基于GPRS的嵌入式系统安全无堵塞通信研究与设计

【摘要】：随着无线通信技术的发展和人们生活水平的提高，城市亮化在促进民生发展和城市现代化建设等方面起到越来越明显的作用。当前的城市亮化集中控制系统作为一个与人们日常生活密切相关的SCADA系统，主要应用GSM网络的SMS短消息作为通信手段，但是SMS短消息受制于移动通信SMS中转站的转发机制，容易造成控制终端接收短消息延迟，进而延误控制响应，给系统带来安全隐患。因此，如何借助于先进的无线通信网络，建立一套实时性好、可靠性高的城市亮化集中控制系统，成为研究的热点。 随着GPRS无线通信技术将GSM网络和移动IP网络结合起来，人们可以借助GPRS进行高速、实时的数据通信服务。同时，随着嵌入式系统的高速发展，嵌入式系统的复杂程度与日俱增，芯片功能集成度更高，使得嵌入式设备的整体性能更加可靠。而嵌入式Linux作为一个源代码开源、内核可裁剪、具有优秀网络功能的高性能、稳定可靠的操作系统，凭借优良特性已在许多领域得到了广泛应用。 本文首先阅读大量关于GPRS技术和嵌入式Linux技术的资料，针对当前城市亮化集中控制系统的发展现状和SCADA系统中主要无线通信技术进行对比，结合系统的用户需求，分析实际城市亮化集中控制系统中广泛采用的SMS短消息通信方式存在传输数据堵塞和安全问题，提出了一种基于GPRS的嵌入式系统安全无堵塞通信设计方案。 其次，根据城市亮化集中控制系统的用户需求和无堵塞通信设计方案，进行嵌入式集中控制终端硬件电路设计，设计内容包括最小系统电路、安全电路和通信接口电路等。其中，GPRS模块选用内嵌TCP/IP协议的GTM900C。通过对硬件电路的功耗估算和设计安全性分析，完成硬件电路的设计，并在此硬件平台上进行Linux的移植，结合用户需求，实现GPRS/GSM和嵌入式Linux有机结合的安全无堵塞通信的应用程序设计。 最后，进一步分析SCADA系统通信安全问题，提出了一种基于优化的RSA和Rijndael混合加密策略。这种方案有利于GPRS/GSM数据通信的安全性，提高算法的运算速度，确保无线通信的安全性和适用性。进而对设计的基于GPRS的嵌入式安全无堵塞通信系统进行整体测试，验证系统通信的安全性和无堵塞传输性能，结果表明该系统达到了安全无堵塞通信要求。 同时，对本文完成的工作进行总结，并针对当前设计中的不足给出进一步研究的工作方向。