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DTU是什么?

DTU是什么?

 

DTU (Data Transfer unit),是专门用于将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送的无线终端设备DTU广泛应用于气象、水文水利、地质等行业。

中文名

数据传输单元

外文名

Data Transfer unit

英文简称

DTU

    

无线终端

目录

00001. 1 数据传输单元(DTU

00002. ▪ DTU硬件组成

00003. ▪ DTU软件组成

00004. ▪ 核心功能

00005. ▪ 扩展功能

00001. ▪ 工作过程

00002. ▪ 应用领域

00003. ▪ 本质

00004. ▪ 稳定性

00005. ▪ DTU

数据传输单元(DTU)

数据传输单元DTU (Data Transfer unit),是专门用于将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送的无线终端设备[1-2]

DTU硬件组成

DTU 硬件组成部分主要包括CPU控制模块、无线通讯模块以及电源模块

DTU 优点:

组网迅速灵活,建设周期短、成本低;

网络覆盖范围广;

**保密性能好;

链路支持永远在线、按流量计费、用户使用成本低;

DTU软件组成

4.1 TCP/UDP透明数据传输;支持多种工作模式。心跳包技术

4.2 智能防掉线,支持在线检测,在线维持,掉线自动重拨,确保设备永远在线

4.3 支持RSARC4加密算法

4.4 支持虚拟值守VWMVirtual Man Watch)功能,确保系统稳定可靠

4.5 支持虚拟数据专用网(APN/VPDN

4.6 支持数据中心动态域名和IP地址访问

4.7 支持DNS动态获取,防止DNS服务器异常导致的设备当机

4.8 支持双数据中心备份

4.9 支持多数据中心同时接受数据

4.10支持短信、语音、数据等唤醒方式以及超时断开网络连接

4.11支持短消息备份及告警

4.12 多重软硬件看门狗

4.13数据包传输状态报告

4.14 标准的AT命令界面

4.15可以用做普通拨号MODEM

4.16支持telnet功能

4.17支持远程配置,远程控制

4.18通过串口软件升级

4.19同时支持LINUXUNIXWINDOWS操作系统[3] 

核心功能

1)内部集成TCP/IP协议

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,保持长久在线

GPRS通信网络的优点之一就是支持GPRS终端设备长久在线,因此典型的GPRS DTU在设计上都支持长久在线功能,这就要求DTU包含了上电自动拨号、采用心跳包保持长久在线(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,长久保存

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长久存储器件内(一般为FLASHEEPROM等)。一旦上电,就自动按照设置好的参数进行工作。

5)支持用户串口参数设置

不同用户设备的串口参数有所不同,DTU连接用户设备的串口时,要根据用户设备串口的实际参数DTU端进行相应设置,保证用户设备的正常通信和可靠数据传输。

(节选自《深圳蓝山蓝GPRS DTU基础知识》)

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。

更上等的DTU,也可给用户提供二次开发的功能;例如;通信插件、DLL、接口文档,以便用户根据自己的实际情况对DTU进行改造,完善DTU产品,使其更加的切合自身需求。

工作过程

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 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TCPUDP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应用系统中蕞为常用的方式。

(节选自《深圳蓝山蓝GPRS DTU基础知识》)

应用领域

DTU的主要功能是把远端设备的数据通过无线的方式传送回后台中心。如右图所示,要完成数据的传输需要建立一套完整的数据传输系统。在这个系统中包括:DTU,客户设备、移动网络、后台中心。在前端,DTU和客户的设备通过232或者485接口相连。DTU上电运行后先注册到移动的GPRS网络,然后去和设置在DTU中的后台中心建立SOCKET连接。后台中心作为SOCKET的服务端,DTUSOCKET连接的客户端。因此只有DTU是不能完成数据的无线传输的,还需要有后台软件的配合一起使用。在建立连接后,前端的设备和后台的中心就可以通过DTU进行无线数据传输了,而且是双向的传输。

DTU已经广泛应用于电力、环保、LED信息发布、物流、水文、气象等行业领域。如上图所示,尽管应用的行业不同,但应用的原理是相同的。大都是DTU和行业设备相连,比如PLC单片机等自动化产品的连接,然后和后台建立无线的通信连接。在互联网日益发展的今天,DTU的使用也越来越广泛。它为各行业以及各行业之间的信息、产业融合提供了帮助。

