GPRS DTU 技术白皮书

3.2 客户效益
u 覆盖率高、部署成本低，借助电信级移动通信平台，网络可靠稳定，无需自行组网与维护。节约大量投资与工作强度。
u 内置看门狗电路及系统复位电路
u 对于构建在串行接口的系统和TCP/IP协议的系统，用户几乎不做任何改动，即可基于无线互联网工作，即插即用。 大大节省人力及开发的大量投资
u 提供C#语言编写的Server端通讯软件或源代码参考，加速用户2次开发进度。
u 基于windows的中文产品配置软件及快速使用指南，方便客户设置需要的工作模式及参数配置，就可满足各行业数据传输业务
u 完备的系统构建和测试工具软件，伴您实现进一步的深入研究和开发出严格的业务系统。
4 第三章 产品应用
无线数据通信产品利用最新的GPRS 移动通信技术与GSM 移动通信网络作为传输介质，有助于实现行业管理现代化、数据采集自动化等目标。此系列产品功能强大，稳定性高，能够应用在电力、自来水、天然气等领域表计的计量，还可实现自动测量读取、自动计量发送、远程信息处理、远程设备监控，以及安防、车辆调度、公众流量业务、工业处理自动化等任何需要统一管理服务终端的应用方案中，可广泛用于金融、保险、证券、商业、公用事业、公安、交通、税务、气象、石油等行业和领域。无线数据通信系列产品具有使用成本低、准确性高、对环境适应性好、易于安装、易于维护等特点，能够为用户提供高速、永远在线、可靠的数据传输服务和虚拟专用数据通信网络服务，完全能够满足行业数据采集、传输和监控的需要。

4.1 应用领域
n 无线数据通信系列产品主要应用领域有：
n 工业遥信、遥测、遥控及公用事业
n 电信行业无人值守站机房监控和远程维护（如移动基站、微波、光纤中继站等）
n 城市配电网自动化系统与抄表数据传输
n 高压供电设备监测
n 自来水、煤气管道、闸门、泵站与水厂监控
n 供热系统实时监控和维护
n 环境保护系统数据采集
n 三防与水文监测
n 气象数据采集
n 油田油井远程数据监测
n 煤矿远程数据监测及生产安全监控
n 其他无人值守（如仓库、办公楼等）监控
n 城市路灯，景观灯，广告灯的遥控、遥测、遥信、遥调、遥视
n 城市防汛中的雨量检测
n 金融、零售行业
n 车载移动银行
n POS机联网
n 自动售货机刷卡和商品信息报告
n 自动柜员机（ATM）联网
n 银行储蓄所机房监控
n 移动证券交易和信息查询
n 公安交通行业
n 公安移动性数据（身份证、犯罪档案等）查询
n 交警移动性数据（车辆、司机档案等）查询
n 交通流量监测
n 车辆违章监测
n 城市路口交通信息指示牌信息发布
n 移动车辆监控调度系统
n 公安、110、交警车辆监控调度
n 银行运钞车、邮政运输车监控调度
n 出租车刷卡与管理调度
n 公交车辆调度和指示
n 集团车辆监控调度
n 物流系统车辆调度

