SciTech-EE-无线路由模块: 4G/5G全网通转WiFi/RJ45网口 + DTU: 无线传送设备 (Data Transfer unit)是将 UART(串口)数据 通过GPRS手机网络“透明的”与互联网Socket(IP套接字)数据 双向透明桥接互转的通用电子模块或无线终端设备

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“4G路由器模块插SIM卡转无线WiFi热点模组通讯上网设备USR-RM02 ”

手机网路由器模块插SIM卡转RJ45网线接口

DTU(Data Transfer unit) 将 UART(串口)数据 通过GPRS手机网络 "透明的" 与互联网Socket(IP套接字)数据双向透明桥接互转 的 通用电子模块或无线终端。

核心功能

1. 内部集成TCP/IP协议栈
   
   GPRS DTU内部封装了:

   • PPP拨号协议;
   • TCP/IP协议栈;
   • 并且有嵌入式操作系统.
     
     硬件上，它可看作是嵌入式PC与无线GPRS MODEM的结合；
     
     它有 GPRS拨号上网 以及 TCP/IP数据通信 的功能。

2. 提供UART(串口)数据双向转换功能
   
   GPRS DTU有UART(串行通信))接口(包括RS232,RS485,RS422等常用方式),
   
   而且设计上大都将UART(串口)数据设计成“透明转换”的方式，
   
   即GPRS DTU将 串口上的原始数据 照比特流(bit stream)方式转换成 TCP/IP数据包 进行传送，而不改变原有的数据通信内容。因此GPRS DTU可以和各种使用UART(串口)通信的用户设备进行透明连接(不需要对用户设备作任何改动)。

3. 支持自动心跳(保持永久在线)
   
   GPRS通信网络的优点之一就是支持GPRS终端设备永久在线，
   
   因此典型的GPRS DTU在设计上都支持永久在线功能，
   
   这就要求DTU包含:

   • 上电自动拨号;
   • 采用心跳包保持永久在线(当长时间没有数据通信时，移动网关将断开DTU与中心的连接)自动重连；心跳包就是DTU与数据中心在连接被断开之前发送的一个小数据包以保持连接不被断开）、支持断线自动重连、自动重拨号等特点。

4. 支持参数配置永久保存
   
   GPRS DTU作为一种通信设备，其应用场合十分广泛。
   
   不同的应用，数据中心的IP地址及端口号，串口的波特率等都是不同的。
   
   因此，GPRS DTU都应支持参数配置，并且将配置好的参数保存到内部的永久存储器件(一般为FLASH或EEPROM等)。一旦上电，就自动按照设置好的参数进行工作。

5. 支持用户串口参数设置
   
   不同用户设备的串口参数有所不同，DTU连接用户设备的串口时，要根据用户设备串口的实际参数对DTU端进行相应设置，保证用户设备的正常通信和可靠数据传输。

6. 扩展功能

• 较为专业的GPRS DTU还提供一些扩展功能，主要包括：GPS定位系统, 支持数据中心域名解析、支持远程参数配置、OTA远程固件升级、支持远程短信/电话唤醒、支持本地串口固件升级、提供短信通道、提供DTU在线、离线电平指示等。
• 更高级的DTU 也可给用户提供二次开发的功能；例如；通信插件、DLL、接口文档，以便用户根据自己的实际情况对DTU进行改造，完善DTU产品，使其更加的切合自身需求。

1. 工作原理

• DTU和水文、电力、气象、环保等设备连起来放置在现场。
• DTU上电后首先注册到移动的网络，然后发送建立SOCKET的请求包给移动，手机运营商网络把这个请求发送到因特网。
• 中心的服务端软件接收到请求后建立连接，并发送应答信息。DTU发送的请求信息是因特网上的数据包，中心电脑是通过路由器上网的，在路由器上要设置数据转发。SOCKET连接建立后就可以双向通信。
• DTU 双向桥接之：物理层/数据链路层连接：
  
