DTU -- 數據傳輸單元

DTU -- 數據傳輸單元

DTU (Data Transfer unit)，是專門用於將串口數據轉換爲IP數據或將IP數據轉換爲串口數據通過無線通信網絡進行傳送的無線終端設備。

 硬件組成

DTU硬件組成部分主要包括CPU控制模塊、無線通訊模塊以及電源模塊。

核心功能

1）內部集成TCP/IP協議棧

GPRS DTU內部封裝了PPP撥號協議以及TCP/IP協議棧並且具有嵌入式操作系統，從硬件上，它可看作是嵌入式PC與無線GPRS MODEM的結合；它具備GPRS撥號上網以及TCP/IP數據通信的功能。

2）提供串口數據雙向轉換功能

GPRS DTU提供了串行通信接口，包括RS232,RS485,RS422等都屬於常用的串行通信方式，而且GPRS DTU在設計上大都將串口數據設計成“透明轉換”的方式，也就是說GPRS DTU可以將串口上的原始數據轉換成TCP/IP數據包進行傳送，而不需要改變原有的數據通信內容。因此，GPRS DTU可以和各種使用串口通信的用戶設備進行連接，而且不需要對用戶設備作改動。

3）支持自動心跳，保持永久在線

GPRS通信網絡的優點之一就是支持GPRS終端設備永久在線，因此典型的GPRS DTU在設計上都支持永久在線功能，這就要求DTU包含了上電自動撥號、採用心跳包保持永久在線（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DTU與數據中心在連接被斷開之前發送一個小數據包，以保持連接不被斷開）、支持斷線自動重連、自動重撥號等特點。

4）支持參數配置，永久保存

GPRS DTU作爲一種通信設備，其應用場合十分廣泛。在不同的應用中，數據中心的IP地址及端口號，串口的波特率等都是不同的。因此，GPRS DTU都應支持參數配置，並且將配置好的參數保存內部的永久存儲器件內（一般爲FLASH或EEPROM等）。一旦上電，就自動按照設置好的參數進行工作。

5）支持用戶串口參數設置

不同用戶設備的串口參數有所不同，DTU連接用戶設備的串口時，要根據用戶設備串口的實際參數對DTU端進行相應設置，保證用戶設備的正常通信和可靠數據傳輸。

工作過程

GPRS DTU上電後，首先讀出內部FLASH中保存的工作參數（包括GPRS撥號參數，串口波特率，數據中心IP地址等等，事先已經配置好）。

GPRS DTU登陸GSM網絡，然後進行GPRS PPP撥號。撥號成功後，GPRS DTU將獲得一個由移動隨機分配的內部IP地址(一般是10.X.X.X)。也就是說，GPRS DTU處於移動內網中，而且其內網IP地址通常是不固定的，隨着每次撥號而變化。 我們可以理解爲GPRS DTU這時是一個移動內部局域網內的設備，通過移動網關來實現與外部Internet公網的通信。這與局域網內的電腦通過網關訪問外部網絡的方式相似。

GPRS DTU主動發起與數據中心的通信連接，並保持通信連接一直存在。 由於GPRS DTU處於移動內網，而且IP地址不固定。因此，只能由GPRS DTU主動連接數據中心，而不能由數據中心主動連接GPRS DTU。這就要求數據中心具備固定的公網IP地址或固定的域名。數據中心的公網IP地址或固定的域名作爲參數存儲在GPRS DTU內，以便GPRS DTU一旦上電撥號成功，就可以主動連接到數據中心。

具體地講，GPRS DTU通過數據中心的IP地址（如果是採用中心域名的話，先通過中心域名解析出中心IP地址）以及端口號等參數，向數據中心發起TCP或UDP通信請求。在得到中心的響應後，GPRS DTU即認爲與中心握手成功，然後就保持這個通信連接一直存在，如果通信連接中斷，GPRS DTU將立即重新與中心握手。

由於TCP/UDP通信連接已經建立，就可以進行數據雙向通信了。

對於DTU來說，只要建立了與數據中心的雙向通信，完成用戶串口數據與GPRS網絡數據包的轉換就相對簡單了。一旦接收到用戶的串口數據，DTU就立即把串口數據封裝在一個TCP/UDP包裏，發送給數據中心。反之，當DTU收到數據中心發來的TCP/UDP包時，從中取出數據內容，立即通過串口發送給用戶設備。

