GPRS負控發起端掉線產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據的瞬間，終端系統電源無法提供給無線通信模塊瞬間的大電流，導致電壓下降太多，這樣無線通信模塊某些器件會運行異常，導致系統掉線或重啟，嚴重情況下將導致系統直接死機，因此設計負控終端時需要滿足GR47模塊的電源工作指標。

2 網絡因素

GPRS通訊網絡系統定義了3種移動管理狀態，即：空閑(IDLE)狀態、就緒（STANDBY）狀態和準備(READY)狀態。負控終端工作于3種狀態之一，如圖1所示。

從GPRS移動性管理（MM）連接/去連接和GPRS分組數據協議（PDP）激活/去激活狀態跳轉分析中可以看到，GPRSMM的跳轉取訣于網絡系統在一定時間內有沒有數據的傳輸。當負控終端GPRS連接并PDP激活成功后，如果在網絡系統設定的定時超時后，MM狀態會從就緒狀態進入準備狀態，如果網絡系統指定的定時在超時后，MM狀態會從READY狀態進入到IDLE狀態，PDP也會從激活狀態跳轉到去激活狀態，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據，就要重新連接到網絡，如果負控終端不不支持重撥的話，由于網絡系統已經將其傳輸路由信息刪除，數據傳輸找不到路徑傳遞信息而直接將數據丟棄，導致終端掉線。即使負控終端允許自動重撥，但由于網絡系統的資源有限，在重新建立GPRS連接時沒有可分配的資源以致撥號失敗，數據也沒法傳輸，最終也將導致負控終端掉線。

2.1 無線模塊好壞因素

無線模塊分普通應用型和工業型，無線模塊在射頻指標、網絡兼容性和網絡協議的一致性等方面對系統通訊質量影響較大。負控終端ZY-300的無線通信模塊選用T類級GR47模塊，將無線模塊內嵌到負控終端中，減少通訊過程中掉線、應用環境惡劣等問題，提高系統的穩定性。

2.2 天線因素

天線在無線通信系統中具有舉足輕重的地位，天線的好壞直接關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，只有在信號質量返回值在20～30之間時，才能保持數據傳輸的穩定性，所以一定要設計好天線，信號質量返回值最好能大于20。

3 在線設計策略

為保證負控終端利用GPRS網絡通訊，保證通訊過程中系統在線，負控終端在設計時，應采取如下設計策略：

3.1 電源設計

電源設計不良是造成負控終端GPRS掉線的一個常見原因，良好的電源設計才能保證負控終端GPRS數據傳輸、通話質量等所需要的瞬時功率。

圖1 GPRS移動性管理連接/去連接狀態跳轉模型

3.1.1 選用合適的電源芯片電源芯片的選用應注意以下方面：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所用GR47確定，ZY-300系統中一般用兩個或更多的電源，設計時應注意兼顧。

根據ZY-300電源要求，選擇所需的電源產品型號。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輸出電壓數值可控、可調或用電位器調節的電源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。根據式(1)可以知道，由模塊的發射瞬間大電流、模塊穩定工作電壓范圍、瞬間大電流持續時間等可以計算電源電路需要的最小儲能電容值，然后再根據情況加以調整。

以GR47模塊為例，它正常工作時的電壓為3.6V，平均發射工作電流為275mA，模塊可以承受的峰值電流為2A，設電源電路設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的時間為10ms，將數據代人式(1)可得儲能電容值為14mF。

3.2 心跳包觸發技術

保證ZY-300負控終端始終在線、解決GPRS網絡掉線問題可考慮采用以下方法：延長網絡系統定時時間或采用在線心跳包觸發技術。

延長網絡系統定時時間是利用GPRSMM狀態和PDP狀態的跳轉根據一段定時時間內有沒有數據傳輸來進行的，如果將定時時間設定為無限長，那么MM和PDP狀態就不會改變，從而系統就不會掉線。

心跳包觸發技術是指在設定的時間間隔內，周期性地主動發送一些維持鏈路信息，觸發網關接人點(GGSN)、業務接人點(SGSN)、移動臺(MS)的等待定時器，令傳輸鏈路周期回復至初始狀態，使GGSN、SGSN、MS保持在激活狀態，從而使負控終端GPRS數據傳輸通道保持連通。

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

圖2 心跳數據包觸發流程圖

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、網絡的兼容性和協議的等方面一致性。ZY一300負控終端采用SonyEricsion的GR47模塊。GR47屬于工業級模塊，能很好地滿足負控終端工作應用的環境，而且它自帶TCP／IP協議棧，可大大提高系統開發的速度。在實際調試應用中，發現GR47無論從質量還是產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移動網絡信號不好，有些地方由于偏僻或者通信孤島效應，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射功率等來解決；二是GPRS移動網絡信號良好，但負控終端信號質量依然差或經常掉線，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匹配網絡電路，通過調節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，系統設計時要注意模擬電路和數字電路的正確分區，模擬電路和數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，要盡可能避免產生串擾；要將地線盡可能設計大，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，提高系統的抗干擾能力。

[1]劉兆偉.淺談負荷管理系統在新形勢下的應用和發展[J].電力需求側管理，2007.

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