4.2 GPRS DTU基本组成模式
基本的GPRS DTU无线数据传输系统，是以下3个部分组成：
n 数据中心服务器
n GPRS DTU
n 用户的终端设备
系统组成如下图所示：

一个典型的大规模GPRS DTU应用，如下图所示

5 第四章 数据传输模式
GPRS DTU可设定成不同的工作模式，满足不同应用领域用户的要求。不同工作模式下，GPRS DTU在GSM/GPRS通信系统平台中的位置也不相同。
透明传输模式：设备不解析从串口收到的任何数据，直接将数据作为TCP 或UDP 的数据进行打包发送，而对具体数据的解析分别由后端数据采集终端设备或由数据中心的相关服务器进行处理。
命令模式：如果用户的终端可以输出AT命令集，那么可以把GPRS DTU 当作一个带有TCP/IP协议栈的Modem来使用。用户可输出AT命令的终端设备，通过其串口，向GPRS DTU发送诸如PPP拨号、建立TCP的socket连接、发送与接受数据的AT命令。
短信模式：GPRS DTU工作在用户中心服务器一方，串口直接与短信服务器相连。设备利用GSM 网络收发短消息，完成对短消息的编解码，并与短信服务器通过串口传输短消息的内容。
5.1 透明传输模式
透明传输模式是适用范围最广、通用性最强的一种工作模式。在透明传输模式下，设备不解析从串口收到的任何数据，直接将数据作为TCP 或UDP 的数据进行打包发送，而对具体数据的解析分别由后端数据采集终端设备和前端数据中心的相关服务器进行处理。设备即工作在透明传输模式下，设备与监控中心的数据传输采用TCP 以Socket 连接方式，被传输的数据格式是由后端的各类工业仪表与监控中心应用服务程序约定好的，是设备所不关心的。因此，对于不同的应用系统来说，设备具有即插即用的特性，如果系统中其他设备没有特殊约定，建议采用该工作模式。
为了满足SCADA 系统要求，Modbus TCP模式下也提供一系列通信保障措施：配置命令串反向控制终端采集设备，按用户所需改变终端采集设备的工作方式；定义数据成帧的方式，即设备直接将数据按要求的格式封装成规定的帧，然后通过TCP/UDP传送到上位机。设置各个环节的波特率；IP地址注册；定时重起；缓冲区大小的设定；基于硬件的流量控制等。
在透明传输模式下，通过TCP协议建立的数据链路可以为长连接也可以为短连接。当为长连接时，数传终端将一直保持与数据中心的连接，一旦链路断开，数传终端自动与中心重新建立连接，此时设备始终保持在线状态；当为短连接时，数传终端在一个时间周期（如：5分钟）内自动监测数据通信的数据流，当在这个时间范围内没有数据流量时，数传设备将断开这个连接并退出GPRS网络，要想使数传设备再次激活，可通过短信、电话拨号（此时数传设备的SIM卡需支持语音呼叫功能）、下位机主动向串口写数据这两种方式，使设备再次上线，与中心建立连接实现数据通信。
利用透明传输模式组建网络非常简单，需要对GPRS DTU用本地/远端方式设置基本参数，同时数据采集设备具有RS232/485接口即可；一旦进入透明传输模式，终端设备与中心数据服务器建立C/S结构的socket方式的TCP/IP链接，用户终端设备此时已具备了在互联网网络上双向传输数据的功能，使得串口数据采集设备转换成以太网上的设备。
5.2 命令模式
在标准MODEM 指令集中所有的指令均以AT 为前缀，简称AT 命令。有很多工控、金融领域的数据终端产品直接输出AT 命令，控制外接设备，或是用户自行开发的单片机系统，其应用软件支持AT命令集。在这种情况下，用户可以将GPRS DTU 看作一个带TCP/IP 功能的扩展MODEM，可从GPRS DTU 串口接收来自用户数据终端发来的AT 命令集，并执行相应的操作。GPRS DTU支持所有标准的AT命令，主要用于控制GPRS模块；同时GPRS DTU还根据应用，可实现GPRS功能的高级应用命令：如：设置GPRS DTU 通信参数、激活/断开GPRS 连接、发送/接收短消息、激活/终止TCP连接、发送/接收TCP报文、发送/接收UDP报文等。这些高级应用的AT指令集，用户可参考相应GPRS模块供应商所提供的AT指令集文档，以实现用户数据终端设备的2次开发。

5.3 短信模式
要进入短信模式，首先是以命令模式为前提，通过模式转换命令切换到短信模式，此时DTU就像Modem一样，可接收所有的AT命令，执行相应的功能。
该模式下，GPRS DTU工作在用户服务器一方，串口直接与短信服务器相连。设备利用GSM 网络收发短消息，完成对短消息的编解码，并与短信服务器通过串口传输短消息的内容。
短消息收发存在两种编码方式，分别是文本方式和PDU编码方式，在以PC为硬件平台的服务器如果直接从GPRS DTU 模块上接收的短消息，需自己完成短消息的编解码工作。

