GPRS負控發(fā)起端掉線產(chǎn)生的后果及解決方案

成冰

（昆明供電局，云南 昆明 654100）

1 掉線因素分析

造成負控終端GPRS掉線是比較常見的現(xiàn)象，負控終端使用SonyEricsion無線通訊模塊GR47。GR47模塊存在著極大的瞬間工作電流，尤其是在負控終端在通話或傳輸數(shù)據(jù)的瞬間，終端系統(tǒng)電源無法提供給無線通信模塊瞬間的大電流，導(dǎo)致電壓下降太多，這樣無線通信模塊某些器件會運行異常，導(dǎo)致系統(tǒng)掉線或重啟，嚴重情況下將導(dǎo)致系統(tǒng)直接死機，因此設(shè)計負控終端時需要滿足GR47模塊的電源工作指標。

2 網(wǎng)絡(luò)因素

GPRS通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)定義了3種移動管理狀態(tài)，即：空閑(IDLE)狀態(tài)、就緒（STANDBY）狀態(tài)和準備(READY)狀態(tài)。負控終端工作于3種狀態(tài)之一，如圖1所示。

從GPRS移動性管理（MM）連接/去連接和GPRS分組數(shù)據(jù)協(xié)議（PDP）激活/去激活狀態(tài)跳轉(zhuǎn)分析中可以看到，GPRSMM的跳轉(zhuǎn)取訣于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在一定時間內(nèi)有沒有數(shù)據(jù)的傳輸。當負控終端GPRS連接并PDP激活成功后，如果在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)定的定時超時后，MM狀態(tài)會從就緒狀態(tài)進入準備狀態(tài)，如果網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)指定的定時在超時后，MM狀態(tài)會從READY狀態(tài)進入到IDLE狀態(tài)，PDP也會從激活狀態(tài)跳轉(zhuǎn)到去激活狀態(tài)，從而令到負控終端GPRS斷開連接。

此時如果負控終端要傳輸數(shù)據(jù)，就要重新連接到網(wǎng)絡(luò)，如果負控終端不不支持重撥的話，由于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已經(jīng)將其傳輸路由信息刪除，數(shù)據(jù)傳輸找不到路徑傳遞信息而直接將數(shù)據(jù)丟棄，導(dǎo)致終端掉線。即使負控終端允許自動重撥，但由于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的資源有限，在重新建立GPRS連接時沒有可分配的資源以致?lián)芴柺?，?shù)據(jù)也沒法傳輸，最終也將導(dǎo)致負控終端掉線。

2.1 無線模塊好壞因素

無線模塊分普通應(yīng)用型和工業(yè)型，無線模塊在射頻指標、網(wǎng)絡(luò)兼容性和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的一致性等方面對系統(tǒng)通訊質(zhì)量影響較大。負控終端ZY-300的無線通信模塊選用T類級GR47模塊，將無線模塊內(nèi)嵌到負控終端中，減少通訊過程中掉線、應(yīng)用環(huán)境惡劣等問題，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.2 天線因素

天線在無線通信系統(tǒng)中具有舉足輕重的地位，天線的好壞直接關(guān)系著負控終端通信的性能。ZY-300負控終端中，GR47通過AT+CSQ命令檢測終端信號質(zhì)量。當信號過弱時，即使負控終端有信號也很容易掉線。實踐證明，只有在信號質(zhì)量返回值在20～30之間時，才能保持數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，所以一定要設(shè)計好天線，信號質(zhì)量返回值最好能大于20。

3 在線設(shè)計策略

為保證負控終端利用GPRS網(wǎng)絡(luò)通訊，保證通訊過程中系統(tǒng)在線，負控終端在設(shè)計時，應(yīng)采取如下設(shè)計策略：

3.1 電源設(shè)計

電源設(shè)計不良是造成負控終端GPRS掉線的一個常見原因，良好的電源設(shè)計才能保證負控終端GPRS數(shù)據(jù)傳輸、通話質(zhì)量等所需要的瞬時功率。

圖1 GPRS移動性管理連接/去連接狀態(tài)跳轉(zhuǎn)模型

3.1.1 選用合適的電源芯片電源芯片的選用應(yīng)注意以下方面：輸入電壓的范圍、輸出電壓和電流值、集成電路芯片、外圍電路、效率、性價比等。

負控終端GR47和ZY-300的耗電量決定于系統(tǒng)的整體功耗，南此也可確定電源輸出電壓的范圍，即所選電源的電壓變化范圍和輸出電壓和電流的大小。GPRS的偏置電源電壓和電流根據(jù)所用GR47確定，ZY-300系統(tǒng)中一般用兩個或更多的電源，設(shè)計時應(yīng)注意兼顧。

根據(jù)ZY-300電源要求，選擇所需的電源產(chǎn)品型號。GR47電源中可供選擇的種類主要有：①正極性電源IC；②負極性電源IC；③可選擇輸出電壓極性的電源IC，例如MAX629，其極性引腳POL接地時輸出為正電壓，接VCC時，輸出為負電壓；④具有反向或倍壓輸出的電源IC；⑤輸出電壓數(shù)值可控、可調(diào)或用電位器調(diào)節(jié)的電源IC等。

