GPRS DTU快速应用教程

GPRS DTU 快 速 应 用 教 程 - 网 络 设 置 篇 天 津 昆 新 科 技 有 限 公 司 概 述 本 指 南 主 要 面 向 初 次 接 触 GPRS DTU 应 用 的 工 程 技 术 人 员 以 及 系 统 开 发 人 员, 我 们 将 介 绍 怎 样 快 速 部 署 一 个 可 用 的 GPRS DTU 开 发 和 应 用 环 境 GPRS DTU 的 基 本 概 念 和 工 作 原 理 : 1 什 么 是 GPRS DTU GPRS DTU 全 称 GPRS 数 据 传 输 单 元, 在 国 内 目 前 实 际 上 对 GPRS DTU 具 有 更 加 明 确 的 约 定 :GPRS DTU 是 专 门 用 于 将 串 口 数 据 通 过 GPRS 网 络 进 行 传 送 的 GPRS 无 线 设 备 GPRS DTU 的 四 个 核 心 功 能 : 1) 内 部 集 成 TCP/IP 协 议 栈 GPRS DTU 内 部 封 装 了 PPP 拨 号 协 议 以 及 TCP/IP 协 议 栈 并 且 具 有 嵌 入 式 操 作 系 统, 从 硬 件 上, 它 可 看 作 是 嵌 入 式 PC 与 无 线 GPRS MODEM 的 结 合 ; 它 具 备 GPRS 拨 号 上 网 以 及 TCP/IP 数 据 通 信 的 功 能 2) 提 供 串 口 数 据 双 向 转 换 功 能 GPRS DTU 提 供 了 串 行 通 信 接 口, 包 括 RS232,RS485,RS422 等 都 属 于 常 用 的 串 行 通 信 方 式, 而 且 GPRS DTU 在 设 计 上 大 都 将 串 口 数 据 设 计 成 透 明 转 换 的 方 式, 也 就 是 说 GPRS DTU 可 以 将 串 口 上 的 原 始 数 据 转 换 成 TCP/IP 数 据 包 进 行 传 送, 而 不 需 要 改 变 原 有 的 数 据 通 信 内 容 因 此,GPRS DTU 可 以 和 各 种 使 用 串 口 通 信 的 用 户 设 备 进 行 连 接, 而 且 不 需 要 对 用 户 设 备 作 改 动 3) 支 持 自 动 心 跳, 保 持 永 久 在 线 GPRS 通 信 网 络 的 优 点 之 一 就 是 支 持 GPRS 终 端 设 备 永 久 在 线, 因 此 典 型 的 GPRS DTU 在 设 计 上 都 支 持 永 久 在 线 功 能, 这 就 要 求 DTU 包 含 了 上 电 自 动 拨 号 采 用 心 跳 包 保 持 永 久 在 线 ( 当 长 时 间 没 有 数 据 通 信 时, 移 动 网 关 将 断 开 DTU 与 中 心 的 连 接, 心 跳 包 就 是 DTU 与 数 据 中 心 在 连 接 被 断 开 之 前 发 送 一 个 小 数 据 包, 以 保 持 连 接 不 被 断 开 ) 支 持 断 线 自 动 重 连 自 动 重 拨 号 等 特 点 4) 支 持 参 数 配 置, 永 久 保 存 GPRS DTU 作 为 一 种 通 信 设 备, 其 应 用 场 合 十 分 广 泛 在 不 同 的 应 用 中, 数 据 中 心 的 IP 地 址 及 端 口 号, 串 口 的 波 特 率 等 都 是 不 同 的 因 此,GPRS DTU 都 应 支 持 参 数 配 置, 并 且 将 配 置 好 的 参 数 保 存 内 部 的 永 久 存 储 器 件 内 ( 一 般 为 FLASH 或 EEPROM 等 ) 一 旦 上 电, 就 自 动 按 照 设 置 好 的 参 数 进 行 工 作 GPRS DTU 的 扩 展 功 能 : 较 为 专 业 的 GPRS DTU 还 提 供 一 些 扩 展 功 能, 主 要 包 括 : 支 持 数 据 中 心 域 名 解 析 支 持 远 程 参 数 配 置 / 远 程 固 件 升 级 支 持 远 程 短 信 / 电 话 唤 醒 支 持 本 地 串 口 固 件 升 级 提 供 短 信 通 道 提 供 DTU 在 线 / 离 线 电 平 指 示 等 这 些 扩 展 功 能 可 以 增 强 系 统 的 可 靠 性, 以 及 方 便 用 户 的 使 用 及 维 护 2 GPRS DTU 工 作 过 程 描 述 : GPRS DTU 上 电 后, 首 先 读 出 内 部 FLASH 中 保 存 的 工 作 参 数 ( 包 括 GPRS 拨 号 参 数, 串 口 波 特 率, 数 据 中 心 IP 地 址 等 等, 事 先 已 经 配 置 好 ) GPRS DTU 登 陆 GSM 网 络, 然 后 进 行 GPRS PPP 拨 号 拨 号 成 功 后,GPRS DTU 将 获 得 一 个 由 移 动 随 机 分 配 的 内 部 IP 地 址 ( 一 般 是 10.X.X.X) 也 就 是 说,GPRS DTU 处 于 移 动 内 网 中, 而 且 其 内 网 IP 地 址 通 常 是 不 固 定 的, 随 着 每 次 拨 号 而 变 化 我 们 可 以 理 解 为 GPRS 1/16

