GPRS负控发起端掉线产生的后果及解决方案

成冰

（昆明供电局，云南 昆明 654100）

1 掉线因素分析

造成负控终端GPRS掉线是比较常见的现象，负控终端使用SonyEricsion无线通讯模块GR47。GR47模块存在着极大的瞬间工作电流，尤其是在负控终端在通话或传输数据的瞬间，终端系统电源无法提供给无线通信模块瞬间的大电流，导致电压下降太多，这样无线通信模块某些器件会运行异常，导致系统掉线或重启，严重情况下将导致系统直接死机，因此设计负控终端时需要满足GR47模块的电源工作指标。

2 网络因素

GPRS通讯网络系统定义了3种移动管理状态，即：空闲(IDLE)状态、就绪（STANDBY）状态和准备(READY)状态。负控终端工作于3种状态之一，如图1所示。

从GPRS移动性管理（MM）连接/去连接和GPRS分组数据协议（PDP）激活/去激活状态跳转分析中可以看到，GPRSMM的跳转取诀于网络系统在一定时间内有没有数据的传输。当负控终端GPRS连接并PDP激活成功后，如果在网络系统设定的定时超时后，MM状态会从就绪状态进入准备状态，如果网络系统指定的定时在超时后，MM状态会从READY状态进入到IDLE状态，PDP也会从激活状态跳转到去激活状态，从而令到负控终端GPRS断开连接。

此时如果负控终端要传输数据，就要重新连接到网络，如果负控终端不不支持重拨的话，由于网络系统已经将其传输路由信息删除，数据传输找不到路径传递信息而直接将数据丢弃，导致终端掉线。即使负控终端允许自动重拨，但由于网络系统的资源有限，在重新建立GPRS连接时没有可分配的资源以致拨号失败，数据也没法传输，最终也将导致负控终端掉线。

2.1 无线模块好坏因素

无线模块分普通应用型和工业型，无线模块在射频指标、网络兼容性和网络协议的一致性等方面对系统通讯质量影响较大。负控终端ZY-300的无线通信模块选用T类级GR47模块，将无线模块内嵌到负控终端中，减少通讯过程中掉线、应用环境恶劣等问题，提高系统的稳定性。

2.2 天线因素

天线在无线通信系统中具有举足轻重的地位，天线的好坏直接关系着负控终端通信的性能。ZY-300负控终端中，GR47通过AT+CSQ命令检测终端信号质量。当信号过弱时，即使负控终端有信号也很容易掉线。实践证明，只有在信号质量返回值在20～30之间时，才能保持数据传输的稳定性，所以一定要设计好天线，信号质量返回值最好能大于20。

3 在线设计策略

为保证负控终端利用GPRS网络通讯，保证通讯过程中系统在线，负控终端在设计时，应采取如下设计策略：

3.1 电源设计

电源设计不良是造成负控终端GPRS掉线的一个常见原因，良好的电源设计才能保证负控终端GPRS数据传输、通话质量等所需要的瞬时功率。

图1 GPRS移动性管理连接/去连接状态跳转模型

3.1.1 选用合适的电源芯片电源芯片的选用应注意以下方面：输入电压的范围、输出电压和电流值、集成电路芯片、外围电路、效率、性价比等。

负控终端GR47和ZY-300的耗电量决定于系统的整体功耗，南此也可确定电源输出电压的范围，即所选电源的电压变化范围和输出电压和电流的大小。GPRS的偏置电源电压和电流根据所用GR47确定，ZY-300系统中一般用两个或更多的电源，设计时应注意兼顾。

根据ZY-300电源要求，选择所需的电源产品型号。GR47电源中可供选择的种类主要有：①正极性电源IC；②负极性电源IC；③可选择输出电压极性的电源IC，例如MAX629，其极性引脚POL接地时输出为正电压，接VCC时，输出为负电压；④具有反向或倍压输出的电源IC；⑤输出电压数值可控、可调或用电位器调节的电源IC等。

