伍瀏陽(yáng)，周樹(shù)功

（1. 唐山師范學(xué)院 科研處，河北 唐山 063000；2. 唐山師范學(xué)院 數(shù)學(xué)與信息科學(xué)系，河北 唐山 063000）

基于GPRS通信網(wǎng)絡(luò)的DTU數(shù)據(jù)服務(wù)中心系統(tǒng)的功能和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，利用Socket編程技術(shù)，在.net frame work平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)了一臺(tái)服務(wù)器和互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)的DTU數(shù)據(jù)服務(wù)中心進(jìn)行通信的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，并將采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)管理信息系統(tǒng)中為第三方提供數(shù)據(jù)服務(wù)和支持[1,2]。

1 DTU和 GPRS通訊網(wǎng)絡(luò)介紹

DTU（Data Transfer unit），是專門用于將串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為IP數(shù)據(jù)或?qū)P數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串口數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳送的無(wú)線終端設(shè)備。DTU廣泛應(yīng)用于氣象、水文水利、地質(zhì)等行業(yè)。

GPRS，通用無(wú)線分組業(yè)務(wù)是一種基于GSM系統(tǒng)的無(wú)線分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無(wú)線 IP連接。GPRS充分利用共享無(wú)線信道，采用IP Over PPP實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)終端的高速、遠(yuǎn)程接入。作為現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)向第三代移動(dòng)通信演變的過(guò)渡技術(shù)（2.5G），GPRS在許多方面都具有顯著的優(yōu)勢(shì)。

當(dāng)前無(wú)線通訊技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了4G時(shí)代，但目前4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)量很大，包含了更復(fù)雜的校驗(yàn)數(shù)據(jù)，無(wú)形中增大了DTU數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理負(fù)擔(dān)。并增加了數(shù)據(jù)流量，實(shí)踐中會(huì)給企業(yè)帶來(lái)更高的通信成本。經(jīng)過(guò)比較本文選擇利用GRPS移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

2 DTU數(shù)據(jù)服務(wù)中心系統(tǒng)

DTU是數(shù)據(jù)終端設(shè)備（Data Terminal unit）的簡(jiǎn)寫。廣義地講，在進(jìn)行通信時(shí)，傳輸數(shù)據(jù)的鏈路兩端負(fù)責(zé)發(fā)送數(shù)據(jù)信息的模塊單元都稱之為 DTU，在它的作用下對(duì)所傳信息進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)整理校驗(yàn)。狹義地講，DTU一般特指無(wú)線通訊中的下位GPRS/CDMA發(fā)射終端設(shè)備。前者是一種模塊，而后者則是設(shè)備。

通信中，有主從關(guān)系的一對(duì)設(shè)備，負(fù)責(zé)提交信息的終端設(shè)備是下位機(jī)，負(fù)責(zé)處理提交信息的設(shè)備是上位機(jī)。DTU設(shè)備大多數(shù)情況下就屬于下位機(jī)，而負(fù)責(zé)處理DTU回傳信息的數(shù)據(jù)中心就是上位機(jī)，典型的應(yīng)用方式是多臺(tái)DTU對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心是指對(duì)下位機(jī)回傳的信息進(jìn)行采集、匯總和處理，并對(duì)下位機(jī)進(jìn)行一定控制和管理的上位機(jī)系統(tǒng)，他包括完整的計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備和特定的完整軟件功能。該數(shù)據(jù)中心可以處理遠(yuǎn)程儀表讀取的數(shù)據(jù)在遠(yuǎn)程抄表，自動(dòng)收費(fèi)計(jì)量等領(lǐng)域應(yīng)用很廣，有很大的應(yīng)用價(jià)值。