通過有線的數據採集中心，同時與很多個GPRS DTU進行雙向通信。這是目前GPRS DTU應用系統中最爲常用的方式。

本質

DTU最基本的用法是：在DTU中放入一張開通GPRS功能的SIM卡，DTU上電後先註冊到GPRS網絡，然後通過GPRS網絡和數據處理中心建立連接，如下圖所示。這條連接涉及了無線網絡運營商，因特網寬帶供應商，用戶公司的網絡情況，以及用戶的電腦配置等環節，因此要建立這條連接需要把各部分都配置好。

在本質上，DTU和數據處理中心建立的是SOCKET連接。DTU是SOCKET客戶端，數據處理中心是SOCKET的服務端。SOCKET連接有TCP協議和UDP協議之分，DTU和中心要使用相同的協議，這個一般都有配置軟件進行配置。給DTU配置好中心的IP地址和端口號後，則把DTU通過串口和用戶的設備相連。

在下圖所示中，DTU和水文、電力、氣象、環保等設備連起來放置在現場。DTU上電後首先註冊到移動的網絡，然後發送建立SOCKET的請求包給移動，移動把這個請求發送到因特網。中心的服務端軟件接收到請求後建立連接，併發送應答信息。DTU發送的請求信息是因特網上的數據包，有一些原因會阻止中心收到連接請求包，這樣也就不能建立連接。最常見的有中心的電腦上有殺毒軟件、防火牆等把這些數據包給屏蔽了。另一是中心電腦是通過路由器上網的，在路由器上要設置數據轉發。SOCKET連接建立後就可以雙向通信了。

DTU優點：

組網迅速靈活，建設週期短、成本低；網絡覆蓋範圍廣；安全保密性能好；鏈路支持永遠在線、按流量計費、用戶使用成本低。

DTU vs. RTU

RTU（Remote Terminal Units），中文全稱爲遠程終端單元。

遠程終端設備（RTU）是安裝在遠程現場的電子設備，用來監視和測量安裝在遠程現場的傳感器和設備。RTU將測得的狀態或信號轉換成可在通信媒體上發送的數據格式。它還將從中央計算機發送來得數據轉換成命令，實現對設備的功能控制。RTU主要應用於工業、農業、水利、電力、環保、氣象、地震、交通、能源、商業領域等。

RTU的特點：

通訊距離較長；用於各種環境惡劣的工業現場；模塊結構化設計，便於擴展；在具有遙信、遙測、遙控領域的水利、電力調度，市政調度等行業廣泛使用。

RTU的主要功能：

• 採集狀態量並向遠方發送，帶有光電隔離，遙信變位優先傳送；
• 採集數據量並向遠方發送，帶有光電隔離；
• 直接採集系統工頻電量，實現對電壓、電流、有功、無功的測量並向遠方發送，可計算正反向電度；
• 採集脈衝電度量並向遠方發送，帶有光電隔離；
• 接收並執行遙控及返校；
• 程序自恢復；
• 設備自診斷(故障診斷到插件級)；
• 設備自調；
• 通道監視；
• 接收並執行遙調；
• 接收並執行校時命令(包括GPS對時功能選配)；
• 與兩個及兩個以上的主站通訊；
• 採集事件順序記錄並向遠方發送；
• 提供多個數字接口及多個模擬接口；
• 可對每個接口特性進行遠方/當地設置；
• 提供若干種通信規約,每個接口可以根據遠方/當地設置傳輸不同規約的數據；
• 接受遠方命令,選擇發送各類信息；
• 可轉發多個子站遠動信息；
• 當地顯示功能，當地接口有隔離器；
• 支持與擴頻、微波、衛星、載波等設備的通訊；
• 選配及多規約同時運行，如DL451-91 CDT規約，同時應支持POLLING規約和其他國際標準規約（如DNP3.0、SC1801、101規約）；
• 可通過電信網和電力系統通道進行遠方設置。

RTU與DTU的區別

RTU一般用於監視、控制與數據採集的應用。具有遙測、遙信、遙調、遙控功能。通常都集成了模擬量與數字量的輸入與輸出、PMW控制、計數器、RS232和RS485接口，同時具備無線路由器的功能。

DTU是一個無線透傳設備。是專門用於將串口數據轉換爲IP數據或將IP數據轉換爲串口數據通過無線通信網絡進行傳送的無線終端設備。