GPRS DTU是什么?其工作原理是什么？


GPRS DTU全稱GPRS數(shù)據(jù)傳輸單元，在國內目前實際上對GPRS DTU具有更加明確的約定：GPRS DTU是專門用于將串口數(shù)據(jù)通過GPRS 網(wǎng)絡進行傳送的GPRS無線設備。

GPRS DTU的四個核心功能：

1）內部集成TCP/IP協(xié)議棧
GPRS DTU內部封裝了PPP撥號協(xié)議以及TCP/IP協(xié)議棧并且具有嵌入式操作系統(tǒng)，從硬件上，它可看作是嵌入式PC與無線GPRS MODEM的結合；它具備GPRS撥號上網(wǎng)以及TCP/IP數(shù)據(jù)通信的功能。

2）提供串口數(shù)據(jù)雙向轉換功能
GPRS DTU提供了串行通信接口，包括RS232,RS485,RS422等都屬于常用的串行通信方式，而且GPRS DTU在設計上大都將串口數(shù)據(jù)設計成“透明轉換”的方式，也就是說GPRS DTU可以將串口上的原始數(shù)據(jù)轉換成TCP/IP數(shù)據(jù)包進行傳送，而不需要改變原有的數(shù)據(jù)通信內容。因此，GPRS DTU可以和各種使用串口通信的用戶設備進行連接，而且不需要對用戶設備作改動。

3）支持自動心跳，保持永久在線
GPRS通信網(wǎng)絡的優(yōu)點之一就是支持GPRS終端設備永久在線，因此典型的GPRS DTU在設計上都支持永久在線功能，這就要求DTU包含了上電自動撥號、采用心跳包保持永久在線（當長時間沒有數(shù)據(jù)通信時，移動網(wǎng)關將斷開DTU與中心的連接，心跳包就是DTU與數(shù)據(jù)中心在連接被斷開之前發(fā)送一個小數(shù)據(jù)包，以保持連接不被斷開）、支持斷線自動重連、自動重撥號等特點。

4）支持參數(shù)配置，永久保存
GPRS DTU作為一種通信設備，其應用場合十分廣泛。在不同的應用中，數(shù)據(jù)中心的IP地址及端口號，串口的波特率等都是不同的。因此，GPRS DTU都應支持參數(shù)配置，并且將配置好的參數(shù)保存內部的永久存儲器件內（一般為FLASH或EEPROM等）。一旦上電，就自動按照設置好的參數(shù)進行工作。

GPRS DTU的擴展功能：

較為專業(yè)的GPRS DTU還提供一些擴展功能，主要包括：支持數(shù)據(jù)中心域名解析、支持遠程參數(shù)配置/遠程固件升級、支持遠程短信/電話喚醒、支持本地串口固件升級、提供短信通道、提供DTU在線／離線電平指示等。

這些擴展功能可以增強系統(tǒng)的可靠性，以及方便用戶的使用及維護。

下面通過眾山科技ZSD3120 GPRS DTU功能描述，來詳細列出專業(yè)DTU具備的基本功能及增強功能：

ZSD3120 GPRS DTU
ZSD3120是一款使用GPRS網(wǎng)絡進行無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕K端設備。內置西門子公司生產的工業(yè)級高可靠性GPRS引擎（MC35i／MC39i）和高速嵌入式處理器。支持PPP、TCP、UDP、ICMP等眾多復雜網(wǎng)絡協(xié)議和SOCKET標準，提供全透明數(shù)據(jù)傳輸和用戶自由控制傳輸兩種模式。同時支持點對點、點對多點、設備間、設備與中心間等各種不同的通訊模式。用戶不用關心復雜的網(wǎng)絡協(xié)議，使用RS232/485/422接口，就可以進行無線數(shù)據(jù)收發(fā)，讓你的設備能夠隨時隨地接入Internet。

我們通過典型GPRS在線監(jiān)測系統(tǒng)方案，來說明一下GPRS DTU的工作原理：

1）在線監(jiān)測系統(tǒng)結構圖:

現(xiàn)場采集點

現(xiàn)場采集點的用戶串口設備（可以是各種儀表/PLC/單片機/PC等），通過RS232或RS485/RS422接口與GPRS DTU終端相連，用戶串口設備發(fā)送的數(shù)據(jù)通過GPRS DTU終端的內部嵌入式處理器對數(shù)據(jù)進行網(wǎng)絡協(xié)議封裝后通過GPRS無線網(wǎng)絡發(fā)送到數(shù)據(jù)中心。

