一． 技術(shù)背景

１．GPRS與CDMA

無線移動通訊網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，特別是GPRS和CDMA數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的出現(xiàn)，為各種智能設(shè)備的遠(yuǎn)程無線通訊提供了新的手段，也成為了嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域。

GPRS 是通用分組無線業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service)的英文簡稱，是在現(xiàn)有GSM 系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務(wù)，目的是為GSM 用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS 采用與GSM 同樣的無線調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)、同樣的頻帶、同樣的突發(fā)結(jié)構(gòu)、同樣的跳頻規(guī)則以及同樣的TDMA 幀結(jié)構(gòu)，這種新的分組數(shù)據(jù)信道與當(dāng)前的電路交換的話音業(yè)務(wù)信道極其相似。因此，現(xiàn)有的基站子系統(tǒng)(BSS)從一開始就可提供全面的GPRS 覆蓋。GPRS 允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源。從而提供了一種高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。GPRS 理論帶寬可達171.2Kb/s，實際應(yīng)用帶寬大約在10~70Kb/s，在此信道上提供TCP/IP 連接，可以用于INTERNET 連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?yīng)用。

CDMA是Code Division Multiple Access的英文縮寫，直譯為碼分多址分組數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。CDMA是由美國軍方研制的一種安全性很高的通信技術(shù)，是在數(shù)字?jǐn)U頻通信基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種嶄新而成熟的無線通信技術(shù)。 CDMA技術(shù)的原理是基于擴頻技術(shù)，即將需傳送的具有一定信號帶寬的信息數(shù)據(jù)，用一個帶寬遠(yuǎn)大于信號帶寬的高速偽隨機碼進行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號的帶寬被擴展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接收端使用完全相同的偽隨機碼，與接收的帶寬信號作相關(guān)處理，把寬帶信號換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號即解擴，以實現(xiàn)信息通信。另外，CDMA系統(tǒng)采用編碼技術(shù)，其編碼有4.4億種數(shù)字排列，每部終端的編碼還隨時變化，這使得盜碼只能成為理論上的可能。 無線上網(wǎng)終端與聯(lián)通總部間的CDMA 1X分組網(wǎng)PDSN間的通信采用CDMA加密技術(shù)，所以可以充分保證無線終端與聯(lián)通總部CDMA 1X分組網(wǎng)PDSN間通信路由的安全性。

二． DTU

１． 概念:

DTU全稱數(shù)據(jù)傳輸單元，在國內(nèi)目前實際上對 DTU具有更加明確的約定：DTU是專門用于將串口數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)進行傳送的無線設(shè)備，主要就是通過GPRS，CDMA技術(shù)來實現(xiàn)通訊，紫金橋軟件支持多家DTU設(shè)備廠商的產(chǎn)品，包括GPRS DTU 和CDMA DTU。

２． GPRS DTU工作原理：

GPRS DTU主要工作模式為透明傳輸模式、命令模式、短信模式。 GPRS工作在透明數(shù)傳模式下，一旦GPRS DTU上電后自動撥號上線，通常在通過GPRS方式下PPP連接的過程中就會被分配一個動態(tài)的IP地址。在一個多終端的應(yīng)用系統(tǒng)中，每個GPRS DTU因此通過GPRS網(wǎng)絡(luò)獲得一個獨一的動態(tài)IP地址，如果終端要建立與中心數(shù)據(jù)服務(wù)器的TCP連接，那么必須要求中心數(shù)據(jù)服務(wù)器有一個固定的IP地址，或是中心數(shù)據(jù)服務(wù)器IP地址綁定一個動態(tài)域名解析，由此終端的GPRS DTU在上線后，主動向有固定IP地址或一個綁定了IP動態(tài)域名解析的域名，發(fā)送一個自身設(shè)備編號、自身動態(tài)IP地址以及端口號的注冊信息包，用于保持與中心數(shù)據(jù)服務(wù)器TCP鏈路保持活躍狀態(tài)。這種為保持與數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的TCP鏈路保持活躍狀態(tài)的注冊包，我們稱之為“心跳包”。每當(dāng)GPRS重新上電，或是應(yīng)系統(tǒng)地要求被遠(yuǎn)程喚醒、或根據(jù)GPRS DTU配置設(shè)定的發(fā)送心跳包間隔時間自動上線，GPRS DTU則應(yīng)自動的向中心發(fā)送心跳包信息，告知數(shù)據(jù)中心服務(wù)器其已保持鏈路正常。

３． 組成部份:

一般在應(yīng)用GPRS DTU組網(wǎng)時，主要由這樣幾個部分組成:

