GPRS DTU数据中心的通信设计

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1 系统结构
组建一个基于GPRS 网络监控系统需要如下设备和程序：
1 ) GPRS DTU设备和SIM 卡。每个站点一般1 台DTU , 通过RS232 或者RS485与子站的RTU相连，实现与主站的数据传输。各个DTU 需要一张SIM卡。卡向移动公司购买月租费比较便宜的卡，根据实际数据流量需要，申请开通合适的GPRS 资费套餐。
2 ) 子站的电力参数采集设备和程序。该部分完成采集各种电力参数，保存并根据主站的需要通过GPRS网络上传数据。
3 ) 数据中心服务器。可以采用普通的PC机。该PC机要求连接上互联网，有固定的IP 地址。
4 ) 数据中心的监控系统程序。该系统可以实现与各个DTU通信，并且具有监控系统的一般功能，实现遥控、遥测、遥调、遥信“四遥”功能。
整个基于GPRS 网络监控系统结构如图 1 。

图 1 基于GPRS 网络监控系统结构图

2 GP RS DTU 特点与数据中心通信功能
GPRS DTU的数据中心的通信功能，主要是通过网络编程来实现的。在网络中，GPRS DTU是客户端，与普通的客户端相比, 有自己的特点，需要对GPRS DTU的参数进行设置。在参数中，心跳包的时间设置值得认真考虑，要考虑设置长多的时间，此外还要注意DTU 注 册包消息，因为其包含了对有数据中心很有用的消息。
2.1 心跳包时间设置
GPRS网络的特点是，如果长时间没有数据通信，那么移动网关将断开GPRS DTU与中心的连接。为了保持GPRS DTU永久在线，典型的GPRS DTU在设计上包含上电自动拨号 、采用心跳包、支持断线自动重连、自动重拨号这些功能，使得DTU具有永久在线功能。采用心跳包保持永久在线时, 存在一个心跳包时间设置为多少比较合适的问题。如果心跳包时间太短了，那么在DTU 发送的心跳包由于网络延迟，数据中心没有及时接收到心跳包，那么DTU就会判断连接断开，从而自动重连。相反，心跳包时间设置太长,，而这时没有数据 传输，那么移动网关将断开DTU 与数据中心的连接。通过大量的实验表明，把心跳包时间 设置为15分钟左右，可以基本保证DTU永久在线。
2.2 DTU注册包
DTU上电以后会根据设置的数据中心IP和端口号会主动去连接数据中心，一旦TCP链路建立成功，DTU将发送首次注册包，其中包含了DTU的基本信息，不同的厂家的DTU注册包应该不同。当DTU与数据中心在通信过程中，发生异常需要自动重拨号，也会重新连接数据中心再发送注册包。
数据中心接收到注册包后，就可以得到DTU所设置的ID号、所使用的 SIM 卡号、分配的 IP 地址。只有当数据中心接收、分析完注册包后，才可以确认DTU与数据中心建立通信连 接，接下来就可以进行稳定的、可靠地数据传输。
2.3 数据中心通信功能
基于GPRS 网络监控系统可采用客户机/ 服务器模式，即C /S 模式。GPRS DTU相当于一个客户端，而数据中心就是服务器端。我们可以把DTU 设置成采用TCP /IP协议透明数据传输的工作模式，数据中心的服务器采用流式套接字。数据中心的通信功能可以通过网络编程来实现。
数据中心服务器端的设计采用被动方式，都是根据DTU 的状态和上传数据，来作相应的处理。通信部分要完成基本功能如下：
1 ) 可以建立多个客户端( DTU ) 与服务器端的通信连接，并可以与各个客户端通信。即一个服务器对应多个DTU 。
2 ) 管理各个DTU 与数据中心的建立信道。当某个DTU 重新拨号，重连数据中心时，要更新信道。
3 ) 接收从某个DTU 上传的数据，并区分注册包数据和普通的数据，当接收到注册包数据时，按注册包格式完成分析；接收到普通数据时，按DTU 与数据中心约定的协议分析数据。
4 ) 数据中心发送数据到指定的DTU 。
3 VC平台的数据中心实现
数据中心通信功能的设计，是基于TCP/IP协议栈的网络编程，采用C/S模式。在VC++6.0开发环境下，运用C Async Socket 类来实现。这个类在低层次上对Windows Socket AP I进行了封装，可以充分利用Windows Socket AP I编程的灵活性并能满足当有网络事件发生时，利用消息驱动机制处理网络事件。和通常的网络编程的服务器端一样，要构造从C Async Socket类继承的两个类，一个用于监听客户端的连接请求，在程序中这个类命名为CServerListen；一个用于与客户端建立通信连接并交换数据，类名为CDTUClient。数据中心的通信功能的实现除了设计这两个类外, 还做其他的处理。
CDTUClient类从C Async Socket类继承而来的, 完成数据中心与DTU 的通信功能。处理FD_READ事件和FD_CLOSE事件，当接收到GPRS DTU 发送的数据时, 产生FD_READ 事件, 在其事件处理函数void CDTUClient::OnReceive ( int nErrorCode )要做数据接收处理。同样地, 在FD_CLOSE事件的处理函数void CDTUClient::OnClose( int nErrorCode ) 要做通信链路关闭处理。此外，根据G P RS DTU 的通信特点, 由这个这生成的对象能够区分对应的DTU 是否已经上传过注册包，完成向数据中心的注册。DTU 当完成向数据中心注册后, 这个对象应该根据注册包信息分别把成员数据m _strID 、m _s trPhone、m _s trIPAddr和m _strLog inTime设置为DTU的设备ID、S IM卡号码、动态地址IP、DTU登陆注册时间日前, 这些设置是在成员函数SetDTUParam()中完成的。
由于监控系统的通信模式一般可采用召调式, 此种模式即通信主动权在数据中心。当监控系统需要采集某个监测点参数时, 必须主动下发召调报文到指定的子站。数据中心通信的功能中, 可以按照C DTUClient 类对象中的数据成员m _iIndex在链表中来搜寻到指定的信道, 也可以通过对象中数据成员m _s trID 来获取指定信道。
在监控系统中, 这种数据中心通信的设计可以满足主站监控系统( 数据中心) 对下面各个子站的数据采集、控制和设置功能。