監(jiān)控中心：

a）公網(wǎng)接入方案
服務器采用公網(wǎng)方式接入Internet，如ADSL撥號/電信專線寬帶上網(wǎng)等，申請動態(tài)域名或者公網(wǎng)固定IP地址；可以實現(xiàn)中小容量的數(shù)據(jù)采集應用。

b）專網(wǎng)接入方案
服務器采用省移動通信公司提供的DDN專線, 申請配置固定IP地址，與GPRS網(wǎng)絡相連。由于DDN專線可提供較高的帶寬，當現(xiàn)場采集點數(shù)量增加，中心不用擴容即可滿足帶寬需求，可實現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)采集應用。監(jiān)控中心RADIUS服務器接受到GPRS網(wǎng)絡傳來的數(shù)據(jù)后先進行AAA認證，后傳送到監(jiān)控中心計算機主機，通過系統(tǒng)軟件對數(shù)據(jù)進行還原顯示，并進行數(shù)據(jù)處理，這樣進一步增強了系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信安全性能。


GPRS DTU工作過程描述：

GPRS DTU上電后，首先讀出內部FLASH中保存的工作參數(shù)（包括GPRS撥號參數(shù)，串口波特率，數(shù)據(jù)中心IP地址等等，事先已經(jīng)配置好）。

GPRS DTU登陸GSM網(wǎng)絡，然后進行GPRS PPP撥號。撥號成功后，GPRS DTU將獲得一個由移動隨機分配的內部IP地址(一般是10.X.X.X)。也就是說，GPRS DTU處于移動內網(wǎng)中，而且其內網(wǎng)IP地址通常是不固定的，隨著每次撥號而變化。 我們可以理解為GPRS DTU這時是一個移動內部局域網(wǎng)內的設備，通過移動網(wǎng)關來實現(xiàn)與外部Internet公網(wǎng)的通信。這與局域網(wǎng)內的電腦通過網(wǎng)關訪問外部網(wǎng)絡的方式相似。

GPRS DTU主動發(fā)起與數(shù)據(jù)中心的通信連接，并保持通信連接一直存在。 由于GPRS DTU處于移動內網(wǎng)，而且IP地址不固定。因此，只能由GPRS DTU主動連接數(shù)據(jù)中心，而不能由數(shù)據(jù)中心主動連接GPRS DTU。這就要求數(shù)據(jù)中心具備固定的公網(wǎng)IP地址或固定的域名。數(shù)據(jù)中心的公網(wǎng)IP地址或固定的域名作為參數(shù)存儲在GPRS DTU內，以便GPRS DTU一旦上電撥號成功，就可以主動連接到數(shù)據(jù)中心。

具體地講，GPRS DTU通過數(shù)據(jù)中心的IP地址（如果是采用中心域名的話，先通過中心域名解析出中心IP地址）以及端口號等參數(shù)，向數(shù)據(jù)中心發(fā)起TCP或UDP通信請求。在得到中心的響應后，GPRS DTU即認為與中心握手成功，然后就保持這個通信連接一直存在，如果通信連接中斷，GPRS DTU將立即重新與中心握手。

由于TCP/UDP通信連接已經(jīng)建立，就可以進行數(shù)據(jù)雙向通信了。

對于DTU來說，只要建立了與數(shù)據(jù)中心的雙向通信，完成用戶串口數(shù)據(jù)與GPRS網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包的轉換就相對簡單了。一旦接收到用戶的串口數(shù)據(jù)，DTU就立即把串口數(shù)據(jù)封裝在一個TCP/UDP包里，發(fā)送給數(shù)據(jù)中心。反之，當DTU收到數(shù)據(jù)中心發(fā)來的TCP/UDP包時，從中取出數(shù)據(jù)內容，立即通過串口發(fā)送給用戶設備。

通過有線的數(shù)據(jù)采集中心，同時與很多個GPRS DTU進行雙向通信。這是目前GPRS DTU應用系統(tǒng)中最為常用的方式。

節(jié)選自 <眾山GPRS DTU數(shù)傳應用基礎知識>