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   陳巍（1970-）

    男，江西撫州人，碩士，講師，主要從事電子教學及研究。




    摘   要：針對目前的網(wǎng)絡質量監(jiān)測手段還不完善，缺乏一種既能持續(xù)全面對網(wǎng)絡質量進行監(jiān)測又能將網(wǎng)絡質量問題進行準確地理定位和初步分析的監(jiān)測手段的問題，提出了一種基于單片機和GSM網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動測試，稱之為GSM網(wǎng)絡質量監(jiān)測系統(tǒng)的研究方法。

    關鍵詞：GSM；單片機；自動采集；信息傳輸；質量監(jiān)測

    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

    近幾年來隨著無線網(wǎng)絡的迅猛發(fā)展，無線網(wǎng)絡運營競爭的加劇，網(wǎng)絡的服務質量已經(jīng)越來越受到人們的關注。提高網(wǎng)絡質量，改善網(wǎng)絡覆蓋，充分利用網(wǎng)絡資源，是一個有著巨大經(jīng)濟效益和關系到企業(yè)發(fā)展的重要課題。

    網(wǎng)絡優(yōu)化，就是對整個網(wǎng)絡的資源根據(jù)需求和發(fā)展的情況進行調配，達到合理的運用。同時，對于網(wǎng)絡運行中存在的諸如覆蓋不好、話音質量差、掉話、網(wǎng)絡擁塞、切換成功率低等問題，通過網(wǎng)絡優(yōu)化進行解決。網(wǎng)絡優(yōu)化工作是一個復雜艱巨的系統(tǒng)工程，它貫穿于網(wǎng)絡發(fā)展的全過程。

    網(wǎng)絡優(yōu)化工作的一個主要任務就是測試數(shù)據(jù)的采集和分析工作。這些測試數(shù)據(jù)就是網(wǎng)絡部分系統(tǒng)參數(shù)，包括利用路側設備采集到的大量路測數(shù)據(jù)（如信號電平、通話質量、鄰小區(qū)、信令、通話情況等），利用信令采集設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)絡優(yōu)化人員大量的時間和精力進行收集和分析。

    本文提出了一種基于單片機和GSM網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動測試的系統(tǒng)，稱之為無線網(wǎng)絡數(shù)據(jù)自動監(jiān)測系統(tǒng)。利用此系統(tǒng)可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動采集，有利于大大節(jié)省網(wǎng)絡優(yōu)化工作的人力、物力、財力。

    1 數(shù)據(jù)自動采集監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設計

    數(shù)據(jù)采集監(jiān)測通訊終端是整個硬件系統(tǒng)的基礎，負責完成數(shù)據(jù)信息采集、處理和傳輸，對后臺管理機的控制指令進行解析和執(zhí)行。GPS測量從理論到器件均已成熟，為系統(tǒng)的位移監(jiān)測提供了最佳的測量手段；GSM移動通信網(wǎng)絡這種無線數(shù)據(jù)通信方式也已經(jīng)廣泛使用。通過仔細的論證，將數(shù)據(jù)采集通訊終端的各個功能進行細化，采用模塊化的設計思想進行硬件設計，使各硬件模塊都能相對獨立地運行。這樣在進行系統(tǒng)組裝和調試工作時將更加方便快捷，有效的縮短了設計開發(fā)周期。

    1.1 系統(tǒng)硬件總體設計框圖

    整個模塊主要包括P89C52微處理器，看門狗，數(shù)據(jù)存儲器，串口擴展芯片，手機模塊，GPS模塊。串口擴展芯片采用GM8123， GM8123可以將單片機的一個串口擴展為三個串口。GM8123有兩種工作方式：單通道方式和多通道方式。通過硬件看門狗監(jiān)控模塊的運行，防止模塊死機，有效地提高了模塊的可靠性。數(shù)據(jù)存儲器采用一片62256擴展32K字節(jié)存儲空間，用來存放采集到的數(shù)據(jù)。具體硬件原理設計框圖如圖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，所以對于電源接口的設計應該具有過載保護、防接反保護。電路中選用肖特基二極管D1用來防止輸入的電源線正極和負極接反，用TVS二極管D2來實現(xiàn)過壓保護。通過U1輸出+5V電壓。＋5V用來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措施比較簡單。如圖2所示。