1>通過無線聯(lián)入以太網(wǎng)的用戶終端，如PLC、RTU、讀卡器等和與之相配的GPRS DTU，通訊前置機（大型系統(tǒng)采用）。

2>一個具有公網(wǎng)固定IP地址或是可做域名解析服務(wù)的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器（GPRS DTU與中心數(shù)據(jù)服務(wù)器的架構(gòu)為典型的Clinet/Server結(jié)構(gòu)）。

3>與數(shù)據(jù)中心服務(wù)器通過企業(yè)局域網(wǎng)相連的操作員工作站（工作站與中心數(shù)據(jù)服務(wù)器可采用Browser/Server結(jié)構(gòu)）。

４． 其中GPRS DTU 與別的傳輸方式相比，GPRS數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)具備以下優(yōu)點：

1> 可靠性高：

與SMS短信息方式相比，GPRS DTU采用面向連接的TCP協(xié)議通信，避免了數(shù)據(jù)包丟失的現(xiàn)象，保證數(shù)據(jù)可靠傳輸。中心可以與多個監(jiān)測點同時進行數(shù)據(jù)傳輸，互不干擾。GPRS網(wǎng)絡(luò)本身具備完善的頻分復(fù)用機制，并具備極強的抗干擾性能，完全避免了傳統(tǒng)數(shù)傳電臺的多機頻段“碰撞”現(xiàn)象。

2> 實時性強：

GPRS具有實時在線的特性，數(shù)據(jù)傳輸時延小，并支持多點同時傳輸，因此GPRS監(jiān)測數(shù)據(jù)中心可以多個監(jiān)測點之間快速，實時地進行雙向通信，滿足大多數(shù)系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸實時性的要求。

3> 監(jiān)控范圍廣：

GPRS網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)實現(xiàn)全國范圍內(nèi)覆蓋，并且擴容無限制，接入地點無限制，能滿足山區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求。

4> 系統(tǒng)建設(shè)成本低：

由于采用GPRS公網(wǎng)平臺，無需建設(shè)網(wǎng)絡(luò)，只需安裝設(shè)備就即可，建設(shè)成本低；也免去了網(wǎng)絡(luò)維護費用。

5> 系統(tǒng)運營成本相對較低：

采用GPRS公網(wǎng)通信，全國范圍內(nèi)均按統(tǒng)一費率計費，省去昂貴的漫游費用, GPRS網(wǎng)絡(luò)可按數(shù)據(jù)實際通信流量計費，(1分-3分/1K字節(jié))，也可以按包月不限流量收費，從而實現(xiàn)了系統(tǒng)較低的通信成本。

6> 可對各監(jiān)測點儀器設(shè)備進行控制：

通過GPRS數(shù)據(jù)監(jiān)控中心，可實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，例如：遠(yuǎn)程開關(guān)控制，遠(yuǎn)程復(fù)位控制，遠(yuǎn)程狀態(tài)查詢，遠(yuǎn)程參數(shù)配置，遠(yuǎn)程固件升級等。

7> 系統(tǒng)的傳輸容量，擴容性能好：

數(shù)據(jù)中心要和每一個現(xiàn)場設(shè)備實現(xiàn)實時連接。GPRS通信技術(shù)能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要；由于系統(tǒng)采用成熟的TCP/IP通信架構(gòu)，具備良好的擴展性能，一個監(jiān)控中心可輕松支持幾千個現(xiàn)場采集點的通信接入。

8> GPRS傳輸功耗小，適合野外供電環(huán)境：

雖然與遠(yuǎn)在千里的數(shù)據(jù)中心進行雙向通信，GPRS數(shù)傳設(shè)備在工作時卻只需與附近的移動基站通信即可,其整體功耗與一臺普通GSM手機相當(dāng), 平均功耗僅為200毫瓦左右，比傳統(tǒng)數(shù)傳電臺小得多。因此GPRS傳輸方式非常適合在野外使用太陽能供電或蓄電池供電的場合下使用。

５．組網(wǎng)方式：

根據(jù)用戶數(shù)據(jù)中心接入Internet的實際情況不同，主要采用以下幾種組網(wǎng)方式：

１>用戶數(shù)據(jù)中心直接使用固定的、合法IP 地址。

２>用戶數(shù)據(jù)中心沒有合法的IP 地址，但連接的路由器有固定合法的IP地址。

３>用戶數(shù)據(jù)中心采用動態(tài)IP 地址。

４>用戶數(shù)據(jù)中心通過專線方式直接連接到GPRS或CDMA 1X網(wǎng)絡(luò)。

三．應(yīng)用

目前，GPRS DTU 已被廣范應(yīng)用于電力、無線測控、路燈監(jiān)控、遠(yuǎn)程水表采集、煤礦監(jiān)控、環(huán)保、水文水利、POS機聯(lián)網(wǎng)、油田等領(lǐng)域，紫金橋軟件將帶給你更便利的解決方案。