GPRS 数据终端设计中的关键问题研究
孔德恩
东南大学 信息安全研究中心，江苏 南京 （210096）
摘 要：结合作者的实践和 TCP/IP 协议，从方案选择、应用需求、参数预留和参数配置等
方面，详细地阐述了 GPRS 数据终端的设计中应该注意的关键问题；并对相关问题给出了解
决办法。
关键词：GPRS 数据终端 实现方案 参数配置
1. 引言
基于通用分组无线业务（General Packet Radio Service, GPRS）的具体应用的文章已经很
多了，比如：参考文献[1~6]，它们都给出了 GPRS 数据终端（Data Terminal Unit, DTU)的某
种实现与应用。但是，它们对在 GPRS DTU 的设计开发过程中应该注意的关键问题没有给
出系统地论述，对于设计开发 GPRS DTU 的指导作用不明显。结合自己设计开发的实践经
验和与应用需求，作者对在 GPRS DTU 设计实现过程中应该注意的关键问题作了比较系统
地描述和论证，并对相关问题给出了解决办法。
2. GPRS DTU 的实现方案
GPRS DTU的实现方案与系统的性能需求和产品的成本直接相关。只有选择合适性价
比，才能开发出有竞争力的产品。正是基于这个考虑，我们在开发时必须仔细究DTU的实现
方案。目前的实现方案有以下六种：（1）单片机＋软件协议栈+GPRS模块[1][7]；（2）单片机
+硬件协议栈＋GPRS模块[7]；（3）单片机+GPRS模块（模块自带协议栈）；（4）集成GPRS
模块；（5）高端微控制器+GPRS模块；（6）个人PC机+GPRS模块。其中方案（3）与方案（4）
的主要区别在于集成GPRS模块内部集成为微控制器。
GPRS 模块的现状与分类
随着集成电路技术的发展，GPRS 模块的集成度越来越高，开发的难度也在逐步减小；
这使得开发者可以把精力重点放在外围电路设计和稳定性设计上。按照模块内部是否带有协
议栈和控制器来分类，可以分为：（1）普通 GPRS 模块，比如：摩托罗拉的 G18,西门子的
MC35i 等；（2）带协议栈的 GPRS 模块，比如：SIMCOM 的 SIM300 等；（3）带协议栈又
带微控制器的 GPRS 模块，例如：Wavecom 的 Gr47, Gr64 等。
方案的比较分析
随着 GPRS 模块集成度的提高和网络技术的发展，方案（1）（2）已经基本不再使用；
方案（6）的使用也相对较少。因此，我们重点讨论（3）（4）（5）三种方案，它们的对比分
析，见表 1。
表 1 方案对比分析表
方案 成本 硬件资源 传输速率 TCP/IP 协议栈
应用软件
可扩展性 开发难度
主要
应用范围
方案（3） 低 较少 一般 基本 差 较高 数据采集
方案（4） 中 一般 一般 基本 差 低 数据采集
方案（5） 高 丰富 较高 完整 好 高 数据采集图像采集
由表 1 可知：要根据具体的应用选择不同的方案，对于数据采集主要选择方案（3）、（4）；
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而对于图像采集主要考虑选择方案（5）。
3 软件设计中的设置参数预留问题
在 GPRS DTU 的使用过程中，有许多参数需要经常改变，以适应不同的客户；有的参
数即使同一个客户使用也是需要改变的。因此，必须全面考虑设置参数的预留问题，才能使
产品更好的适应市场需求。预留设置参数主要应考虑以下几方面的问题。
系统组网与运行方式[5]
GPRS DTU 采用 C/S（客户／服务器）方式与数据中心进行通信。数据中心可以利用因
特网和 APN(Access Point Name)专线两种方法接入 GPRS 网络（见图１）。在数据中心使用
因特网时，GPRS DTU 要使用公用的“CMNET”或“CMWAP”来接入 GPRS 网络；而在
数据中心使用 APN 专线时，GPRS DTU 要使用专用的名称接入 GPRS 网络。因此，接入点
的名称是软件设计过程中必须预留的一个参数，它为不定长的一个字符串。
数据中心 IP 地址
不同客户的数据中心 IP 地址是不相同的；同一个客户在数据中心采用动态 IP 地址接入
因特网时，数据中心 IP 地址也是不同的。因此，数据中心 IP 地址是必须预留的参数。
