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GPRS模块组网方式

GPRS模块组网方式

   要清晰GPRS型模块组网方式,首先要弄清GPRS模块传输数据的机理。

1.互联网中的地址

     工业控制中GPRS通信是基于移动通信的GPRS网络的互联网通信,运营商(如中国移动、联通)的GPRS网络是互联网的一部分,使用GPRS通信的用户根本就不需要知道GPRS网络的工作原理,我们只要知道互联网通信的基本概念就可以了。
     工控系统中的控制节点关系往往是一个多点对多点(即多中心站点对多分站点)、点对多点(中心站点对多分站)、点对点的关系。如果从互联网接入的角度看中心站点和分站都是互联网的终端。今后我们将中心站点负责通信管理和连接的部分用DSC(数据业务中心 Data Service Center)表示,分站负责通信管理和连接的部分用DTU(数据终端单元 Data Terminal Unit)表示。下图是一个点对多点使用GPRS通信的网络示意图。在这个图中,主站和分站都分成了应用通信结果的部分和与互联网连接的通信管理部分。为了方便在以后的描述中我们用DCS和DTU与网络的关系代替中心站点和分站与网络的关系。

     下图是DTU与DCS与网络的关系图:

         GPRS模块_中心站_分站_网络关系图

 


     所谓GPRS模块就是分站中的DTU部分。
     不论是我们日常邮寄信件还是互联网通信,要通信就要有地址,在互联网上地址是由两个地址字段组成的。其中一个是IP地址,另一个是端口号。IP地址表达的是将数据送到哪里,端口号表达的是将数据送给那个应用程序。如果我们非要用邮寄信件的地址比喻的话IP地址就相当于门牌号:XX市XX街XX号,端口号就相当于收件人:XX人。没有门牌号邮递员就不知道将信件送到哪里,没有收件人邮递员就不知道将信件送给这个地址中的哪一个人。
     IP地址是由4个字段组成,中间用点隔开,每个字段最多用3位表达,共有12位。如192.168.0.1就是一个IP地址。
     12位的IP地址所能表示的地址号码有限,为了使这个地址系统能够容纳更多的互联网终端,实际应用中往往采用给有些终端固定的IP地址,给有些终端非固定IP地址的方式扩大IP地址的容量,一个固定IP地址的终端占用一个IP地址号码资源,一个非固定IP地址的终端只有在与网络连接后才由网络分配一个IP地址,当这个终端与网络断开连接后这个刚才分配的IP地址由网络收回,如果有其它非固定IP地址终端申请使用互联网系统再将这些IP地址号分配给其它非固定IP地址终端使用。这种非固定的、动态分配的IP地址称为动态IP地址。现实中的很多互联网终端都是动态IP地址终端,比如家中上网的ADSL用户,使用GPRS上网的手机用户。
     固定IP地址终端与IP地址是一一对应的,动态IP地址终端可以做到少量的IP地址为较多的动态IP地址终端服务。下图是互联网中按IP地址是否固定来将终端分类的示意图。


                    固定终端和动态终端网络关系图

 

     分站(DTU)采用什么样的IP接入方式,和主站(DSC)采用什么样的IP接入方式是建立GPRS网络所要介绍的重点.
分站(DTU)是通过SIM卡成为移动公司的用户的,就像我们的手机是插上SIM卡才能通信一样,SIM卡有两种IP地址方式,一种是动态IP的方式,一种是固定IP的方式,固定IP方式的SIM卡费用昂贵,大部分的DTU使用GPRS上网都是使用动态IP的SIM卡,也就是说大部分的DTU是动态IP接入互联网的。在本文下面的讨论中我们设定SIM卡的IP是动态的。
中心站点(DCS)往往处在上网条件好并且比较固定的地理位置,中心站点(DCS)的上网方式就比较多种多样,既有动态IP的方式,如ADSL、3G、无线上网等。也有固定IP的专线上网方式。
     要通信就要知道对方的IP,如果对方的IP是动态的,就要有办法知道对方的动态IP,并能够将数据送达对方,这个过程就是GPRS模块的通信的建立过程。根据DCS的IP是否固定通信建立过程各不相同,主要有如下几种方式。

2.DSC是固定IP的通信建立方式

     DSC是固定IP的网络形式见下图:
                    GPRS模块网络接入图
     DSC是固定IP的通信过程比较简单,DTU上线后,系统分配一个动态IP给这个DTU,DTU根据中心站点(DCS)的IP地址将分配的动态IP和自己的站点号报告给DCS,DCS在自己的存储区中建立一个站点号和动态IP的对照表,这个表格叫注册表,完成的这个过程叫注册。
     如果是DCS要发起一次通信,DCS首先要查找这个注册表,根据要通信的站点号找到相应DTU的动态IP,根据这个动态IP发起一次通信。如果是DTU向DSC发起一次通信,由于DSC的IP是已知的,根据DSC的IP直接发起一次通信就可以了,数据到达DSC后DSC查找注册表就能判断那个DTU发起的通信。

