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基于GPRS DTU通信平台组网方案介绍

--基于GPRS DTU通信平台组网方案介绍

供稿:北京集智达智能科技有限责任公司 2012/5/17 9:57:29

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  • 关键词: 无线通讯模块 GPRS DTU
  • 摘要:GPRS,通用无线分组业务是一种基于GSM系统的无线分组交换技术,提供端到端的、广域的无线IP连接。GPRS充分利用共享无线信道,采用IP Over PPP实现数据终端的高速、远程接入。作为现有GSM网络向第三代移动通信演变的过渡技术(2.5G),GPRS在许多方面都具有显著的优势。


一、GPRS简介

   GPRS—General Packet Radio Service,GPRS为通用分组无线业务的简称,是欧洲电信协会GSM系统中有关分组数据所规定的标准。GPRS具有充分利用现有的网络、资源利用率高、始终在线、传输速率高、资费合理等特点。

   与GSM CSD业务不同的是,GPRS业务将以数据流量计费,而GSM CSD业务则以时间计费,GPRS这一计费方式更适应数据通信的特点。此外,GPRS业务的速度较GSM CSD业务也将有很大提高,GPRS可提供高达115kb/s的传输速率(最高值为171.2kb/s),下一代GPRS业务的速度可以达到384Kbit/s。

   GPRS一个较大的优势是能够充分利用现有的GSM网,可以使运营商在全国范围内推出此项业务。相信在数年内,通过便携式电脑,GPRS用户能以与ISDN用户一样快的速度上网浏览,同时也使一些对传输速率敏感的移动多媒体应用成为可能。

   GPRS用户只有在发送或接收数据期间才占用资源,这意味着多个用户可高效率地共享同一无线信道,从而提高了资源的利用率。同时,用户只需按数据通信量付费,而无需对整个链路占用期间付费。实际上,GPRS用户可能连接的时间长达数小时,却只需支付相对低廉的连接费用,可使用户的使用费用大大降低。

   GPRS通信模块就是为使用GPRS服务而开发的无线通信终端设备。可应用到下列系统集成中: 远程数据监测系统、远程控制系统、自动售货系统、无线定位系统、门禁保安系统、物质管理系统等。

  

   二、GPRS特点

   GPRS,通用无线分组业务是一种基于GSM系统的无线分组交换技术,提供端到端的、广域的无线IP连接。GPRS充分利用共享无线信道,采用IP Over PPP实现数据终端的高速、远程接入。作为现有GSM网络向第三代移动通信演变的过渡技术(2.5G),GPRS在许多方面都具有显著的优势。

   GPRS有下列特点:

   1、可充分利用现有资源—中国移动全国范围的电信网络--GSM,方便、快速、低建设成本地为用户数据终端提供远程接入网络的部署;

   2、传输速率高,GPRS数据传输速度可达到57.6Kbps,最高可达到115Kbps—170Kbps,完全可以满足用户应用的需求,下一代GPRS业务的速度可以达到384Kbit/s;

   3、接入时间短,GPRS接入等待时间短,可快速建立连接,平均为两秒;

   4、提供实时在线功能 “alwaysonline”,用户将始终处于连线和在线状态,这将使访问服务变得非常简单、快速;

   5、按流量计费,GPRS用户只有在发送或接收数据期间才占用资源,用户可以一直在线,按照用户接收和发送数据包的数量来收取费用,没有数据流量的传递时,用户即使挂在网上也是不收费的。

   GPRS业务,具有接入迅速、永远在线、流量计费等特点,在远程突发性数据实时传输中有不可比拟的优势,特别适合于频发小数据量的实时传输,因而GPRS业务在某些行业上有特殊的应用。

  

   三、GPRS系统结构

   GPRS网是在GSM电话网的基础上增加以下功能实体构成的: SGSN(服务GPRS支持节点)、GGSN(网关GPRS支持节点)、PTMSC(点对多点服务中心);共用GSM基站但基站要进行软件更新;采用新的GPRS移动台;GPRS要增加新的移动性管理程序;通过路由器实现GPRS骨干网互联;GSM网络系统要进行软件更新和增加新的MAP信令和GPRS信令等。GPRS骨干网的逻辑结构如图1所示。

                       

  

          图1 GPRS骨干网的逻辑结构图

  

   GPRS网上增加了一些接口,主要包括:

   Gb口:SGSN通过Gb口与基站BSS相联,为移动台MS服务。通过逻辑控制协议LLC,建立SGSN与MS之间的连接,提供移动性管理(位置跟踪)和安全管理功能。SGSN完成MS和SGSN之间的协议转换,即骨干网使用的IP协议转换成SNDCP和LLC协议,并提供MS鉴权和登记功能。

