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香港東輝智能儀表無線(GPRS)數傳解決方案

東輝智能儀表無線(GPRS)數傳解決方案
1. 概述
隨著社會的發展,各種工控現場或管網測量點數據越來越多,這些數據的采集和及時傳輸是工控現場或管網穩定、可靠運行的保證,要求計算機監測系統必須能夠在較低費用的前提下提供及時、準確的信息。然而,在使用的過程中,傳統有線、無線的監測系統的不足之處逐漸凸現出來。采用電話線傳輸數據,不能保證實時性;采用無線電臺,解決誤碼率和波特率的矛盾尤其抗干擾是一個令人頭疼的問題;采用專線電路,不可能對所有大面積分散的數據采集子站進行專線鋪設,更不能承擔高昂的運行費用。
針對這些問題,采用先進成熟的GPRS 無線模塊為遠程數傳模塊,依托穩定、可靠的中國移動GPRS網絡,在保證數據傳輸的及時、準確、穩定的前提下,將系統運行費用也降低到了最低;節約了用戶的初期建設投資和運行維護費用。
GPRS網絡簡介
中國移動自2002年5月18日始正式商用GPRS網絡,和手機信號一樣,地區的覆蓋率超過90%,GPRS信號達到了無盲區覆蓋。
GPRS網絡快捷登錄,實時在線,按流量計費,高速傳輸,理論帶寬可達171.2Kb/s,實際應用帶寬大約在40-100Kb/s,在此信道上提供TCP/IP連接,可以用于INTERNET連接、數據傳輸等應用;

基于GPRS網絡的東輝智能儀表無線數據傳輸系統
系統簡介
該系統是集計算機技術、無線通信技術及數據采集技術于一體的綜合系統,通過東輝智能儀表,獲取各終端的傳感器數據,通過RS-485總線將數據傳給GPRS數據傳輸單元(也稱DTU),DTU內置SIM手機卡并開通GPRS功能,手續可到當地移動公司辦理(一般包月20元50M流量),DTU必須首先配置好各項參數包括數據處理中心的域名、網址或IP地址以及RS-485接口速率等參數,將DTU接入中國移動GPRS無線網絡,中國移動GPRS網絡與Internet互聯網是無縫連接的;數據處理中心可以通過各種方式(專線,無線,撥號上網,ADSL等)也接入Internet互聯網,經濟的方法一般是ADSL接入,動態獲得公網IP地址,也可為數據中心申請固定域名,在DTU中設置數據中心的域名,通過域名解析方法,實現數據傳輸,與現場采集點 DTU實現數據通信,并通過查詢或直接實時接收獲得傳感器終端數據,經過處理后,以圖表形式顯示,或做成WWW服務器,可供用戶通過網頁方式在各地互聯網通過WINDOWS瀏覽器查詢訪問數據,同時也可將報警等信息通過GPRS無線MODEM以短信形式發給手機,實現對各采集點終端的全面監控。
基于GPRS無線數據傳輸系統結構

