無線通信技術(shù)應(yīng)用于移動設(shè)備中的研究

摘要：本文研究了用GSM/GPRS模塊作為移動電話網(wǎng)接口和ZigBee網(wǎng)絡(luò)作為短距離網(wǎng)絡(luò)接口的可能性和性能，并展望了中國無線通信技術(shù)的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：正交切換 ZigBee GSM 車載網(wǎng)絡(luò) 車間通信 性能

目前，在無線局域網(wǎng)（WLAN）與第三的網(wǎng)絡(luò)（3G）的切換上我們需要對正交切換的研究的當(dāng)做一部分重要工作來做。最近我們的重點(diǎn)工作是討論包括了基于IPv4和IPv6協(xié)議的不同網(wǎng)絡(luò)接口的下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）中的正交切換。

移動通信網(wǎng)絡(luò)中的頻率復(fù)用必然帶來頻率切換問題，切換成功率是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的重要考核指標(biāo)。這種正交切換主要可以分成軟切換和硬切換兩種。軟切換就是在切換時先連接新的基站，在斷開原先的基站。硬切換是先斷開后連接。

在GPRS和ZigBee網(wǎng)絡(luò)切換算法中，根據(jù)情況，我們可以配置硬切換或者是軟切換。該切換算法只基于接收信號強(qiáng)度（RSS）。

1 評估實(shí)驗(yàn)

從圖一中我們可以看出，正常情況下，汽車或移動臺在GPRS網(wǎng)絡(luò)接口的協(xié)助下，通過TCP/IP協(xié)議連接數(shù)據(jù)服務(wù)器。因?yàn)橐苿踊颈容^多，這樣就不會使GPRS設(shè)備發(fā)生連接不到數(shù)據(jù)源的情況。

從圖二中我們可以看出：在IEEE802.15.4ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)汽車駛進(jìn)新的有無線網(wǎng)的基站范圍內(nèi)時，可通過切換算法進(jìn)行切換。

因?yàn)閆igBee網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面積不大，因此通過汽車的運(yùn)動狀況，就能夠得到精確的本地信息。當(dāng)汽車駛出ZigBee網(wǎng)絡(luò)覆蓋的范圍后，要連接GPRS網(wǎng)絡(luò)，如圖三所示。

在進(jìn)行評估實(shí)驗(yàn)時，汽車需要攜帶ZigBee和GPRS兩個模塊，這樣能夠更好地保障汽車與服務(wù)器和基站相連。在GSM模塊中，運(yùn)用的是Wavecom公司的GSM器件，ZigBee通信選用DigiXbee Pro2，從模塊手冊中我們得出，這一模塊的數(shù)據(jù)速率超過了250kbps，串口數(shù)據(jù)速率在1200bps～250kbps之間。

2 實(shí)驗(yàn)的結(jié)果

在實(shí)驗(yàn)過程中，我們將GPRS和ZigBee模塊連接于筆記本上。我們分別于不同的時間點(diǎn)評價系統(tǒng)性能，由于GPRS是GSM網(wǎng)絡(luò)的次要服務(wù)，測試的差異性決定著實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不同。

圖四向我們展示的是GPRS和ZigBee網(wǎng)絡(luò)中用的TCP協(xié)議連接時的包往返延時。移動設(shè)備的連接順序遵循的是從GPRS網(wǎng)絡(luò)連接到ZigBee網(wǎng)絡(luò)，最后再返回到GPRS網(wǎng)絡(luò)。此圖顯示的是，在GPRS網(wǎng)絡(luò)中平均包往返時延約為2.3s，在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，平均往返時延約為66ms。

圖五顯示了在用的UDP協(xié)議的不同結(jié)果。在GPRS網(wǎng)絡(luò)中，包往返時延約為1～2.5s，出現(xiàn)這種結(jié)果是因?yàn)閁DP協(xié)議從本質(zhì)上講就是一種不可靠的服務(wù)。在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)果與用TCP連接差不多，約為60ms。Fig.12向我們展示的是一天內(nèi)與UDP協(xié)議連接的測試結(jié)果。從圖中可以看出，在GPRS網(wǎng)絡(luò)中，因?yàn)閁DP服務(wù)的不可靠性，致使其時延達(dá)8s。

在硬切換的情況下，移動臺需要花一些時間來連接。表一向我們展示的是TCP或者是UDP連接時的網(wǎng)絡(luò)連接時間。我們從中能得出，TCP連接的網(wǎng)絡(luò)連接時間為8.2s和UDP連接的網(wǎng)絡(luò)連接時間為7.6s。

3 應(yīng)用展望

綜上所述，通過這個實(shí)驗(yàn)展示了軟/硬正交切換的性能指標(biāo)，結(jié)果告訴我們在GPRS網(wǎng)絡(luò)中，TCP連接下的平均包延時是2.3s，在UDP連接下的平均包延時是1.5s，而在ZigBee網(wǎng)絡(luò)約為6ms。如果包延時的ZigBee網(wǎng)絡(luò)不大，我們可以用網(wǎng)絡(luò)接口來向其他的移動臺廣播信息；而GPRS網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢是覆蓋范圍打，但卻存在較大的延時。

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