DTU现场应用

. 电力行业:1.电力远程抄表, 2.变电站监测, 3.电力线路监测 , 4.配电网络柱上开关监测系统

DTU在电力远程抄表中应用拓扑图:

. 水利行业: 1.水质监测, 2.水库闸门远程控制系统方案, 3.水利GPRS调度系统应用方案,4.水管网监 测系统, 5.水库自动监测系统

. 石油行业: 1油气井的远程监控, 2.GPRS远程油田自动化监测监控系统, 3.燃气管网监控系统方案

. 市政行业 : 1.路灯远程监控管理 2.管网远程监测 3.城市能耗监测

. 环保行业 : 1.污染源监测 2.大气环境监测 3.噪音监测 4.粉尘监测

. 农业应用: 1.大棚远程监测管理 2.水产养殖监测管理农 3.业水泵监测管理

. 其它行业: 1.仓库监控管理. 2.电梯远程监控 3.远程起重机管理系统

4.工业能耗监测方面的应用 5.加油站GPRS数据采集系统 6.GPRS气象信息采集系统

本质

DTU蕞基本的用法是:在DTU中放入一张开通GPRS功能的SIM卡,DTU上电后先注册到GPRS网络,然后

通过GPRS网络和数据处理中心建立连接,如右图所示。这条连接涉及了无线网络运营商,因特网宽带供应商,用户公司的网络情况,以及用户的电脑配置等环节,因此要建立这条连接需要把各部分都配置好。

 

在本质上,DTU和数据处理中心建立的是SOCKET连接。DTUSOCKET客户端,数据处理中心是SOCKET的服务端。SOCKET连接有TCP协议和UDP协议之分,DTU和中心要使用相同的协议,这个一般都有配置软件进行配置。给DTU配置好中心的IP地址和端口号后,则把DTU通过串口和用户的设备相连。在如图所示中,DTU和水文、电力、气象、环保等设备连起来放置在现场。DTU上电后首先注册到移动的网络,然后发送建立SOCKET的请求包给移动,移动把这个请求发送到因特网。中心的服务端软件接收到请求后建立连接,并发送应答信息。DTU发送的请求信息是因特网上的数据包,有一些原因会阻止中心收到连接请求包,这样也就不能建立连接。蕞常见的有中心的电脑上有杀毒软件、防火墙等把这些数据包给屏蔽了。另一是中心电脑是通过路由器上网的,在路由器上要设置数据转发。SOCKET连接建立后就可以双向通信了。

稳定性

由于GPRS DTU大多用于遥远的监测现场,因此GPRS DTU的稳定性就变得非常重要。

2003年,市场上出现GPRS DTU产品,但并不成熟,导致用户普遍损失较大,给GPRS DTU形成不佳口碑,也制约了其市场发展。2006年,市场上出现真正成熟稳定的GPRS DTU产品,情况有所好转,GPRS行业应用市场开始稳步发展。2008年,GPRS核心模块普遍内嵌TCP/IP协议,降低了技术门槛,然而也有很多厂家利用这种便利,在对GPRS通信技术并未深入了解的情况下推出的GPRS DTU,其产品存在各种性能隐患。

很多用户选用GPRS DTU,仅在前期做了一些简单测试就结束选型工作,实际上是很不充分的。如果选用了不稳定的GPRS DTU并大量应用, 无异于给自己的监测系统埋下了一颗定时炸弹!

如何能够在一开始,就能**而快速的测试GPRS DTU稳定性? 这已经成为一个重要课题!

遗憾的是,大多GPRS DTU厂家都只是宣扬自己产品稳定性好,而对于具体的稳定性测试方法,则闭口不谈!

这里,是经过验证的GPRS DTU稳定性测试流程,希望帮助用户掌握一套**的,可操作的GPRS DTU鉴别方法,这套测试方法,可以让很多质量低劣的GPRS DTU显出原形!

