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GPRS DTU
鎖定
GPRS DTU 簡稱GPRS模塊,即串口服務器的無線版,其功能與串口服務器類似。
- 中文名
- GPRS DTU
- 數據格式
- 1位起始位,8位數據位
- 通訊速率
- 9600bps
- 功 能
- 設置工作參數、預設報警號碼等
GPRS DTU簡介
GPRS DTU是一種物聯網無線數據終端,利用公用運營商網絡GPRS網絡(又稱G網)為用户提供無線長距離數據傳輸功能. 採用高性能的工業級8/16/32位通信處理器和工業級無線模塊,以嵌入式實時操作系統為軟件支撐平台,同時提供RS232和RS485(或RS422)接口,可直接連接串口設備,實現數據透明傳輸功能。
該GPRS DTU已廣泛應用於物聯網產業鏈中的M2M行業,如智能電網、智能交通、智能家居、金融、移動POS終端、供應鏈自動化、工業自動化、智能建築、消防、公共安全、環境保護、氣象、數字化醫療、遙感勘測、農業、林業、水務、煤礦、石化等領域。
GPRS DTU規格參數
- 電源輸入電壓:DTP_RB+ DTP_RC+: +5~12V DC。DTP_RD+: 12~24VDC功耗:最大電力消耗5W。待機電力消耗0.5W。
- 功耗待機 3G:40~55mA@12VDC 2G:36~40mA@12VDC通信 3G:88~190mA@12VDC 2G:62~68mA@12VDC
- 外型尺寸DTP_RD+型:PVC塑料外殼,尺寸:98×90×37mm外殼 金屬外殼,保護等級IP30。外殼和系統安全隔離,特別適合工控現場應用
GPRS DTU無線參數
- 支持EGSM900/GSM1800MHz雙頻,800/900/1800/1900MHz四頻可選
- GPRS multi-slot class 10
- 編碼方案:CS1~CS4
- 符合SMG31bis技術規範
- Compliant to GSM phase 2/2+
- 支持數據、語音、短信和傳真
GPRS DTU硬件系統
3、SDRAM:64MB,可擴充到256MB
4、接口:
UART:
CM3160P:1個RS232串口。
串口速率: 110bps ~ 230400bps
數據位支持: 8位 或 7位
奇偶校驗位: 無 或 奇數校驗 或 偶數校驗
停止位: 1位或 2位
流控: 無 或 RTS/CTS
串口速率: 110bps ~ 230400bps
數據位支持: 8位 或 7位
奇偶校驗位: 無 或 奇數校驗 或 偶數校驗
停止位: 1位或 2位
流控: 無 或 RTS/CTS
控制口:RS-232, 115200 bps, 8 data bits,1 stop bit, no parity (8N1)
指示燈:具有電源、通信及在線指示燈。
天線接口:標準SMA陰頭天線接口,特性阻抗50歐。
UIM卡接口:3V/5V標準的推杆式用户卡接口。
電源接口:標準的3芯火車頭電源插座。
語音接口:標準的耳機麥克風接口。
5、供電:
外接電源:DC 9V 500mA
寬電壓供電:DC 5-32V
通信電流:350mA
待機電流:35mA
6、尺寸
產品外形尺寸:92x62x22 mm(不包括天線及固定件)
產品包裝尺寸:298x226x60mm
7、重量
0.41KG
8、其他參數:
工作環境温度 -25~+65ºC
儲存温度 -40~+85ºC
相對濕度 95%(無凝結)
GPRS DTU軟件功能
- TCP/UDP透明數據傳輸;支持多種工作模式,心跳包技術
- 智能防掉線,支持在線檢測,在線維持,掉線自動重撥,確保設備永遠在線
- 支持RSA,RC4加密算法
- 支持虛擬值守VWM(Virtual Man Watch)功能,確保系統穩定可靠
- 支持DNS動態獲取,防止DNS服務器異常導致的設備當機
- 支持雙數據中心備份
- 支持多數據中心同時接受數據
- 支持短信、語音、數據等喚醒方式以及超時斷開網絡連接
- 支持短消息備份及告警
- 多重軟硬件看門狗
- 數據包傳輸狀態報告
- 標準的AT命令界面
- 可以用做普通撥號MODEM
- 支持telnet功能
- 支持遠程配置,遠程控制
