??? 上一期介紹了嵌入式系統中的短信技術，短信方式主要適用于數據量不大、交換數據不頻繁的場合。這一期將介紹適用于數據傳輸量較大且交換頻繁場合的GPRS數據傳輸技術。
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是在現有GSM網絡上開通的一項高速數據處理技術，方法是以“分組”的形式傳送數據到用戶設備。其高速的特性理論上可達171.2 kb/s，除了速度上的優勢外，GPRS還有接入速度快、永遠在線、按流量計費等優點。
?? ?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，主要被用于數據傳輸，傳輸對象可以是GPRS設備之間或者是網絡互聯設備之間。
2 如何通過GPRS網絡收發數據
??? 通過GPRS網絡發送數據，最簡單的辦法就是使用GPRS數據傳輸設備DTU(Data Terminal Unit)，圖1為DTU的典型應用方案。
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??? 數據通信過程如下：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協議與位于互聯網上的數據中心建立連接，為用戶設備建立一條雙向透明傳輸的無線通信鏈路。
??? 建立透明通道后，用戶設備便可以通過串口向DTU發送數據， DTU收到數據后將其封裝成IP包，經過GPRS網絡及Internet網絡發送到數據中心，數據中心通過網絡程序可以獲取到這些數據。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DTU的功能并使其穩定可靠地工作，還是有許多地方需要注意。
?? ?首先，DTU中的TCP/IP和PPP協議棧是一套復雜的協議程序，需要多年的積累才能可靠穩定。而市面上許多GPRS模塊中內嵌的協議?；蚨嗷蛏俅嬖谝恍﹩栴}，需要用戶在使用過程中不斷發現和規避。
?? ?其次，抗干擾性能是工業產品重要指標之一，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
?? ?廣州致遠電子有限公司長期致力于無線數傳產品的研發，推出了一款非常易于使用且穩定可靠、能夠適應長期不間斷工作的工業級數據傳輸設備——ZWG-28A，產品外形如圖2所示。
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?? ?(1)產品特性
?? ?· 大緩存區設計(收發各30 KB)，采用動態劃分技術，提高緩存區使用效率；
?? ?· 最多可緩存480幀數據(每幀64 B)，適合小數據幀快速連續傳輸；
?? ?· 每幀可設置為1 024 B長度(緩存30幀)，適合大數據量連續傳輸；
?? ?· 使用西門子工業級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；
?? ?· 數據全透明傳輸，用戶無需了解復雜的TCP/IP、PPP等協議；
?? ?· 支持數據中心動態域名或IP地址訪問；
?? ?· 支持備用數據中心；
?? ?· 支持APN虛擬專網業務；
?? ?· 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；
?? ?· 支持數據中心虛擬串口功能，無縫銜接現有上位機軟件；
?? ?· 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協議棧
?? ?ZWG-28A使用西門子工業級GPRS模塊，內嵌可靠的PPP及TCP/IP協議棧。用戶使用DTU時無需了解復雜的協議棧，只要向DTU的串口發送數據即可。
?? ?(3)動態劃分技術的大容量緩存
?? ?數據緩存的大小直接影響著用戶的收發數據量，因此ZWG-28A提供了較大緩存區（收發各30 KB，可定制擴展至8 MB以上），并采用緩存區動態劃分技術，可以高效利用緩存區并提高傳輸效率。例如，系統最多可緩存480幀數據（每幀64 B），這樣適合小數據幀快速連續傳輸，當設置為1 024 B長度（緩存30幀），則適合大數據量連續傳輸。
?? ?(4)成熟穩固的硬件設計
?? ?設備需要長期穩定的工作，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)串口數據透明傳輸功能
?? ?ZWG系列DTU提供多種串行接口(RS-232、RS-485/RS-422、CAN-bus等)，采用“透明數據通信”的方式與用戶的串口設備通信。透明數據通信的意思是用戶設備與DTU之間沒有通信協議，DTU將用戶設備發送過來的數據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發來的數據包。比如用戶設備發送一個字節數據為0xAA，那么在PC端運行的軟件就會收到一個字節數據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，當長時間沒有數據通信時，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據包。
?? ?(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、遠程數據中心配置和短信配置，而且配置參數掉電不丟失，上電后DTU就按照配置好的參數自動進行工作。靈活的配置方法可以讓系統操作者足不出戶就完成系統調整。
?? ?(9)應用方案
?? ?GPRS無線數傳設備組網方式靈活而簡單，最常用的方式是多個DTU設備與一臺作為數據中心的PC機構成一個分布式數據采集系統，各種信息數據被現場的DTU設備上傳到數據中心，數據中心的命令也可以通過現場的各個DTU送達采集點。這種組網方式廣泛應用于各種分布式數據采集控制系統。圖3所示為ZWG-28A所組成的環境無線監測系統。
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