GPRS网络TCP与UDP数据传输协议的对比

本文将TCP与UDP两种协议进行对比，从可靠性、适用性、资费等方面深入讨论在GPRS 网络上，数据传输协议在不同应用领域的适用性。

引言

GPRS应用于个人商务网络，主要访问网页、收发邮件等，各种应用有确定的协议，但在工业数据传输等行业应用领域中，用户面对可选的TCP与UDP传输，没有明确的标准，业主单位、设备供应商、系统集成商常常为在GPRS网络上选用何种传输协议进行长时间讨论与测试。本文将两种协议进行对比，从可靠性、适用性、资费等方面深入讨论在GPR S网络上，两种数据传输协议在不同应用领域的适用性。

1、GPRS行业应用

GPRS当前应用广泛的行业有电力、油田、工业控制、运输、金融、证券、商业、公共安全业、天气预报、交通信息实时发布等，应用特点是数据量小，发送时间间隔大，或不定时发送。通过GPRS网络进行数据传输，具有成本低、组网迅速灵活、范围广、专业队伍维护的优势。

应用中，用户在GPRS网络上可选择TCP与UDP传输协议，由于没有明确的标准，选用何种协议让业主单位、设备供应商、系统集成商常常为在选用何种传输协议进行长时间讨论，并且进行了大量测试，几乎每个项目都要进行小规模试验，影响了GPRS在行业应用的进程。系统运行效果除受协议选择影响外，还受到网络质量、使用方式、外围设备的影响。很多试验的结果不尽一致，不能准确反映TCP/UDP协议选择带来的效果。让TCP/UDP选择再次陷入新一轮讨论与测试过程。

2、两种传输协议的定义与主要特征的比较

关于TCP、UDP两种协议的详细讲解请参阅相关资料，这里针对行业应用的特点进行说明。

UDP是一个简单的面向数据报的运输层协议：进程的每个输出操作都正好产生一个UD P数据报，并组装成一份待发送的IP数据报。UDP数据报封装成一份IP数据报的格式如图所示：

UDP不提供可靠性连接：它把应用程序传给IP层的数据发送出去，但是并不保证它们能到达目的地。

TCP和UDP都使用相同的网络层(IP)。TCP提供了一种可靠的面向连接的字节流运输层服务。如图所示：

TCP向应用层提供与UDP完全不同的服务。TCP提供一种面向连接的、可靠的字节流服务。TCP将用户数据打包构成报文段；它发送数据后启动一个定时器，等待对端数据确认；另一端对收到的数据进行确认，对失序的数据重新排序，丢弃重复数据；TCP提供端到端的流量控制，并计算和验证一个强制性的端到端检验和。

面向连接意味着两个使用TCP的应用(通常是一个客户和一个服务器)在彼此交换数据之前必须先建立一个TCP连接。这一过程与打电话很相似，先拨号振铃，等待对方摘机说“喂”，然后才说明是谁。

TCP传输协议连接过程：

首先建立连接，TCP用三个报文段完成连接的建立。这个过程也称为三次握手(three-way handshake)。如图所示：

终止一个连接要经过4次握手。如图所示：

数据发送必须经过接收方确认，并且有超时重传等保障机制，这是TCP传输有一定保障的根本原因。

可以看到，TCP在传输中提供了可靠的通讯保障，使得传输的数据不会因为种种原因而丢失。

UDP与TCP提供不同的传输方式与不同的传输质量，TCP以增加网络开销的方式提供传输保障。在GPRS网络实际测试，当网络正常情况下，从GPRS DTU->GPRS网络->互联网->用户数据中心这个通路上，UDP传输有效性>99%，TCP传输有效性≈100%，TCP基本保证了可靠性传输。

3、网络承载能力

GPRS分组业务信道可采用CS-1~CS-4不同的编码方式(其数据速率分别为9.05kbi t/s、13.4kbit/s、15.6kbit/s、21.4kbit/s)。采用编码方式为CS-4时，且无线环境良好，信道充足的情况下，可以实现GPRS网络支持的理论最高速率171.2kbps，这种速率完全可以支持一些多媒体图像传输业务等对带宽要求较高的应用业务。但实际数据传输速率受网络编码方式和终端支持的因素影响，CS-3、CS-4的接收参考灵敏度较低，这两种编码方式只有在距离基站较近且信号较好的地区才能够真正使用。

