GPRS DTU是什么?其工作原理是什么？


GPRS DTU全稱GPRS數據傳輸單元，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據通過GPRS 網絡進行傳送的GPRS無線設備。

GPRS DTU的四個核心功能：

1）內部集成TCP/IP協議棧
GPRS DTU內部封裝了PPP撥號協議以及TCP/IP協議棧并且具有嵌入式操作系統，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撥號上網以及TCP/IP數據通信的功能。 

2）提供串口數據雙向轉換功能
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據設計成“透明轉換”的方式，也就是說GPRS DTU可以將串口上的原始數據轉換成TCP/IP數據包進行傳送，而不需要改變原有的數據通信內容。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通信網絡的優點之一就是支持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（當長時間沒有數據通信時，移動網關將斷開DTU與中心的連接，心跳包就是DTU與數據中心在連接被斷開之前發送一個小數據包，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，數據中心的IP地址及端口號，串口的波特率等都是不同的。因此，GPRS DTU都應支持參數配置，并且將配置好的參數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進行工作。

GPRS DTU的擴展功能：

較為專業的GPRS DTU還提供一些擴展功能，主要包括：支持數據中心域名解析、支持遠程參數配置/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DTU具備的基本功能及增強功能：

  ZSD3120 GPRS DTU
    

ZSD3120是一款使用GPRS網絡進行無線數據傳輸的終端設備。內置西門子公司生產的工業級高可靠性GPRS引擎（MC35i／MC39i）和高速嵌入式處理器。支持PPP、TCP、UDP、ICMP等眾多復雜網絡協議和SOCKET標準，提供全透明數據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絡協議，使用RS232/485/422接口，就可以進行無線數據收發，讓你的設備能夠隨時隨地接入Internet。

基本功能	增強功能
內置TCP/IP協議棧，針對無線網   絡優化 GPRS無線數據雙向傳輸 提供RS232/485/422接口 符合ETSI GSM Phase 2+標準 支持自動心跳，保持永久在線 支持圖形化參數配置	完善的自動重聯機制,強大的數據   通道自恢復能力 支持DTU斷線告警 支持智能重連模式，大幅降低無效流量 支持中心為固定IP或動態域名 支持遠程參數配置，遠程固件升級 支持數據中心虛擬串口，兼容大量   已有應用軟件 支持遠程短信/電話喚醒 支持點對點、點對多點、多點對多   點對等  數據傳輸 支持通過串口進行固件升級 提供短信通道，內置Unicode碼表 提供DTU在線／離線電平指示腳 支持300-115200寬范圍波特率,支     持數據位,奇偶校驗位,停止位設   置,支持硬件流控 支持APN虛擬專網業務 支持現場定時發送數據采集指令,   采集指令和采集周期可隨意設置 支持透明通信模式/控制通信模式/   工業MODEM模式 支持數據中心PING操作
產品優勢
雙向100K大容量數據緩沖區，支   持大數據包傳輸 采用TCP滑動窗口技術，大幅提升數據傳輸效率 數據100%可靠收發 數據包全透明1:1真實轉換 支持多數據中心，自動切換 復合式看門狗技術，永不死機 EMC抗干擾設計，適合電磁惡劣    環境應用 適應低溫和高溫工作環境 提供功能強大的二次開發平臺

我們通過典型GPRS在線監測系統方案，來說明一下GPRS DTU的工作原理：

1）在線監測系統結構圖: 

現場采集點

現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，用戶串口設備發送的數據通過GPRS DTU終端的內部嵌入式處理器對數據進行網絡協議封裝后通過GPRS無線網絡發送到數據中心。

監控中心：

a）公網接入方案
服務器采用公網方式接入Internet，如ADSL撥號/電信專線寬帶上網等，申請動態域名或者公網固定IP地址；可以實現中小容量的數據采集應用。

b）專網接入方案
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網絡相連。由于DDN專線可提供較高的帶寬，當現場采集點數量增加，中心不用擴容即可滿足帶寬需求，可實現大容量數據采集應用。監控中心RADIUS服務器接受到GPRS網絡傳來的數據后先進行AAA認證，后傳送到監控中心計算機主機，通過系統軟件對數據進行還原顯示，并進行數據處理，這樣進一步增強了系統數據通信安全性能。


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（包括GPRS撥號參數，串口波特率，數據中心IP地址等等，事先已經配置好）。

 GPRS DTU登陸GSM網絡，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處于移動內網中，而且其內網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內的設備，通過移動網關來實現與外部Internet公網的通信。這與局域網內的電腦通過網關訪問外部網絡的方式相似。

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

具體地講，GPRS DTU通過數據中心的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，向數據中心發起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通信連接已經建立，就可以進行數據雙向通信了。

對于DTU來說，只要建立了與數據中心的雙向通信，完成用戶串口數據與GPRS網絡數據包的轉換就相對簡單了。一旦接收到用戶的串口數據，DTU就立即把串口數據封裝在一個TCP/UDP包里，發送給數據中心。反之，當DTU收到數據中心發來的TCP/UDP包時，從中取出數據內容，立即通過串口發送給用戶設備。

通過有線的數據采集中心，同時與很多個GPRS DTU進行雙向通信。這是目前GPRS DTU應用系統中最為常用的方式。

節選自 <眾山GPRS DTU數傳應用基礎知識>