DTU 这 时 是 一 个 移 动 内 部 局 域 网 内 的 设 备, 通 过 移 动 网 关 来 实 现 与 外 部 Internet 公 网 的 通 信 这 与 局 域 网 内 的 电 脑 通 过 网 关 访 问 外 部 网 络 的 方 式 相 似 GPRS DTU 主 动 发 起 与 数 据 中 心 的 通 信 连 接, 并 保 持 通 信 连 接 一 直 存 在 由 于 GPRS DTU 处 于 移 动 内 网, 而 且 IP 地 址 不 固 定 因 此, 只 能 由 GPRS DTU 主 动 连 接 数 据 中 心, 而 不 能 由 数 据 中 心 主 动 连 接 GPRS DTU 这 就 要 求 数 据 中 心 具 备 固 定 的 公 网 IP 地 址 或 固 定 的 域 名 数 据 中 心 的 公 网 IP 地 址 或 固 定 的 域 名 作 为 参 数 存 储 在 GPRS DTU 内, 以 便 GPRS DTU 一 旦 上 电 拨 号 成 功, 就 可 以 主 动 连 接 到 数 据 中 心 具 体 地 讲,GPRS DTU 通 过 数 据 中 心 的 IP 地 址 ( 如 果 是 采 用 中 心 域 名 的 话, 先 通 过 中 心 域 名 解 析 出 中 心 IP 地 址 ) 以 及 端 口 号 等 参 数, 向 数 据 中 心 发 起 TCP 或 UDP 通 信 请 求 在 得 到 中 心 的 响 应 后,GPRS DTU 即 认 为 与 中 心 握 手 成 功, 然 后 就 保 持 这 个 通 信 连 接 一 直 存 在, 如 果 通 信 连 接 中 断,GPRS DTU 将 立 即 重 新 与 中 心 握 手 由 于 TCP/UDP 通 信 连 接 已 经 建 立, 就 可 以 进 行 数 据 双 向 通 信 了 对 于 DTU 来 说, 只 要 建 立 了 与 数 据 中 心 的 双 向 通 信, 完 成 用 户 串 口 数 据 与 GPRS 网 络 数 据 包 的 转 换 就 相 对 简 单 了 一 旦 接 收 到 用 户 的 串 口 数 据,DTU 就 立 即 把 串 口 数 据 封 装 在 一 个 TCP/UDP 包 里, 发 送 给 数 据 中 心 反 之, 当 DTU 收 到 数 据 中 心 发 来 的 TCP/UDP 包 时, 从 中 取 出 数 据 内 容, 立 即 通 过 串 口 发 送 给 用 户 设 备 通 过 有 线 的 数 据 采 集 中 心, 同 时 与 很 多 个 GPRS DTU 进 行 双 向 通 信 这 是 目 前 GPRS DTU 应 用 系 统 中 最 为 常 用 的 方 式 2) 什 么 场 合 需 要 使 用 GPRS DTU 虽 然 我 们 在 前 面 的 章 节 中 介 绍 了 许 多 GPRS 的 行 业 应 用 但 是 从 实 际 应 用 角 度 来 讲, 我 们 更 加 希 望 有 一 些 明 确 的 原 则 来 统 一 判 断 一 个 系 统 采 集 是 否 适 