- 通過串口軟件升級
GPRS DTU典型應用
- 電力監控
- 油田監測
- 遠程抄表
- 環境監測
- 氣象監測
- 水利監測
- 熱網監測
- 電錶監測
- 交通指示
- 煤炭監控
- 地震監測
- 車輛誘導
- 供水監控
- 高速公路監測
- 噪聲實時監控
- 環保重點污染源監控
- 供水管網實時傳輸監控
- 電力配網自動化遙控系統
- 各類國內外帶串口或485接口的PLC,RTU實現無線數據傳輸等
GPRS DTUDTU通信的本質
GPRS DTU最基本的用法是:在DTU中放入一張開通GPRS功能的SIM卡,DTU上電後先註冊到GPRS網絡,然後通過GPRS網絡和數據處理中心建立連接。這條連接涉及了無線網絡運營商,因特網寬 帶供應商,用户公司的網絡情況,以及用户的電腦配置等環節,因此要建立這條連接需要把各部分都配置好。
在本質上,DTU和數據處理中心建立的是SOCKET連接。DTU是SOCKET客户端,數據處理中心是SOCKET的服務端。SOCKET連接有TCP協議和UDP協議之分,DTU和中心要使用相同的協議,這個一般都有配置軟件進行配置。
DTU上電後首先註冊到移動的網絡,然後發送建立SOCKET的請求包給移動,移動把這個請求發送到因特網。中心的服務端軟件接收到請求後建立連接,併發送應答信息。
DTU發送的請求信息是因特網上的數據包,有一些原因會阻止中心收到連接請求包,這樣也就不能建立連接。最常見的有中心的電腦上有殺毒軟件、防火牆等把這些數據包給屏蔽了。另一是中心電腦是通過路由器上網的,在路由器上要設置數據轉發。SOCKET連接建立後就可以雙向通信了。
GPRS DTU工作過程
GPRS DTU登陸GSM網絡,然後進行GPRS PPP撥號。撥號成功後,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)。也就是説,GPRS DTU處於移動內網中,而且其內網IP地址通常是不固定的,隨着每次撥號而變化。 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,並保持通信連接一直存在。 由於GPRS DTU處於移動內網,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(如果是採用中心域名的話,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。在得到中心的響應後,GPRS DTU即認為與中心握手成功,然後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。
由於TCP/UDP通信連接已經建立,就可以進行數據雙向通信了。
對於DTU來説,只要建立了與數據中心的雙向通信,完成用户串口數據與GPRS網絡數據包的轉換就相對簡單了。一旦接收到用户的串口數據,DTU就立即把串口數據封裝在一個TCP/UDP包裏,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户設備。
通過有線的數據採集中心,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。
GPRS DTU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協議棧並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等都屬於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,也就是説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户設備進行連接,而且不需要對用户設備作改動。
(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、採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,並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使用場合一般可以從以下幾個實際應用角度來講:
(1) 現場只能使用無線通信環境
當數據採集現場的設備需要在移動中工作,或者採集現場處於野外等情況下,無法提供有線通信的環境。這個時候,採用GPRS無線網絡就可能是一個好的選擇,因為GPRS網絡的覆蓋率在國內已經很高,全國大部分地區均有GPRS信號覆蓋。
(2) 現場終端的傳輸距離分散
由於GPRS網絡是覆蓋全國的公共網絡,因此採用GPRS來傳輸數據的一大優勢就是現場採集點可以分步在全國範圍,數據中心與現場採集點之間的距離不受限制。無線公網通信(包括GPRS/CDMA網絡,3G網絡等)這個非常顯著的優點是專用無線通信網絡(比如數傳電台,WiMax,WLAN等)無法達到的。
(3) 適當的數據實時性要求
國內GPRS網絡,其傳輸數據的延時為秒級範圍。在絕大部分時間下,GPRS數據通信的平均整體延時為2秒左右。也就是説,從GPRS DTU端發送的數據包將大致在2秒鐘後到達數據中心。反之,從數據中的數據包也大致在2秒鐘後到達GPRS DTU。
總的來説,GPRS這種實時性,可以滿足大多數行業應用的要求。 但是,對於一些特定的應用系統,如果不能承受2秒左右的平均延時,那麼GPRS通信方式就可能是不適合的。(另外,CDMA網絡的傳輸延時也是1秒-2秒左右)。
從另一個角度來講,如果我們要設計的系統希望通過GPRS網絡來傳輸數據,那麼就要在設計通信協議時候考慮這種延時的情況。
(4) 適當的數據通信速率
GPRS DTU與數據中心的數據通信速率一般在10kbps-60kbps之間。從也就是説,GPRS DTU可以持續不斷地以10bps-60kbps的速度向中心發送數據,反之亦然。(補充説明:國內CDMA網絡的數據通信平均速率可以達到40kbps-90kbps左右)從系統應用可靠性角度來講,我們認為當應用系統本身的數據平均通信量在30kbps以內的時候,使用GPRS網絡來進行數據傳輸是比較適合的。
也可以從另外一方面,例如果通過GPRS網絡來進行遠程傳輸數據,那麼就需要把數據平均通信量控制在30kbps之內。(注意:這裏的平均持續通信速率和瞬間通信速率是有區別的,與設備串口波特率也不是同一個概念)
以上的幾點可以用於判斷應用系統是否適合採用GPRS網絡進行數據傳輸,如果這幾個方面都比較符合的話,那麼採用GPRS DTU進行數據傳輸是非常合適的。
GPRS DTU測試方法
由於GPRS DTU大多用於遙遠的監測現場,因此GPRS DTU的穩定性就變得非常重要。
很多用户選用GPRS DTU,僅在前期做了一些簡單測試就結束選型工作,實際上是很不充分的。如果選用了不穩定的GPRS DTU並大量應用, 無異於給自己的監測系統埋下了一顆定時炸彈!
如何能夠在一開始,就能全面而快速的測試GPRS DTU穩定性? 這已經成為一個重要課題!
遺憾的是,大多GPRS DTU廠家都只是宣揚自己產品穩定性好,而對於具體的穩定性測試方法,則閉口不談!
這裏,是經過驗證的GPRS DTU穩定性測試流程,希望幫助用户掌握一套全面的,可操作的GPRS DTU鑑別方法,這套測試方法,可以快速鑑別GPRS DTU的主要通信性能和穩定性。
一)在線空閒測試
測試原因:測試GPRS DTU自己維持已建鏈路的能力,當沒有數據時,GPRS DTU通過心跳保持自己的連接,GPRS DTU應至少能維持平均1小時以上的鏈路持續時間,不發生斷線重連。
測試方法:讓GPRS DTU連上數據中心後不發任何數據,觀察它能維持鏈路多久,時間越長越好。本項測試臨近結束時,應向數據中心和DTU各發幾個數據包,來驗證該DTU保持的
空閒鏈路是真實可用的,如果DTU或數據中心任何一方無法收到對方的數據包,則為不合格。
二)數據中心關閉後恢復測試
測試原因:數據中心在以後運行和維護過程中,肯定會出現臨時停止暫停服務的情況,因此需要測試GPRS DTU在數據中心恢復後的快速恢復能力。
測試方法:
讓數據中心關閉短時間,如1分鐘,然後恢復數據中心,看DTU是否能快速連接上來,恢復時間應該在5分鐘內,越快越好,重複多次該項測試,DTU必須能100%恢復連接,只要出現一次DTU始終無法恢復連接的現象,即為不合格,以此例推就就可以判斷出DTU質量.