6 第五章 GPRS DTU工作原理与特性
6.1 在透明传输模式下GPRS DTU自动的IP注册机制
GPRS工作在透明数传模式下，一旦GPRS DTU上电后自动拨号上线，通常在通过GPRS方式下PPP连接的过程中就会被分配一个动态的IP地址。在一个多终端的应用系统中，每个GPRS DTU因此通过GPRS网络获得一个独一的动态IP地址，如果终端要建立与中心数据服务器的TCP连接，那么必须要求中心数据服务器有一个固定的IP地址，或是中心数据服务器IP地址绑定一个动态域名解析，由此终端的GPRS DTU在上线后，主动向有固定IP地址或一个绑定了IP动态域名解析的域名，发送一个自身设备编号、自身动态IP地址以及端口号的注册信息包，用于保持与中心数据服务器TCP链路保持活跃状态。这种为保持与数据中心服务器的TCP链路保持活跃状态的注册包，我们称之为“心跳包”。每当GPRS重新上电，或是应系统地要求被远程唤醒、或根据GPRS DTU配置设定的发送心跳包间隔时间自动上线，GPRS DTU则应自动的向中心发送心跳包信息，告知数据中心服务器其已保持链路正常。评价GPRS DTU性能优劣的重要指标，就在于GPRS DTU在绝大多数情况下，是否都能正常的保持与数据中心的链路畅通，这对一个要求做到无人值守的应用非常重要。
一个典型的GPRS DTU组网，是由这样几个部分组成，首先是需要通过无线联入以太网的用户终端，如PLC、RTU、读卡器等和与之相配的GPRS DTU，通讯前置机（大型系统采用），一个具有公网固定IP地址或是可做域名解析服务的数据中心服务器（GPRS DTU与中心数据服务器的架构为典型的Clinet/Server结构），与数据中心服务器通过企业局域网相连的操作员工作站（工作站与中心数据服务器可采用Browser/Server结构）。
我公司提供以C#编程，运行在数据中心服务器，用于建立与GPRS DTU建立socket连接、监视GPRS DTU上线状态、转发给各操作员工作站来自GPRS DTU的数据等功能后台软件，并可以提供此软件的原始代码用于客户的2次开发。用户则自行开发具体的应用软件和决定是否建立B/S数据结构。

6.2 GPRS DTU的工作与配置模式

GPRS DTU典型的工作模式有3种，即1：）永远在线模式 2：）空闲下线 3：）空闲掉电
1：）永远在线模式：在这种模式下，模块上电后就主动连接预先设定好的数据中心服务器，并一直维持在线状态，做实时数据传输准备。
2：）空闲下线模式：模块上电后会主动连接预先设定好的服务器，如果在一段时间内没有进行数据传输（数据中心端没有发数据，串口设备端也没有发数据），DTU 将断开与服务器的连接，进入休眠状态。通信的空闲时间可以在“传输控制”配置中使用“空闲下线时间”配置命令进行设定，设定时间最短30 秒，最长65536秒，步进一秒钟。在DTU 断开与服务器的连接后，有两种方法使DTU 模块与服务器之间重新建立连接。一种是向DTU 模块的串口发送数据，DTU 将在连接服务器成功后将这些数据送出。另一种是通过短信/电话振铃激活模块，可使GPRS DTU连接预定的服务器。
3：）空闲掉电模式：在以使用电池供电或间歇性数据传输模式下，用户可使用空闲掉电模式，用于节省能耗和通讯费用。此模式与空闲下线模式类似，只不过在空闲时DTU将切断GPRS模块的供电状态，只有在向DTU的串口发送数据的状态下，才能激活GPRS DTU 的掉线重连机制，恢复和预设数据中心服务器的TCP连接。
4；）GPRS DTU的本地配置模式：GPRS DTU以串口电缆连接到PC，GPRS DTU在上电后，会在10秒钟内判断用户是否要进入配置模式，如用户在10秒内未进行操作，DTU内嵌系统将自动转入正常工作状态，当GPRS DTU的串口收到来自用户键盘输入的”空格”命令后，系统将显示进入本地配置模式，在本地配置模式下，用户可以用我们提供的配置软件，来配置诸如数据中心数量、数据中心IP地址、数据中心以及终端的监听端口号、备用数据中心设置、DDNS（动态域名解析）设置、以及DTU设备编号能设置，如下图所示

4；）GPRS DTU的远程配置模式：GPRS DTU以串口电缆连接到远端设备后，用户也可进行远端的配置方式，用户可以用我们提供的配置软件，通过GPRS无线连接的方式，来配置诸如数据中心数量、数据中心IP地址、数据中心以及终端的监听端口号、备用数据中心设置、DDNS（动态域名解析）设置、以及DTU设备编号能设置。如下图所示

5：）我公司提供的GPRS DTU的配置软件，如下图所示：

6.3 数据中心服务器的设置
在一个典型的GPRS无线数据传输网络中，数据中心服务器是一个重要的组成部分，在大规模的GPRS DTU系统应用中，甚至在数据中心服务器前添加通讯前置机，也是必要的措施。对于客户不同的互联网接入状况，例如固定公网IP接入，或是动态域名解析服务，我公司生产的GPRS DTU有相应的解决方案。GPRS DTU可以配置为能够连接多数据中心，如主中心数据服务器设置为IP地址和主数据中心配置为邦定动态IP的域名解析。与此同时，为保证系统的可靠性，还需要为GPRS DTU设置备用数据中心IP地址和备用的邦定动态IP的域名解析。GPRS DTU在遇到主IP地址和主邦定动态IP的域名解析出现故障时，GPRS将自动的转向备用IP地址和邦定动态IP的域名解析。
于此同时，我公司提供的数据中心后台软件，同时带有系统记录功能，提供的Log文件，可以记录GPRS DTU 以及数据中心服务器以及所连接的操作员工作站计算机的工作历史记录。

