)位系統(tǒng),并且在下次軟件啟動時將此類錯誤發(fā)生過的信息遠程傳送到服務(wù)器。
服務(wù)器端軟件的設(shè)計
GPS服務(wù)器程序可以采用兩種方式與遠程的GPS終端建立連接,一種是采用TCP方式,另外一種是采用串口通信方式。在采用串口通信方式時,需要編制一個虛擬串口驅(qū)動程序,將一個TCP連接模擬成為一個串口,這樣服務(wù)器就可以像操縱M12一樣對遠程的GPS終端進行操作了。
GPS服務(wù)器和遠程GPS終端之間的通信協(xié)議采用了原始的M12通信命令,核心模塊在GPS服務(wù)器和M12之間進行了數(shù)據(jù)透明轉(zhuǎn)發(fā)的作用。M12支持有兩種通信數(shù)據(jù)格式：一是Motorola二進制數(shù)據(jù)指令格式,在采用Motorola二進制格式時,通信速率可以保證在9600bps;另一種是NMEA-0183格式,其通信速率只有4800bps,同時在初始化GPS時還需要加入由Motorola二進制轉(zhuǎn)化為NMEA-0183的指令。因此建議使用Motorola二進制數(shù)據(jù)格式。 此設(shè)計中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于兩個方面：一是連接的建立,二是M12的初始化。GPS終端返同的定位信息數(shù)據(jù)格式如下：
@@Eamdyyhmsffffaaaaoooohhhhmmmmvvhhddtntimsdimsdimsdimsdimsd
imsdimsdimsdsC
時間信息：m月,d日,yy年,h小時,m分,s秒。位置信息：aaaa緯度,oooo經(jīng)度,hhhh
橢球高度。
在所有信息終止的
收到數(shù)據(jù)后,只要對數(shù)據(jù)進行解碼,就可以獲得定位信息以及時間。
服務(wù)器端的考慮
在GPRS聯(lián)網(wǎng)中,必須注意的一個概念是APN。在登陸GPRS時,采用的APN不同,GPS終端和服務(wù)器之間所能采用的方式也會有所不同。
如果采用公網(wǎng)APN(cmnet),那么服務(wù)器端只要有一固定公網(wǎng)IP即可,此時Radius服務(wù)器由移動公司提供,GPS終端上網(wǎng)后的IP也是由移動公司的Radius服務(wù)器隨機分配的。GPS終端與服務(wù)器必須經(jīng)過NAT(Network Address Translation,網(wǎng)絡(luò)地址變換)后才能通信,而從數(shù)據(jù)服務(wù)器看過去的GPS終端的IP地址也不是它的真正地址。因此,GPS終端與數(shù)據(jù)服務(wù)器之間的連接只能由GPS終端發(fā)起,換言之,即GPS終端只能工作在客戶狀態(tài)。在采用公網(wǎng)時雖然可以節(jié)省開支,但需要考慮安全性問題,因為這時候是與Internet直接連通的,并且客戶之間也不可以直接訪問。
與公網(wǎng)APN相對應(yīng)的一種方式是采用私有APN,即用戶向移動申請一個APN號。在采用這種方式時,所有登陸這個APN的用戶可以通過IP地址互相訪問,因此在數(shù)據(jù)量比較小的時候甚至可以采用一個也使用GPRS終端的用戶做服務(wù)器。Radius服務(wù)器的設(shè)置比較靈活,可以采用移動公司的Radius服務(wù)器,也可以自建一套Radius服務(wù)器。自建Radius服務(wù)器的最大好處就是GGSN會將驗證信息發(fā)送給使用者,以便根據(jù)號碼或者其它信息為其分配一個靜態(tài)IP地址,因此。自建Radius服務(wù)器非常適合GPS終端作為服務(wù)器運行。
Radius服務(wù)器可以采用一些商用的服務(wù)器,但從實踐中看,自己編寫一套Radius服務(wù)器可能更加適合GPRS。
結(jié)束語
對系統(tǒng)進行了全面的測試,在傳輸效率上面,本系統(tǒng)表現(xiàn)的非常良好,連接上網(wǎng)絡(luò)的時間僅需要3s左右。在使用Class 12的GPRS模塊時,傳輸速率可以達到38kbps的上傳速度以及44kbps的下傳速度。對于一般的數(shù)據(jù)采集設(shè)備能夠保證數(shù)據(jù)的及時傳輸,在發(fā)生GPRS網(wǎng)絡(luò)短暫失效時,可以在網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后的l0s內(nèi)重新在線,基本上保證了無間斷傳輸,因此可以滿足GPS用戶的需要。
由于本系統(tǒng)在設(shè)計上嚴格地進行了功能模塊隔離,因此可以作為一個原型系統(tǒng)加以擴展,以支持更多的GPS功能。