   Gn口:SGSN通过Gn口和GGSN相联,通过GPRS隧道协议(GTP)建立SGSN和外部数据网(X.25或IP)之间的通道,实现MS和外部数据网的互联。

   Gs口:用于SGSN向MSC/VLR发送地址信息,并从MSC/VLR接收寻呼请求,实现分组型业务和非分组型业务的关联。

   Gr口:HLR保存GPRS用户数据和路由信息(IMSI、SGSN地址),每个IMSI还包含分组数据协议PDP信息,包括PDP类型(X.25或IP)、PDP地址及其QoS等级以及路由信息。

   Gi口:GGSN通过Gi口实现GPRS网和外部数据网(PDP)的互联。GGSN实际上是两个互联网网关,GPRS本身属于IP领域网络,Gi口支持X.25和IP协议。从PDN网看GGSN,GGSN可看作是一个路由器连到PDN网。GGSN包含用于连接GPRS用户的路由信息,为外部数据网的PDU送到MS提供通道。通过GGSN与GPRS网互联的分组数据网PDN,可以是PSPDN网,这时,GPRS支持ITU-T X.121和ITU-T E.164编号方案,提供X.25虚电路及对X.25快速选择,还支持网间的X.75协议连接;也可以是Internet网,基于IP协议,在IP数据报传输方式中,GPRS支持TCP/IP头的压缩功能。

  

   四、GPRS DTU及系统组网

   DSLC GPRS无线数据传输系统以中国移动GSM/GPRS网络为通信平台,采用GPRS、SMS等承载方式,通过无线数据传输终端设备(GPRS DTU),提供透明数据传输通道,满足行业用户数据传输需求。

  

   系统组网单元

   ? 数据终端设备 (DTU)

   提供用于连接用户设备的RS232/485 串行接口,适用于各种工业应用。

   ? GPRS-1X网络

   中国移动公司的无线公用数据传输网络,为智能设备提供透明的数据传输通道。

   ? 数据中心

   命令接收/发起,接收并处理数据终端的数据。

  

   组网方案介绍

   ? GPRS无线监控系统的组网比较简单,GPRS DTU可直接与用户设备通过RS-232或RS-485接口连接。

   ? 数据终端(GPRS DTU)的接入:GPRS用户可选择CMNET和APN接入网络,CMNET通常用于公众用户,APN针对行业用户,通常在一个组内,用户需设定用户名和密码,安全性更好。此外,APN用户可以申请绑定移动内网的固定IP地址。

   ? 数据中心的组网略微复杂一些。结合GPRS承载网络的特点,根据GPRS应用领域,我们提供数据中心组网方案多种应用形式供应用开发商参考。组网形式的选择主要由业务数据量、可靠性要求、数据保密性、网络状况决定。

                

               图1

   方案1: GPRS MODEM接入方式 (监控中心作为数据终端绑定固定IP地址)

   此种方案适用于没有接入Internet、而且对安全要求极高的企业;适合总数据带宽需求不太大的应用,例如使用Polling 传输协议的数据采集系统;全部数据在GPRS 网内运行;要求所有GPRS 终端之间可以直接通讯;数据中心的GPRS 数据终端接入点邦定固定IP 地址。(即至少提供一个邦定固定IP地址的SIM 卡)

            

  

   方案2: Internet接入方式见图2 (监控中心经由Internet接入无线网)

   企业已有稳定的、永久的连接到Internet 的接入;企业端的路由器端口地址,监控中心IP地址应是公有的,且由为企业提供Internet 连接的ISP 提供, 此种方案客户须先向INTERNET运营商申请公网固定IP。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。

   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。

  

   方案3:专线接入方式 见图1 (监控中心经DDN专线接入无线网)

   此种方案适于企业没有接入Internet 或企业对安全方面考虑较高,适合金融、

   证券、工业监控等行业使用;企业通过专线接入中国移动的路由器,用户端的接入路由器必须提供公有的IP 地址。

   GPRS专网系统DTU终端上网登录监控服务器的工作过程为:

   1 GPRS DTU发出GPRS网络发出登录请求

   2 请求中包括由移动公司为GPRS专网系统专门分配的专网APN

   3 据请求中的APN,GGSN向DNS服务器发出查询请求

   4 找到与企业用户的系统服务器平台连接GGSN

   5 并将用户请求通过GTP隧道封装送给GGSN

   6 GGSN将用户认证信息(包括手机号码、用户账号、密码等)通过专线送至企业Radius进行认证;Radius认证服务器看到手机号等认证信息,确认是合法用户发来的请求

   7 向DHCP服13 务器请求分配用户地址

   8 Radius认证通过后,由Radius向GGSN发送携带用户地址的确认信息

   9 用户得到IP地址后,就可以携带数据包,对GPRS 专网系统信息查询和业务处理平台进行访问

  

   方案4: 动态IP的解决方案

   对于没有固定IP的应用系统,组网方式同“固定IP接入”。解决问题的关键在数据中心端,目前有两种解决方案:

   1. 短信发送IP

   当数据中心的IP地址发生改变,中心端可通过短信的方式通知终端设备当前的最新IP地址并通知其连接。短信发送可以采用通过Internet或USB接口的GPRS modem。

   2. 动态域名解析

   在使用动态DNS方式时,首先有几件事项要先准备。

   第一是Domain Name,需要申请一组三级域名或二级域名。

   第二是需要到网域管理中心来指定动态DNS服务。

   当准备工作完成后,即会从网域管理中心得到一个Client软件,用来维护动态IP与Domain Name,当数据中心的计算机开机后,即可从ISP处取得动态IP,再透过Client软件与DDNS 服务器联机并刷新域名与IP对照,GPRS终端可通过DNS的方式来进行Domain Name 的正反解译,而后建立连接。

  

   方案5: 中心采用专线接入见图3, 所有点都采用内网固定IP

   此种方案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。见图二。

  

               图3

   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。

  

   方案6: 中心采用移动APN专网固定IP见图4

   此种方案客户先与移动申请APN专网业务,移动为客户分配专用的APN,客户可以申请绑定移动内网的固定IP地址。中心用无线MODEM拨号上网,得到其内网固定IP;监控点直接向中心发起连接。中心和监控点都具有移动内网固定IP,减少中间环节,稳定性增强;且所有数据都在移动GPRS的APN内网传输,无需经过公网,安全性增强。见图三。

  

   此种方案无需负担专线月租费用,性价比合理,适合总数据带宽需求不太大的应用。推荐小型客户使用。

  

   五. GPRS DTU的应用

   GPRS DTU可提供以下几类应用:

   ? 运输业:车辆及智能调度。

   ? 金融、证券和商业:无线POS、无线ATM、自动售货机、流动银行等。

   ? 实时发布股市动态、天气预报、交通信息等。

   ? 公共安全业:随时随地接入远程数据库。

   ? 遥测、遥感、遥控:如气象、水文系统收集数据,对灾害进行遥测和告警,远程操作。

   ? 提供VPN业务,使企业员工能够随时随地与总部保持联系,降低公司建设自己的广域网的成本。

   ? 提供以GPRS承载业务为基础的网络应用业务和基于WAP的各种应用。

   ? 通过手提电话或电脑,可检查自动售卖机内的货存和营业额。

   ? 自动售卖机的手提电话付款。

   ? 监视器的错误状况,液体水平,温度...

   ? 监视冷库温度,湿度。内置温度探针(-25°/+100°)。

   ? GSM天文台,广泛应用在飞翔和航海俱乐部。

   ? 监视老人及行动不便的人。它可以将警报通过语音或短讯同时发给8个不同的电话号码。

   ? 可以遥控商业及住宅的防盗警报。

   ? 可以遥控暖气和冷却系统。

   ? 可以应用在汽车的防盗警报。

   ? 机房监控和远程维护管理系统

   银行储蓄点机房监控

   通信行业远端无人值守站机房监控和远程维护(如移动通信基站、微波站、光纤中继站等)

   其他无人值守点(如仓库、办公楼等)监控

   ? 移动车辆监控调度系统

   公安、110、交警车辆监控调度

   银行运钞车、邮政运输车监控调度

   出租车管理调度

   公交车辆调度和指示

   集团车辆监控调度

   ? 移动性数据查询系统

   移动性证卷交易和信息查询

   公安移动性数据(身份证、犯罪档案等)查询

   交警移动性数据(车辆、司机档案等)查询

   通信维护人员线路资料查询

   其他外勤人员移动性数据查询

   ? 无线接入系统

   无线固定电话接入(WLL)

   无线IC卡

   无线磁卡电话

   火车、汽车、轮船等移动载体付费电话

   ? 城市公用事业实时监控维护系统

   煤气调压站实时数据采集和自动控制

   自来水、污水管网实时监控和维护

   热力系统实时监控和维护

   电力系统城市中压电网实时监控和自动补偿


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