三)頻繁雙向小數據量測試
測試原因:測試GPRS DTU頻繁收發小數據包的能力,因為日常運行中主要是小數據包的頻繁雙向收發。
測試方法:在數據中心和DTU端,每10秒向對方發送一個100字節左右的數據包,持續10分鐘,同時統計,是網絡有沒有出現斷線或是數據出現丟包丟失的情況,最好的結果是:沒有發生斷線重連,也沒有丟失任何數據包,如果出現DTU斷線後再也不上線,或上線後無法繼續雙向收發數據,即為不合格。
另外,在小數據量測試時,可以觀察是否出現丟包,或數據內容錯誤的情況,如果頻繁丟包,或出現內容錯誤,則為不合格。
小技巧:可以將DTU的串口2,3短接起來形成環路測試,這樣只需要在數據中心發送就可以進行雙向測試。
四)雙向大數據壓力測試
測試原因:某些應用需要臨時傳輸大數據量,因此該項測試也是非常必要的。
測試方法:在數據中心和DTU端,每2秒都向對方發送一個1000字節左右的數據包,持續30分鐘,並進行統計,是否出現網絡斷線的情況,以及雙方是否出現數據包丟失的情況,一般來説,壓力測試下,GPRS DTU可能會出現斷線重連,也會丟失數據包。但斷線重連的次數不應超過10次,而且次數越小越好。如果出現DTU斷線後再也不能上線,或上線後無法繼續雙向收發數據,即為不合格。
另外,大數據壓力測試時,可以觀察數據傳輸性能這個指標,一般情況下,GPRS DTU傳輸數據的速度在每秒300-1500字節範圍內,均屬於正常,但速度越快的傳輸性能越好。如果GPRS DTU的傳輸能力明顯低於該範圍,為不合格。
五)去天線測試
測試原因:某些現場,因先現場某些原因,可能出現GPRS/GSM信號臨時中斷或變弱,信號恢復正常後,GPRS DTU應能自動恢復連接,並續傳數據到數據中心。
測試方法:
1)短時間去天線:當GPRS DTU在線時,去掉GPRS DTU的天線1分鐘,然後重新裝上天線,並且在去掉GPRS DTU天線的時候下,依次向GPRS DTU提交3個100字節左右的數據包,當插上天線後,GPRS DTU必須能自動快速恢復連接,速度越快越好,並能續傳期間的數據到數據中心,3個數據包全部丟失的為不合格,數據全部上傳的為最佳。
2)長時間去天線:當GPRS DTU在線時,去掉GPRS DTU的天線30分鐘,然後重新裝上天線,當插上天線後,GPRS DTU必須能自動恢復連接,恢復時間應小於10分鐘,超出30分鐘或更長間未恢復連接的,為
不合格。
六)重複上電測試
測試原因:某些時候,現場會出現臨時斷電然後恢復的情況,GPRS DTU應能保證可靠的登錄數據中心。
測試方法:將GPRS DTU上電,然後等待GPRS DTU連接上數據中心,每次DTU都能在2分鐘內登錄到數據中心,重複進行20次測試,一旦發現有一次DTU始終無法連接到數據中心,則為不合格,如有條件可以增大測試次數。
七)撥號及短信干擾測試
測試原因:在DTU登錄或在線運行過程中,可能會收到一些不明短信或電話呼叫, GPRS DTU應能保證這些情況不影響其正常工作。
測試方法:將DTU上電,然後等待10秒左右,開始向DTU發送2條短信,以及2次呼叫,DTU應能正確的連接上數據中心。 在連接數據中心成功後,再向DTU發送2條短信,以及2次呼叫,觀察5分鐘,看DTU是否能維持鏈路,然後雙向發送10個數據包,看是否能正常收發。
八)看門狗測試(選測)
測試原因: 如果一個GPRS DTU,即使前面的測試項都通過了,但是如果它的內部看門狗沒做好,那也是有隱患的,在現場長時間連續運行,很可能還會出問題。