圖二:基于GPRS無線數據傳輸系統結構示意圖
對于數據處理中心原有的RS-232串口接入處理系統,可以通過虛擬串口軟件,將互聯網的TCP/IP數據包數據模擬成一個串口數據,終端采集的數據就可經過GPRS無線DTU通過這個虛擬串口和原有系統進行透明傳輸無縫銜接。數據處理中心如果沒有固定公網IP,可到域名服務商那里申請免費或收費的固定域名,并運行域名客戶端軟件(比如:花生殼之類),再在接入路由器上做個端口映射,就可解決沒有固定公網IP的問題。
基于GPRS無線數據傳輸系統特點
(1) 透明數據傳輸:GPRS DTU直接提供RS232或RS485接口,使用簡單、方便,為用戶的數據設備提供透明傳輸通道。
(2) 無需后臺計算機支持:普通GPRS Modem通常需要附著在PC機上虛擬撥號上網,利用PC機的資源進行數據收發和協議轉換,GPRS DTU內置自動網絡連接和協議處理模塊,無需后臺計算機支持。
(3) 支持點對點、點對多點、雙向實時數據傳輸:GPRS DTU可以實現點~點、點~多點、中心~多點的對等數據傳輸,傳輸時延一般小于1秒。
(4) 永遠在線:GPRS DTU一開機就能自動登錄到GPRS 網絡上,并與您的數據中心建立通信鏈路,隨時收發用戶數據設備的數據。
(5) 按流量計費:GPRS DTU一直在線,按照接收和發送數據包的數量來收取費用,沒有數據流量的傳遞時不收費用。
(6) 高速傳輸:GPRS 網絡的傳輸速度最快將達到160Kbps,速率的高低可以由中國際法移動進行網絡設置,根據中國移動的網絡情況,目前可提供40~80Kbps的穩定數據傳輸。
GPRS計費方式
借助移動智能計費平臺,GPRS可實現靈活的計費方式:
1、按信息傳輸流量 
2、按包月形式計費
用戶可根據每月每終端所需采集的數據量,選擇合適的計費方式。按照信息產業部相關資費的規定,以上兩種計費方式的具體費用對行業用戶是相對優惠的。
實例:采用宏電GPRS無線DTU進行數傳的解決方案
DTU采用深圳宏電科技公司的無線數傳模塊H1118S,首先對DTU進行設置,步驟如下: 
(一) 對DTU進行設置
將DTU和PC用RS-232電纜連接起來,進入WIMDOWS的超級終端,并將串口速率設為57600,無校驗,8位數據,無流控;一直按住”空格”鍵,給DTU上電,直到DTU出現歡迎信息,然后按”C”鍵就可以進入配置菜單。
DTU配置列表:
1 移動服務中心設置(MSC)
2 終端單元設置
3 網絡通道設置
4 用戶串口設置
5 特殊選項設置
6 DTU配置密碼設置 
7 出廠默認設置
R 返回
? 移動服務中心的設置按照出廠默認設置。
? 終端單元設置項里面只要設置DTU身份識別碼也就是DTU的標識,長度11位,一般采用DTU的SIM卡號碼,其余均按默認設置。
? 網絡通道設置:在總列表按3進入本設置,將出現下面的選項:
網絡通道設置: 
1 通道1 
2 通道2 
3 通道3 
4 通道4 
5 通道工作模式 
6 TCP保活時間間隔 
7 DNS IP地址 
8 PPP保活時間間隔 
R 返回
DTU支持最多同時開4個網絡通道(UDP/TCP),或者開1個短信通道。
通道工作模式、TCP保活時間間隔、DNS IP地址使用于所有的通道,只用設置一次。這里先講這幾項,然后再講通道單獨的配置。
1. 通道工作模式
使用條件:啟用TDP協議=0
本版本的DTU支持單通道、主備通道、多通道三種工作方式。
單通道,指的是DTU只打開通道1。
主備通道,指的是DTU將通道1作為主,通道2作為備通道。DTU每次重新撥號后,首先打開主通道,如果主通道異常關閉,將轉向備通道,如果備通道異常關閉,又將轉向主通道。
多通道,指的是DTU每次撥號都將全部4個通道打開,條件是這些通道必須配置有固定IP或域名。當用戶發送數據時,將同時向這幾個通道發送。這種方式可以配合(通道->高級->控制級別)來靈活使用。
多通道方式不支持短信通道。
取值范圍0~2,默認0

2. TCP保活時間間隔
使用條件:通道->連網方式=1
用來維持TCP鏈路。當到達這個時間間隔時,DTU會發送一個TCP保活探測包,如果DSC的TCP服務還活著,將返回一個確認,如果在指定時間不返回,DTU會重發5次,然后關閉TCP連接。
單位分鐘,取值范圍0~120,默認5。0表示不啟用TCP保活探測。

3. PPP保活時間間隔
使用條件:使用UDP或TCP通道
用來維持PPP鏈路。當到達這個時間間隔時,DTU會發送一個PPP保活探測包,如果PPP鏈路保持正常(另外服務器也要支持),將返回一個確認,如果在指定時間不返回,DTU會重發5次,然后關閉PPP連接。
單位分鐘,取值范圍0,3~65535,默認0。0表示不啟用PPP保活探測。

