??? 上一期介紹了嵌入式系統(tǒng)中的短信技術，短信方式主要適用于數(shù)據(jù)量不大、交換數(shù)據(jù)不頻繁的場合。這一期將介紹適用于數(shù)據(jù)傳輸量較大且交換頻繁場合的GPRS數(shù)據(jù)傳輸技術。
1 概述
?? ?GPRS的英文全稱是：“General Packet Radio Service”（譯作“通用分組無線服務”）。通俗地講，GPRS是在現(xiàn)有GSM網絡上開通的一項高速數(shù)據(jù)處理技術，方法是以“分組”的形式傳送數(shù)據(jù)到用戶設備。其高速的特性理論上可達171.2 kb/s，除了速度上的優(yōu)勢外，GPRS還有接入速度快、永遠在線、按流量計費等優(yōu)點。
?? ?因此GPRS無線通信很快成為了一種廣泛使用的無線通信方式，主要被用于數(shù)據(jù)傳輸，傳輸對象可以是GPRS設備之間或者是網絡互聯(lián)設備之間。
2 如何通過GPRS網絡收發(fā)數(shù)據(jù)
??? 通過GPRS網絡發(fā)送數(shù)據(jù)，最簡單的辦法就是使用GPRS數(shù)據(jù)傳輸設備DTU(Data Terminal Unit)，圖1為DTU的典型應用方案。
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??? 數(shù)據(jù)通信過程如下：DTU上電后，首先完成網絡注冊等初始化工作，然后自動進行PPP拔號，再通過TCP/IP協(xié)議與位于互聯(lián)網上的數(shù)據(jù)中心建立連接，為用戶設備建立一條雙向透明傳輸?shù)臒o線通信鏈路。
??? 建立透明通道后，用戶設備便可以通過串口向DTU發(fā)送數(shù)據(jù)， DTU收到數(shù)據(jù)后將其封裝成IP包，經過GPRS網絡及Internet網絡發(fā)送到數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心通過網絡程序可以獲取到這些數(shù)據(jù)。這個過程也稱之為“上行”，反向過程則稱之為“下行”。
?? ?整個通信過程雖然看似簡單，但是要想實現(xiàn)DTU的功能并使其穩(wěn)定可靠地工作，還是有許多地方需要注意。
?? ?首先，DTU中的TCP/IP和PPP協(xié)議棧是一套復雜的協(xié)議程序，需要多年的積累才能可靠穩(wěn)定。而市面上許多GPRS模塊中內嵌的協(xié)議棧或多或少存在一些問題，需要用戶在使用過程中不斷發(fā)現(xiàn)和規(guī)避。
?? ?其次，抗干擾性能是工業(yè)產品重要指標之一，在硬件設計上需要特別重視。例如防靜電、抗群脈沖、浪涌等等，這都要求在設計過程中要注意干擾源以及干擾作用方式，并設計出消除干擾的電路或預防干擾的措施，才能讓設備更加穩(wěn)定地工作。
?? ?最后，GPRS設備在長期工作中，還會遇到許多外界的特殊情況。如信號弱、SIM卡欠費、SIM卡不兼容、無可用網絡、通信鏈路異常斷開、服務器出錯等，這些都有可能造成設備故障而且無法恢復，所以必需針對各種可能出現(xiàn)的故障制定有效的解決方法才能保證設備可靠地工作。
3 快速搭建可靠的無線通信系統(tǒng)
?? ?廣州致遠電子有限公司長期致力于無線數(shù)傳產品的研發(fā)，推出了一款非常易于使用且穩(wěn)定可靠、能夠適應長期不間斷工作的工業(yè)級數(shù)據(jù)傳輸設備——ZWG-28A，產品外形如圖2所示。
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?? ?(1)產品特性
?? ?· 大緩存區(qū)設計(收發(fā)各30 KB)，采用動態(tài)劃分技術，提高緩存區(qū)使用效率；
?? ?· 最多可緩存480幀數(shù)據(jù)(每幀64 B)，適合小數(shù)據(jù)幀快速連續(xù)傳輸；
?? ?· 每幀可設置為1 024 B長度(緩存30幀)，適合大數(shù)據(jù)量連續(xù)傳輸；
?? ?· 使用西門子工業(yè)級GPRS模塊；
?? ?· 6 V～25 V寬范圍供電；
?? ?· 具有設備電源關斷功能，方便用戶控制；
?? ?· 數(shù)據(jù)全透明傳輸，用戶無需了解復雜的TCP/IP、PPP等協(xié)議；
?? ?· 支持數(shù)據(jù)中心動態(tài)域名或IP地址訪問；
?? ?· 支持備用數(shù)據(jù)中心；
?? ?· 支持APN虛擬專網業(yè)務；
?? ?· 支持永遠在線、空閑下線和空閑掉電三種工作方式；
