基于GPRS DTU 實現數據監控系統方案介紹

第一部分   GPRS網絡簡介(現已經全部升級為4G網絡）

GPRS是目前解決移動通信信息服務的一種較完美的業務，它是以數據流量計費、或大數據的包月包年計費。覆蓋范圍廣泛、數據傳輸速度更快。GPRS的推出，為行業和企業用戶開展無線數據傳輸提供了基礎設施平臺，為推動移動辦公的應用和發展創造了有利條件。與有線網絡相比，GPRS網絡具有租用費用低、移動辦公，不受地域制約等優點。GPRS的出現為企業和行業用戶開展無線辦公提供了一種新的選擇。

GPRS通信方式更適合于監控數據采集業務，目前監控中心與各數據采集點大部分采用有線交互傳輸，甚至有些偏遠采集點要有線網絡接入成了不可能。月租費太高，用電話線傳送數據按時間計費，帶來諸多不便，費用也不便宜。、

GPRS網絡優點

1、覆蓋范圍。構建采集傳輸系統要求數據通信覆蓋范圍廣，擴容無限制，接入地點無限制，能滿足山區、鄉鎮和跨地區的接入需求。由于采集點數量眾多，分布在全省范圍內，部分采集點位于偏僻地區，而且地理位置分散。另外，還必須考慮今后系統擴充的可能，必須具有良好的可擴展性。由于目前GPRS已覆蓋省內絕大部分地區，能夠滿足數據傳輸系統對覆蓋范圍的要求。

2、數據傳輸速率高。目前GPRS實際數據傳輸速率在40Kbps左右，完全能滿足監控數據傳輸速率的需求。

3、系統的傳輸容量大。數據控制中心要和每一個采集點實現實時連接。由于采集點數量眾多，系統要求能滿足突發性數據傳輸的需要，而GPRS技術能很好地滿足傳輸突發性數據的需要。

4、通信費用控制靈活。采用傳統的有線方式建立數據傳輸系統，必須租用專線或電話線進行連接。由于采集點必須與中心隨時保持連線狀態，而每次數據發送的數據量很小，線路資源利用率很低，平均每一個采集點每月的線路費用為800～1200元。而如果采用GPRS通信方式，由于GPRS采用按數據流量計費的方式，資源利用率高，月通信費用將在200元之內，如果數據量很大的情況下也可按包月或包年計費。

5、良好的實時響應與處理能力。與短消息服務比較，由于GPRS具有實時在線特性，系統無時延，可很好的滿足系統對數據采集和傳輸實時性的要求。

第二部分  廈門才茂通信科技有限公司介紹

廈門才茂通信2002年開始關注基于GPRS/CDMA的2.5G無線應用技術，并定位終端產品的研發，生產和銷售，是基于GPRS和CDMA1X等無線通信傳輸終端的專業科研和生產企業，總公司設在廈門，先后在福州、深圳、成都、重慶、西安、上海、山東和北京等地設立了辦事機構。廈門才茂通信科技有限公司擁有一批高素質、有朝氣的研發人員和富有團隊意識、敢于創新和勇于負責的管理隊伍，具備豐富的無線應用終端產品研發經驗和雄厚的資金實力，于2003年成為廈門市科技局重點扶植的高新技術企業。

 公司堅持以人為本、內誠外毅；技術至上、精益求精的經營理念，積極進取、努力實踐、追求卓越、協作競爭。為 了給市場提供穩定可靠、功能完善的工業產品，公司自主開發了完整、穩定的 TCP/IP 協議棧，此程序是同行唯一獲得國家著作權保護的軟件技術。公司十分注重深入各行業實際的應用現場，充分了解我國目前 GPRS/CDMA 2.5G 網絡狀況，并依靠國外通信模塊的強勁技術支持，最終為客戶研發了具有完美品質的行業傳輸終端產品。

隨著信息化的發展，DTU已經完全取代了以往的各種有線接入。而以往的有線連接必須依賴于網絡布線、固定電話線路，對于發展移動性的服務、增設新的服務網點、增設臨時性的窗口常會受到有線連接的困擾。同時布線還需要昂貴的費用和鋪設時間，對已有的網絡也會有影響，所以有線連接已經嚴重限制了目前各種信息化應用的主要原因。