4. DNS IP地址
使用條件:無
用來指定域名解釋服務器地址。

下面講述通道單獨的配置,由于每個通道的配置內容都是一致的,所以以通道1為例進行說明。
按“1”后進入通道1的配置,將出現下面的選項:
通道1設置: 
1 DSC IP地址 
2 DSC 域名 
3 DSC通訊端口 
4 本地通訊端口 
5 連網方式 
6 高級(自定義設置) 
R 返回

1. DSC IP地址
使用條件:無
對于短信通道無效。
DSC的固定IP地址。

2. DSC域名
使用條件:無
對于短信通道無效。
DSC的域名。

3. DSC通訊端口
使用條件:無
對于短信通道無效。
DSC的端口。

4. 本地通訊端口
使用條件:無
對于短信通道無效。
DTU的端口。

5. 連網方式
使用條件:無
與DSC連接的方式,0表示UDP,1表示TCP,2表示短信,3表示AT通道,4表示TCP服務通道。
取值范圍0~4,默認0

6. 高級
高級選項有多個,下面是其列表:
通道1高級設置:
1 啟用DDP協議 
2 在線報告時間間隔 
3 網絡檢測時間間隔 
4 最大登錄DSC次數
5 最大網絡檢測次數
6 控制級別
7 重連接時間間隔
8 DSC身份識別碼
R 返回
1~7項均按出廠默認配置,主要是第八項:DSC身份識別碼
該選項在兩種情況下使用,第一是呼叫DSC,第二是短信或電路通道使用。
使用在呼叫DSC時:此時必須特殊選項設置->終端類型=2,DTU將等待這個號碼的DSC呼叫觸發上線。如果沒有配置IP和域名,DTU還將使用該號碼呼叫DSC,來獲取IP(此時DSC必須使用短信呼叫DTU,該短信必須使用宏電公司的短信呼叫的內容格式)。
使用在短信或電路通道時:DTU將向這個號碼發送或接收短信數據,或進行電路撥號。
對于短信通道,這個值必填,并且必須是完整的手機號碼(11位長度),否則無法收發短信。
7. 用戶串口設置:按照用戶RS232或RS485串口設置各項參數,如果是RS485接口,流控按照半雙工設置。
? 特殊選項設置
在總列表按5進入本設置,將出現下面的選項:
特殊選項設置列表: 
1 終端類型 
2 呼叫類型 
3 呼叫時間間隔 
4 空閑下線時間間隔 
5 空閑下線模式 R 返回

1. 終端類型
使用條件:啟用TDP協議=0
終端類型有三種:一直在線、觸發上線、DSC數據回環。
一直在線:DTU一啟動就開始撥號,然后和DSC建立連接,如果中間出現異常斷開,會很快重新連接。
觸發上線:DTU啟動后并不上線,而是等待TE的數據、DSC的呼叫才上線。
DSC數據回環:DTU一啟動就開始撥號,然后和DSC建立連接,此時DSC向DTU發送的數據將被回送給DSC,而不傳給TE。此種方式一般用做測試。
5 一直在線,2 觸發上線, 9 DSC數據回環。默認5

2. 呼叫類型
使用條件:啟用TDP協議=0,終端類型=2,配置了(通道->DSC身份識別碼)
呼叫類型是指:當DTU收到TE的數據,需要上線,但是其通道沒有配置固定IP和域名因此將向DSC發起呼叫,要求DSC發送IP過來。
如果呼叫失敗后將重試(由呼叫時間間隔決定),或不再重試而丟棄數據。
0 短信, 1 電話。默認0

3. 呼叫時間間隔
使用條件:啟用TDP協議=0,終端類型=2,配置了(通道->DSC身份識別碼)
本選項設置每次呼叫之間的時間間隔。
單位秒,取值范圍0、10~65535,0表示只呼叫一次,默認0