6.4 附加的互联网应用功能
我公司生产的GPRS DTU不仅拥有TCP/IP这个主要应用协议，同时还支持UDP、FTP、HTTP、SMTP、POP3功能，这些功能为高级开发用户提供了更多附加功能。比如FTP用于数据的存储和传输，以及DTU在报警状态下，向目标用户发送电子邮件。

6.5 无线DTU的关键功能的汇总

功 能 优 点
集成TCP/IP协议 稳定的TCP/IP协议栈，用户无需自行开发，加快应用进度。
内嵌PPP协议 GPRS DTU上电后自动拨号通过GPRS接入internet以获得动态IP，建立与数据中心服务器的TCP连接
TCP/UDP Sockets 支持大规模Socketd应用。GPRS DTU上线后以TCP Clinet方式，建立与数据中心的Socketd连接。
透明传输模式 无需修改任何主机应用软件和硬件设计，就可使任何串口设备具有即插即用的互联网IP通信能力。
支持多数据中心 可靠的系统设计，DTU可支持多数据中心。数据中心可为固定IP地址，也可以是绑定IP的动态域名解析。数据中心服务器端软件，可自动记录远端数据终端运行状态，并有Log事件记录。
本地配置/远程配置 支持本地与远程配置2种方式
拨号程序 重拨次数的程序设定和每次重拨的时间间隔设定。
远程更新与维护 支持GPRS DTU的远程系统升级与维护。
多种工作模式 支持永远在线、空闲下线、空闲掉电模式，以满足不同应用场合的需要。
唤醒机制 当DTU工作于空闲下线与空闲掉电模式下，至此用户以电话振铃、短信或是串口发送数据方式激活DTU重新上线。
自动IP注册 克服动态IP地址的难题。DTU在上线时，自动向中心数据socket服务器，报告其主机名称，端口号和动态IP地址。一旦注册，客户端可以查询这些服务器以便得到无线DTU的当前IP地址。
自动重连 一旦载波丢失，无线DTU就会建立新的PPP链路。在一个上电过程完成后，DTU会立即上线并能够注册其IP地址。上线后，后台中心数据服务器可自动监测到DTU是否上线。
短信备份功能 GPRS DTU可以以短信方式，作为数据传输的备份方式，支持Text与PDU编码格式。
丰富的互联网协议栈 支持TCP、UDP、FTP、HTTP、SMTP、POP3 协议，功能强大。

7 第六章 技术比较
7.1 几种移动数据通信设备的比较
设备 GPRS DTU GPRS Modem GPRS 手机 CDMA DTU
TCP/IP、PPP协议 支持 不支持 支持 支持
传输速率 20-40Kbit/s 20-40Kbit/s 20-40Kbit/s 80-100Kbit/s
网络覆盖 覆盖范围基本上同GSM网络 覆盖范围基本上同GSM网络 覆盖范围基本上同GSM网络 覆盖范围基本上同CDMA网络
透明数据传输 支持 不支持 不支持 支持
点对点对等传输 支持 取决于网络 取决于网络 支持
中心对多点传输 支持 不支持 不支持 支持
应用领域 城市电网自动化、交通管理、POS机联网、金融证券、工业控制、市政管理、物流管理、出租车管理、车辆调度、电子商务、移动上网 移动计算机上网 手机上网或移动计算机上网 城市电网自动化、交通管理、POS机联网、金融证券、工业控制、物流管理、出租车管理、车辆调度、电子商务、移动上网

7.2 有线与无线数据通信方式的比较
传输技术 施工难度 施工周期 使用价格 维护成本 可靠性
电力载波 极易 短 低 较高 差
无线电 易（需特别审批） 短 低 较高 较差
DDN 比较难 长 极高 高 较差
ISDN 比较难 长 高 高 较高
PSTN 比较难 长 一般 高 一般
SMS/GSM 易 短 低 低 一般
CSD/GSM 易 短 高 低 较差
GPRS 易 短 低 低 较高
CDMA 易 短 低 低 较高

