【miscellaneous】GPRS本质论

GPRS DTU最基本的用法是：在DTU中放入一张开通GPRS功能的SIM卡，DTU上电后先注册到GPRS网络，然后通过GPRS网络和数据处理中心建立连接。这条连接涉及了无线网络运营商，因特网宽 带供应商，用户公司的网络情况，以及用户的电脑配置等环节，因此要建立这条连接需要把各部分都配置好。

在本质上，DTU和数据处理中心建立的是SOCKET连接。DTU是SOCKET客户端，数据处理中心是SOCKET的服务端。SOCKET连接有TCP协议和UDP协议之分，DTU和中心要使用相同的协议，这个一般都有配置软件进行配置。

给DTU配置好中心的IP地址和端口号后，则把DTU通过串口和用户的设备相连。DTU和水文、电力、气象、环保等用户设备通过串口连起来放置在现场。

DTU上电后首先注册到移动的网络，然后发送建立SOCKET的请求包给移动，移动把这个请求发送到因特网。中心的服务端软件接收到请求后建立连接，并发送应答信息。

DTU发送的请求信息是因特网上的数据包，有一些原因会阻止中心收到连接请求包，这样也就不能建立连接。最常见的有中心的电脑上有杀毒软件、防火墙等把这些数据包给屏蔽了。另一是中心电脑是通过路由器上网的，在路由器上要设置数据转发。SOCKET连接建立后就可以双向通信了。

工作过程

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。

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使用场合一般可以从以下几个实际应用角度来讲：

（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网络的覆盖率在国内已经很高，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

国内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。

也可以从另外一方面，例如果通过GPRS网络来进行远程传输数据，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。