車載通信的GSM與ZigBee網(wǎng)絡的正交切換分析

【摘 要】文中首先對GPRS與ZigBee網(wǎng)絡間的正交切換進行了較為詳細的分析，在應用測試結果中得到：在GPRS網(wǎng)絡中，TCP和UDP連接下，平均的包延時分別為2.3s和1.5s，而在ZigBee網(wǎng)絡約為6ms，GPRS網(wǎng)絡的優(yōu)勢是覆蓋范圍打，但卻存在較大的延時。這一研究對于汽車業(yè)的無線通信領域具有一定的實際意義。

【關鍵詞】GPRS；ZigBee網(wǎng)絡；正交切換；包延時

一、引言

近年來，隨著汽車行業(yè)對無線技術的應用越來越廣泛，其市場也得到了拓展。為了適應該行業(yè)的特殊需求，部分標準已經(jīng)逐漸規(guī)范化了。如：專用短距離通信標準就對一百米距離以內的汽車通信協(xié)議進行了詮釋；無線局域網(wǎng)基于IEEE802.11p標準組又衍生出了新的標準（即IEEE802.11），主要針對的是距離在三百米范圍之內速度為100mph的汽車通信。設計這些標準的目的就是為了實現(xiàn)汽車和基礎設施之間的通訊。不過對于標準之間的正交切換的研究還是當前的重點。

二、在GPRS與ZigBee網(wǎng)絡間的正交切換

軟切換和硬切換是GPRS與ZigBee網(wǎng)絡間的正交切換兩種形式。對于軟切換，首先創(chuàng)建一個新的連接，接著再將現(xiàn)有的連接切斷，這個過程會形成不間斷的數(shù)據(jù)流；但是硬切換剛好相反，它是先將現(xiàn)有的連接切斷，再對新的連接進行創(chuàng)建，數(shù)據(jù)流不是連續(xù)的，有一個間斷?？梢杂睬袚Q和軟切換配置在該網(wǎng)絡切換算法中。這種切換算法只是針對接收信號強度。

在配置過程中，正常狀態(tài)下，車輛或者通信臺通過TCP/IP協(xié)議以GPRS網(wǎng)絡接口與數(shù)據(jù)服務器進行連接的。而通信基站分布范圍較密集、廣泛，故GPRS設備能夠在任何地方連接到數(shù)據(jù)源。在IEEE802.15.4ZigBee網(wǎng)絡中，如果車輛進入到一個新的無線網(wǎng)覆蓋的領域，其切換可以通過切換算法來確定。

因為ZigBee網(wǎng)絡所覆蓋區(qū)域比較小，所以它能通過車輛的移動而給出比較準確的當?shù)匦畔?。只要車輛一出ZigBee網(wǎng)絡所覆蓋的范圍，它就需要連接到GPRS網(wǎng)絡，具體見下圖。

在做相關性能測試評估實驗時，在汽車上配置了兩個模塊：ZigBee和GPRS，目的是讓汽車可以相連到服務器與基站。我們選擇法國Wavecom公司生產的GSM器件作為GSM模塊的組件，通過模塊說明可以知道，ZigBee模塊可以提供了250kbps的速率，串口數(shù)據(jù)的速率范圍在1200bps至250kbps。它們連接到設備端口是串口。

通過設計軟件對通信臺以及服務器的數(shù)據(jù)包進行測試，Xbee設備的數(shù)據(jù)包格式為客戶端發(fā)送包與服務器應答包格式，下圖是用戶發(fā)送包的舉例?？蛻舳税l(fā)送數(shù)據(jù)長度為98個字節(jié)，服務器響應包包含11個字節(jié)。

三、應用測試分析

在性能測試實驗中，筆記本與GPRS和ZigBee模塊相連接，然后在不同的時間對整個系統(tǒng)的性能作出說明，因為GPRS并非GSM網(wǎng)絡的首要服務，實驗結果會因在測試時間點的不同而有差異。對于GPRS與ZigBee網(wǎng)絡中根據(jù)相關協(xié)議往返連接超時：首先移動設備連接到GPRS網(wǎng)絡，接著向ZigBee網(wǎng)絡轉移，最后又連接到GPRS網(wǎng)絡。通過分析結果可以知道，GPRS網(wǎng)絡下的平均往返時延接近2.5秒，而向ZigBee網(wǎng)絡轉移后，平均往返時延大概是65毫秒。通過UDP協(xié)議進行測試情況為：GPRS網(wǎng)絡下往返時延在1至2.5秒之間，其原因是UDP協(xié)議可靠性比較差。而ZigBee網(wǎng)絡下的測試結果接近于TCP連接，大概是60毫秒。這就表明了UDP服務可靠性較差，而使GPRS網(wǎng)絡下的往返時延可以達到8秒。

若進行硬切換，通信臺的連接需要一定的時間。GPRS和ZigBee的切換要對連接初始化，其所需流程與API是不同的。在ZigBee網(wǎng)絡中，采用的是較底層的API連接即將發(fā)送與接收數(shù)據(jù)。在GPRS網(wǎng)絡中，由于GPRS服務并非GSM/GPRS網(wǎng)絡的首要服務，因此網(wǎng)絡連接需要一定的時間。由對TCP與UDP連接時的網(wǎng)絡連接測試實驗可知：TCP連接時，網(wǎng)絡連接時間為8.2秒，UDP連接時的時間為7.6秒。

以上重點分析了軟切換與硬切換的相應情況，可以知道，相比較而言，在GPRS網(wǎng)絡中，平均延時時間比在ZigBee網(wǎng)絡中要長。那么通過使用ZigBee網(wǎng)絡，可以使用網(wǎng)絡接口將相關信息傳播給別的通信臺；雖然相比之下GPRS網(wǎng)絡的延時比較長，但是它所覆蓋的范圍比較廣泛。

四、小結

文章主要對軟/硬正交切換的進行了分析，結果顯示了在GPRS網(wǎng)絡中，TCP和UDP連接下，平均的包延時分別為2.3s和1.5s，而在ZigBee網(wǎng)絡約為6ms。通過使用包延時較小的ZigBee網(wǎng)絡，我們能使用網(wǎng)絡接口來想其他的移動臺廣播信息；而GPRS網(wǎng)絡的優(yōu)勢是覆蓋范圍打，但卻存在較大的延時。

參考文獻：

[1]田亞峰. 無線通信技術應用于移動設備中的研究[J]. 中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2012，08：287-288.