             
                               圖2   電源保護電路原理圖

    （2）看門狗電路

    系統(tǒng)通過看門狗電路有效的防止系統(tǒng)死機，系統(tǒng)的一些固定參數(shù)也存放在CAT1161中，如產(chǎn)品型號，廠商代碼，波特率以及從機節(jié)點地址等。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。當所接電壓大于4.6V時，用示波器觀察RESET引腳，會有方波輸出。如圖3所示。

            
                            圖3   看門狗及復位電路

    信號引腳MS，STADD0，STADD1，SRADD0，SRADD1，RST分別接單片機的P3.2-P3.7。TXD0，RXD0分別接單片機的接收和發(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復位引腳，該引腳由軟件控制復位。復位時間大于200MS及可復位。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用于電平轉化電路，將TTL電平轉化為RS232電平。由于手機通過數(shù)據(jù)線出來的是RS232電平，單片機為TTL電平，與單片機相連必須要通過電平轉化，才能達到電氣參數(shù)的一致。圖中的幾個電容大約在1UF左右的電容都可以，其作用僅僅是拉高電平。可以用萬用表測試電容1、3兩端的電壓。正常情況這兩個引腳電平大約在7V以上。若在7V以下，則電平轉化有問題。

    （4）手機與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任公司提供的OEM 模塊REB-21R，通過手機數(shù)據(jù)線轉化得到的是RS232電平與單片機相連還必須通過電平轉化電路。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   手機與GPS的接口電路圖

    2 系統(tǒng)自動采集監(jiān)測軟件系統(tǒng)框圖

    在固件程序中，系統(tǒng)在功能上獨立的幾個模塊簡單劃分為幾個任務，各個功能任務在內核的調度下運行。但是各個任務并不是完全孤立的，而是在實時內核的調度下相互聯(lián)系、相互協(xié)作的。這樣可以根據(jù)I/O模塊的特點，來劃分各任務的輸入輸出接口數(shù)據(jù)格式。這樣只需根據(jù)功能的不同，來加入或刪除不同的任務即可。如圖7所示。

                             圖7   軟件設計框圖

    （1）任務0外圍電路的處理

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

    （2）任務1短信發(fā)送

    該任務主要完成GPS及基站場強強度的數(shù)據(jù)格式的打包并通過手機發(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2短信接收

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

     0031000B813108979442F50000A704311B0E07

    00：默認短信中心；31：需要狀態(tài)報告，不需要為11；00：永遠為00，分割符；0B：目標號碼為11位；81：無國家編碼，有國家編碼為91；3108979442F5：為目標號碼，13807949245；00：協(xié)議標志TP-PID 一般為00；00：是否免提：是為18；A7：有效期標志；04：正文字節(jié)：311B0E07：短信息內容。

    （4）任務3 GPS信號采集

    該任務完成GPS信號的采集。此任務牽涉到數(shù)據(jù)格式的定義很簡單，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4基站強度采集

    該任務主要完成基站場強的采集，主要通過手機發(fā)送AT+CSQ指令，來獲取信號的強度。

    3 總結

    無線網(wǎng)絡自動檢測系統(tǒng)可以很好的完成對無線網(wǎng)絡運行質量狀況的監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)問題，做到無線網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的全天候大規(guī)模采集于監(jiān)測，并將相關測試數(shù)據(jù)歸檔保存，供網(wǎng)優(yōu)工作進行數(shù)據(jù)分析，通過對歷史數(shù)據(jù)的對比分析，可隨時了解無線網(wǎng)絡情況及變化趨勢，最終實現(xiàn)對網(wǎng)絡質量的經(jīng)常性監(jiān)測與評估，為積極主動性的網(wǎng)絡優(yōu)化工作創(chuàng)造條件，既可為上一級主管提供有用數(shù)據(jù)，又可用于運行維護部分，用于網(wǎng)絡優(yōu)化，提高整個網(wǎng)絡服務水平和質量。

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

    參考文獻：

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    [2] 薛年喜. GSM在數(shù)字信號處理中的應用[M]. 清華大學出版社. 2003，11.

    [3] 蘇金明，張蓮花，劉波等. MATLAB工具箱應用[M]. 電子工業(yè)出版社. 2004，1.

    [4] 陳懷琛. 數(shù)字信號處理教程—GSM釋義與實現(xiàn)[M]. 電子工業(yè)出版社. 2004，12.



                                                              ——轉自《自動化博覽》