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研究生:劉鶴笙
研究生(外文):He-Sheng Liu
論文名稱:GSM/GPRS無線通信系統於地理位置監控之應用
論文名稱(外文):Position Surveillance using GSM/GPRS mobile communication
指導教授:林清一林清一引用關係
指導教授(外文):Chin-E. Lin
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:航空太空工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:99
中文關鍵詞:嵌入式系統無線通信
外文關鍵詞:EMBEDDEDGPRSGSM
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本論文主旨在建立一套利用GSM/GPRS無線通信系統,將全球衛星定位系統(GPS)即時回報地理資訊系統(GIS)之傳訊與套繪特性的完整G3崁入式系統架構。本文所討論的系統可分為二部分,使用者(Client)端以及伺服器(Server)端。使用者端主要的功用在於透過無線網路回報資料,如GPS定位訊號,必須符合便於攜帶且具自動運作的條件要求;而Server端的主要功能在於接收、儲存、投影及處理使用者端送入的資料,必須具備快速、穩定處理資料的能力。
本文所建立的系統架構,可配合不同使用目的適當調整軟、硬體功能,因此具備多元化使用目的。本文詳細展示本系統設計的概念,並且以GSM/GPRS實際測試來驗證本系統的可靠操作。
The purpose of this thesis is to build an overall G3 system which integrates GPS data into GIS mapping through GSM/GPRS mobile communication with an embedded system in this design. The proposed system contains two major parts of Client system and Server system. The main function of Client system is auto-reporting (data such as GPS data). A handy set for easy-carrying on individuals or vehicles is designed, so as its size and weight being strictly limited. The Server system is mainly composed of a personal computer that handles the functions of receiving, processing and saving data being sent from Client systems with a requirement of fast and stable processing.
The proposed system is flexible in use because both hardware and software are able to be adjustable in order to satisfy different purposes in further applications. The proposed system concept is demonstrated in detail designs. GSM/GPRS data communication for the proposed capability is verified with reliable operation.
摘 要
目 錄
表 目 錄 I
圖 目 錄 II
第一章 前 言 1
1-1 研究動機 1
1-2 GSM/GPRS系統比較 2
1-3 研究目標 3
1-4 章節介紹 5
第二章 行動數據回報技術 7
2-1 無線網路通訊技術 7
2-1-1 藍芽(Bluetooth) 8
2-1-2 IEEE 802.11無線通訊協定 11
2-1-3 GSM/GPRS無線通信技術 12
2-2 定位技術 14
2-2-1 GSM基地台定位技術 14
2-2-2 GPS定位技術 17
2-2-2-1.1 太空部份(Space Segment) 18
2-2-2-1.2 控制部份(Control Segment) 19
2-2-2-1.3 使用者部份(User Segment) 20
2-2-2-2 GPS定位原理 23
2-2-2-3 GPS誤差來源 24
第三章 行動通訊的加值應用 27
3-1 前言 27
3-2 GPRS系統架構(SYSTEM ARCHITECTURE) 29
3-3 GPRS協定架構(PROTOCOL ARCHITECTURE) 31
3-4 GPRS AIR INTERFACE PROTOCOL 32
3-5 GPRS資料傳送格式 36
3-6 撥接GPRS網路方式說明 38
3-6-1 PPP(Point to Point Protocol)通訊協定 38
3-6-2 PPP協定運作細節 39
3-6-3 PPP協定封包說明 41
3-6-4 連線步驟 42
第四章 嵌入式系統簡介 45
4-1 嵌入式系統介紹 45
4-2 開發環境介紹 47
4-2-1 uClinux核心介紹(http://www.uclinux.org) 48
4-2-2 uClibc函式庫(http://www.uclibc.org) 49
4-2-3 Busybox工具程式組(www.busybox.net) 50
4-3 程式開發流程介紹 51
4-4 NET-START!硬體功能說明 53
第五章 實 驗 成 果 56
5-1 利用GSM無線通信系統傳送數據實驗 56
5-2 利用GPRS無線通信系統數據資料傳送測試 66
5-3 嵌入式系統撥接GPRS網路實驗 77
5-3-1 短時間傳送數據實驗 77
5-3-2 長時間傳送數據實驗 85
5-3-3 路測實驗 89
5-4 多使用者連線實驗 91
5-5 GPS定位精度實驗 93
第六章 結 論 96
參考文獻 98

表目錄
表1-1 GSM與GPRS之技術比較。 3
表3-1 GPRS邏輯通道的種類[2]。 35
表5-1 RS-232與TTL規格比較表。 80
表5-2 GPS量測結果統計表。 95

圖目錄
圖1-1 CLIENT/SERVER端示意圖。 4