3 基于GPRS通信的DTU數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

3.1 系統(tǒng)的軟硬件應(yīng)用環(huán)境與功能介紹

基于GPRS通信的DTU數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，包括若干個(gè)DTU無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸單元，一臺(tái)帶有雙網(wǎng)卡的計(jì)算機(jī)、GPRS無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)、windows服務(wù)器版操作系統(tǒng)、SQLSERVER數(shù)據(jù)庫(kù)、VPN服務(wù)器和一個(gè)DTU數(shù)據(jù)處理器。計(jì)算機(jī)服務(wù)器通過(guò)與internet相連的網(wǎng)卡接受每個(gè)DTU數(shù)據(jù)終端發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)并通過(guò)研發(fā)的DTU數(shù)據(jù)處理器來(lái)接收、存儲(chǔ)DTU終端發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)并能夠向DTU終端發(fā)送數(shù)據(jù)來(lái)檢測(cè)DTU數(shù)據(jù)終端的狀態(tài)。在GRPS網(wǎng)絡(luò)不中斷的情況下將全部連接到本DTU數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)的DTU所發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理器中，利用本DTU數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可以存儲(chǔ)連接到服務(wù)器的各個(gè)DTU發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)以二維表的形式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)里。在 GRPS通信網(wǎng)絡(luò)癱瘓或者DTU數(shù)據(jù)終端出現(xiàn)故障的情況下，DTU數(shù)據(jù)處理器會(huì)向DTU終端發(fā)送檢測(cè)數(shù)據(jù)，檢測(cè)DTU終端與本數(shù)據(jù)處理中心的連接狀態(tài)保證本數(shù)據(jù)處理中心高效、及時(shí)、可靠傳遞。本系統(tǒng)操作方便，便于后臺(tái)管理信息系統(tǒng)從本系統(tǒng)中提取DTU傳輸過(guò)來(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 DTU數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 DTU數(shù)據(jù)服務(wù)中心系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（1）GPRSDTU設(shè)備和SIM卡。每個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)1臺(tái)DTU，通過(guò)RS232與子站的RTU相連，實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)服務(wù)中心數(shù)據(jù)傳輸。各個(gè)DTU需要一張SIM卡。卡向移動(dòng)公司購(gòu)買月租費(fèi)比較便宜的卡，根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)流量需要，申請(qǐng)開(kāi)通合適的GPRS資費(fèi)套餐。

（2）設(shè)置每個(gè)DTU數(shù)采集設(shè)備和程序。存儲(chǔ)并根據(jù)主站的需要通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)上傳數(shù)據(jù)。

（3）數(shù)據(jù)中心服務(wù)器?？梢圆捎闷胀ǖ?PC機(jī)，該P(yáng)C機(jī)要求連接上互聯(lián)網(wǎng)，有固定的IP地址。

（4）數(shù)據(jù)中心的監(jiān)控系統(tǒng)程序。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)與各個(gè)DTU通信，并且具有監(jiān)控系統(tǒng)的一般功能，實(shí)現(xiàn)遙控、遙測(cè)、遙調(diào)、遙信“四遙”功能。

（5）心跳包參數(shù)設(shè)置。GPRS網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是，如果長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有數(shù)據(jù)通信，那么移動(dòng)網(wǎng)關(guān)將斷開(kāi)GPRSDTU與中心的連接。為了保持GPRSDTU永久在線，典型的GPRSDTU在設(shè)計(jì)上包含上電自動(dòng)撥號(hào)、采用心跳包、支持?jǐn)嗑€自動(dòng)重連、自動(dòng)重?fù)芴?hào)這些功能，使得DTU具有永久在線功能。采用心跳包保持永久在線時(shí)，存在一個(gè)心跳包時(shí)間設(shè)置為多少比較合適的問(wèn)題。如果心跳包時(shí)間太短了，那么在DTU發(fā)送的心跳包由于網(wǎng)絡(luò)延遲，數(shù)據(jù)中心沒(méi)有及時(shí)接收到心跳包，那么DTU就會(huì)判斷連接斷開(kāi)，從而自動(dòng)重連。相反，心跳包時(shí)間設(shè)置太長(zhǎng)，而這時(shí)沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸，那么移動(dòng)網(wǎng)關(guān)將斷開(kāi)DTU與數(shù)據(jù)中心的連接。通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)表明，把心跳包時(shí)間設(shè)置為 5分鐘左右，可以基本保證DTU永久在。