目前，GPRS采用CS-2信道编码方案。保证实现小区的90%以上覆盖，满足C/I不低于9dB的要求。在小区内，提供上下行分别为1~4 GPRS信道(PDCH)。GPRS无线信道的分配初期至少设置一个静态的分组数据业务信道，以后根据GPRS的流量调整PDCH 分配。按照话音优先的原则，动态信道将优先分配给话音信道，保证GSM质量。所以GP RS带宽为13.4Kbps~54.4Kbps。

在中国移动GPRS网络上，采用上下行不对称方法分配信道，上行小，下行大，通常为1+2、1+3、2+4等。这主要是为客户访问互联网设置的，而在行业应用中，出现的情况正相反，上行数据大于下行数据。因此，在考虑GPRS网络带宽问题时，应该考虑带宽较窄的上行带宽。

GPRS业务的特点是数据通道共享，这带来了按流量计费的便利，但小区内，终端数量多，数据量大等情况下，终端必须在有限的带宽中竞争，导致掉线率高，上网困难等现象。这也就是GPRS开通一年之久后体现出的新应用特点：GPRS在个人用户市场上竞争力不强，但是在大量的行业数据传输上具有非常强的优势。

有限的带宽资源对应用提出了要求：数据量小、传输效率高。

4、行业应用的需求

GPRS行业应用，无论是电力抄表、管网监测、气象采集、金融业务等，都是终端设备与数据服务器之, 间的通讯，在提供GPRS传输方式之前，有电台、MODEM(电话线)、专线、直接电缆连接等方式。这些方式提供的通讯质量差异较大。在工业领域应用中，对传输可靠性的要求是很高的，一般是不可以接受数据丢失，所以必须确保任何数据的不丢失，基本上GRPS应用中都会用到TCP协议进行传输，确保数据的安全准确。

采用UDP协议传送，UDP协议对于数据的可靠性会大大降低。

TCP协议按照协议窗口进行多包统一确认的方式，可以减少ACK报文的数量，但是在行业应用中，应用的特点是数据量小，所以占用一定的网络资源来换取可靠性数据传输可值得的。

在整个应用系统中，传输保障是由应用协议与网络协议共同完成的，要充份选择发挥应用协议与网络协议的优势，达到总的传输质量最好、效率最高、效果最好的目的。在应用协议中，大多具有基本的传输保障功能，再配以TCP协议的数据通讯，将使GRPS在工业等领域中的应用接近于完美。

5、其它需要考虑的问题

TCP连接保证数据传输的可靠性，每个具体TCP实现必须选择一个报文段最大生存时间MSL (Maximum Segment Lifetime)。它是任何报文段被丢弃前在网络内的最长时间。我们知道这个时间是有限的。RFC 793 [Postel 1981c] 指出MSL为2分钟。然而，实现中的常用值是30秒，1分钟，或2分钟。对于大部分实时监控系统，这已经足够用了。使用UDP连接，当网络拥塞时，部分数据包被丢弃，从而使得有些需要的数据因此而丢失。

GPRS在电力系统中的应用，刚刚起步，处于小规模试用阶段，无论选用UDP还是T CP协议，都对网络及服务器系统不会产生明显压力，使用TCP协议时，可靠的传输显得更为便利。随着网络带宽从10M、100M到1000M网发展的越来越大，以后TCP协议在城市电力配网自动化、抄表等应用会有更优越的应用的。

6、结论

在行业应用中，需要仔细分析行业应用特点，根据需要选择UDP或TCP协议。少数多点分散、数据量小、实时性要求高、终端数量多的应用，可以考虑UDP的协议。对于工业里大多数数据量大、数据可靠性要求十分严格、终端数量较少，以及部分特殊应用，TCP

是必选的协议，应用面积广。