GPRS DTU 获取数据中心 IP 地址的方式是值得考虑的又一个问题。概括起来，主要有
三种：一是串口配置，即终端开机时，有串口输入，存放到非遗失性存储器中，程序启动后
从非遗失性存储器读取；二是短消息配置，即通过手机给终端的 SIM 卡发送固定格式的短
消息，程序从短消息内容中读取数据中心 IP 地址；三是在数据中心已经注册域名时，终端
利用域名解析来获取数据中心 IP 地址。GPRS DTU 获取数据中心 IP 地址的方式直接影响
DTU 的软件流程，必须在开始设计软件时予以充分的考虑。
传输层协议的选择
网络通信主要利用 TCP 协议或者 UDP 协议进行数据通信。这两种通信协议工作机制和
流程是不同的。要选择合适的通信协议，必须先了解系统的通信机制。
系统的通信机制：GPRS DTU 终端获得的 IP 地址为动态内网 IP 地址。在访问 Internet
网时，移动运营商的 GPRS 网关为 GPRS DTU 终端提供临时的 NAT 端口映射服务。因此，
数据中心不能找到 GPRS DTU 的 IP 地址，不能向 GPRS DTU 主动发起访问，而必须由 GPRS
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DTU 上线后首先发起对 Internet 主机的访问后，双向通讯才能正常进行。在系统应用中要特
别注意的是，移动 GPRS 网关提供的 NAT 端口映射服务具有很短的时效，因此若需要双向
的通讯必须设置 GPRS DTU 定时发送心跳数据包，保持 NAT 端口映射。在数据中心采用
APN 方式直接接入 GPRS 网络时，GPRS DTU 与数据中心同处于 GPRS 网内，不需要端口
映射，可以相互访问，通讯也最稳定。
由上面分析可知：传输层协议的选择取决于组网方式和通信方式。在系统采用公共因特
网组网方式时，如果只需要采集数据，数据中心不向 GPRS DTU 发送控制命令，TCP 协议
和 UDP 协议都可以使用；如果需要双向通信，则只能采用 TCP 协议。如果系统采用 APN
专用网组网方式，则 TCP 协议和 UDP 协议都可以使用。另外，传输协议的选择也影响软件
结构，所以要设置专用参数来确定采用哪种传输协议。
终端的启动方式
终端的启动方式是指终端什么时候登陆 GPRS 网络，并向数据中心发起连接。主要有三
种启动方式：永远在线、电话启动和短消息启动。
永远在线：终端上电后，自动向服务器发起连接。
电话启动：当需要终端发送信息时，采用特定的电话拨打终端的电话号码，使其向服务
器发起连接。
短消息：当需要终端发送信息时，向终端发送特定格式的短信息，使其向服务器发起连
接。
它的选择将影响软件流程，必须认真考虑。
数据中心的端口号
在 C/S 通信模式下，数据中心的端口号是必需的，只有在专用系统中才比较固定，在大
多数应用场合是变化的，因此 GPRS DTU 应该把这个作为一个预留参数提供给用户，使其
可以灵活配置。端口号一般选在在 0 到 65536 之间。0 到 1024 之内一般是 wellknown 端口，
有固定的用途，建议不使用。因此，在设置端口号时，一般选用大于 3000 的数。
其它需要考虑的预留参数
增加预留参数可以使产品更具有适用性，在设计中还应该考虑的预留参数主要有：心跳
包选择、心跳包间隔时间、注册信息和串口参数设置等。其中串口参数主要包括：波特率、
停止位、硬件流控制等。
4 常用参数的设置方式
预留的参数在使用时如何由客户配置到模块中去，是又一个影响软件结构流程的因素。
参数的主要设置方式有：超级终端设置、串口设置和短消息设置等。参数的设置方式是否简
单易用，是影响客户的使用的重要因素。
超级终端设置方式
这种设置方式类似于电脑的 BIOS 设置。利用电脑的超级终端软件，在 GPRS DTU 上
电时按住某个键，直到超级终端窗口有提示信息出现；然后依据提示信息，利用超级终端进
行参数设置；设置完毕，重新开机，系统可以正常工作。
其优点是：对参数可以反复设置，不需重新开机。其缺点是：参数设置操作繁琐。
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串口设置方式
串口设置方式是利用串口调试工具或者专用设置程序来对 GPRS DTU 进行参数设置的