3.3 DTU數(shù)據(jù)服務(wù)中心系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)描述

基于GPRS通信的DTU數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)是一種基于GPRS通信的DTU數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)，通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)把遠(yuǎn)程DTU采集到的數(shù)據(jù)傳送到DTU數(shù)據(jù)處理器中，通過(guò)DTU數(shù)據(jù)處理器把遠(yuǎn)程DTU傳送來(lái)的數(shù)據(jù)按照對(duì)數(shù)據(jù)使用的需求（可以通過(guò)數(shù)據(jù)處理器設(shè)置采集數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)）存儲(chǔ)到結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中，為進(jìn)一步處理、分析和統(tǒng)計(jì)DTU采集到的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)提供支持和數(shù)據(jù)服務(wù)，大大提高了DTU數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和使用效率。

基于GPRS通信的DTU數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)，包括若干個(gè)終端DTU（數(shù)據(jù)處理終端），一個(gè)計(jì)算機(jī)服務(wù)器；在服務(wù)器上開(kāi)通若干通信端口、每個(gè)端口通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)連通一個(gè)DTU。DTU數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)部署在服務(wù)器上。該服務(wù)系統(tǒng)可以檢測(cè)連接到該服務(wù)器上每個(gè)DTU的連通狀態(tài)并獲取DTU發(fā)送的數(shù)據(jù)，通過(guò)DTU數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)功能實(shí)現(xiàn)不同類型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)。本數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)可以把DTU數(shù)據(jù)處理器獲得的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)庫(kù)管理信息系統(tǒng)中。本系統(tǒng)需要的硬件包括DTU終端（可以為任何廠家的數(shù)據(jù)終端處理單元）。計(jì)算機(jī)服務(wù)器為雙核CPU支持多線程，服務(wù)器配置雙網(wǎng)卡其中一個(gè)網(wǎng)卡為無(wú)線網(wǎng)卡，并配備本系統(tǒng)的核心部件DTU數(shù)據(jù)處理器和一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理器。本系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）基于GPRS通信的DTU數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)可以把連接到DTU數(shù)據(jù)處理器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到一個(gè)統(tǒng)一集成的數(shù)據(jù)環(huán)境。為利用DTU發(fā)送的數(shù)據(jù)的管理信息系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)服務(wù)。

（2）采用此系統(tǒng)后，可以保證實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)檢測(cè)與DTU數(shù)據(jù)處理器連接的DTU的通信狀態(tài)?？梢蕴岣邤?shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確率，并控制數(shù)據(jù)傳輸頻率。

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3.4 .net framework平臺(tái)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)服務(wù)中心系統(tǒng)在.net framework憑條下開(kāi)發(fā)的基于 TCP/IP協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)編程，采用 C/S模式。在VS2010開(kāi)發(fā)環(huán)境下，運(yùn)用異步Socket類來(lái)實(shí)現(xiàn)。這個(gè)類在低層次上對(duì)Windows Socket API進(jìn)行了封裝，可以充分利Windows Socket API編程的靈活性并能滿足當(dāng)有網(wǎng)絡(luò)事件發(fā)生時(shí)，利用消息驅(qū)動(dòng)機(jī)制處理網(wǎng)絡(luò)事件。系統(tǒng)操作界面如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)操作界面

系統(tǒng)啟用后填寫DTU數(shù)據(jù)服務(wù)中心系統(tǒng)運(yùn)行的服務(wù)器上采集數(shù)據(jù)的網(wǎng)卡 ip地址和監(jiān)聽(tīng)端口。單擊開(kāi)始監(jiān)聽(tīng)后可以采集DTU發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)。單擊數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)置模塊可以自定義需要采集數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)啟動(dòng)后可以顯示每個(gè)DTU和數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)的連接狀態(tài)和存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)表的 id以及數(shù)據(jù)最近更新時(shí)間。系統(tǒng)采集實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵代碼如下：

4 結(jié)語(yǔ)

本文提到的基于GPRS通信的DTU數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，可以將從DTU采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中為第三方提供數(shù)據(jù)支持，并且可以保證實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)檢測(cè)與DTU數(shù)據(jù)處理器連接的DTU的通信狀態(tài)?？梢蕴岣邤?shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確率，并控制數(shù)據(jù)傳輸頻率。

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