基于GPRS DTU通信平台组网方案介绍_无线通讯模块_GPRS

基于GPRS DTU通信平台组网方案介绍

2012/5/17 9:57:29

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。