測試方法:看門狗的測試方法有多種,一般在內部CPU的數據總線或地址總線上,瞬間短路幾個管腳,讓其程序跑飛,或者RAM數據錯亂,也可利用外部強幹擾源進行干擾,在這種情況下,有良好看門狗機制的產品,其CPU能夠在20秒內復位,如果不能復位則不合格,重複多次測試該項,DTU必須能100%復位。
這項功能要求測試人員對DTU主板比較熟悉,而且不一定方便操作,所以設為選測項。但如有測試操作條件的,建議進行該項測試。
九)去卡測試(選測)
測試原因:如果GPRS DTU應用現場惡劣,如振動或有腐蝕性氣體,則可能造成SIM卡短時接觸不良,GPRS DTU應能自動恢復,我們用臨時取卡來模擬這種情況。
測試方法:在GPRS DTU連接數據中心時,去掉卡3秒鐘左右再插上,看GPRS DTU是否會掉線及正常收發數據,去掉卡60秒鐘左右再插上,看GPRS DTU是否會掉線。如果臨時取卡再上卡後,DTU再也無法自動連接中心的,建議不應用這類DTU到現場有振動或有腐蝕性氣體的環境。
十)電源波動測試(選測)
測試原因:如果GPRS DTU應用現場採用電池或太陽能供電,有可能出現較大範圍的電源波動,GPRS DTU應能適應這種電源波動。
測試方法:以12V電池為例,電壓波動範圍可能在5伏到14伏之間波動,所以我們在GPRS DTU連接數據中心時,將外部電源從3伏到16伏進行緩慢的升降,模擬電池的充放電情形,這項測試GPRS DTU出現復位是正常的,我們主要看GPRS DTU是否會出現再也無法連接數據中心的情況。如果經過供電電源波動後,DTU再也無法自動連接中心的,建議不應用這類DTU到現場為電池供電的環境。
十一)欠費測試(選測)
測試原因:在GPRS DTU常年運行過程中,很可能會出現因SIM卡欠費,導致無法使用GPRS業務,從而通信連接中斷的情況,在進行充值後,GPRS DTU應自動恢復與中心的連接。
測試方法:找一張欠費的SIM卡插入GPRS DTU,等待10分鐘,由於欠費,DTU是無法登錄數據中心的,這時用手機撥打該號碼,提示為已停機或已限制呼入,這時給SIM卡充值,然後用手機撥打該號碼,提示為對方振鈴或彩鈴,就表示該卡已經充值成功,GSM業務已經恢復,等待10分鐘左右,看DTU是否能自動連接到數據中心,如果DTU始終無法自行連接數據中心,並且必須要人工復位一次才能恢復連接到數據中心,則視為不合格。
補充一條,如果該DTU支持電話呼叫或發短信來進行復位,並經過測試方法有效,則應視為合格。
十二)域名解析測試(選測)
測試原因:有的應用系統,使用了域名來代替固定IP地址,這會增加一個域名解析的環節,由於域名解析服務存在臨時失效的情況,因此在使用域名解析時,需要加測這個項目。
測試方法:
1)域名失效模擬,將動態域名失效,或者靜態域名設置指向為一個無效地址,將DTU設置為通過域名尋找數據中心,上電後DTU將無法連接到數據中心,這時,恢復域名的指向,然後觀察DTU是否能自動連接到數據中心,恢復時間越短越好,如果DTU始終無法自動連接數據中心,則為不合格。
2)將設置好域名的GPRS DTU,在連接數據中心成功後,進行去天線測試(參見第五項),看是否通過測試,未通過測試的為該項不合格。
3)將設置好域名的GPRS DTU,在連接數據中心成功後,進行數據中心關閉後恢復測試(參見第二項),看是否通過測試,未通過測試的為該項不合格。
如果域名解析測試不合格,建議不應用這類DTU到使用域名解析數據中心IP地址的系統中。
其他測試項:
1)高低温測試,請參考電子產品通用測試方法。
2)衝擊振動測試,請參考電子產品通用測試方法。
- 參考資料
-
- 1. 無線報警 .豆丁網.2013-12-24[引用日期2014-01-10]