圖2-1 藍芽無線通訊網路示意圖。 9
圖2-2 藍芽系統架構示意圖。 10
圖2-3 GPS系統架構圖。 19
圖2-4 GPS衛星分佈圖。 19
圖2-5 GARMIN GPS 35-LVS, GPS接收模組。 21
圖2-6 GPS距離測量示意圖。 23
圖3-1 GPRS整體架構圖[2]。 30
圖3-2 GPRS協定架構。 32
圖3-3 使用者上傳(UPLINK)資料步驟[2]。 34
圖3-4 資料下傳(DOWNLINK)步驟[2]。 35
圖3-5 GSM網路中TDMA格式。 37
圖3-6 PPP連線程序。 40
圖3-7 PPP封包。 41
圖3-8 LCP封包。 42
圖3-9 撥接GPRS網路硬體架構圖。 42
圖4-1 嵌入式系統開發環境。 47
圖4-2 嵌入式系統應用程式開發流程圖。 51
圖4-3 NET-START!發展套件實體圖。 53
圖4-4 NET-START!發展套件LAYOUT圖。 54
圖5-1 GSM無線通信系統數據傳送實驗架構圖。 56
圖5-2 GPS RECEIVER—GPS 35-LVS. 57
圖5-3 GSM MODEM. 59
圖5-4 C8051單晶片及變壓電路。 60
圖5-5 GSM無線通信系統數據傳送實驗流程圖。 61
圖5-6 CLIENT端設備全圖。 62
圖5-7 撥號程式。 63
圖5-8 資料庫(包含經度、緯度、高度、速度、航向、UTC、接收衛星顆數、日期)。 63
圖5-9 電子地圖畫面(星號代表CLIENT位置,註解部分為速度)。 64
圖5-10 GPRS無線通信系統數據資料傳送測試示意圖。 66
圖5-11 CLIENT端WINSOCK運作流程圖。 67
圖5-12 SERVER端WINSOCK執行流程圖。 69
圖5-13 GPRS無線通信系統數據傳送實驗流程圖。 71
圖5-14 SERVER端程式(上半部視窗為電子地圖,下半部視窗為收到之資料)。 72
圖5-15 CLIENT端程式(圖中視窗顯示GPS MODULE傳入之資料)。 73
圖5-16 傳送資料封包與回應封包IP分配情形。 74
圖5-17 CLIENT送入封包內容範例。 74
圖5-18 觀察時間間隔。 74
圖5-19 嵌入式系統撥接GPRS網路實驗示意圖。 77
圖5-20 CLIENT端設備實體圖。 78
圖5-21 SC1602A LCD規格圖。 78
圖5-22 AT89C52腳位定義圖。 79
圖5-23 HIN232CP腳位圖。 79
圖5-24 實驗流程圖。 81
圖5-25 傳送資料封包與回應封包IP分配情形。 82
圖5-26 封包內容範例。 82
圖5-27 觀察時間間隔。 83
圖5-28 傳送資料封包與回應封包IP分配情形(第一次實驗)。 85
圖5-29 傳送資料封包與回應封包IP分配情形(第二次實驗)。 86
圖5-30 CLIENT端傳送資料封包範例。 87
圖5-31 SERVER端回應CLIENT端封包範例。 87
圖5-32 CLIENT端回應SERVER端封包範例。 87
圖5-33 觀察時間間隔。 87
圖5-34 路測實驗示意圖。 89
圖5-35 實際路測回報數據實驗路線圖之一。 90
圖5-36 實際路測回報數據實驗路線圖之二。 90
圖5-37 多使用者連線實驗架構圖。 91
圖5-38 GPS水平位置量測結果分佈圖。 94
圖5-39 GPS高度位置量測結果分佈圖(相對於海平面)。 94
[1] Vijay K. Garg and Joseph E. Wilkes, PRINCIPLES & APPLICATIONS OF GSM, PRENTICE HALL PTR, 1999.
[2] Jian Cai and David J. Goodman, “General Packet Radio Service in
GSM”, IEEE Communications Magazine, October 1997, pp. 122-131.
[3] Olav Queseth, Fredrik Gessler, Magnus Frodigh, “ALGORITHMS FOR
LINK ADAPTATION IN GPRS”, IEEE, 1999, pp. 943-947.
[4] MEHDI MAHDAVI, RAHIM TAFAZOLLI, “ANALYSIS OF
INTEGRATED VOICE AND DATA FOR GPRS”, 3Gmobile
Communication Technologies, Conference Publication No. 471 , IEE
2000.
[5] W. Ajib and P. Godlewski, “SERVICE DISCIPLINES
PERFORMANCE FOR WWW TRAFFIC IN GPRS SYSTEM”, 3G
Mobile Communication Technologies, Conference Publication No. 471,
IEE 2000.
[6] ROGER KALDEN, INGO MEIRICK, AND MICHAEL MEYER,
“Wireless Internet Access Based on GPRS”, IEEE Personal
Communications, April 2000.
[7] BUSYBOX, available from
http://www.busybox.net/
[8] The uClinux Directory, available from
http://home.at/uclinux/
[9] uClibc—a C library for embedded system, available from
http://www.uclibc.org/
[10] uClinux Embedded Linux/Microcontroller Project, available from
http://www.uclinux.org/
[11] 史天元、劉俊宏、楊名,”交通大學固定站SA停止後GPS標準定
位精度探析”,參考網頁:
http://nhmrc.cv.nctu.edu.tw/title/SA.htm
[12] 無線通訊技術,參考網頁:
http://content.edu.tw/~nii/3r.htm
[13] GSM 的分封數據服務 –GPRS,參考網頁:
http://home1.8d8d.com/Personal/Boys/august.begin.com.tw/gprs%20homework.doc
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