GPRS在遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)中的應(yīng)用

目前中國移動主推的GPRS 通訊方式是一種新興的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，將從根本上解決傳統(tǒng)傳輸方式的弊端，更加貼近專業(yè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆?


遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)中的通訊需求分析

遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸包括各種檢測、監(jiān)視、生產(chǎn)、報警等，行業(yè)涉及到油田、環(huán)保、地震、水利、電力、氣象、燃?xì)?、管道、自來水等各個部門。遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)數(shù)據(jù)有數(shù)據(jù)量小、定時或非定時及實(shí)時發(fā)送等特點(diǎn)，一方面需實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳，另一方面亦需下達(dá)各種傳輸、控輸、控制指令，即雙向的數(shù)據(jù)、指令傳輸，同時須結(jié)合自己的測控系統(tǒng)。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸主要有數(shù)傳電臺、電話撥號、衛(wèi)星通信等方式來解決；這些傳輸方式存在覆蓋范圍、實(shí)時性、投資及運(yùn)行費(fèi)用等問題，同時對工控設(shè)備的無人守值守運(yùn)行存在較大困難。目前中國移動主推的GPRS 通訊方式是一種新興的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，將從根本上解決傳統(tǒng)傳輸方式的弊端，更加貼近專業(yè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆?BR>　
GPRS技術(shù)概述

GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service)的英文簡稱，是在現(xiàn)有GSM 系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務(wù)，目的是為GSM 用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS 采用與GSM 同樣的無線調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)、同樣的頻帶、同樣的TDMA 幀結(jié)構(gòu)。這種新的分組數(shù)據(jù)信道與當(dāng)前的電路交換的話音業(yè)務(wù)信道極其相似，因此現(xiàn)有的基站子系統(tǒng)只要增加一些模塊即可提供GPRS 服務(wù)。GPRS 允許用戶在分組交換模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，從而提供了一種高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。分組交換的基本過程是把數(shù)據(jù)先分成若干個小的數(shù)據(jù)包，可通過不同的路由，以存儲轉(zhuǎn)發(fā)的接力方式傳送到目的端，而組裝成完整的數(shù)據(jù)。分組交換基本上不是實(shí)時系統(tǒng)，延時也不固定，但可以使不同的數(shù)據(jù)傳輸“共用”傳輸帶寬：有數(shù)據(jù)時占用帶寬，無數(shù)據(jù)時不占用，從而分享資源。在GSM 無線系統(tǒng)中，無線信道資源非常寶貴。如采用電路交換，通信需要建立端到端的連接，信道只能被一個用戶獨(dú)占，在成本效率上顯然缺乏可行性。而采用分組交換的GPRS 則可靈活運(yùn)用無線信道，每一個用戶可以有多個無線信道，而同一信道又可以由幾個用戶共享，從而極大地提高了無線資源的利用率。在理論上，GPRS可以將最多8 個時隙組合在一起，給用戶提供高達(dá)171.2kb/s 的帶寬。由于GPRS 用戶的數(shù)據(jù)通信費(fèi)是以數(shù)據(jù)流量為基礎(chǔ)，而不考慮通信時長，所以GPRS用于IP 業(yè)務(wù)的接入將更為用戶所接受。

GPRS用于無線數(shù)據(jù)接入具有多方面的優(yōu)勢，一是接入范圍廣，可充分利用全國范圍的電信網(wǎng)絡(luò)，方便、快速、低成本地為用戶數(shù)據(jù)終端提供遠(yuǎn)程接入網(wǎng)絡(luò)的部署；二是傳輸速率高，數(shù)據(jù)傳輸速度可達(dá)57.6kbps，最高可達(dá)到171kbps，是常用有線56k Modem 理想速率的兩倍，下一代GPRS 業(yè)務(wù)的速度甚至可以達(dá)384kbps，完全可以滿足用戶應(yīng)用需求；三是接入時間短，GPRS 接入等待時間短，可快速建立連接，平均耗時為兩秒；四是提供實(shí)時在線功能，現(xiàn)在用GPRS MODEM上網(wǎng)，用戶將始終處于連線和在線狀態(tài)，這將使訪問服務(wù)變得非常簡單、快速；五是按流量計(jì)費(fèi)，用戶只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)期間才占用資源，用戶可以一直在線，按照用戶接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包的數(shù)量來收取費(fèi)用，沒有數(shù)據(jù)流量的傳遞時，用戶即使掛在網(wǎng)上也是不收費(fèi)的。以上優(yōu)勢使GPRS 非常適用于開展行業(yè)和企業(yè)無線接入應(yīng)用。

GPRS數(shù)據(jù)傳輸方式及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

無線移動通訊網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，特別是GPRS的出現(xiàn)為工業(yè)自動化設(shè)備的通訊提供了新的手段，通過GPRS服務(wù)，設(shè)備可采用互聯(lián)網(wǎng)Internet的標(biāo)準(zhǔn)方式與在互聯(lián)網(wǎng)上的服務(wù)器交換數(shù)據(jù)。GPRS的基礎(chǔ)是以IP包的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，GPRS無線終端接入GPRS 網(wǎng)絡(luò)的方法與普通有線MODEM 類似， 都采用建立PPP(Point-to-Point Protocol) 連接方式。PPP協(xié)議是一種被廣泛采用的串行點(diǎn)對點(diǎn)鏈路上傳輸數(shù)據(jù)報的方法，包括LCP、PAP、IPCP、NCP等。GPRS MODEM通過PPP協(xié)議獲得動態(tài)分配的IP地址。連接建立后，在PPP協(xié)議的基礎(chǔ)上通過數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，如TCP、UDP等實(shí)現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)上其它計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通訊。以下為基于GPRS 技術(shù)的測控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)典型應(yīng)用示意圖：