合 使 用 GPRS 方 式 来 实 现 数 据 传 输 1) 现 场 只 能 使 用 无 线 通 信 环 境 当 数 据 采 集 现 场 的 设 备 需 要 在 移 动 中 工 作, 或 者 采 集 现 场 处 于 野 外 等 情 况 下, 无 法 提 供 有 线 通 信 的 环 境 这 个 时 候, 采 用 GPRS 无 线 网 络 就 可 能 是 一 个 好 的 选 择, 因 为 GPRS 网 络 的 覆 盖 率 目 前 已 经 很 高, 全 国 大 部 分 地 区 均 有 GPRS 信 号 覆 盖 2) 现 场 终 端 的 传 输 距 离 分 散 由 于 GPRS 网 络 是 覆 盖 全 国 的 公 共 网 络, 因 此 采 用 GPRS 来 传 输 数 据 的 一 大 优 势 就 是 现 场 采 集 点 可 以 分 步 在 全 国 范 围, 数 据 中 心 与 现 场 采 集 点 之 间 的 距 离 不 受 限 制 无 线 公 网 通 信 ( 包 括 GPRS/CDMA 网 络,3G 网 络 等 ) 这 个 非 常 显 著 的 优 点 是 专 用 无 线 通 信 网 络 ( 比 如 数 传 电 台, WiMax,WLAN 等 ) 无 法 达 到 的 3) 适 当 的 数 据 实 时 性 要 求 目 前 的 GPRS 网 络, 其 传 输 数 据 的 延 时 为 秒 级 范 围 在 绝 大 部 分 时 间 下,GPRS 数 据 通 信 的 平 均 整 体 延 时 为 2 秒 左 右 也 就 是 说, 从 GPRS DTU 端 发 送 的 数 据 包 将 大 致 在 2 秒 钟 后 到 达 数 据 中 心 反 之, 从 数 据 中 的 数 据 包 也 大 致 在 2 秒 钟 后 到 达 GPRS DTU 总 的 来 说,GPRS 这 种 实 时 性, 可 以 满 足 大 多 数 行 业 应 用 的 要 求 但 是, 对 于 一 些 特 定 的 应 用 系 统, 如 果 不 能 承 受 2 秒 左 右 的 平 均 延 时, 那 么 GPRS 通 信 方 式 就 可 能 是 不 适 合 的 ( 另 外,CDMA 网 络 的 传 输 延 时 也 是 1 秒 -2 秒 左 右 ) 从 另 一 个 角 度 来 讲, 如 果 我 们 要 设 计 的 系 统 希 望 通 过 GPRS 网 络 来 传 输 数 据, 那 么 就 要 在 设 计 通 信 协 议 时 候 考 虑 这 种 延 时 的 情 况 4) 适 当 的 数 据 通 信 速 率 GPRS DTU 与 数 据 中 心 的 数 据 通 信 速 率 一 般 在 10kbps-60kbps 之 间 从 也 就 是 说,GPRS DTU 可 以 持 续 不 断 地 以 10bps-60kbps 的 速 度 向 中 心 发 送 数 据, 反 之 亦 然 ( 补 充 说 明 : 国 内 CDMA 网 络 的 数 据 通 信 平 均 速 率 可 以 达 到 40kbps-90kbps 左 右 ) 2/16

