GPRS DTU数传应用基础知识[经典]

GPRS DTU全称GPRS数据传输单元，在国内目前实际上对GPRS DTU具有更加明确的约定：GPRS DTU是专门用于将串口数据通过GPRS 网络进行传送的GPRS无线设备。

GPRS DTU的四个核心功能：

1）内部集成TCP/IP协议栈
GPRS DTU内部封装了PPP拨号协议以及TCP/IP协议栈并且具有嵌入式操作系统，从硬件上，它可看作是嵌入式PC与无线GPRS MODEM的结合；它具备GPRS拨号上网以及TCP/IP数据通信的功能。

2）提供串口数据双向转换功能
GPRS DTU提供了串行通信接口，包括RS232,RS485,RS422等都属于常用的串行通信方式，而且GPRS DTU在设计上大都将串口数据设计成“透明转换”的方式，也就是说GPRS DTU可以将串口上的原始数据转换成TCP/IP数据包进行传送，而不需要改变原有的数据通信内容。因此，GPRS DTU可以和各种使用串口通信的用户设备进行连接，而且不需要对用户设备作改动。

3）支持自动心跳，保持永久在线
GPRS通信网络的优点之一就是支持GPRS终端设备永久在线，因此典型的GPRS DTU在设计上都支持永久在线功能，这就要求DTU包含了上电自动拨号、采用心跳包保持永久在线（当长时间没有数据通信时，移动网关将断开DTU与中心的连接，心跳包就是DTU与数据中心在连接被断开之前发送一个小数据包，以保持连接不被断开）、支持断线自动重连、自动重拨号等特点。

4）支持参数配置，永久保存
GPRS DTU作为一种通信设备，其应用场合十分广泛。在不同的应用中，数据中心的IP地址及端口号，串口的波特率等都是不同的。因此，GPRS DTU都应支持参数配置，并且将配置好的参数保存内部的永久存储器件内（一般为FLASH或EEPROM等）。一旦上电，就自动按照设置好的参数进行工作。

GPRS DTU的扩展功能：

较为专业的GPRS DTU还提供一些扩展功能，主要包括：支持数据中心域名解析、支持远程参数配置/远程固件升级、支持远程短信/电话唤醒、支持本地串口固件升级、提供短信通道、提供DTU在线／离线电平指示等。

这些扩展功能可以增强系统的可靠性，以及方便用户的使用及维护。

什么场合需要使用GPRS DTU?

GPRS DTU可以应用在多个领域，包括电力，环保，水利，工控，气象，交通，安防，测绘等。
虽然上面介绍了这么多GPRS的应用领域。但是从实际应用角度来讲，我们更加希望有一些明确的原则来统一判断一个系统采集是否适合使用GPRS方式来实现数据传输。

1） 现场只能使用无线通信环境
当数据采集现场的设备需要在移动中工作，或者采集现场处于野外等情况下，无法提供有线通信的环境。这个时候，采用GPRS无线网络就可能是一个好的选择，因为GPRS网络的覆盖率目前已经很高，全国大部分地区均有GPRS信号覆盖。
2） 现场终端的传输距离分散
由于GPRS网络是覆盖全国的公共网络，因此采用GPRS来传输数据的一大优势就是现场采集点可以分步在全国范围，数据中心与现场采集点之间的距离不受限制。无线公网通信（包括GPRS/CDMA网络,3G网络等）这个非常显著的优点是专用无线通信网络（比如数传电台，WiMax，WLAN等）无法达到的。
3） 适当的数据实时性要求
目前的GPRS网络，其传输数据的延时为秒级范围。在绝大部分时间下，GPRS数据通信的平均整体延时为2秒左右。也就是说，从GPRS DTU端发送的数据包将大致在2秒钟后到达数据中心。反之，从数据中的数据包也大致在2秒钟后到达GPRS DTU。
总的来说，GPRS这种实时性，可以满足大多数行业应用的要求。 但是，对于一些特定的应用系统，如果不能承受2秒左右的平均延时，那么GPRS通信方式就可能是不适合的。（另外，CDMA网络的传输延时也是1秒-2秒左右）。
从另一个角度来讲，如果我们要设计的系统希望通过GPRS网络来传输数据，那么就要在设计通信协议时候考虑这种延时的情况。
4） 适当的数据通信速率
GPRS DTU与数据中心的数据通信速率一般在10kbps-60kbps之间。从也就是说，GPRS DTU可以持续不断地以10bps-60kbps的速度向中心发送数据，反之亦然。（补充说明：国内CDMA网络的数据通信平均速率可以达到40kbps-90kbps左右）
从系统应用可靠性角度来讲，我们认为当应用系统本身的数据平均通信量在30kbps以内的时候，使用GPRS网络来进行数据传输是比较适合的。
从另一个角度来讲，如果我们要设计的系统希望通过GPRS网络来传输数据，那么就需要把数据平均通信量控制在30kbps之内。
（注意：这里的平均持续通信速率和瞬间通信速率是有区别的，与设备串口波特率也不是同一个概念）
以上的几点可以用于判断应用系统是否适合采用GPRS网络进行数据传输，如果这几个方面都比较符合的话，那么采用GPRS DTU进行数据传输是非常合适的。

下面通过众山科技ZSD3120 GPRS DTU功能描述，来详细列出专业DTU具备的基本功能及增强功能：

ZSD3120是一款使用GPRS网络进行无线数据传输的终端设备。内置西门子公司生产的工业级高可靠性GPRS引擎（MC35i／MC39i）和高速嵌入式处理器。支持PPP、TCP、UDP、ICMP等众多复杂网络协议和SOCKET标准，提供全透明数据传输和用户自由控制传输两种模式。同时支持点对点、点对多点、设备间、设备与中心间等各种不同的通讯模式。用户不用关心复杂的网络协议，使用RS232/485/422接口，就可以进行无线数据收发，让你的设备能够随时随地接入Internet。