4. 空閑下線時間間隔
使用條件:啟用TDP協議=0
本選項設置DTU在無TE數據時的下線時間。
當DTU長時間沒有收到TE的數據,已超過了本設置,就會關閉通道,以及撥號,重新等待下次上線。如果在本時間間隔內收到了來自DSC的數據(必須是用戶數據),則會將下線時間后延。
單位秒,取值范圍0、10~65535,0表示本設置不啟用,不下線,默認0

5. 空閑下線模式
使用條件:啟用TDP協議=0,空閑下線時間間隔>0
當空閑下線時間到達后,根據本設置來決定是否下線。
0 定時下線,如果是主備通道,主通道則不會下線。
3 空閑下線,如果是主備通道,主通道則不會下線。
4 定時下線,如果是主備通道,主通道也要下線。
7 空閑下線,如果是主備通道,主通道也要下線。
定時下線:指的是到達了空閑下線時間間隔,不管當前的通道是否有數據通訊,都要下線。
空閑下線:指的是只要有數據通訊,下線時間就會被推延,下線時間被重置,直到沒有數據通訊時,才會下線。
單位秒,取值范圍0、3、4、7,默認7
1 DTU通道工作模式說明
1.1 單通道
1.1.1 單通道使用環境
單通道主要使用在一個DTU對應一個DSC的環境下。
單通道一定是通道1。
1.1.2 單通道主要的參數配置
a. 通道工作模式設置為”單通道”
b. 配置通道1的相關參數。

1.2 主備通道
1.2.1 主備通道使用環境
主備通道主要使用在一個DTU對應兩個DSC的環境。
比如,使用一個UDP或TCP的通道作為主要的通訊通道,再配置一個短信通道作為備用通道,當主通道無法連接時,DTU可以轉向備用的短信通道,通過短信來傳送數據,在DTU檢測到主通道可以連接時,關閉短信通道,而重新回到主通道上。
主通道可以是短信通道,備通道也可以是UDP或TCP通道,也可以兩者都是同一類型的通道。
主通道一定是通道1,備通道一定是通道2。
1.2.2 主備通道主要的參數配置
a. 通道工作模式設置為”主備模式”
b. 配置主通道,即通道1的相關參數
c. 配置備通道,即通道2的相關參數
d. 配置空閑下線時間。DTU使用本參數來進行通道轉換,當運行在備通道時,DTU會在空閑下線時間到達后重新轉向主通道,嘗試連接,如果嘗試成功,則運行在主通道,不成功則再回到備通道。
e. 配置空閑下線模式。DTU根據本參數具定是否要轉換通道。
下面是,本參數的值在主備模式中的意義:
0: 表示定時下線,主通道不下線。
當DTU運行在主通道時,DTU會保持一直在線;
當DTU運行在備通道時,到達了空閑下線時間,不管備通道是否有數據通訊,都關閉備通道,并返回嘗試連接主通道。
3: 表示空閑下線,主通道不下線。
當DTU運行在主通道時,DTU會保持一直在線;
當DTU運行在備通道時,到達了空閑下線時間,并且備通道沒有數據通訊,才關閉備通道,并返回嘗試連接主通道。
4: 表示定時下線,主通道下線。
當DTU運行在主通道時,到達了空閑下線時間,不管主通道是否有數據通訊,都要關閉通道,并且斷開PPP連接,然后等待”重撥號時間間隔”后才重新建立主通道的連接。
當DTU運行在備通道時,到達了空閑下線時間,不管備通道是否有數據通訊,都關閉備通道,并返回嘗試連接主通道。
7: 表示空閑下線,主通道下線。
當DTU運行在主通道時,到達了空閑下線時間,并且主通道沒有數據通訊,才關閉通道,并且斷開PPP連接,然后等待”重撥號時間間隔”后才重新建立主通道的連接。
當DTU運行在備通道時,到達了空閑下線時間,并且備通道沒有數據通訊,才關閉備通道,并返回嘗試連接主通道。

1.3 多通道
1.3.1 多通道使用環境
多通道主要使用在一個DTU對應多個DSC的環境。
比如DTU需要將采集的數據同時發向3個DSC的情況。
1.3.2 多通道主要的參數配置
a. 通道工作模式設置為”多通道模式”
b. 配置需要的通道,最多支持4通道,通道類型必須通為UDP/TCP客戶端(不能是TCP服務通道,這種類型只用于單通道),或同為短信。
c. 配置各個通道的控制類型