?? ?· 支持短信和電話喚醒功能；
?? ?· 支持斷線自動重連功能；
?? ?· 具有連接時機可控功能，節(jié)約流量；
?? ?· 支持本地和遠程圖形化界面配置與維護；
?? ?· 支持短信配置與維護；
?? ?· 支持本地和遠程固件升級；
?? ?· 支持數(shù)據(jù)中心虛擬串口功能，無縫銜接現(xiàn)有上位機軟件；
?? ?· 多重軟硬件可靠設計，復合式看門狗技術，使設備安全運行。
?? ?(2)內嵌可靠PPP、TCP/IP協(xié)議棧
?? ?ZWG-28A使用西門子工業(yè)級GPRS模塊，內嵌可靠的PPP及TCP/IP協(xié)議棧。用戶使用DTU時無需了解復雜的協(xié)議棧，只要向DTU的串口發(fā)送數(shù)據(jù)即可。
?? ?(3)動態(tài)劃分技術的大容量緩存
?? ?數(shù)據(jù)緩存的大小直接影響著用戶的收發(fā)數(shù)據(jù)量，因此ZWG-28A提供了較大緩存區(qū)（收發(fā)各30 KB，可定制擴展至8 MB以上），并采用緩存區(qū)動態(tài)劃分技術，可以高效利用緩存區(qū)并提高傳輸效率。例如，系統(tǒng)最多可緩存480幀數(shù)據(jù)（每幀64 B），這樣適合小數(shù)據(jù)幀快速連續(xù)傳輸，當設置為1 024 B長度（緩存30幀），則適合大數(shù)據(jù)量連續(xù)傳輸。
?? ?(4)成熟穩(wěn)固的硬件設計
?? ?設備需要長期穩(wěn)定的工作，必須依托可靠的硬件電路設計。例如，ZWG-28A在電源方面采取了防反接、防浪涌、過壓保護等措施。為了增強其抗干擾性能，還在通信端子上添加ESD、TVS等保護器件，同時天線與設備外殼相隔離，有效地緩解了雷擊的影響。ZWG-28A所用的器件均為工業(yè)級，并通過了高低溫測試、靜電、浪涌、群脈沖等測試，產品下線后還要經歷24小時的老化測試。
?? ?(5)串口數(shù)據(jù)透明傳輸功能
?? ?ZWG系列DTU提供多種串行接口(RS-232、RS-485/RS-422、CAN-bus等)，采用“透明數(shù)據(jù)通信”的方式與用戶的串口設備通信。透明數(shù)據(jù)通信的意思是用戶設備與DTU之間沒有通信協(xié)議，DTU將用戶設備發(fā)送過來的數(shù)據(jù)不做修改地傳送到目標PC上，運行于PC上的軟件可以完整地接收到DTU發(fā)來的數(shù)據(jù)包。比如用戶設備發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)為0xAA，那么在PC端運行的軟件就會收到一個字節(jié)數(shù)據(jù)0xAA。從PC到用戶設備的通信過程與之相同。
?? ?(6)支持斷線自動重連、自動心跳包、保持永久在線
?? ?DTU設備連接上服務器后，當長時間沒有數(shù)據(jù)通信時，移動網關將斷開DTU與中心的連接。心跳包就是維持連接不被切斷的一個小數(shù)據(jù)包。
?? ?(7)連接時機可控
?? ?在網絡故障或服務器關閉的情況下，普通DTU會不停地嘗試連接服務器，導致GPRS流量激增。而ZWG-28A具有連接時機可控的功能，用戶可以根據(jù)實際情況靈活設置，讓DTU既可以及時重連上服務器，又不會產生過大的流量費用。
?? ?(8)靈活的配置方法
?? ?ZWG-28A支持三種配置方式，分別為本地串口配置、遠程數(shù)據(jù)中心配置和短信配置，而且配置參數(shù)掉電不丟失，上電后DTU就按照配置好的參數(shù)自動進行工作。靈活的配置方法可以讓系統(tǒng)操作者足不出戶就完成系統(tǒng)調整。
?? ?(9)應用方案
?? ?GPRS無線數(shù)傳設備組網方式靈活而簡單，最常用的方式是多個DTU設備與一臺作為數(shù)據(jù)中心的PC機構成一個分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，各種信息數(shù)據(jù)被現(xiàn)場的DTU設備上傳到數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心的命令也可以通過現(xiàn)場的各個DTU送達采集點。這種組網方式廣泛應用于各種分布式數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)。圖3所示為ZWG-28A所組成的環(huán)境無線監(jiān)測系統(tǒng)。
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