从 系 统 应 用 可 靠 性 角 度 来 讲, 我 们 认 为 当 应 用 系 统 本 身 的 数 据 平 均 通 信 量 在 30kbps 以 内 的 时 候, 使 用 GPRS 网 络 来 进 行 数 据 传 输 是 比 较 适 合 的 从 另 一 个 角 度 来 讲, 如 果 我 们 要 设 计 的 系 统 希 望 通 过 GPRS 网 络 来 传 输 数 据, 那 么 就 需 要 把 数 据 平 均 通 信 量 控 制 在 30kbps 之 内 ( 注 意 : 这 里 的 平 均 持 续 通 信 速 率 和 瞬 间 通 信 速 率 是 有 区 别 的, 与 设 备 串 口 波 特 率 也 不 是 同 一 个 概 念 ) 以 上 的 几 点 可 以 用 于 判 断 应 用 系 统 是 否 适 合 采 用 GPRS 网 络 进 行 数 据 传 输, 如 果 这 几 个 方 面 都 比 较 符 合 的 话, 那 么 采 用 GPRS DTU 进 行 数 据 传 输 是 非 常 合 适 的 我 们 通 过 以 下 几 个 章 节 来 进 行 描 述 1) 网 络 环 境 配 置 介 绍 如 何 判 断 现 有 网 络 是 否 具 备 成 为 数 据 中 心 的 条 件 介 绍 了 对 路 由 器, 防 火 墙, 杀 毒 软 件 的 一 些 配 置, 提 供 了 测 试 配 置 是 否 生 效 的 简 易 方 法 2) 动 态 域 名 的 应 用 介 绍 如 何 使 用 动 态 域 名, 来 实 现 对 数 据 中 心 IP 地 址 的 绑 定 ( 使 用 固 定 IP 地 址 作 为 数 据 中 心 的 用 户 可 以 跳 过 ) 3) DTU 配 置 及 数 据 通 信 测 试 以 ZSD3110 GPRS DTU 为 例, 介 绍 如 何 对 GPRS DTU 参 数 进 行 设 置, 以 及 如 何 与 数 据 中 心 演 示 软 件 进 行 数 据 通 信 测 试 同 时 说 明 了 如 何 连 接 用 户 设 备 进 行 通 信 测 试 4) GPRS DTU 应 用 软 件 开 发 介 绍 用 户 自 行 开 发 监 控 中 心 软 件 的 总 体 概 念 以 及 要 点, 也 介 绍 了 虚 拟 DTU 工 具 的 使 用 方 法 5) 简 易 软 件 集 成 方 法 介 绍 虚 拟 串 口 以 及 OPC 组 态 两 种 简 易 软 件 集 成 方 法 的 特 点 网 络 环 境 配 置 GPRS DTU 是 移 动 内 网 设 备, 一 般 情 况 下 均 作 为 TCP 客 户 端, 而 数 据 中 心 是 作 为 TCP 服 务 器,( 仅 在 专 用 APN 模 式 下,GPRS DTU 可 以 作 为 TCP 服 务 器, 不 过 也 较 少 这 样 使 用 ) 也 就 是 说,GPRS DTU 要 经 由 Internet 向 电 脑 发 起 TCP 连 接, 而 我 们 平 时 使 用 电 脑 上 网 则 是 相 反 的, 是 电 脑 经 由 Internet 向 外 面 的 网 络 服 务 器 发 起 TCP 连 接 并 且, 处 于 安 全 考 虑, 在 系 统 的 默 认 网 络 环 境 里 面, 经 由 Internet 向 电 脑 发 起 连 接 是 被 禁 止 的, 因 此 需 要 进 行 配 置 通 常 情 况 下, 可 能 需 要 配 置 的 地 方 包 括 : 路 由 器,Windows 防 火 墙, 杀 毒 软 件 或 第 三 方 防 火 墙 软 件 1) 路 由 器 配 置 如 果 您 的 电 脑 是 未 经 过 路 由 器, 直 接 拨 号 上 网, 比 如 直 接 通 过 ADSL MODEM 拨 号 上 网, 那 么 就 可 以 跳 过 路 由 器 配 置 这 个 章 节 另 外, 如 果 您 的 网 络 环 境 是 基 于 ADSL 线 路 上 网, 那 么 绝 大 数 据 情 况 下, 都 可 以 作 为 数 据 中 心, 因 为,ADSL 线 路 目 前 都 是 具 有 公 网 IP 地 址 的 注 意 : 采 用 小 区 宽 带 上 网, 移 动 无 线 上 网 ( 如 3G,GPRS/CDMA 拨 号 等 ) 之 类, 大 多 不 能 够 获 得 公 网 IP 地 址, 或 者 是 有 上 级 防 火 墙, 这 种 网 络 环 境, 均 不 能 作 为 数 据 中 心 绝 大 多 数 路 由 器 的 出 厂 默 认 设 置 情 况 下, 都 是 禁 止 路 由 器 外 部 网 络 向 内 部 网 络 发 起 连 接 请 求 的 因 此 在 网 络 环 境 下 使 用 了 路 由 器 的 情 况 下, 需 要 对 路 由 器 进 行 端 口 映 射 配 置 端 口 映 射 配 置, 就 是 设 置 路 由 器 允 许 通 过 特 定 的 外 部 端 口 发 起 向 内 网 的 某 台 电 脑 的 连 接 端 口 映 射 又 叫 端 口 转 发, 又 叫 虚 服 务 器,NAT 设 置 等 各 个 品 牌 路 由 器 不 同, 称 谓 不 同, 但 操 作 都 是 类 似 的 我 们 以 磊 科 路 由 器 Netcor 235 为 例, 介 绍 一 下 如 何 设 置 端 口 转 发 : 3/16