一)在线空闲测试

测试原因:测试GPRS DTU自己维持已建链路的能力,当没有数据时,GPRS DTU通过心跳保持自己的连接,GPRS DTU应至少能维持平均1小时以上的链路持续时间,不发生断线重连。

测试方法:让GPRS DTU连上数据中心后不发任何数据,观察它能维持链路多久,时间越长越好。本项测试临近结束时,应向数据中心和DTU各发几个数据包,来验证该DTU保持的

空闲链路是真实可用的,如果DTU或数据中心任何一方无法收到对方的数据包,则为不合格。

二)数据中心关闭后恢复测试

测试原因:数据中心在以后运行和维护过程中,肯定会出现临时停止暂停服务的情况,因此需要测试GPRS DTU在数据中心恢复后的快速恢复能力。

测试方法:

1)让数据中心关闭短时间,如1或是60分钟,在恢复数据中心,看DTU是否能快速连接上来,恢复时间的在5分钟内,越快越好,重复多次该项测试,DTU必须能100%恢复连接,只要出现一次DTU始终无法恢复连接的现象,即为不合格。

三)频繁双向小数据量测试

测试原因:测试GPRS DTU频繁收发小数据包的能力,因为日常运行中主要是小数据包的频繁双向收发。

测试方法:在数据中心和DTU端,每10秒向对方发送一个100字节左右的数据包,进行10分钟或是30分钟,峒同时进行统计,是否出现网络断线的情况,以及双方是否出现数据包丢失的情况,蕞好的结果是:没有发生断线重连,也没有丢失任何数据包,如果出现DTU断线后再也不上线,或上线后无法继续双向收发数据,即为不合格。

小技巧:可以将DTU的串口23短接起来形成环路测试,这样只需要在数据中心发送就可以进行双向测试。

四)双向大数据压力测试

测试原因:某些应用需要临时传输大数据量,因此该项测试也是非常必要的。

测试方法:在数据中心和DTU端,每2秒都向对方发送一个1000字节左右的数据包,持续30分钟,并进行统计,是否出现网络断线的情况,以及双方是否出现数据包丢失的情况,一般来说,压力测试下,GPRS DTU可能会出现断线重连,也会丢失数据包。但断线重连的次数不应超过10次,而且次数越小越好。如果出现DTU断线后再也不能上线,或上线后无法继续双向收发数据,即为不合格。

五)去天线测试

测试原因:某些现场,因先现场某些原因,可能出现GPRS/GSM信号临时中断或变弱,信号恢复正常后,GPRS DTU应能自动恢复连接,并续传数据到数据中心。

测试方法:

1)短时间去天线:当GPRS DTU在线时,去掉GPRS DTU的天线1分钟,然后重新装上天线,并且在去掉GPRS DTU天线的时候下,依次向GPRS DTU提交3100字节左右的数据包,当插上天线后,GPRS DTU必须能自动快速恢复连接,速度越快越好,并能续传期间的数据到数据中心,3个数据包全部丢失的为不合格,数据全部上传的为蕞佳。

2)长时间去天线:当GPRS DTU在线时,去掉GPRS DTU的天线30分钟,然后重新装上天线,当插上天线后,GPRS DTU必须能自动恢复连接,恢复时间应小于10分钟,超出30分钟或更长间未恢复连接的,为不合格。

六)重复上电测试

测试原因:某些时候,现场会出现临时断电然后恢复的情况,GPRS DTU应能保证可靠的登录数据中心。

测试方法:将GPRS DTU上电,然后等待GPRS DTU连接上数据中心,每次DTU都能在2分钟内登录到数据中心,重复进行20次测试,一旦发现有一次DTU始终无法连接到数据中心,则为不合格,如有条件可以增大测试次数。

七)拨号及短信干扰测试

测试原因:在DTU登录或在线运行过程中,可能会收到一些不明短信或电话呼叫, GPRS DTU应能保证这些情况不影响其正常工作。

测试方法:将DTU上电,然后等待10秒左右,开始向DTU发送2条短信,以及2次呼叫,DTU应能正确的连接上数据中心。 在连接数据中心成功后,再向DTU发送2条短信,以及2次呼叫,观察5分钟,看DTU是否能维持链路,然后双向发送10个数据包,看是否能正常收发。

八)看门狗测试(选测)

