GSM＆GPRS在無(wú)線抄表系統(tǒng)中的應(yīng)用與比較

摘要：合理地將GSM的SMS短信業(yè)務(wù)和GPRS分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)用于遠(yuǎn)程無(wú)線水表抄表系統(tǒng)，不但可以對(duì)用戶用水量進(jìn)行有效的實(shí)時(shí)監(jiān)控，而且成本較低，可靠性高。以無(wú)線抄表系統(tǒng)為基礎(chǔ)，描述了系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸常用的GSM短信業(yè)務(wù)和GPRS分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，以兩者的技術(shù)復(fù)雜性、實(shí)現(xiàn)方法、費(fèi)用、延時(shí)等進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明GSM適合通信頻率低，數(shù)據(jù)量小，且時(shí)延時(shí)不敏感的場(chǎng)合；GPRS適合通信頻率高，數(shù)據(jù)量大，實(shí)時(shí)性高的場(chǎng)合。結(jié)合無(wú)線抄表系統(tǒng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了大多時(shí)間采用GPRS模式而網(wǎng)絡(luò)繁忙時(shí)采用SMS模式的數(shù)據(jù)傳輸方案，并通過(guò)軟件控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換。結(jié)果表明該方案比采用單一方案費(fèi)用更低，數(shù)據(jù)的可靠性幾乎可達(dá)100％。
關(guān)鍵詞：無(wú)線抄表系統(tǒng)；GSM；SMS；GPRS；自動(dòng)切換

無(wú)線抄表系統(tǒng)是指利用嵌入式系統(tǒng)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)自動(dòng)讀取和處理用戶儀表數(shù)據(jù)，將用戶的水電氣表等儀表的使用信息傳輸?shù)焦芾砥髽I(yè)進(jìn)行綜合處理的系統(tǒng)。它是在有線抄表系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，但由于采用的是無(wú)線通信等技術(shù)，可以解決有線抄表系統(tǒng)距離受限、組網(wǎng)困難、建設(shè)成本和維護(hù)成本高、功耗較大等同題。
因此，利用GSM／GPRS無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程抄表，將用戶用水量發(fā)送到自來(lái)水公司，不但可以解決普通用戶水表抄表問(wèn)題，還可以對(duì)用水大戶進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，防止偷水和管道泄漏的發(fā)生。目前，無(wú)線傳輸方式主要有2種：利用GSM網(wǎng)絡(luò)和利用GPRS網(wǎng)絡(luò)。但是這2種方式都有優(yōu)缺點(diǎn)，因此，針對(duì)不同的使用場(chǎng)合，選用不同的傳輸方式將對(duì)系統(tǒng)的性價(jià)比產(chǎn)生很大的影響。
針對(duì)上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)了基于GSM／GPRS網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，從不同角度介紹了GSM短信業(yè)務(wù)和GPRS分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，指出了各自的優(yōu)缺點(diǎn)，給出了適合本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方案，為今后無(wú)線抄表系統(tǒng)的應(yīng)用與普及提供了設(shè)計(jì)依據(jù)。

1 無(wú)線抄表系統(tǒng)
整個(gè)無(wú)線抄表系統(tǒng)包括光電直讀式水表表頭、Meter-Bus總線接口電路、GPRS／GSM模塊、微控制器和自來(lái)水公司計(jì)算機(jī)監(jiān)控終端5大部分，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。為了降低功耗，本設(shè)計(jì)中所有的模塊不一直處于工作狀態(tài)，各個(gè)模塊在微控制器的指揮下定時(shí)工作，即抄表系統(tǒng)的所有模塊的工作方式為“長(zhǎng)時(shí)間休眠，短時(shí)間工作”。其中，休眠周期(小時(shí)、天、周、月)由管理員用計(jì)算機(jī)終控端通過(guò)GPRS模塊發(fā)布。微控制器接收GPRS／GSM模塊收到的指令后，修改抄表周期，同時(shí)根據(jù)設(shè)定的抄表周期通過(guò)Meter-Bus接口電路控制光電直讀水表表頭讀取當(dāng)前的水量值，然后再利用GSM／GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)給計(jì)算機(jī)終端，實(shí)現(xiàn)定時(shí)自動(dòng)抄表。

2 數(shù)據(jù)傳輸方式
1)GSM系統(tǒng)GSM即全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(Global System for Mobile Communication)，是第二代無(wú)線數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。它定義了建設(shè)該網(wǎng)絡(luò)及提供服務(wù)的各種標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)(ETSI)掌管。通常使用的頻率為900MHz，1800MHz，1900MHz。GSM移動(dòng)通信網(wǎng)具有提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)、傳真、短信等通信業(yè)務(wù)的能力，其中短信功能因覆蓋范圍廣、投入成本低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，適合于設(shè)計(jì)一些無(wú)線應(yīng)用系統(tǒng)和產(chǎn)品，能滿足實(shí)時(shí)性要求不是很高的小數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需要。
2)GPRS系統(tǒng) GPRS即通用分組無(wú)線服務(wù)(General Packet Radio service)，是在GSM系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新的承載業(yè)務(wù)。它突破了GSM網(wǎng)絡(luò)只能提供電路交換的思維方式，通過(guò)增加相應(yīng)的功能實(shí)體和對(duì)現(xiàn)有的基站系統(tǒng)進(jìn)行部分改造來(lái)實(shí)現(xiàn)分組交換。正是因?yàn)镚PRS使用現(xiàn)有的GSM無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，只是在其基礎(chǔ)上增加了一些硬件設(shè)備和軟件升級(jí)，因此，GPRS覆蓋范圍非常廣。這種增加硬件設(shè)備和軟件升級(jí)的方法，投入相對(duì)較小，但得到的用戶數(shù)據(jù)速率卻相當(dāng)可觀，可提供9．05～171．2 kbit／s的數(shù)據(jù)傳輸速率。由于采用了分組交換技術(shù)，所以不需占用專有信道，提高了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的利用率，具有按流量計(jì)費(fèi)、長(zhǎng)期在線、傳輸速度快、入網(wǎng)快等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)它支持TCP／IP協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)與高速發(fā)展的Intemet無(wú)縫連接，方便間歇的爆發(fā)式數(shù)據(jù)和偶爾大量數(shù)據(jù)的傳輸。