一种方式。参数设置必须在开机后规定的时间内进行；如果错过设置，必须重新启动 GPRS
DTU 才能再次进行设置。设置后不需要启动模块就可以进行使用。和超级终端方式的不同
在于软件流程不同。
其优点是：操作简单，参数可以提前生成。其缺点是：时间要求严格，错过必须重新启
动模块。
短消息设置方式
这种设置方式是利用其它手机给 GPRS DTU 的手机号码发送固定格式的包含设置信息
的短消息，从而进行参数设置的一种设置方式。由于短消息的字数有限，延时不易控制，在
实际应用中很少采用这种方式来配置参数。在短消息启动的模式下，可以利用这种方式设置
参数。
5 GPRS DTU 的启动电路
GPRS DTU 大多应用在无人值守的设备中，因此系统要求终端上电能够启动，并且意外
死机时能够有看门狗功能，能自动重启。所以，启动电路的好坏是影响终端广泛地推广应用
的关键因素。
GPRS DTU 的启动电路要实现终端开机连接 GSM 网络的启动时序，这个过程类似于手
机开机过程。模块的上电就好比手机装上电池；启动电路就好比用手按下开机按钮。不同的
模块启动电路的实现方法不同，但其功能是一样的。
6 结束语
随着移动通信网的发展，GPRS 通信技术还会有更广泛的应用。本文从软硬件两方面，
比较全面地阐述了 GPRS DTU 开发设计中应该注意的问题，并指出了其产生的影响。对
GPRS DTU 的设计开发有一定的指导作用。
参考文献
[1]林海 刘成良等 实现 GPRS 数据传输新方法的研究[J] 工业控制计算机 2006 年第 19 卷第 1 期
[2]吴坚,刘高平. 基于 GPRS 网络的点到点图像传输方案[J]。计算机应用研究。 期
[3]邹谷山 等。ARM/GPRS 自导航系统终端设计与实现[J]。计算机应用研究。 期
[4]苏全,李崇贵.基于无线通信模块的 GPRS MODEM 的研制与应用[J]。微计算机信息，2005，第 21 卷第 10-3
期
[5]钟子果 等。基于 GPRS 移动通信网络的数据传输系统的研究与实现[J]。移动通信，
[6]毛洋林 等。用 MCS-51 单片机实现基于 GPRS 的 INTERNET 接入[J]。微计算机信息，2004，第 20 卷第
3 期
[7]姚冰心.基于 GPRS 的 SCADA 系统及其安全功能的设计与实现[D]:南京 东南大学，2004.
Research on Key Problems of Designing GPRS DTU
KONG De-en
Research Center of Information Security, Southeast University, Nanjing, PRC, 210096
Abstract
According to practice of the author and TCP/IP protocol, some key problems of designing and realizing
the GPRS DTU are talked out in detail from scheme choice, demands of application, the problem
which parameter should be leave to set, parameters setting, and so on. And some solutions are present
aiming at some of them.
Keywords: GPRS Data Terminal Unit (DTU), realization scheme, parameters setting
作者简介：孔德恩（1976- ），男，河南濮阳，硕士研究生，主要研究方向为网络通信应用。
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GPRS数据终端设计中的关键问题研究
1. 引言
2. GPRS DTU的实现方案
GPRS模块的现状与分类
方案的比较分析
3 软件设计中的设置参数预留问题
系统组网与运行方式[5]
数据中心IP地址
传输层协议的选择
终端的启动方式
数据中心的端口号
其它需要考虑的预留参数
4 常用参数的设置方式
超级终端设置方式
串口设置方式
短消息设置方式
5 GPRS DTU的启动电路
6 结束语