     注册表的形式见下表:

     DTU站点号

     动态IP地址

 站点1

  263.186.120.3

 站点2

  263.186.120.7

 站点3

  263.186.135.12

     DTU下线前要向DSC发送注消指令,收到注销指令后将注册表中关于这个站点的记录删除。
     如果系统的DSC的IP是固定的,在DTU端需要设置DCS的IP地址和使用端口设置的界面如下。在DCS端需要设置IP的方式为固定IP。
     关于系统设置的参数主要是这个固定的IP地址。
     本公司生产的G300型GPRS模块就可采用这种连接方式。

3.DSC是动态IP的动态域名解析方式

     要清晰域名解析法首先要重温一下互联网中域名的概念。上文说到IP地址是每个上网终端的唯一地址,但这种地址的表示方式很不容易记忆和联想,为了记忆和传播方便使用了给IP地址起一个容易记忆的名字的方法,给IP地址起的名字就就叫域名。域名的组成是由若干个从a到z的26个拉丁字母及0到9的10个阿拉伯数字及“-”、“.”符号构成并按一定的层次和逻辑排列的。目前也有一些国家在开发其他语言的域名,如中文域名。
     我们日常登陆的网页都是以域名表达地址的,如www.sohu.com、www.google.com。而互联网上的地址是以IP地址的方式表达的,这就需要互联网上有一个将域名转换成IP地址的服务设备,这个设备就是域名解析服务器。域名解析服务器中存储有大量的域名与IP地址对应关系的表格,当终端以传送数据的目的域名传送数据时,终端首先将域名传给域名解析服务器,域名解析服务器将这个域名对应的IP地址传送给终端,终端获得IP地址后再将目标IP和数据一同传送给网络,网络将数据发送到对应IP地址的网络终端。
     使用域名传输数据还有一个非常大的好处,如果终端的IP地址发生了变化,系统只需改变域名解析服务器的表格内容,而不必改变别人登陆这个终端的域名。

     动态域名解析法的通信时网络的关系见下图:
                              

                              动态域名解析网络示意图

 

     在这个图中增加了动态域名解析服务器。
     使用动态域名解析方式组建上图中的网络,首先要申请一个域名并选择一个动态域名解析服务的网络服务商。为了下面的描述方便我们称这个申请的域名叫域名A
     当无固定IP的DCS上网获得动态IP后首先向动态域名解析服务器发送一个在这个服务器上注册的注册信息,告诉动态域名解析服务器我的域名和我的动态IP是什么。DTU上网后要向网络发送域名解析申请,网络将DCS的动态IP传送给DTU,这样就完成了动态域名解析的过程。DTU在动态域名服务器上获得DCS的IP地址后的通信过程与DCS是固定IP的通信相同。至于网络是如何找到动态域名解析服务器的问题属于互联网的功能,我们无需深究,我们只有知道互联网有这样的功能就可以了。
     当DCS因某种原因下线后重新上线并重新获得新的IP地址,DCS要重新在动态域名解析服务器上注册。DTU也会使用一种方法(通过TCP/IP的连接和UDP的心跳超时)感受到DCS的下线,如果DTU感受到DCS下线,DTU也会重新向网络发送动态域名解析申请,获得新的动态IP地址。
     一般来说动态域名解析服务器由互联网运营商提供,比较著名的有“花生壳”品牌。有的互联网运营商是免费提供这种服务,有的是收费的。一般来说免费的动态域名用于用户体验,但连接速度较慢,正式使用应该使用收费的动态域名。
如果系统的DSC的IP是动态的,在DTU端需要设置DCS的动态域名和使用端口,设置用软件《N型GPRS模块设置和测试软件》,设置时的连接和界面如下。
     在DCS端需要设置IP的方式为固定IP。

4.DSC是动态IP的数据中转方式

     数据中转法通信时网络的关系如下图:


                         数据中转网络图
     在这种方式中无论是DCS或DTU上网,都向数据中转服务器发送注册信息,注册信息说明自己的站点号,动态IP地址。数据中转服务器在存储区中建立一个站点号和动态IP的对照表。
     当站点间要发送数据给另一个站点时,在发送数据中标明发送的目的站点和源站点,数据中转服务器根据目的站点查表找到目的站点的动态IP地址,将数据发送给目的站点。
      本公司生产的G300型GPRS模块就可采用中心站固定IP、动态域名解析和数据中转等三种连接方式。