才茂 GPRS DTU(本文簡稱DTU)為用戶提供高速、永遠在線、透明數據傳輸的虛擬專用數據通信網絡。主要針對電力系統自動化、工業監控、交通管理、氣象、金融、環保監測、煤礦、油田、證券等行業的應用，利用GPRS網絡平臺實現數據信息的透明傳輸，同時考慮到各應用部門組網方面的需要，在網絡結構上實現虛擬數據專用網。

產品特點

u 采用低功耗高性能的嵌入式處理器，可高速處理協議和大量數據

u 內嵌標準的TCP/IP協議棧，數據終端永遠在線

u 支持全透明方式下多中心數據傳輸

u 支持根據域名和IP地址訪問中心

u 多種工作模式選擇，使用方便、靈活

u 軟硬件看門狗設計，保證系統穩定

u 采用5V~35V電壓，供電電源適應性更寬

u 抗干擾設計，適合電磁環境惡劣的應用需求

u 方便的系統配置和維護借口

u 支持串口軟件升級和遠程維護

u 智能防掉線，支持在線檢測，在線維持，確保設備永遠在線。

u 支持虛擬值守VWM（Virtual Man Watch）功能，確保系統穩定可靠

u 數據包傳輸狀態報告。

u 標準的AT命令界面

u 同時支持LINUX和WINDOWS操作系統

第三部分  解決方案

1、系統綜合拓撲圖：

 2、系統組成

本數據采集系統由控制中心；監控告警設備、和才茂通信  3150P DTU （原公司桑榮）組成。

1) 終端設備

終端器件組成: 3150P DTU、SIM卡、PLC、監控告警設備等。

u 首先對DTU進行設置，設置要連接的中心IP和端口及其它必要性的設置，設置好之后PLC或采集設備通過RS232接口和DTU相連，DTU上電之后根據事先設置好的中心IP和端口進行連接，成功連接到中心軟件后即可雙向傳輸數據。

u 監控開關量：蓄電池欠壓告警、負載故障（關斷、過載、短路）告警、子陣輸入故障告警、控制器故障告警、組件被盜告警、油機啟動信號、油機故障告警、風力機輸入故障告警；蓄電池過壓告警、蓄電池過溫告警、控制器過溫告警等數據通過DTU實時傳輸到監控中心。

目的：建立監控中心與采集點之間的信息網絡，完整、及時、準確采集告警數據，實現控制中心對采集點的管理、統計、分析，同時支持采集點基本日常業務管理，提高管理部門和采集點的工作效率。

2) 監控中心部分：寬帶網絡、服務器、PC、組態軟件或其它中心軟件。

u 首先用某臺能上網的PC機，條件必須能讓外網訪問的到，如運行中心軟件的PC機在局域網里面，那要在局域網路由器做端口映射到本機PC，等這些條件具備之后在本機運行一個中心DEMO或組態軟件，開放一個端口，運行軟件等待DTU的連接。

u DTU連接中心后，就可按要求進行傳輸數據，中心收到數據后，通過系統進行解密、過濾、篩選，最終獲得所需要的數據進行分析、統計等工作。

目的:主要是監控中心對所有采集數據的集成。并且通過網絡將各個采集數據和中心監控部門聯系起來，及時的反饋數據采集點各類信息，提供管理部門制訂計劃。

通道建立成功后，DTU串口實時監控采集器的數據，只要串口有數據過來，DTU將全透明進行實時傳輸。如果數據量小，或需要定時傳輸數據的，DTU可選數據激活、電話呼叫或短信激活等模式，或根據實際應用也可考慮修改軟件來實現數據傳輸的需要。這樣就可靈活應用不同的數據傳輸需求來采取不同的傳輸方式，以減少及節約不必要的傳輸費用。

