多制式基站探測終端設計與實現

摘 要： 多制式基站探測終端基于S3C2440設計而成，使用內存映射方式擴展多路串行通信接口，內置多制式通信模塊。將該終端置于移動監測車輛之中，在監測車輛移動過程中，終端實時、周期性監測熱點所在區域三大運營商不同制式的無線網絡信號，包括GSM，CDMA，WCDMA，TD?SCDMA，并將采集獲得的GPS信息、基站參數、信號強度等上傳至管理軟件，管理軟件在線分析獲取監測區域全網信號圖譜。該系統的使用填補了目前無線通信全網實時同步監測的市場空白，豐富了無線網絡監測手段。

關鍵詞： S3C2440； 多制式； 無線網絡； 監測系統； 實時同步監測

中圖分類號： TN919?34； TP391 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）22?0099?02

0 引 言

隨著現代通信技術的發展，我國通信行業得到了長足進步。當前，國內移動通信網絡由三大運營商負責運營維護，由于歷史的發展原因及市場考慮因素，運營商的通信制式互不相同。作為三大運營商的的主管部門，通信管理局負責本地區公用、專用網絡的監管工作，長期以來使用人工、分立、異步的方式對網絡進行測試[1]，這種方式無法進行實時地綜合分析。因此利用計算機技術進行全網實時動態監測成為了管理部門有效管理的新興技術手段[2?3]。

多制式基站探測系統由監測終端和管理軟件組成，監測終端基于S3C2440設計而成，將該系統布防至移動監測車輛之中，監測終端接收管理軟件命令，周期性地采集該地區所有制式的移動網絡參數[4]，并將參數及GPS地理信息上傳至管理軟件進行綜合的分析處理。

1 硬件設計

監測終端的硬件結構圖如圖1所示，其中箭頭表示實際的信號流向。控制核心基于韓國三星電子的S3C2440設計，該處理器擁有ARM920T核心，最高主頻為[5]533 MHz。監測終端選用德州儀器公司的TL16C554作為UART擴展模塊。單片TL16C554可以擴展4路UART接口[6]，內部帶有16 B收發FIFO的通用異步收發器，亦可以作為獨立控制的MODEM接口，通過寄存器配置可以分別對每一路串口通信參數如波特率、數據幀進行設置?？紤]系統的實際需求，選用了兩片TL16C554擴展8路UART接口。TL16C554以內存映射[7]的方式掛載于S3C2440的系統總線之上，數據線寬度為8位，兩片TL16C554地址寬度共6位，占用S3C2440 BANK5，BANK5段選信號為nGCS5，段選中時，nGCS5為低電平。其中地址線最高三位經過74HC138進行3?8譯碼片選8個UART通道。

針對不同運營商的制式，終端掛載了5個硬件通信模塊，具體的型號及主要電學參數如表1所示。通信模塊通過TL16C554與控制核心進行數據交互。

考慮到不同模塊對電壓要求不同，同時模塊在空閑模式與工作模式工作電流的波動，電源模塊選用線性穩壓芯片對每一個通信模塊進行獨立供電，通過合理的電容設計及布線處理[8]，使得系統在工作忙時仍能穩定工作。監測終端選用了DM9000作為以太網MAC控制器，其內部集成有10/100M自適應收發器，支持介質無關接口，支持背壓模式半雙工流量控制模式。考慮到操作的簡易，終端外接有一塊128×64的串口點陣型LCD，用于顯示終端的狀態信息。

2 軟件設計

2.1 系統結構

終端軟件結構如圖2所示，其中實線框內為軟件結構，實線框外為終端交互的硬件示意圖，實線為實際的數據流方向，軟件系統主要模塊如下所述。

（1）串口接收線程。對終端而言，外部5個硬件通信模塊在軟件邏輯上可以虛擬為一個MODEM串口池[9]?？紤]到不同硬件模塊AT指令規約不同，系統為每個制式的通信模塊分配了一個獨立的串口接收線程，各線程并行工作，保證了不同制式網絡參數的同步采集。

（2）AT命令處理線程。該線程負責處理與各個通信模塊的AT命令交互，解析不同模塊的AT指令規約，進行AT指令合法性、完整性判斷，將采集到的網絡參數存儲到全局結構中。同時，在發送數據時在AT命令處理線程中調用函數接口同步發送。

（3）通信協議處理線程。該線程為系統核心控制線程，負責處理與管理軟件的通信協議[10]。通信協議處理線程接收經過網口接收線程校驗后的數據包，進行邏輯校驗后根據相應的命令類型完成不同功能，如設置系統相關參數、查詢指定模塊狀態等。另一方面通信協議處理線程從GPS模塊中獲取地理位置信息，同時和全局共享變量的網絡參數共同完成數據實時采樣。

（4）定時器線程。在AT通信及上下位機交互過程中，為防止通信異常發生，軟件設計加入了通信定時保護機制。因此，基于鏈表結構設計了相應的軟件定時器，該定時器采用回調函數機制，在到時事件發生時，通過消息方式通知定時器創建者事件發生。

2.2 通信協議設計

協議數據包格式如圖3所示，遵循小端模式，即低字節在前，高字節在后。

圖3 協議數據包

包序號占用1個字節，由通信過程發起方分配，用于區別不同的通信過程。接收方應答時不改變包序號。其中0～127由上位機分配，表示上位機發起的通信過程；128～255由下位機分配，表示下位機發起的通信過程。命令類型包含心跳、查詢、設置、上報、注冊等及對應的應答，命令體由數據單元構成，包含位置信息、時間信息、網絡參數、告警項等。

3 結 論

本文從無線通信監管部門實際需求出發，設計了一種可以進行全網動態實時監測的基站探測系統，將該系統置于移動監測車輛之中，在車輛移動過程中，實時監測三大運營商5種制式的通信網絡狀態，并將采集的參數上傳至計算機管理軟件做進一步的綜合分析[11]。該系統的運行填補了監管部門全網自動化測試的技術空白，實際工程商用結果也表明，本系統運行穩定、測試結果可靠，豐富了管理部門的監管手段。

參考文獻

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