GPRS无线传输网络构架应用与分析__

GPRS无线传输网络构架应用与分析

2008/7/28 13:27:00

　　引言：　
　　GPRS无线数据传输系统中有着越来越广泛的应用，几乎所有低速率的数据传输服务都可以应用，如城市配电网络的自动化、自来水、煤气管道自动化、商业POS机、INTERNET接入、个人信息、股票信息、金融、交通、公安、环保、彩票等领域。应用广泛主要是因为移动GPRS网络覆盖到哪里，哪里就可以通过GPRS网络进行数据的传输，使得系统通讯稳定可靠、架设简单。DSC主站系统通过GPRS网络，负责将来自不同现场采集终端的数据进行整合、处理以及管理，随着GPRS在金融等重要领域中的应用，网络层次要求也越来越复杂，有固定IP地址的、没有固定IP地址、专有的APN等。可以针对不同的层次的需求来选择恰当的主站系统网络构架方式，以节约成本，提高系统可靠性。

一、接入Internet
根据GPRS无线数据传输模块是否可以直接接入Internet方面来区分，有如下2种情况。
1、DSC主站系统可以直接接入Internet
1.1 DSC主站系统拥有固定公网IP，采用端口映射方式
中心用公网固定IP，监控点直接向中心发起连接。或客户公司有一台连接Internet的服务器，并且具有公网固定IP，但是考虑到服务器的稳定运行问题，通常不让在服务器上安装其他应用软件，所以GPRS数据中心系统也不能安装在该服务器上，可以用NAT端口映射的方法来解决这个问题。见下图

此种方案在实时性和稳定性方面很好，但公网固定IP使用费用比较高。
NAT的具体实现方式是在代理路由／防火墙／计算机上开设端口映射，可以采用软方式，也可以采用硬方式，推荐使用硬方式，在硬件设备上开设NAT，主要是因为软方式其实现方式是在数据层实现，硬件在网络／传输层实现，相比之下硬件传输速度更快，数据不会发生丢失。其基本原理是凡是来自公网IP上的某一端口的数据，全部转发给映射的内网IP和端口上；如，公网IP 204.135.213.219，端口2020，则通过NAT指向内网192.168.0.88，端口5002，那么内网用户可在192.168.0.88的5002端口上启动DSC服务，完成GPRS通讯。

1.2 中心采用专线APN接入，所有点都采用内网固定IP
此种方式需要客户的数据中心通过一条APN专线接入移动公司GPRS网络，双方互联路由器之间采用私有固定IP地址进行广域连接，并用防火墙进行隔离，在防火墙上进行IP地址和端口过滤。移动为客户分配专用的APN，用于GPRS专网的SIM卡开通该专用APN。得到专用APN后，给所有监控点及中心分配APN专网内部固定IP。见下图。

此种方案在实时性、安全型和稳定性方面都很好，适用于安全性要求较高、数据点比较多、实时性要求较高的应用环境。
主站系统拥有自己的APN专线，此类主站系统拥有良好的网络环境，可以采用TCP／UDP两种基本模式，以及一些扩展模式（不同厂家的GPRS通讯终端可以根据客户的不同需求来提供不同的扩展模式，即不同的服务功能，比如UDP LICHUANG为力创公司GPRS—LQ8110模块提供）。此类主站系统可以采用如下两种种模式进行网络构架：
A：采用TCP模式，采用专门申请的APN，SIM卡的IP号码必须是本APN内部的IP号码段，即专线接入，接入专用网络，实现主站模块通讯；
B：采用UDP模式，以山东力创LQ8110模块为例，APN必须为专用APN，不可以为CMNET，如可以使用力创APN：LICHUANG.LW.SD，或者使用类似力创这类的其他公司提供的APN；或者自行申请APN，接入专用网络，可以实现主站模块通讯。并且SIM卡的IP号码必须是本APN内部的IP号码段。

2. DSC主站系统无法直接接入Internet
2.1 采用拨号方式，获取固定IP接入Internet
此类DSC主站系统直接没有网络环境，因此必须采用无线猫拨号上网的方式，主站无线猫必须有SIM卡，主站SIM卡IP可以固定，也可以不固定。不固定IP只能作为演示使用，无法实际应用。在此就不在陈述。
若要实际应用，则主站的SIM卡，必须是具有固定IP的卡。见下图

此方案受无线猫硬件方面的影响，稳定性不是很好，而且SIM卡申请固定IP的难度和费用也较高，受带宽的影响，不适宜大量采集点的情况。
此类网络构架，若现场安装的SIM卡的IP固定，且与主站的SIM卡共用同一个APN，则可以进行TCP或UDP通讯；若现场安装的SIM卡的IP不固定，则只可以采用TCP模式，APN 为CMNET，并只能做演示使用。

