基于MC509的DTU点对点无线通讯研究

摘要

数据传输单元DTU(Data Transfer unit)是专门用于将串口数据与IP数据进行转换，并通过无线通信网络进行传输的无线终端设备。DTU无线通讯伴随着嵌入式技术、芯片技术、移动通信技术的发展，近年来进入了快速发展与提高阶段，DTU相关产品与技术开始广泛应用于国防、工业，以及各行各业中需要数据采集、无线数据传输、在线监测等场合。
　　某项科研课题需要将雷达点迹、航迹数据以点对点的方式进行远程无线传输。结合课题需求以及资源、技术、成本等因素后，选用了非嵌入式的DTU无线通讯方案。方案硬件核心模块采用支持电信3G CDMA20001x的华为MC509。方案软件部分负责通过串口向MC509发送AT指令、对DTU进行功能配置以建立点对点的透明传输通道、收发数据所需的编码与解码。本文主要针对方案的软件部分进行了深入的系统研究。研究内容包括：串口通讯、DTU功能配置、数据流解析、软件接口以及无线传输测试方法等。
　　首先是串口通讯部分。由于无论是使用AT指令对3G模块进行功能配置，还是数据的发送与接收，都是以串口通讯方式进行，因此串口通讯程序较为基础与关键。本文的串口通讯程序是以 Windows平台下 C++窗体应用程序的方式，使用.Net平台SeraialPort类进行开发的，串口通讯处理方式为属性检测。另外，为了简化后续复杂数据流解析工作，本文专门设计并实现了功能丰富、灵活实用的缓存类，内部包含了多个重载版本的“增删改查”函数以供调用。
　　其次是DTU功能配置部分。首先研究了使用串口通讯程序与3G模块进行AT指令自动交互方法，得到了编程实现方式，包括可以通用的程序流程以及几个特殊情况下的专用程序流程。随后研究如何综合使用多条AT指令实现对DTU的功能配置。本方案跳出了一般DTU方案里多点对中心的模式惯例，根据需求改用了点对点的模式。由于点对点模式下收发双方都是动态 IP，伴随而来的是双方建立连接时需要人工介入或者自动连接时可能面临的种种错误情况。本文对DTU配置流程做了多次改进尝试后，采用双方互发SMS短消息以“请求与应答”的方式建立可信任的握手，由此双方得以正确顺利地建立TCP/IP连接用作数据透明传输通道。以短信握手为基础还进一步研究并实现了DTU连接状态自动维护，即掉线重连的拓展功能。
　　然后是数据流解析部分。实际上，本方案TCP/IP透明传输模式并非真正意义上的透明传输，因为接收端的数据流中夹杂着其他硬件指示信息以及通知信息，需要通过数据流解析的方式将其剔除。在编程实现过程中，除了按照AT指令手册约定的格式进行解析处理以外，还在研究中发现了手册未曾提及的多个特性与问题，并相应研究了处理措施，至此完成了DTU方案的核心内容。
　　文章最后给出了实际应用时DTU配置与传输程序的基本框架，以及独立数据传输实验的方法。全部的研究内容经过软件编程实现，并封装为一个无线通讯子模块以供雷达主程序调用。
　　经过多次独立传输试验以及系统联调试验后总结出结论：由于TCP/IP透明传输过程缺少流速控制，在速率过大时可能发生通讯中断，该情况不易被快速发现。在平均数据速率低于串口最大速率一半时，本DTU方案可以长时间稳定地无线传输，传输过程中数据错误缺漏的概率约为的10-5的水平，本方案较好地实现了科研课题预期的目标。整个研究过程紧密地结合了硬件特性、软件功能、以及实际应用，为将来功能更丰富、性能更稳健的DTU方案研发、系统应用起到很好的促进作用。

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第一章 绪论

1.1 背景介绍

1.2 DTU方案介绍

1.3 DTU方案基本实验

1.4 本文研究范围与内容安排

第二章 串口通讯程序开发

2.1 串口通讯简介

2.2 串口通讯编程实现

2.3 串口通讯处理

第三章 DTU功能配置方法

3.1 AT指令集

3.2 AT指令控制编程实现

3.3 DTU配置过程与改进

第四章 DTU数据流解析算法

4.1 数据流解析实验方法

4.2 问题诊断与算法改进

第五章 DTU程序实现与传输测试

5.1 DTU子程序基本说明

5.2 DTU数据传输试验结果与分析

5.3 DTU通讯中断现象分析

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

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