GPRS傳輸方式：在遠(yuǎn)程終端，采集數(shù)據(jù)通過A/D接口送入GSM/GPRS無線通信控制終端，GSM/GPRS無線通信控制終端首先將數(shù)據(jù)打包成TCP/IP 數(shù)據(jù)包，再轉(zhuǎn)換成GPRS 數(shù)據(jù)包，通過無線鏈路傳送到無線數(shù)據(jù)交換中心（MDEC）。MDEC再剝離GPRS 數(shù)據(jù)包并通過GGSN網(wǎng)關(guān)將TCP/IP 數(shù)據(jù)包傳送到Internet，再由Internet傳送到通信控制計(jì)算機(jī)，通信控制計(jì)算機(jī)通過Socket 套接字接受TCP/IP 數(shù)據(jù)包，并把它還原成原始數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)由無線數(shù)傳監(jiān)控中心到遠(yuǎn)程終端方向時，情況是類似的。

短信傳輸方式：短信傳輸方式為點(diǎn)到點(diǎn)的傳輸方式，將采集到的數(shù)據(jù)通過短信發(fā)送到控制中心，控制中心通過短信收發(fā)設(shè)備接收短信，并通過計(jì)算機(jī)串口送入計(jì)算機(jī)處理。

目前中國移動開通的GPRS 數(shù)據(jù)服務(wù)主要是為手機(jī)和計(jì)算機(jī)用戶提供無線上網(wǎng)功能，針對專業(yè)數(shù)據(jù)的傳輸，必須解決以下幾個問題才能實(shí)現(xiàn)測控?cái)?shù)據(jù)的及時、準(zhǔn)確、安全地傳輸。

<1>PPP、TCP/IP 協(xié)議在終端設(shè)備上的實(shí)現(xiàn)

對于計(jì)算機(jī)用戶來說，實(shí)現(xiàn)撥號接入Internet 是件很容易的事，因?yàn)樵赑C上有非常成熟的軟件能夠輕松實(shí)現(xiàn)PPP 和TCP/IP 協(xié)議。但是對于采用嵌入式設(shè)備的終端，尤其是對單片機(jī)來說，由于硬件資源的制約和協(xié)議的復(fù)雜繁瑣，實(shí)現(xiàn)起來還是比較困難的。

<2>服務(wù)器的接入方式

由于GPRS 網(wǎng)絡(luò)工作方式是以IP 地址尋址為基礎(chǔ)的，所以服務(wù)器端理論上只需要接入Internet，并具備公網(wǎng)（Internet）分配的IP 地址即可。但是在實(shí)際系統(tǒng)應(yīng)用中，如果服務(wù)器是撥號或ADSL 等接入方式，每次接入所獲得的IP 地址不是固定的，而GPRS MODEM 也是動態(tài)地獲得IP 地址，兩個動態(tài)的IP 地址設(shè)備在Internet 上是無法直接通信的。因此要求服務(wù)器具有靜態(tài)IP 地址或通過其它方式中轉(zhuǎn)。這樣，服務(wù)器的接入方式就受到一定限制。中國移動開通的GPRS 服務(wù)中現(xiàn)階段只提供點(diǎn)對多點(diǎn)的傳輸服務(wù)。點(diǎn)對多點(diǎn)傳輸方式是指多個GPRS 無線終端把數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭粋€固定的數(shù)據(jù)處理中心。GPRS終端與終端間的點(diǎn)對點(diǎn)傳輸理論上可行，但技術(shù)上還有待更好的支持。

<3>移動網(wǎng)和公網(wǎng)（Internet）互聯(lián)

GPRS MODEM 動態(tài)地獲得的IP 地址為移動骨干網(wǎng)內(nèi)地址，無法被公網(wǎng)服務(wù)器直接解析，在未進(jìn)入連接狀態(tài)時，服務(wù)器是無法與GPRS MODEM 直接通訊的。必須先由GPRS MODEM 主動向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)，進(jìn)行連接。當(dāng)連接的路由建立以后，服務(wù)器和終端設(shè)備才可以雙工地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。所以通訊必須是由GPRS MODEM首先發(fā)起連接，這一點(diǎn)在制定測控系統(tǒng)通訊方式時要考慮進(jìn)去。

<4>終端設(shè)備的身份識

GPRS MODEM 動態(tài)地獲得的IP 地址，對于服務(wù)器來講就無法象普通計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)那樣靠IP 地址或MAC 地址來判斷終端設(shè)備的身份，無法準(zhǔn)確地定位終端設(shè)備。另外，從網(wǎng)絡(luò)安全的角度來說，也存在這個問題。所以必須建立一個ID 識別機(jī)制。

<5>GPRS MODEM 的長期穩(wěn)定性

測控系統(tǒng)中的終端設(shè)備一般都安裝在野外環(huán)境中，地點(diǎn)偏遠(yuǎn)、分散，無人職守，設(shè)備必須能在特殊的環(huán)境下長期、穩(wěn)定地工作。系統(tǒng)必須具有自動撥號、斷線重?fù)芄δ?在GPRS 網(wǎng)絡(luò)狀況不穩(wěn)定時，具有自動恢復(fù)通訊能力,保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作,無需人為干預(yù)。另外，在電源抗干擾及散熱等方面也必須進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，才能使終端設(shè)備適應(yīng)惡劣工作環(huán)境。