基本功能
内置TCP/IP协议栈，针对无线网络优化
GPRS无线数据双向传输
提供RS232/485/422接口
符合ETSI GSM Phase 2+标准
支持自动心跳，保持永久在线
支持图形化参数配置

产品优势
双向100K大容量数据缓冲区，支持大数据包传输
采用TCP滑动窗口技术，大幅提升数据传输效率
数据100%可靠收发
数据包全透明1:1真实转换
支持多数据中心，自动切换
复合式看门狗技术，永不死机
EMC抗干扰设计，适合电磁恶劣环境应用
适应低温和高温工作环境
提供功能强大的二次开发平台

增强功能
自动重联机制,数据通道自恢复
支持DTU断线告警
支持智能流量控制策略，大幅降低无效流量
支持中心为固定IP或动态域名
支持远程参数配置，远程固件升级
支持数据中心虚拟串口，兼容大量已有应用软件
支持远程短信/电话唤醒
支持点对点、点对多点、多点对多点对等 数据传输
支持通过串口进行固件升级
提供短信通道，内置Unicode码表
提供DTU在线／离线电平指示脚
支持300-115200宽范围波特率,支持数据位,奇偶校验位,停止位设置,支持硬件流控
支持APN虚拟专网业务
支持透明通信模式/控制通信模式/工业MODEM模式
支持数据中心PING操作

我们通过典型GPRS在线监测系统方案，来说明一下GPRS DTU的工作原理：

1）在线监测系统结构图:

现场采集点

现场采集点的用户串口设备（可以是各种仪表/PLC/单片机/PC等），通过RS232或RS485/RS422接口与GPRS DTU终端相连，用户串口设备发送的数据通过GPRS DTU终端的内部嵌入式处理器对数据进行网络协议封装后通过GPRS无线网络发送到数据中心。（GPRS通信费用说明：目前全国大部分地区均有每月20元包50M字节的CMNET套餐，在GPRS DTU具备智能流量控制功能的情况下，20元包月套餐可以满足大部分行业应用需要，关于GPRS DTU流量费用控制，参见 GPRS DTU流量控制策略）

监控中心：

a）公网接入方案
服务器采用公网方式接入Internet，如ADSL拨号/电信专线宽带上网等，申请动态域名或者公网固定IP地址；可以实现中小容量的数据采集应用。

b）专网接入方案
服务器采用省移动通信公司提供的DDN专线, 申请配置固定IP地址，与GPRS网络相连。由于DDN专线可提供较高的带宽，当现场采集点数量增加，中心不用扩容即可满足带宽需求，可实现大容量数据采集应用。监控中心RADIUS服务器接受到GPRS网络传来的数据后先进行AAA认证，后传送到监控中心计算机主机，通过系统软件对数据进行还原显示，并进行数据处理，这样进一步增强了系统数据通信安全性能。

GPRS DTU工作过程描述：

GPRS DTU上电后，首先读出内部FLASH中保存的工作参数（包括GPRS拨号参数，串口波特率，数据中心IP地址等等，事先已经配置好）。

GPRS DTU登陆GSM网络，然后进行GPRS PPP拨号。拨号成功后，GPRS DTU将获得一个由移动随机分配的内部IP地址(一般是10.X.X.X)。也就是说，GPRS DTU处于移动内网中，而且其内网IP地址通常是不固定的，随着每次拨号而变化。 我们可以理解为GPRS DTU这时是一个移动内部局域网内的设备，通过移动网关来实现与外部Internet公网的通信。这与局域网内的电脑通过网关访问外部网络的方式相似。

GPRS DTU主动发起与数据中心的通信连接，并保持通信连接一直存在。 由于GPRS DTU处于移动内网，而且IP地址不固定。因此，只能由GPRS DTU主动连接数据中心，而不能由数据中心主动连接GPRS DTU。这就要求数据中心具备固定的公网IP地址或固定的域名。数据中心的公网IP地址或固定的域名作为参数存储在GPRS DTU内，以便GPRS DTU一旦上电拨号成功，就可以主动连接到数据中心。

具体地讲，GPRS DTU通过数据中心的IP地址（如果是采用中心域名的话，先通过中心域名解析出中心IP地址）以及端口号等参数，向数据中心发起TCP或UDP通信请求。在得到中心的响应后，GPRS DTU即认为与中心握手成功，然后就保持这个通信连接一直存在，如果通信连接中断，GPRS DTU将立即重新与中心握手。

由于TCP/UDP通信连接已经建立，就可以进行数据双向通信了。

对于DTU来说，只要建立了与数据中心的双向通信，完成用户串口数据与GPRS网络数据包的转换就相对简单了。一旦接收到用户的串口数据，DTU就立即把串口数据封装在一个TCP/UDP包里，发送给数据中心。反之，当DTU收到数据中心发来的TCP/UDP包时，从中取出数据内容，立即通过串口发送给用户设备。

通过有线的数据采集中心，同时与很多个GPRS DTU进行双向通信。这是目前GPRS DTU应用系统中最为常用的方式。

节选自 <众山GPRS DTU数传应用基础知识>
GPRS DTU行业应用方案：
GPRS环保行业应用 GPRS电力行业应用 GPRS远程水文监测 GPRS供水调度系统
GPRS油井监测系统 GPRS路灯监控系统 GPRS气象监测系统
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更多信息请访问众山科技网站: http://www.zstel.com/