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紫金桥软件在无线领域的应用
一、技术背景

1.GPRS与CDMA

无线移动通讯网络的发展,特别是GPRS和CDMA数据通讯技术的出现,为各种智能设备的远程无线通讯提供了新的手段,也成为了嵌入式系统应用的一个重要领域。

GPRS 是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的英文简称,是在现有GSM 系统上发展出来的一种新的承载业务,目的是为GSM 用户提供分组形式的数据业务。GPRS 采用与GSM 同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的TDMA 帧结构,这种新的分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似。因此,现有的基站子系统(BSS)从一开始就可提供全面的GPRS 覆盖。GPRS 允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据,而不需要利用电路交换模式的网络资源。从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输,也适用于偶尔的大数据量传输。GPRS 理论带宽可达171.2Kb/s,实际应用带宽大约在10~70Kb/s,在此信道上提供TCP/IP 连接,可以用于INTERNET 连接、数据传输等应用。

CDMA是Code Division Multiple Access的英文缩写,直译为码分多址分组数据传输技术。CDMA是由美国军方研制的一种安全性很高的通信技术,是在数字扩频通信基础上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。 CDMA技术的原理是基于扩频技术,即将需传送的具有一定信号带宽的信息数据,用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制,使原数据信号的带宽被扩展,再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码,与接收的带宽信号作相关处理,把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩,以实现信息通信。另外,CDMA系统采用编码技术,其编码有4.4亿种数字排列,每部终端的编码还随时变化,这使得盗码只能成为理论上的可能。 无线上网终端与联通总部间的CDMA 1X分组网PDSN间的通信采用CDMA加密技术,所以可以充分保证无线终端与联通总部CDMA 1X分组网PDSN间通信路由的安全性。

 

二、DTU

  • 概念:

DTU全称数据传输单元,在国内目前实际上对 DTU具有更加明确的约定:DTU是专门用于将串口数据通过无线网络进行传送的无线设备,主要就是通过GPRS,CDMA技术来实现通讯,紫金桥软件支持多家DTU设备厂商的产品,包括GPRS DTU 和CDMA DTU。

 

  • GPRS DTU工作原理:

GPRS DTU主要工作模式为透明传输模式、命令模式、短信模式。 GPRS工作在透明数传模式下,一旦GPRS DTU上电后自动拨号上线,通常在通过GPRS方式下PPP连接的过程中就会被分配一个动态的IP地址。在一个多终端的应用系统中,每个GPRS DTU因此通过GPRS网络获得一个独一的动态IP地址,如果终端要建立与中心数据服务器的TCP连接,那么必须要求中心数据服务器有一个固定的IP地址,或是中心数据服务器IP地址绑定一个动态域名解析,由此终端的GPRS DTU在上线后,主动向有固定IP地址或一个绑定了IP动态域名解析的域名,发送一个自身设备编号、自身动态IP地址以及端口号的注册信息包,用于保持与中心数据服务器TCP链路保持活跃状态。这种为保持与数据中心服务器的TCP链路保持活跃状态的注册包,我们称之为“心跳包”。每当GPRS重新上电,或是应系统地要求被远程唤醒、或根据GPRS DTU配置设定的发送心跳包间隔时间自动上线,GPRS DTU则应自动的向中心发送心跳包信息,告知数据中心服务器其已保持链路正常。

 

  • 组成部份:

一般在应用GPRS DTU组网时,主要由这样几个部分组成:

1>通过无线联入以太网的用户终端,如PLC、RTU、读卡器等和与之相配的GPRS DTU,通讯前置机(大型系统采用)。

2>一个具有公网固定IP地址或是可做域名解析服务的数据中心服务器(GPRS DTU与中心数据服务器的架构为典型的Clinet/Server结构)。

3>与数据中心服务器通过企业局域网相连的操作员工作站(工作站与中心数据服务器可采用Browser/Server结构)。

 

  • 其中GPRS DTU 与别的传输方式相比,GPRS数据传输系统具备以下优点:
  • 可靠性高:

与SMS短信息方式相比,GPRS DTU采用面向连接的TCP协议通信,避免了数据包丢失的现象,保证数据可靠传输。中心可以与多个监测点同时进行数据传输,互不干扰。GPRS网络本身具备完善的频分复用机制,并具备极强的抗干扰性能,完全避免了传统数传电台的多机频段“碰撞”现象。

  • 实时性强:

GPRS具有实时在线的特性,数据传输时延小,并支持多点同时传输,因此GPRS监测数据中心可以多个监测点之间快速,实时地进行双向通信,满足大多数系统对数据采集和传输实时性的要求。

  • 监控范围广:

GPRS网络已经实现全国范围内覆盖,并且扩容无限制,接入地点无限制,能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。

  • 系统建设成本低:

由于采用GPRS公网平台,无需建设网络,只需安装设备就即可,建设成本低;也免去了网络维护费用。

  • 系统运营成本相对较低:

采用GPRS公网通信,全国范围内均按统一费率计费,省去昂贵的漫游费用, GPRS网络可按数据实际通信流量计费,(1分-3分/1K字节),也可以按包月不限流量收费,从而实现了系统较低的通信成本。

  • 可对各监测点仪器设备进行控制:

通过GPRS数据监控中心,可实现对现场设备的远程控制,例如:远程开关控制,远程复位控制,远程状态查询,远程参数配置,远程固件升级等。

  • 系统的传输容量,扩容性能好:

数据中心要和每一个现场设备实现实时连接。GPRS通信技术能很好地满足传输突发性数据的需要;由于系统采用成熟的TCP/IP通信架构,具备良好的扩展性能,一个监控中心可轻松支持几千个现场采集点的通信接入。

  • GPRS传输功耗小,适合野外供电环境:

虽然与远在千里的数据中心进行双向通信,GPRS数传设备在工作时却只需与附近的移动基站通信即可,其整体功耗与一台普通GSM手机相当, 平均功耗仅为200毫瓦左右,比传统数传电台小得多。因此GPRS传输方式非常适合在野外使用太阳能供电或蓄电池供电的场合下使用。

 

5.组网方式:

根据用户数据中心接入Internet的实际情况不同,主要采用以下几种组网方式:

1>用户数据中心直接使用固定的、合法IP 地址。

2>用户数据中心没有合法的IP 地址,但连接的路由器有固定合法的IP地址。

3>用户数据中心采用动态IP 地址。

4>用户数据中心通过专线方式直接连接到GPRS或CDMA 1X网络。

 

三.应用

目前,GPRS DTU 已被广范应用于电力、无线测控、路灯监控、远程水表采集、煤矿监控、环保、水文水利、POS机联网、油田等领域,紫金桥软件将带给你更便利的解决方案。