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GPRS模塊組網方式

文章出處:未知 瀏覽次數:發表時間:2018-10-26

要清晰GPRS型模塊組網方式,首先要弄清GPRS模塊傳輸數據的機理。

1.互聯網中的地址

工業控制中GPRS通信是基于移動通信的GPRS網絡的互聯網通信,運營商(如中國移動、聯通)的GPRS網絡是互聯網的一部分,使用GPRS通信的用戶根本就不需要知道GPRS網絡的工作原理,我們只要知道互聯網通信的基本概念就可以了。

工控系統中的控制節點關系往往是一個多點對多點(即多中心站點對多分站點)、點對多點(中心站點對多分站)、點對點的關系。如果從互聯網接入的角度看中心站點和分站都是互聯網的終端。今后我們將中心站點負責通信管理和連接的部分用DSC(數據業務中心DataServiceCenter)表示,分站負責通信管理和連接的部分用DTU(數據終端單元DataTerminalUnit)表示。下圖是一個點對多點使用GPRS通信的網絡示意圖。在這個圖中,主站和分站都分成了應用通信結果的部分和與互聯網連接的通信管理部分。為了方便在以后的描述中我們用DCS和DTU與網絡的關系代替中心站點和分站與網絡的關系。

下圖是DTU與DCS與網絡的關系圖:

GPRS模塊_中心站_分站_網絡關系圖

所謂GPRS模塊就是分站中的DTU部分。

不論是我們日常郵寄信件還是互聯網通信,要通信就要有地址,在互聯網上地址是由兩個地址字段組成的。其中一個是IP地址,另一個是端口號。IP地址表達的是將數據送到哪里,端口號表達的是將數據送給那個應用程序。如果我們非要用郵寄信件的地址比喻的話IP地址就相當于門牌號:XX市XX街XX號,端口號就相當于收件人:XX人。沒有門牌號郵遞員就不知道將信件送到哪里,沒有收件人郵遞員就不知道將信件送給這個地址中的哪一個人。

IP地址是由4個字段組成,中間用點隔開,每個字段最多用3位表達,共有12位。如192.168.0.1就是一個IP地址。

12位的IP地址所能表示的地址號碼有限,為了使這個地址系統能夠容納更多的互聯網終端,實際應用中往往采用給有些終端固定的IP地址,給有些終端非固定IP地址的方式擴大IP地址的容量,一個固定IP地址的終端占用一個IP地址號碼資源,一個非固定IP地址的終端只有在與網絡連接后才由網絡分配一個IP地址,當這個終端與網絡斷開連接后這個剛才分配的IP地址由網絡收回,如果有其它非固定IP地址終端申請使用互聯網系統再將這些IP地址號分配給其它非固定IP地址終端使用。這種非固定的、動態分配的IP地址稱為動態IP地址。現實中的很多互聯網終端都是動態IP地址終端,比如家中上網的ADSL用戶,使用GPRS上網的手機用戶。

固定IP地址終端與IP地址是一一對應的,動態IP地址終端可以做到少量的IP地址為較多的動態IP地址終端服務。下圖是互聯網中按IP地址是否固定來將終端分類的示意圖。

固定終端和動態終端網絡關系圖

分站(DTU)采用什么樣的IP接入方式,和主站(DSC)采用什么樣的IP接入方式是建立GPRS網絡所要介紹的重點.

分站(DTU)是通過SIM卡成為移動公司的用戶的,就像我們的手機是插上SIM卡才能通信一樣,SIM卡有兩種IP地址方式,一種是動態IP的方式,一種是固定IP的方式,固定IP方式的SIM卡費用昂貴,大部分的DTU使用GPRS上網都是使用動態IP的SIM卡,也就是說大部分的DTU是動態IP接入互聯網的。在本文下面的討論中我們設定SIM卡的IP是動態的。

中心站點(DCS)往往處在上網條件好并且比較固定的地理位置,中心站點(DCS)的上網方式就比較多種多樣,既有動態IP的方式,如ADSL、3G、無線上網等。也有固定IP的專線上網方式。

要通信就要知道對方的IP,如果對方的IP是動態的,就要有辦法知道對方的動態IP,并能夠將數據送達對方,這個過程就是GPRS模塊的通信的建立過程。根據DCS的IP是否固定通信建立過程各不相同,主要有如下幾種方式。

2.DSC是固定IP的通信建立方式

DSC是固定IP的網絡形式見下圖:

GPRS模塊網絡接入圖

DSC是固定IP的通信過程比較簡單,DTU上線后,系統分配一個動態IP給這個DTU,DTU根據中心站點(DCS)的IP地址將分配的動態IP和自己的站點號報告給DCS,DCS在自己的存儲區中建立一個站點號和動態IP的對照表,這個表格叫注冊表,完成的這個過程叫注冊。

