一種基于短信數(shù)據(jù)傳輸通信協(xié)議設(shè)計(jì)

趙忠彪

(許昌學(xué)院電氣信息工程學(xué)院，河南許昌461000)

GSM網(wǎng)絡(luò)的通信技術(shù)已經(jīng)成熟，覆蓋面又廣，即可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸又免除了網(wǎng)絡(luò)的日常修改和維護(hù)工作，最大限度地節(jié)省了投資［1］，實(shí)現(xiàn)了環(huán)保、節(jié)能、資源最大共享．短信息服務(wù)(SMS)作為GSM網(wǎng)絡(luò)的一種基本服務(wù)已得到越來越多的系統(tǒng)運(yùn)營商與開發(fā)商的重視，基于這種業(yè)務(wù)的各種應(yīng)用也蓬勃地發(fā)展起來．針對數(shù)據(jù)量不大、數(shù)據(jù)通信不頻繁、實(shí)時(shí)性要求不高、固定IP搭建困難，需要對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集及遠(yuǎn)程監(jiān)控方面應(yīng)用等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越引起人們的注意．然而，利用短信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)需要面臨著如何合理設(shè)計(jì)通信協(xié)議，提高通信效率，避免垃圾短信的侵?jǐn)_等問題［2］．

本文分析了短信設(shè)備之間通信的特點(diǎn)，合理的設(shè)計(jì)了他們之間的通信協(xié)議，最大程度的提高了通信效率的同時(shí)，有效避免了垃圾短信的侵?jǐn)_．

1 系統(tǒng)整體構(gòu)架

系統(tǒng)整體框圖如下圖1所示．

圖1 系統(tǒng)整體框架

上位機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)管理軟件，它負(fù)責(zé)對終端設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和通信模塊的參數(shù)配置．當(dāng)上位機(jī)需要對終端完成數(shù)據(jù)采集時(shí)，通過短信模塊將上位機(jī)命令通過GSM網(wǎng)絡(luò)送達(dá)終端設(shè)備，終端設(shè)備收到上位機(jī)命令后進(jìn)行分析如果是數(shù)據(jù)采集命令則將相應(yīng)的數(shù)據(jù)通過短信模塊送上位機(jī)，上位機(jī)將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理．

短信模塊收到短信后提取目標(biāo)手機(jī)號碼，并對其進(jìn)行分析，如果是垃圾短信則自動(dòng)丟棄，否則提取短信內(nèi)容并將其打包發(fā)送給終端設(shè)備或者上位機(jī)［3］．

2 通信協(xié)議設(shè)計(jì)

2．1 優(yōu)先權(quán)配置協(xié)議

為了防止垃圾短信侵?jǐn)_，該短信模塊預(yù)留2個(gè)優(yōu)先權(quán)號碼，系統(tǒng)收到短信后提取手機(jī)號碼同時(shí)和系統(tǒng)保存的優(yōu)先權(quán)號碼進(jìn)行比較如果不一致視為垃圾短信將其丟棄，否則提取短信內(nèi)容并將其打包發(fā)送給終端設(shè)備或者上位機(jī)．此協(xié)議不需要工作人員親臨現(xiàn)場就可通過短信對短信模塊進(jìn)行配置，提高了效率節(jié)省了系統(tǒng)維護(hù)成本．其短信配置協(xié)議如下:

設(shè)置特權(quán)號命令

sztqhmxyyyyyyyyyyy

x第幾個(gè)特權(quán)號(目前預(yù)留2個(gè));

yyyyyyyyyyy特權(quán)號碼;

例如，sztqhm213137886957．

sztqhm設(shè)置特權(quán)號碼碼第一個(gè)字母;

2表示第二個(gè)特權(quán)號碼;

13137886957特權(quán)號;

短信模塊收到此命令后將此手機(jī)號碼存于EEPROM中．

2．1．1 垃圾短信過濾流程圖

垃圾短信的過濾實(shí)現(xiàn)如下圖2所示．

圖2 垃圾短信過濾流程圖

短信模塊收到短信后，提取手機(jī)號碼，并和EEPROM中預(yù)存的特權(quán)號碼比較，如果不是特權(quán)號則直接丟棄整條短信，否則提取短信數(shù)據(jù)，并將此數(shù)據(jù)打包發(fā)送給終端設(shè)備［4，5］．

2．2 上行數(shù)據(jù)通信協(xié)議設(shè)計(jì)

當(dāng)終端設(shè)備有數(shù)據(jù)需要發(fā)送給上位機(jī)時(shí)，終端設(shè)備按照表1協(xié)議發(fā)送給短信模塊．

表1 終端設(shè)備和短信模塊通信協(xié)議(上行)

包頭:0x80，長度1個(gè)字節(jié);

數(shù)據(jù)長度:0XNN，長度1個(gè)字節(jié)，包括目標(biāo)號碼長度和數(shù)據(jù)內(nèi)容長度之和;

目標(biāo)手機(jī)號碼:長度11個(gè)字節(jié)，高位在前低位在后，短信模塊1的號碼;

數(shù)據(jù)內(nèi)容:長度N個(gè)字節(jié)，低位在前高位在后;

校驗(yàn)和:長度2個(gè)字節(jié)，低位在前，高位在后．

為保證終端設(shè)備和短信模塊之間通信數(shù)據(jù)的可靠性，他們之間采用16bit的無符號校驗(yàn)和，需要校驗(yàn)的數(shù)據(jù)包括11位目標(biāo)手機(jī)號碼和N位數(shù)據(jù)，如果校驗(yàn)正確，通信模塊向終端設(shè)備回應(yīng)OK，否則回應(yīng)ERROR同時(shí)將數(shù)據(jù)發(fā)送到指定的目標(biāo)手機(jī)號碼．