3.1.2 利用電容儲能以滿足負控終端瞬時功率需求

在選用合適的電源芯片的基礎(chǔ)上，再利用大量的電容進行儲能，利用電容瞬間的放電來滿足無線通信模塊瞬間大電流的需要。

式中：P是維持電路正常工作的功率，是在電路功率瞬時變化持續(xù)的時間.ut1是電路瞬時變化時電容兩端的電壓，ut0為電路正常T作時電容兩端的電壓。根據(jù)式(1)可以知道，由模塊的發(fā)射瞬間大電流、模塊穩(wěn)定工作電壓范圍、瞬間大電流持續(xù)時間等可以計算電源電路需要的最小儲能電容值，然后再根據(jù)情況加以調(diào)整。

以GR47模塊為例，它正常工作時的電壓為3.6V，平均發(fā)射工作電流為275mA，模塊可以承受的峰值電流為2A，設(shè)電源電路設(shè)計時用到的儲能電容為C，而GR47模塊紋波電壓范圍為3.4～4V，所以取GR47模塊T作需要瞬問大電流時電壓為最低工作電壓3.4v。假若模塊瞬間大電流需持續(xù)的時間為10ms，將數(shù)據(jù)代人式(1)可得儲能電容值為14mF。

3.2 心跳包觸發(fā)技術(shù)

保證ZY-300負控終端始終在線、解決GPRS網(wǎng)絡(luò)掉線問題可考慮采用以下方法：延長網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)定時時間或采用在線心跳包觸發(fā)技術(shù)。

延長網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)定時時間是利用GPRSMM狀態(tài)和PDP狀態(tài)的跳轉(zhuǎn)根據(jù)一段定時時間內(nèi)有沒有數(shù)據(jù)傳輸來進行的，如果將定時時間設(shè)定為無限長，那么MM和PDP狀態(tài)就不會改變，從而系統(tǒng)就不會掉線。

心跳包觸發(fā)技術(shù)是指在設(shè)定的時間間隔內(nèi)，周期性地主動發(fā)送一些維持鏈路信息，觸發(fā)網(wǎng)關(guān)接人點(GGSN)、業(yè)務(wù)接人點(SGSN)、移動臺(MS)的等待定時器，令傳輸鏈路周期回復(fù)至初始狀態(tài)，使GGSN、SGSN、MS保持在激活狀態(tài)，從而使負控終端GPRS數(shù)據(jù)傳輸通道保持連通。

在負控終端完成了GPRS連接激活后，啟動一個在線心跳進程，在進程中設(shè)置好心跳觸發(fā)數(shù)據(jù)包的發(fā)送時間間隔，啟動定時器，當定時器定時為設(shè)定時間，負控終端ZY一300發(fā)送心跳觸發(fā)數(shù)據(jù)包，將數(shù)據(jù)包發(fā)送到主站系統(tǒng)，實現(xiàn)對本地位置寄存器HLR、SGSN和GGSN等MM狀態(tài)定時器的刷新。另外，因為GPRS是按流量計費的，負控終端在應(yīng)用上設(shè)計心跳數(shù)據(jù)包時，不能將定時時間設(shè)置得太短，定時時間過短會造成通信費用增加。實踐證明，將定時時間設(shè)置為lmin是比較適合的。再者，在設(shè)計心跳數(shù)據(jù)包時也不能將其設(shè)計得過大，否則也會增加通信費用。心跳包觸發(fā)技術(shù)流程圖如圖2所示。

圖2 心跳數(shù)據(jù)包觸發(fā)流程圖

3.3 無線模塊選擇

無線模塊的選擇主要考慮模塊在射頻指標、網(wǎng)絡(luò)的兼容性和協(xié)議的等方面一致性。ZY一300負控終端采用SonyEricsion的GR47模塊。GR47屬于工業(yè)級模塊，能很好地滿足負控終端工作應(yīng)用的環(huán)境，而且它自帶TCP／IP協(xié)議棧，可大大提高系統(tǒng)開發(fā)的速度。在實際調(diào)試應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)GR47無論從質(zhì)量還是產(chǎn)品指標上都很好了滿足負控終端的要求。

3.4 天線信號匹配

天線信號造成負控終端掉線的原因有兩個：一是GPRS移動網(wǎng)絡(luò)信號不好，有些地方由于偏僻或者通信孤島效應(yīng)，會造成安裝負控終端的地方信號覆蓋不好，唯有通過運營商增加基站或提高發(fā)射功率等來解決；二是GPRS移動網(wǎng)絡(luò)信號良好，但負控終端信號質(zhì)量依然差或經(jīng)常掉線，針對此問題提出如下解決辦法：①天線的安裝。負控終端的天線安裝位置要盡量往外，最好將天線安裝在機殼外，這樣會有利于天線的信號接收。②天線與終端特性阻抗匹配。對于不匹配所帶來的問題，可以在電路板上增加LC匹配網(wǎng)絡(luò)電路，通過調(diào)節(jié)電路接口的特性阻抗，保持和天線的特性阻抗匹配，減少信號反射，保持信號良好。

另外，對負控終端來說，系統(tǒng)設(shè)計時要注意模擬電路和數(shù)字電路的正確分區(qū)，模擬電路和數(shù)字電路電源的去耦連接；布線時要考慮相鄰線間的間距和性質(zhì)，要盡可能避免產(chǎn)生串擾；要將地線盡可能設(shè)計大，減小阻抗；減小變壓器的漏電感、分布電容；采用高頻的濾波電容等方法，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

[1]劉兆偉.淺談負荷管理系統(tǒng)在新形勢下的應(yīng)用和發(fā)展[J].電力需求側(cè)管理，2007.

[2]魯春生.電力負荷管理系統(tǒng)的發(fā)展方向(二)[J].電力需求側(cè)管理，2007.