如果是DCS要發起一次通信,DCS首先要查找這個注冊表,根據要通信的站點號找到相應DTU的動態IP,根據這個動態IP發起一次通信。如果是DTU向DSC發起一次通信,由于DSC的IP是已知的,根據DSC的IP直接發起一次通信就可以了,數據到達DSC后DSC查找注冊表就能判斷那個DTU發起的通信。

注冊表的形式見下表:

DTU站點號

動態IP地址

站點1:263.186.120.3

站點2:263.186.120.7

站點3:263.186.135.12

DTU下線前要向DSC發送注消指令,收到注銷指令后將注冊表中關于這個站點的記錄刪除。

如果系統的DSC的IP是固定的,在DTU端需要設置DCS的IP地址和使用端口設置的界面如下。在DCS端需要設置IP的方式為固定IP。

關于系統設置的參數主要是這個固定的IP地址。

本公司生產的G300型GPRS模塊就可采用這種連接方式。

3.DSC是動態IP的動態域名解析方式

要清晰域名解析法首先要重溫一下互聯網中域名的概念。上文說到IP地址是每個上網終端的唯一地址,但這種地址的表示方式很不容易記憶和聯想,為了記憶和傳播方便使用了給IP地址起一個容易記憶的名字的方法,給IP地址起的名字就就叫域名。域名的組成是由若干個從a到z的26個拉丁字母及0到9的10個阿拉伯數字及“-”、“.”符號構成并按一定的層次和邏輯排列的。目前也有一些國家在開發其他語言的域名,如中文域名。

我們日常登陸的網頁都是以域名表達地址的,如www.sohu.com、www.google.com。而互聯網上的地址是以IP地址的方式表達的,這就需要互聯網上有一個將域名轉換成IP地址的服務設備,這個設備就是域名解析服務器。域名解析服務器中存儲有大量的域名與IP地址對應關系的表格,當終端以傳送數據的目的域名傳送數據時,終端首先將域名傳給域名解析服務器,域名解析服務器將這個域名對應的IP地址傳送給終端,終端獲得IP地址后再將目標IP和數據一同傳送給網絡,網絡將數據發送到對應IP地址的網絡終端。

使用域名傳輸數據還有一個非常大的好處,如果終端的IP地址發生了變化,系統只需改變域名解析服務器的表格內容,而不必改變別人登陸這個終端的域名。

動態域名解析法的通信時網絡的關系見下圖:

動態域名解析網絡示意圖

在這個圖中增加了動態域名解析服務器。

使用動態域名解析方式組建上圖中的網絡,首先要申請一個域名并選擇一個動態域名解析服務的網絡服務商。為了下面的描述方便我們稱這個申請的域名叫域名A

當無固定IP的DCS上網獲得動態IP后首先向動態域名解析服務器發送一個在這個服務器上注冊的注冊信息,告訴動態域名解析服務器我的域名和我的動態IP是什么。DTU上網后要向網絡發送域名解析申請,網絡將DCS的動態IP傳送給DTU,這樣就完成了動態域名解析的過程。DTU在動態域名服務器上獲得DCS的IP地址后的通信過程與DCS是固定IP的通信相同。至于網絡是如何找到動態域名解析服務器的問題屬于互聯網的功能,我們無需深究,我們只有知道互聯網有這樣的功能就可以了。

當DCS因某種原因下線后重新上線并重新獲得新的IP地址,DCS要重新在動態域名解析服務器上注冊。DTU也會使用一種方法(通過TCP/IP的連接和UDP的心跳超時)感受到DCS的下線,如果DTU感受到DCS下線,DTU也會重新向網絡發送動態域名解析申請,獲得新的動態IP地址。

一般來說動態域名解析服務器由互聯網運營商提供,比較著名的有“花生殼”品牌。有的互聯網運營商是免費提供這種服務,有的是收費的。一般來說免費的動態域名用于用戶體驗,但連接速度較慢,正式使用應該使用收費的動態域名。

如果系統的DSC的IP是動態的,在DTU端需要設置DCS的動態域名和使用端口,設置用軟件《N型GPRS模塊設置和測試軟件》,設置時的連接和界面如下。

在DCS端需要設置IP的方式為固定IP。

4.DSC是動態IP的數據中轉方式

數據中轉法通信時網絡的關系如下圖:

數據中轉網絡圖

在這種方式中無論是DCS或DTU上網,都向數據中轉服務器發送注冊信息,注冊信息說明自己的站點號,動態IP地址。數據中轉服務器在存儲區中建立一個站點號和動態IP的對照表。

當站點間要發送數據給另一個站點時,在發送數據中標明發送的目的站點和源站點,數據中轉服務器根據目的站點查表找到目的站點的動態IP地址,將數據發送給目的站點。

本公司生產的G300型GPRS模塊就可采用中心站固定IP、動態域名解析和數據中轉等三種連接方式。

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