假 定 作 为 数 据 中 心 的 电 脑, 局 域 网 IP 地 址 如 下 : 注 意 : 要 作 为 数 据 中 心 的 电 脑, 不 要 使 用 自 动 获 得 IP 地 址 的 方 式 要 手 工 设 置 局 域 网 IP 地 址, 否 则 端 口 映 射 可 能 失 效 通 常 默 认 网 关 地 址 就 是 路 由 器 地 址, 我 们 用 浏 览 器 去 进 行 配 置 : 输 入 路 由 器 管 理 帐 号 和 密 码 后, 进 入 首 页 : 4/16

进 入 首 页 后, 您 可 以 查 看 WAN 口 IP 地 址, 这 里 是 222.210.175.158, 这 就 是 路 由 器 的 WAN 口 IP. 这 里, 我 们 建 议 您 查 询 一 下 公 网 IP 地 址 : 另 外 启 动 一 个 浏 览 器, 打 开 http://www.ip138.com, 里 面 显 示 了 您 当 前 的 公 网 IP 地 址 : 这 里 显 示 的 也 是 222.210.175.158 5/16

我 们 看 到 路 由 器 里 面 显 示 的 WAN 口 地 址 和 查 询 到 的 公 网 IP 地 址 是 相 同 的, 说 明 路 由 器 的 IP 地 址 是 真 实 的 互 联 网 IP 地 址, 具 备 作 为 数 据 中 心 的 条 件, 实 际 上 大 多 数 情 况 下 就 是 这 样 的 注 意 : 如 果 路 由 器 里 面 显 示 的 WAN 口 地 址 和 查 询 到 的 公 网 IP 地 址 不 同, 就 说 明 路 由 器 的 IP 地 址 不 是 真 实 的 IP 地 址, 可 能 存 在 上 级 路 由 器, 这 种 情 况 下, 还 需 要 对 上 级 路 由 器 进 行 配 置 ( 这 种 情 况 很 少 见, 我 们 这 里 不 再 详 述 具 体 操 作 过 程 ) 接 下 来, 就 是 进 行 端 口 映 射 设 置 了 : 首 先 选 择 NAT- 虚 拟 服 务 : 6/16

填 写 一 个 虚 拟 名 称, 如 GPRSTCP, 以 及 主 机 地 址, 协 议, 端 口 号, 其 中 主 机 地 址 就 是 作 为 数 据 中 心 的 电 脑 局 域 网 IP, 这 里 是 以 192.168.1.56 为 例 外 部 端 口 表 示 GPRS DTU 将 通 过 该 端 口 建 立 连 接, 而 内 部 端 口 一 般 可 以 填 写 成 和 外 部 端 口 一 致 按 添 加 按 钮 后, 即 可 看 到 虚 拟 服 务 列 表 里 已 经 增 加 了 一 项 新 的 转 发 规 则 : 7/16