將DTU按照以上說明設置好后 
短信通道說明
1.4 DTU短信通道運行說明
首先要配置一個短信通道,配置的方法下面描述。
當TE發送數據到DTU時,DTU將該數據(不超過140字節,超過的將進行分段)打包成短信,發送給指定的號碼(DSC身份識別碼),如果打開了調試信息或者設置了TDP協議,發送成功或失敗都會向TE發出報告。
當DTU收到短信時,首先比較短信的來源號碼是否能夠匹配“DSC身份識別碼”,不能匹配的將丟棄,匹配的將內容發送給TE。
號碼匹配可以只是某幾位,比如“DSC身份識別碼”為136,則所有包含136的短信都可以接收,但是此時這個通道就不應該設置為可以發送,因為目標號碼不完全。
結合通道中的控制級別參數,可以較好的做到短信的單發和群發。
1.5 短信通道配置
a. 配置通道類型為”短信”
b. 配置” DSC身份識別碼”為需要發送的手機或modem號碼,該識別碼也可以只是某幾位,比如138/136
1.6 短信數據格式
DTU支持兩種格式的短信發送,一種是英文(7BIT編碼),一種是自定義格式數據(UCS2編碼),長度為140字節。
英文一般用于發送給手機,手機可以識別這種格式的短信。
自定義格式用于透明傳輸,接收端要對這些短信進行識別。
目前DTU默認的是自定義格式的短信,如果要英文的短信,必須要求定制DTU。

2 TCP服務通道說明
2.1 TCP服務通道運行說明
TCP服務是作為TCP服務端的應用,他可以接受遠程TCP客戶端的連接請求。為了客戶端能找到服務端,要求DTU使用的SIM卡必須是支持固定IP的。
DTU的TCP服務通道只能應用于單通道模式,并且目前TCP服務只支持1個客戶端的連接。TCP服務應該用于透明的傳輸方式(不使用DDP協議)。
TCP服務通道的使用情形可能是下面的:
a. 點對點通訊,兩臺DTU之間的互傳,一臺作為服務端,另外一臺作為客戶端來主動連接。
b. 被動式數據上傳,DTU作為服務端,PC或其它的終端作為客戶端,主動連接DTU,然后DTU才可以進行數據通訊。這種對于中心詢問終端的方式很有用,可以比較省錢。
當TCP通道在監聽時,可以使用”空閑下線時間”這個參數來控制重撥號,因為有時撥號可能會無效。

2.2 TCP服務通道配置
a. 配置通道工作模式為”單通道”
b. 配置通道1的連網方式為”TCP服務”
c. 配置通道1的DSC IP為可以接受連接的TCP客戶端IP
d. 配置通道1的高級中的DDP協議為關閉
e. 配置空閑下線時間間隔>0,空閑下線模式為7

(二) DTU設置完成后,對DTU重新上電,并和RS-485總線相連;東輝智能儀表的數據通過GPRS無線網絡進入Internet互聯網,傳送到已申請域名的數據處理中心服務器,數據處理中心服務器如果運行WWW服務,則可供用戶通過互聯網查詢訪問,如果運行專用服務器軟件,就可將采集的數據經處理后在服務器端以圖標顯示,如果想采用原有服務器端處理程序,并且原有服務器端處理程序是通過RS232串口接受數據,則可通過在服務器上運行一個虛擬串口軟件,比如VSMP虛擬串口軟件,運行后在Windows屏幕右下角會有一個小圖標,通過VSMP的管理工具可以增加一個虛擬串口,例如COM3,將原有服務器端處理程序員的接受串口設置成COM3就可以了。
(三) 如果需要將報警信息通過短信發出去,需要在數據處理中心服務器電腦上再增加一個深圳宏電的USB接口的GPRS無線MODEM,通過在服務器上應用軟件編程,就可將需要的報警信息通過短信發出去。


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