  嵌入式设备通过UART的四条线与DTU连接：
  • 通过UART的 VCC/GND 给DTU模块提供工作电压电流;
  • 并用UART的Tx/Rx 交叉连接上DTU模块UART的Rx/Tx收发两条信号线;
• DTU 双向桥接之：GPRS手机网络无线连接：
  
  DTU最基本的用法是：
  • DTU有电路板上的esim(嵌入式SIM)芯片 或 可外插放入一张开通GPRS功能的SIM卡;
  • DTU上电后先注册到手机通信的GPRS网络；
  • DTU 通过GPRS网络 与 手机通信网运营商(移动/联通/电信/广电)的 移动网络数据处理中心 建立连接;
  • 手机无线网络运营商 会透明的将 DTU 与 Internet(因特网)宽带供应商 双向转发，最终 与 用户公司的网络 建立Socket连接，可通过DTU的UART或调试接口配置好DTU要连接到的 用户公司数据服务器的IP与Port, 如果是拨号上网，也要提前做好配置；
  • 要建立 嵌入式设备的UART协议数据 到 互联网的Socket数据 这条连接需要把各部分都配置好。
  • 本质上DTU和数据处理中心建立的是SOCKET连接。DTU是SOCKET客户端，数据处理中心是SOCKET的服务端。SOCKET连接有TCP协议和UDP协议之分，DTU和中心要使用一致的协议，这个一般都有配置软件进行配置。给DTU配置好中心的IP地址和端口号后，则把DTU通过串口和用户的设备连接。

1. 工作过程

• GPRS DTU上电后, 首先读出内部FLASH中保存的工作参数（包括GPRS拨号参数，串口波特率，数据中心IP地址等等，事先已经配置好）。
• GPRS DTU登陆GSM网络，然后进行GPRS PPP拨号。拨号成功后，GPRS DTU将获得一个由运营商网络中心随机分配的内部IP地址(一般是10.X.X.X)。即GPRS DTU处于运营商内网，而且其内网IP地址通常是不固定的，随着每次拨号而变化。 我们可以理解为GPRS DTU这时是一个运营商内部局域网内的设备，通过 运营商网关 来实现与外部Internet公网的通信。这与局域网内的电脑通过网关访问外部网络的方式相似。
• GPRS DTU主动发起与用户数据中心服务器的通信连接，并保持通信连接一直存在。
  • 由于GPRS DTU处于移动内网，而且IP地址不固定。因此，只能由GPRS DTU主动连接数据中心，而不能由数据中心主动连接GPRS DTU。这就要求数据中心具备固定的公网IP地址或固定的域名。数据中心的公网IP地址或固定的域名作为参数存储在GPRS DTU的永久存储，以便GPRS DTU一旦上电拨号成功，就可以主动连接到数据中心。
  • GPRS DTU通过数据中心的IP地址（如果是采用中心域名的话，先通过中心域名解析出中心IP地址）以及端口号等参数，向数据中心发起TCP或UDP通信请求。在得到中心的响应后，GPRS DTU即认为与中心握手成功，然后就保持这个通信连接一直存在，如果通信连接中断，GPRS DTU将立即重新与中心握手。由于TCP/UDP通信连接已经建立，就可以进行数据双向通信。
  • DTU只要建立与数据中心的双向通信，完成用户串口数据与GPRS网络数据包的转换就相对简单:
    • 当接收到用户嵌入式设备UART(串口)的Tx线的bit stream数据，DTU就立即把Tx的bit stream数据封装在一个TCP/UDP包里，发送给数据中心。
    • 当DTU收到数据中心发来的TCP/UDP包时，先取出数据内容转为bit stream，立即通过DTU的UART(串口)的Tx直连到的用户嵌入式设备的Rx线，发送解出的bit stream给用户嵌入式设备处理。
  • 通过有线的数据采集中心，同时管理很多GPRS DTU(进行双向通信)。这是GPRS DTU应用系统最为常用的方式。