2.2 采用动态IP接入Internet，应用DNS域名解析方式
此方式是在数据中心无法获取以上两种工作模式，中心通过ADSL拨号接入网络,虽然能接入Internet，但是其IP地址随着每一次的重新连接而发生改变，此类DSC主站系统拥有较差的网络环境，目前网络环境中很大一部分是这种情况，如果仅需要进行演示，可以在保证连接没有被断开的情况下，也就是IP没有变化的前提下，采用TCP模式，APN采用CMNET，来进行主站与模块通讯；如果需要投入实际使用，则需要进行域名解析，但此类方法受ISP提供的网络环境影响，以及第三方DNS提供商限制，使用中可能极其不稳定，因此不建议使用这种模式。见下图。

此方案在安全性、稳定性方面不是很好，不适合长期使用，仅限于测试用。
建议采用以下方式进行改造应用：
A：系统内GPRS模块数量小，建议客户申请ADSL固定IP，具体费用可以咨询当地运营商（经咨询：费用从50－上千元不等）。此类系统必须采用TCP模式，APN采用CMNET，来接入Internet，实现主站模块通讯，SIM卡设置不需要特殊需求；
B: 系统内GPRS模块数量大，则建议申请APN专线，采用APN网关接入GPRS网络的方式。当地运营商是否办理，还需要用户自行协调，价格比较昂贵，按月计算，大体费用2000元左右/月，具体资费咨询当地移动公司。
C：模块数量大，并且因考虑成本，则建议申请当地运营商固定IP。价格大约几百元－上千元/月不等，同时运营商可能会送几个固定公网IP，具体情况需要咨询当地运营商。

二、使用模式
从使用模式方面来区分，有如下情况。
总体按传输标准分类，主要为TCP、UDP两种模式：
1、DSC主站系统采用TCP模式
适用于具有固定公网IP，或者固定GPRS内网IP，APN可以使用CMNET，也可以是专用的APN。如果IP不固定，则需要域名解析。
2、DSC主站系统采用UDP模式
适用于具有固定公网IP，或者固定GPRS内网IP，APN必须为专用的APN，而不是CMNET。
在实际应用中，TCP模式下，需要维护连接，传输过程包含TCP控制协议，流量增加；UDP模式下，为无连接协议，不需要维护连接，数据直接传送，缺少TCP控制协议，流量小，但连接不敢保证。不同的GPRS供应厂商可以根据客户的不同需求进行功能定制，增加一定控制字节，用来保证连接的稳定，下面就以力创GPRS为例，简单介绍当前GPRS供应厂家的产品功能：
　　Ａ：TCP“中心对多点”模式：标准的TCP模式，常规的中心对多点通讯方式。采用TCP协议实现数据的透明传输。（支持短信控制功能）
　　Ｂ：TCP Data Stream模式：标准TCP模式，常规的中心对多点通讯方式，采用TCP协议、数据流模式传送实现数据的透明、密集、快速传输。（不支持短信控制功能）
　　Ｃ：TCP DG模式：非标准TCP模式，为特定客户定制，常规的中心对多点通讯方式，采用TCP协议、数据加密握手实现数据的安全、透明传输。（支持短信控制功能）
　　Ｄ：UDP SERVER模式：标准UDP模式，采用UDP协议与数据中心建立连接实现数据的广发广收功能。（支持短信控制功能）
　　Ｄ：UDP LICHUANG模式：标准UDP模式，非透明传输,采用UDP协议与数据中心建立连接。可以接收所有网内数据，只向设定IP发送数据。（支持短信控制功能）主动上传ID、IP、PORT等信息，而且每次发送数据都以以上信息为开头。如果考虑流量，又要保证连接稳定，可以考虑这种模式。
　　Ｅ：UDP HD模式：标准UDP模式，非透明传输,主要为兼容其它厂家模块，连接后有一次握手，中间过程连接不敢保证。采用UDP协议与数据中心建立连接，登陆后，主动向上传ID、DSC IP、DSC PORT，本地IP、本地PORT、登陆时间等参数。
Ｆ：点对点模式：标准UDP模式，模块与模块直接的UDP传输。采用UDP协议实现网内点对点的透明数据传输。
Ｇ：短信模式：（支持短信控制功能）

三、应用系统规模
从使用模块数量／流量方面来区分，有如下几种情况。
1.DSC主站系统连接大量GPRS模块
TCP连接需要时刻维护连接，耗费资源比较多，因此如没有特殊要求，则推荐使用UDP模式，如果需要保持连接稳定，则推荐使用类似力创UDP LICHUANG模式。
应用案例：
济北大明公司抽油机无线监控系统，共有采集点400多口井，系统采用UDP LICHUANG模式，数据中心采用专线APN方式。
2.DSC主站系统连接少量模块
模块数量较少，为了保证连接稳定，推荐采用TCP模式，采用UDP模式也可以，如果考虑流量以及连接稳定性问题，则推荐使用类似力创UDP LICHUANG模式。
应用案例：
东营胜利油田胜南小区供暖监控系统，共有采集点50多个，系统采用TCP模式，数据中心采用拨号上网获取固定IP的方式。
3.系统数据流量比较大
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