一、技術(shù)背景
１．GPRS與CDMA
無(wú)線移動(dòng)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(wú)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(gè)重要領(lǐng)域。
GPRS 是通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service)的英文簡(jiǎn)稱，是在現(xiàn)有GSM 系統(tǒng)上發(fā)展出來(lái)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(wú)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(wú)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(dá)171.2Kb/s，實(shí)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(guó)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(lái)的一種嶄新而成熟的無(wú)線通信技術(shù)。 CDMA技術(shù)的原理是基于擴(kuò)頻技術(shù)，即將需傳送的具有一定信號(hào)帶寬的信息數(shù)據(jù)，用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的高速偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬被擴(kuò)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(jī)碼，與接收的帶寬信號(hào)作相關(guān)處理，把寬帶信號(hào)換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號(hào)即解擴(kuò)，以實(shí)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(shí)變化，這使得盜碼只能成為理論上的可能。 無(wú)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(wú)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
概念:
DTU全稱數(shù)據(jù)傳輸單元，在國(guó)內(nèi)目前實(shí)際上對(duì) 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(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳送的無(wú)線設(shè)備，主要就是通過(guò)GPRS，CDMA技術(shù)來(lái)實(shí)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。
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(dòng)撥號(hào)上線，通常在通過(guò)GPRS方式下PPP連接的過(guò)程中就會(huì)被分配一個(gè)動(dòng)態(tài)的IP地址。在一個(gè)多終端的應(yīng)用系統(tǒng)中，每個(gè)GPRS DTU因此通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)獲得一個(gè)獨(dú)一的動(dòng)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(gè)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(gè)動(dòng)態(tài)域名解析，由此終端的GPRS DTU在上線后，主動(dòng)向有固定IP地址或一個(gè)綁定了IP動(dòng)態(tài)域名解析的域名，發(fā)送一個(gè)自身設(shè)備編號(hào)、自身動(dòng)態(tài)IP地址以及端口號(hào)的注冊(cè)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(cè)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(shí)間自動(dòng)上線，GPRS DTU則應(yīng)自動(dòng)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。
組成部份:
一般在應(yīng)用GPRS DTU組網(wǎng)時(shí)，主要由這樣幾個(gè)部分組成:
1>通過(guò)無(wú)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(jī)（大型系統(tǒng)采用）。
2>一個(gè)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(guò)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)）。
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(diǎn)：
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(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)同時(shí)進(jìn)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(jī)制，并具備極強(qiáng)的抗干擾性能，完全避免了傳統(tǒng)數(shù)傳電臺(tái)的多機(jī)頻段“碰撞”現(xiàn)象。
實(shí)時(shí)性強(qiáng)：
GPRS具有實(shí)時(shí)在線的特性，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延小，并支持多點(diǎn)同時(shí)傳輸，因此GPRS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中心可以多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間快速，實(shí)時(shí)地進(jìn)行雙向通信，滿足大多數(shù)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集和傳輸實(shí)時(shí)性的要求。
監(jiān)控范圍廣：
GPRS網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)全國(guó)范圍內(nèi)覆蓋，并且擴(kuò)容無(wú)限制，接入地點(diǎn)無(wú)限制，能滿足山區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求。
系統(tǒng)建設(shè)成本低：
由于采用GPRS公網(wǎng)平臺(tái)，無(wú)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(hù)費(fèi)用。
系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)成本相對(duì)較低：
采用GPRS公網(wǎng)通信，全國(guó)范圍內(nèi)均按統(tǒng)一費(fèi)率計(jì)費(fèi)，省去昂貴的漫游費(fèi)用, GPRS網(wǎng)絡(luò)可按數(shù)據(jù)實(shí)際通信流量計(jì)費(fèi)，(1分-3分/1K字節(jié))，也可以按包月不限流量收費(fèi)，從而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)較低的通信成本。
可對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)儀器設(shè)備進(jìn)行控制：
通過(guò)GPRS數(shù)據(jù)監(jiān)控中心，可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(jí)等。
系統(tǒng)的傳輸容量，擴(kuò)容性能好：
數(shù)據(jù)中心要和每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)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(kuò)展性能，一個(gè)監(jiān)控中心可輕松支持幾千個(gè)現(xiàn)場(chǎng)采集點(diǎn)的通信接入。
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(jìn)行雙向通信，GPRS數(shù)傳設(shè)備在工作時(shí)卻只需與附近的移動(dòng)基站通信即可,其整體功耗與一臺(tái)普通GSM手機(jī)相當(dāng), 平均功耗僅為200毫瓦左右，比傳統(tǒng)數(shù)傳電臺(tái)小得多。因此GPRS傳輸方式非常適合在野外使用太陽(yáng)能供電或蓄電池供電的場(chǎng)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(shí)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(méi)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(dòng)態(tài)IP 地址。
４>用戶數(shù)據(jù)中心通過(guò)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(wú)線測(cè)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(jī)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。