8 第七章 几种重要的组网方案
根据用户数据中心接入Internet的不同方式，形成以下四种应用组网方案。
8.1 方案一：用户数据中心直接使用固定的、合法IP 地址
l GPRS DTU与用户的数据中心之间通过TCP/UDP建立数据连接；
l 用户的数据中心作为通信的服务器端，具有公用的固定IP，并指定侦听端口；
l GPRS DTU与用户的数据中心之间通过TCP/UDP建立数据连接；
l GPRS DTU上服务端的IP和端口号设置为服务器固定IP地址与服务器侦听端口；GPRS DTU上电自动拨号，如果GPRS DTU与用户的数据中心之间采用TCP协议传输数据，则自动与服务器建立TCP连接；该方案适合于拥有固定IP 地址服务器的企业应用，用户数据中心直接拥有Internet 上的固定IP地址，用户设备可与用户中心直接进行双向传输。

8.2 方案二：用户数据中心没有合法的IP 地址，但连接的路由器有固定合法的IP地址
l GPRS DTU与用户的数据中心之间通过TCP/UDP建立数据连接；
l 用户的数据中心没有固定的全局IP 地址，通过路由器连接到Internet,并在路由器上配置经NAT（端口映射）映射的侦听端口；
l GPRS DTU上服务端的IP和端口号设置为固定服务器IP地址与路由器上NAT映射的侦听端口。GPRS DTU上电自动拨号，如果GPRS DTU与用户的数据中心之间采用TCP协议传输数据，则自动与服务器建立TCP连接；该方案同样适合于拥有固定IP服务器的企业应用，用户数据中心只拥有内部局域网上的私有地址，并位于具有固定IP地址的路由器后面，GPRS/CDMA DTU透过路由器上的NAT与数据中心建立TCP连接。

8.3 方案三：用户数据中心采用动态IP 地址
l GPRS DTU与用户的数据中心之间通过TCP/UDP建立数据连接；
l 用户的数据中心没有固定的全局IP地址，通过ADSL等调制解调器设备连接到Internet。ADSL Modem上电自动拨号获得动态IP地址，数据中心安装动态域名解析服务程序；
l GPRS DTU设备上的服务端IP和端口号设置为数据中心服务器的域名（可以被域名解析服务程序解析得域名）和侦听端口号，如果为TCP 连接方式则自动与ADSL等调制解调器设备建立TCP连接。对于一些应用相对简单、终端数量的容量和实时性要求不高、或者运行经费有限的应用，比如一些查询类业务、和通信不很频繁的业务等，可采用动态IP的简单网络模式。用户数据中心通过PSTN、ADSL、GPRS、CDMA 等通信模式接通INTERNET，运行数据中心程序，实现终端设备与数据中心的组网通信。

8.4 方案四：用户数据中心通过专线方式直接连接到GPRS或CDMA 1X网络。
l GPRS DTU与用户的数据中心之间通过TCP/UDP建立数据连接；
l 用户的数据中心通过专线方式申请GPRS/CDMA1X网络上固定的IP地址，并指定侦听端口：
l GPRS DTU上设置服务端的IP和端口号为用户数据中心的固定IP地址及侦听端口，DTU上电自动拨号，如果GPRS/CDMA DTU与用户的数据中心之间采用TCP协议传输数据，则自动与服务器建立TCP连接；由于方案一到方案三均是在公共的互联网络中进行传输，在一些安全性要求较高的情况下，无法使用这些方案，就可以采用方案四专线接入模式进行，这样就可以保证网络和数据的完全可靠，典型的应用是移动支付类（无线POS）的业务。该专用网络需与移动运营商共同建立，租用运营商的端口和接入线路，它是在运营商的GPRS 网络或者CDMA 网络中虚拟一个专用网络(VPN)，所有终端分配在一个特定的号段内。中国移动和中国联通都开展VPN接入的业务，使用运营商所分配的专用接入号码，该方案由于需要租用当地移动通信网络运营商的接入通道（光纤或者DDN专线等）、端口等，使用费用相对较高。

9 第八章 附录
常见英文缩写对照表
APN 接入点名称 Access Point Name
BSC 基站控制器 Base Station Controller
BSS 基站系统 Base Station System
BTS 基站收发系统 Base Transeiver System
CDMA 码分多址 Code Division Multiple Access
DDN 数字数据网 Digital Data Network
DHCP 动态主机配置协议 Dynamic Host Configuration Protocol
DNS 域名系统 Domain Name System
GGSN GPRS支持节点网关 Gateway GPRS Support Node