测试原因: 如果一个GPRS DTU,即使前面的测试项都通过了,但是如果它的内部看门狗没做好,那也是有隐患的,在现场长时间连续运行,很可能还会出问题。

测试方法:看门狗的测试方法有多种,一般在内部CPU的数据总线或地址总线上,瞬间短路几个管脚,让其程序跑飞,或者RAM数据错乱,也可利用外部强干扰源进行干扰,在这种情况下,有良好看门狗机制的产品,其CPU能够在20秒内复位,如果不能复位则不合格,重复多次测试该项,DTU必须能100%复位。

这项功能要求测试人员对DTU主板比较熟悉,而且不一定方便操作,所以设为选测项。但如有测试操作条件的,建议进行该项测试。

九)去卡测试(选测)

测试原因:如果GPRS DTU应用现场恶劣,如振动或有腐蚀性气体,则可能造成SIM卡短时接触不佳,GPRS DTU应能自动恢复,我们用临时取卡来模拟这种情况。

测试方法:在GPRS DTU连接数据中心时,去掉卡3秒钟左右再插上,看GPRS DTU是否会掉线及正常收发数据,去掉卡60秒钟左右再插上,看GPRS DTU是否会掉线。如果临时取卡再上卡后,DTU再也无法自动连接中心的,建议不应用这类DTU到现场有振动或有腐蚀性气体的环境。

十)电源波动测试(选测)

测试原因:如果GPRS DTU应用现场采用电池或太阳能供电,有可能出现较大范围的电源波动,GPRS DTU应能适应这种电源波动。

测试方法:以12V电池为例,电压波动范围可能在5伏到14伏之间波动,所以我们在GPRS DTU连接数据中心时,将外部电源从3伏到16伏进行缓慢的升降,模拟电池的充放电情形,这项测试GPRS DTU出现复位是正常的,我们主要看GPRS DTU是否会出现再也无法连接数据中心的情况。如果经过供电电源波动后,DTU再也无法自动连接中心的,建议不应用这类DTU到现场为电池供电的环境。

十一)欠费测试(选测)

测试原因:在GPRS DTU常年运行过程中,很可能会出现因SIM卡欠费,导致无法使用GPRS业务,从而通信连接中断的情况,在进行充值后,GPRS DTU应自动恢复与中心的连接。

测试方法:找一张欠费的SIM卡插入GPRS DTU,等待10分钟,由于欠费,DTU是无法登录数据中心的,这时用手机拨打该号码,提示为已停机或已限制呼入,这时给SIM卡充值,然后用手机拨打该号码,提示为对方振铃或彩铃,就表示该卡已经充值成功,GSM业务已经恢复,等待10分钟左右,看DTU是否能自动连接到数据中心,如果DTU始终无法自行连接数据中心,并且必须要人工复位一次才能恢复连接到数据中心,则视为不合格。

补充一条,如果该DTU支持电话呼叫或发短信来进行复位,并经过测试方法有效,则应视为合格。

十二)域名解析测试(选测)

测试原因:有的应用系统,使用了域名来代替固定IP地址,这会增加一个域名解析的环节,由于域名解析服务存在临时失效的情况,因此在使用域名解析时,需要加测这个项目。

测试方法:

1)域名失效模拟,将动态域名失效,或者静态域名设置指向为一个无效地址,将DTU设置为通过域名寻找数据中心,上电后DTU将无法连接到数据中心,这时,恢复域名的指向,然后观察DTU是否

能自动连接到数据中心,恢复时间越短越好,如果DTU始终无法自动连接数据中心,则为不合格。

2)将设置好域名的GPRS DTU,在连接数据中心成功后,进行去天线测试(参见第五项),看是否通过测试,未通过测试的为该项不合格。

3)将设置好域名的GPRS DTU,在连接数据中心成功后,进行数据中心关闭后恢复测试(参见第二项),看是否通过测试,未通过测试的为该项不合格。

如果域名解析测试不合格,建议不应用这类DTU到使用域名解析数据中心IP地址的系统中。

其他测试项:

1)高低温测试,请参考电子产品通用测试方法。

2)冲击振动测试,请参考电子产品通用测试方法。

 

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