上行數(shù)據(jù)含有11為目標(biāo)手機(jī)號碼，終端設(shè)備可以根據(jù)通信需要隨意更改目標(biāo)手機(jī)號碼，發(fā)送目的地配置靈活方便［6］．

2．3 下行通信數(shù)據(jù)協(xié)議設(shè)計(jì)

當(dāng)短信模塊有數(shù)據(jù)需要向終端設(shè)備發(fā)送時(shí)，短信模塊按照表2協(xié)議發(fā)送給終端設(shè)備．

表2 終端設(shè)備和短信模塊通信協(xié)議(下行)

包頭:0x80，長度1個(gè)字節(jié);

數(shù)據(jù)長度:0XNN，長度1個(gè)字節(jié)，包括目標(biāo)號碼長度和數(shù)據(jù)內(nèi)容長度之和;

源手機(jī)號碼:長度11個(gè)字節(jié)，高位在前低位在后，短信模塊1的號碼;

數(shù)據(jù)內(nèi)容:長度N個(gè)字節(jié)，低位在前高位在后;

校驗(yàn)和:長度2個(gè)字節(jié)，低位在前，高位在后．

短信模塊收到短信后提取目標(biāo)手機(jī)號碼，判斷是否是發(fā)送到終端設(shè)備的數(shù)據(jù)，如果是則發(fā)送到終端設(shè)備，否則視為垃圾短信直接丟棄．

上行數(shù)據(jù)通信協(xié)議和下行數(shù)據(jù)通信協(xié)議采用對稱結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)方便組成閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行測試［7，8］．

2．4 握手協(xié)議

為確保終端設(shè)備和短信模塊通信的可靠性，終端設(shè)備在發(fā)送數(shù)據(jù)前可以先和短信模塊進(jìn)行握手，以確保短信模塊工作正常，握手協(xié)議具體如下表3．

表3 終端設(shè)備和短信模塊握手協(xié)

包頭:0x90，區(qū)別于數(shù)據(jù)包，長度1個(gè)字節(jié);

數(shù)據(jù)長度:0x07，長度1個(gè)字節(jié);

數(shù)據(jù)內(nèi)容:connect;

校驗(yàn)和:長度2個(gè)字節(jié)，低位在前，高位在后．

短信模塊收到終端設(shè)備的握手命令后，如果數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)內(nèi)容和校驗(yàn)和都正確則向終端設(shè)備發(fā)送OK，否則發(fā)送ERROR．

2．4．1 終端設(shè)備和短信模塊握手實(shí)現(xiàn)框圖

短信模塊具體實(shí)現(xiàn)如下圖3所示．

圖3 短信模塊實(shí)現(xiàn)框圖

通信模塊可以為TC35I，SIM900A，M35等主流通信模塊，MCU收到終端設(shè)備的數(shù)據(jù)后進(jìn)行判斷，如果是需要發(fā)送的數(shù)據(jù)包，則將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)直接通過通信模塊發(fā)送到目標(biāo)手機(jī)號碼，如果是握手信息，MCU將向通信模塊發(fā)送AT指令，若通信模塊回應(yīng)錯(cuò)誤或者沒有回應(yīng)，表明模塊死機(jī)，則MCU重啟通信模塊，如果回應(yīng)正確則表明通信模塊工作正常．

3 結(jié)語

為防止垃圾短信侵?jǐn)_系統(tǒng)預(yù)留了兩個(gè)特權(quán)號碼，并設(shè)計(jì)優(yōu)先權(quán)號碼配置協(xié)議;為保證通信的可靠性，模塊和設(shè)備終端設(shè)計(jì)了握手協(xié)議．

上位機(jī)和通信模塊之間的通信協(xié)議與設(shè)備終端與通信模塊之間的通信協(xié)議完全相同，這種兩端設(shè)備通信協(xié)議對稱，上行數(shù)據(jù)和下行數(shù)據(jù)通信協(xié)議對稱的設(shè)計(jì)，既方便了系統(tǒng)測試又便于短信模塊的批量生產(chǎn)．

運(yùn)行該協(xié)議的短信模塊在西繼迅達(dá)電梯控制器上進(jìn)行了長時(shí)間運(yùn)行測試，測試結(jié)果表明該通信協(xié)議運(yùn)行穩(wěn)定、簡單明了、通信效率高、配置靈活、方便測試、運(yùn)行該協(xié)議的短信模塊便于批量生產(chǎn)，達(dá)到了設(shè)計(jì)目的．

［1］ 何 為，蔡梅園，劉細(xì)亮．基于GSM通信的配電變壓器遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37(1):83-86．

［2］ 李 斌，郭鳳儀，王智勇，等．雙穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及智能控制器［J］．電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2013，28(10):83-88．

［3］ 王 鵬，蘇華衍．基于地理空間信息多視圖的電力故障全景搶修應(yīng)用［J］．電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2014，42(4):128-132．

［4］ 殷志鋒，周 雅，張?jiān)簦贓PON的電力自動(dòng)化信息傳送平臺(tái)［J］．電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2014，42(2):111-115．

［5］ 張海東，陳愛林，倪益民，等．智能變電站智能電子設(shè)備在線評估及動(dòng)態(tài)重構(gòu)［J］．電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2014，42(2):111-115．

［6］ 馮 暖．基于GSM通信模塊的遠(yuǎn)程機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)［J］．控制工程 ，2013，20(5):1138-1141．

［7］ 羅希昌，周 杰，杜景林．基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)急氣象觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］．傳感器與微系統(tǒng)，2013，20(5):108-111．

［8］ 樊 龍，張文愛．基于Modbus協(xié)議的智能電表數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)［J］．制造業(yè)自動(dòng)化，2014，36(2):120-124．