3、組網實施

方案一： 中心采用公網固定IP

中心采用ADSL等INTELNET公網連接，采用公網固定IP服務的。

此種方案向先INTERNET運營商申請ADSL等寬帶業務，中心有公網固定IP的。

監控點（無線數傳終端）直接向設定好的中心固定IP發起連接。

方案二：公網動態IP ＋ 域名(DNS)解析

中心采用ADSL等INTELNET公網連接，采用公網動態IP+DNS解析服務的。

客戶先與DNS服務商聯系開通動態域名，監控點(無線數傳終端)先采用域名尋址方式連接DNS服務器，再由DNS服務器找到中心公網動態IP，建立連接。也就是說當DTU上線后首先去連接設定好的DNS域名,再通過DNS服務器找到此域名當時在公網的動態IP,之后DTU再去連接這個IP及端口。

此種方式可以大大節約公網固定IP的費用，但穩定性受制于DNS服務器的穩定，所以要尋找可靠的DNS服務商。此種方案適合小規模應用。

方案三： APN專線

中心采用APN專線， 所有點都采用內網固定IP

u 客戶中心通過一條2M APN專線接入移動公司GPRS網絡，雙方互聯路由器之間采用私有固定IP地址進行廣域連接，在GGSN與移動公司互聯路由器之間采用GRE隧道。

u 為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請該APN。用于GPRS專網的SIM卡才能進入專網APN，防止其他非法用戶的進入。

u 用戶在內部建立RADIUS服務器，作為內部用戶接入的遠程認證服務器（或在APN路由器內，啟用路由器本地認證功能）。只有通過認證的用戶才允許接入，用以保證用戶內部安全。

u 用戶在內部建立DHCP服務器（或在APN路由器內，啟用DHCP功能），為通過認證的用戶分配用戶內部地址。

u 移動終端和服務器平臺之間采用端到端加密，避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。

雙方采用防火墻進行隔離，并在防火墻上進行IP地址和端口過濾。

此種方案無論實時性，安全性和穩定性較前一種方案都有大大提高，適合于安全性要求較高、數據點比較多、實時性要求較高的應用環境。在資金允許的情況下之最佳組網方式。

業務流程 

GPRS專網系統終端上網登錄服務器平臺的流程為（現在已經全面升級為4G 網絡）： 

1）用戶發出GPRS登錄請求，請求中包括由移動公司為GPRS專網系統專門分配的專網APN； 

2）根據請求中的APN，SGSN向DNS服務器發出查詢請求，找到與企業服務器平臺連接的GGSN，并將用戶請求通過GTP隧道封裝送給GGSN； 

3）GGSN將用戶認證信息（包括手機號碼、用戶賬號、密碼等）通過專線送至Radius進行認證； 

4）Radius認證服務器看到手機號等認證信息，確認是合法用戶發來的請求，向DHCP服務器請求分配用戶地址； 

5）Radius認證通過后，由Radius向GGSN發送攜帶用戶地址的確認信息； 

6）用戶得到了IP地址，就可以攜帶數據包，對GPRS專網系統信息查詢和業務處理平臺進行訪問。

方案四：中心無線路由器接入

此方案在中心無寬帶條件接入的情況下采用，但要有GPRS或CDMA網絡覆蓋。

   1.中心采用無線路由器，采用DNS解析方式，穩定性較差。

   2.中心采用無線路由器，申請固定IP，穩定性好，推薦此方式。

   3.中心采用無線路由器，申請APN專線，穩定性較好，此方式為最佳

備注:如果主站是通過串口接收軟件的，那中心主站就要應用轉發軟件(本公司提供)，也就是說接收到的數據轉發到某個串口中(虛擬串口)，具體應用到時另與技術部聯系提供資料。

四．總結

以GPRS為基礎的無線數據系統有很廣泛的應用，GPRS使互聯網進入無線領域，一直延伸到手掌上。除了支持傳統的互聯網應用，GPRS也可使無線終端支持B2B、B2C的電子商務和電子支付、股票交易、銀行轉帳等應用。GPRS同樣可以應用于公司內部網(INTRANET)，基于IP的遠程LAN接入，使無線終端成為LAN的延伸，幾乎所有低速率的數據傳輸服務都可以應用，如對電力系統自動化、工業監控、交通管理、氣象、金融、環保監測、煤礦、油田、證券等行業領域的應用。