这 样, 端 口 映 射 就 设 置 完 毕 了, 大 多 数 路 由 器 是 立 即 生 效 的, 但 也 有 部 分 路 由 器 需 要 复 位 后 才 生 效 注 意 : 要 查 看 一 下 是 否 启 动 了 DMZ 主 机 设 置, 应 当 设 置 为 不 启 用 DMZ, 否 则, 端 口 映 射 不 起 作 用 接 下 来, 我 们 对 Windows XP 操 作 系 统 自 带 的 防 火 墙 进 行 设 置 : 打 开 网 络 连 接 : 8/16

在 本 地 连 接 上 用 鼠 标 右 键 点 击 属 性 : 选 择 高 级 栏, 我 们 可 以 看 到 有 Windows 防 火 墙 的 设 置, 点 设 置 按 钮 : 9/16

我 们 可 以 看 到 防 火 墙 的 当 前 状 态, 我 们 一 般 建 议 进 行 例 外 端 口 设 置 : 点 击 例 外 栏, 我 们 可 以 看 到 添 加 端 口 的 按 钮 : 10/16

点 击 添 加 端 口, 填 写 一 个 例 外 名 称 以 及 端 口 号 然 后 确 定 即 可, 注 意 : 这 个 端 口 号 就 是 端 口 映 射 设 置 的 内 部 端 口 号 : 这 样, 操 作 系 统 自 带 的 防 火 墙 就 已 经 设 置 好 了 大 多 数 情 况 下, 我 们 设 置 路 由 器 端 口 映 射 和 防 火 墙 例 外 端 口 就 可 以 了 注 意 : 如 果 计 算 机 安 装 了 第 三 方 防 火 墙 软 件, 或 者 一 些 杀 毒 软 件, 那 么 也 可 能 需 要 进 行 类 似 的 例 外 端 口 设 置, 或 者 在 测 试 时 可 以 考 虑 临 时 关 闭 这 些 软 件 11/16

这 里, 我 们 使 用 Socket 测 试 软 件, 对 端 口 映 射 的 效 果 进 行 测 试, 该 测 试 软 件 可 以 到 以 下 地 址 下 载 :http://www.onlinedown.net/soft/55038.htm 1) 运 行 TCP/UDP Socket 调 试 工 具 2) 选 择 TCP Server, 然 后 点 创 建 按 钮 输 入 65000, 点 确 定, 就 创 建 了 一 个 在 65000 端 口 上 监 听 的 TCP Server 12/16

我 们 再 创 建 一 个 TCP Client, 选 中 TCP Client, 点 击 创 建 : 注 意 : 这 里 对 方 IP 地 址 需 要 填 写 为 路 由 器 的 WAN 口 IP 地 址, 也 就 是 我 们 开 始 在 http://www.ip138.com 上 查 询 到 的 IP 地 址 点 确 定 后, 就 创 建 了 一 个 TCP Client: 13/16

点 击 连 接 按 钮, 发 起 TCP 连 接 : 如 果 TCP Client 的 状 态 为 已 连 接, 并 且 TCP Server 下 增 加 了 一 个 子 连 接, 那 么 就 表 示 通 过 14/16

路 由 器 的 TCP 外 网 连 接 请 求 已 经 成 功 了, 说 明 端 口 映 射 已 经 设 置 成 功 我 们 也 可 以 使 用 Windows 自 带 的 Telnet 命 令, 代 替 TCP Client 进 行 测 试 : 在 Windows 命 令 行 窗 口 里, 输 入 命 令 :telnet 公 网 ip 外 部 端 口 号, 按 回 车 即 可, 如 果 连 接 建 立 成 功, 可 以 看 到 Telnet 进 入 一 个 空 的 窗 口 同 样, 在 Socket 测 试 工 具 里 面, 可 以 看 到 TCP Server 下 面 增 加 了 一 个 子 连 接 : 15/16

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