应用领域

DTU的主要功能是把远端设备的数据通过手机无线网络的方式传送到用户的后台中心。

如图1所示，要完成数据的传输需要建立一套完整的数据传输系统。在这个系统中包括：DTU，客户设备、移动网络、后台中心。在前端，DTU和客户的设备通过232或者485接口相连。DTU上电运行后先注册到移动的GPRS网络，然后去和设置在DTU中的后台中心建立SOCKET连接。后台中心作为SOCKET的服务端，DTU是SOCKET连接的客户端。因此只有DTU是不能完成数据的无线传输的，还需要有后台软件的配合一起使用。在建立连接后，前端的设备和后台的中心就可以通过DTU进行无线数据传输了，而且是双向的传输。

DTU已经广泛应用于电力、环保、LED信息发布、物流、水文、气象等行业领域。如图1所示，尽管应用的行业不同，但应用的原理是相同的。大都是DTU和行业设备相连，比如PLC，单片机等自动化产品的连接，然后和后台建立无线的通信连接。在互联网日益发展的今天，DTU的使用也越来越广泛。它为各行业以及各行业之间的信息、产业融合提供了帮助。

硬件组成

DTU 硬件组成部分主要包括CPU控制模块、无线通讯模块以及电源模块

DTU 优点：组网迅速灵活，建设周期短、成本低；网络覆盖范围广；安全保密性能好；链路支持永远在线、按流量计费、用户使用成本低；

CPU：工业级高性能ARM9嵌入式处理器，带内存管理MMU,200MPS, 16KB Dcache,16KB Icache

FLASH：8MB，可扩充到32MB

SDRAM：64MB，可扩充到256MB

接口：UART；

指示灯：具有电源、通信及在线指示灯

天线接口：标准SMA阴头天线接口，特性阻抗50欧

UIM卡接口：3V/1.8V标准的推杆式用户卡接口

电源接口：标准的3芯火车头电源插座

语音接口：标准的耳机麦克风接口

供电：外接电池或电源;

软件组成

4.1 TCP/UDP透明数据传输；支持多种工作模式。心跳包技术

4.2 智能防掉线，支持在线检测，在线维持，掉线自动重拨，确保设备永远在线

4.3 支持RSA，RC4加密算法

4.4 支持虚拟值守VWM（Virtual Man Watch）功能，确保系统稳定可靠

4.5 支持虚拟数据专用网（APN/VPDN）

4.6 支持数据中心动态域名和IP地址访问

4.7 支持DNS动态获取，防止DNS服务器异常导致的设备当机

4.8 支持双数据中心备份

4.9 支持多数据中心同时接受数据

4.10支持短信、语音、数据等唤醒方式以及超时断开网络连接

4.11支持短消息备份及警告

4.12 多重软硬件看门狗

4.13数据包传输状态报告

4.14 标准的AT命令界面

4.15可以用做普通拨号MODEM

4.16支持telnet功能

4.17支持远程配置，远程控制

4.18通过串口软件升级

4.19同时支持LINUX、UNIX和WINDOWS操作系统

应用案例

一. 电力行业:1.电力远程抄表, 2.变电站监测, 3.电力线路监测 , 4.配电网络柱上开关监测系统

图1DTU在电力远程抄表中应用拓扑图：

二. 水利行业: 1.水质监测, 2.水库闸门远程控制系统方案, 3.水利GPRS调度系统应用方案

4.水管网监 测系统, 5.水库自动监测系统

三. 石油行业: 1油气井的远程监控, 2.GPRS远程油田自动化监测监控系统, 3.燃气管网监控系统方案

四. 市政行业 : 1.路灯远程监控管理 2.管网远程监测 3.城市能耗监测

五. 环保行业 : 1.污染源监测 2.大气环境监测 3.噪音监测 4.粉尘监测

六. 农业应用: 1.大棚远程监测管理 2.水产养殖监测管理农 3.农业水泵监测管理

七. 其它行业: 1.仓库监控管理. 2.电梯远程监控 3.远程起重机管理系统

4.工业能耗监测方面的应用 5.加油站GPRS数据采集系统 6.GPRS气象信息采集系统