3.1.2 利用电容储能以满足负控终端瞬时功率需求

在选用合适的电源芯片的基础上，再利用大量的电容进行储能，利用电容瞬间的放电来满足无线通信模块瞬间大电流的需要。

式中：P是维持电路正常工作的功率，是在电路功率瞬时变化持续的时间.ut1是电路瞬时变化时电容两端的电压，ut0为电路正常T作时电容两端的电压。根据式(1)可以知道，由模块的发射瞬间大电流、模块稳定工作电压范围、瞬间大电流持续时间等可以计算电源电路需要的最小储能电容值，然后再根据情况加以调整。

以GR47模块为例，它正常工作时的电压为3.6V，平均发射工作电流为275mA，模块可以承受的峰值电流为2A，设电源电路设计时用到的储能电容为C，而GR47模块纹波电压范围为3.4～4V，所以取GR47模块T作需要瞬问大电流时电压为最低工作电压3.4v。假若模块瞬间大电流需持续的时间为10ms，将数据代人式(1)可得储能电容值为14mF。

3.2 心跳包触发技术

保证ZY-300负控终端始终在线、解决GPRS网络掉线问题可考虑采用以下方法：延长网络系统定时时间或采用在线心跳包触发技术。

延长网络系统定时时间是利用GPRSMM状态和PDP状态的跳转根据一段定时时间内有没有数据传输来进行的，如果将定时时间设定为无限长，那么MM和PDP状态就不会改变，从而系统就不会掉线。

心跳包触发技术是指在设定的时间间隔内，周期性地主动发送一些维持链路信息，触发网关接人点(GGSN)、业务接人点(SGSN)、移动台(MS)的等待定时器，令传输链路周期回复至初始状态，使GGSN、SGSN、MS保持在激活状态，从而使负控终端GPRS数据传输通道保持连通。

在负控终端完成了GPRS连接激活后，启动一个在线心跳进程，在进程中设置好心跳触发数据包的发送时间间隔，启动定时器，当定时器定时为设定时间，负控终端ZY一300发送心跳触发数据包，将数据包发送到主站系统，实现对本地位置寄存器HLR、SGSN和GGSN等MM状态定时器的刷新。另外，因为GPRS是按流量计费的，负控终端在应用上设计心跳数据包时，不能将定时时间设置得太短，定时时间过短会造成通信费用增加。实践证明，将定时时间设置为lmin是比较适合的。再者，在设计心跳数据包时也不能将其设计得过大，否则也会增加通信费用。心跳包触发技术流程图如图2所示。

图2 心跳数据包触发流程图

3.3 无线模块选择

无线模块的选择主要考虑模块在射频指标、网络的兼容性和协议的等方面一致性。ZY一300负控终端采用SonyEricsion的GR47模块。GR47属于工业级模块，能很好地满足负控终端工作应用的环境，而且它自带TCP／IP协议栈，可大大提高系统开发的速度。在实际调试应用中，发现GR47无论从质量还是产品指标上都很好了满足负控终端的要求。

3.4 天线信号匹配

天线信号造成负控终端掉线的原因有两个：一是GPRS移动网络信号不好，有些地方由于偏僻或者通信孤岛效应，会造成安装负控终端的地方信号覆盖不好，唯有通过运营商增加基站或提高发射功率等来解决；二是GPRS移动网络信号良好，但负控终端信号质量依然差或经常掉线，针对此问题提出如下解决办法：①天线的安装。负控终端的天线安装位置要尽量往外，最好将天线安装在机壳外，这样会有利于天线的信号接收。②天线与终端特性阻抗匹配。对于不匹配所带来的问题，可以在电路板上增加LC匹配网络电路，通过调节电路接口的特性阻抗，保持和天线的特性阻抗匹配，减少信号反射，保持信号良好。

另外，对负控终端来说，系统设计时要注意模拟电路和数字电路的正确分区，模拟电路和数字电路电源的去耦连接；布线时要考虑相邻线间的间距和性质，要尽可能避免产生串扰；要将地线尽可能设计大，减小阻抗；减小变压器的漏电感、分布电容；采用高频的滤波电容等方法，提高系统的抗干扰能力。

[1]刘兆伟.浅谈负荷管理系统在新形势下的应用和发展[J].电力需求侧管理，2007.

[2]鲁春生.电力负荷管理系统的发展方向(二)[J].电力需求侧管理，2007.