基于GPRS的遠程自動雨量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)

舉個例子，用戶訪問互聯(lián)網(wǎng)時，點擊一個超級鏈接，手機就在無線信道上發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，主頁下載到本地后，沒有數(shù)據(jù)傳送，手機就進入一種“準休眠”狀態(tài)，手機釋放所用的無線頻道給其他用戶使用，這時網(wǎng)絡(luò)與用戶之間還保持一種邏輯上的連接，當用戶再次點擊，手機立即向網(wǎng)絡(luò)請求無線頻道用來傳送數(shù)據(jù)，而不像普通撥號上網(wǎng)那樣斷線后還得重新?lián)芴柌拍苌暇W(wǎng)沖浪。

四．整體系統(tǒng)構(gòu)成

1．數(shù)據(jù)終端及數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)

1) 通過GPRS無線方式直接發(fā)送信息的雨量站

系統(tǒng)中GPRS無線數(shù)據(jù)終端(DTU)采用了嘉復(fù)欣GF-2008 GPRS無線DTU數(shù)據(jù)終端。每個模塊在使用時需要安裝SIM卡，和手機一樣在移動網(wǎng)中具有唯一的ID。該終端支持雙頻GSM/GPRS、符合ETSI GSM Phase 2+標準、采用實時時鐘、支持A5/1amp;A5/5加密算法，為用戶提供高速、永遠在線、透明數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶摂M專用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。

嘉復(fù)欣GF-2008 GPRS DTU系列模塊帶有40Pin用戶數(shù)據(jù)接口，以便對模塊供電和進行數(shù)據(jù)交換。對外數(shù)據(jù)線的連接和數(shù)據(jù)交換方式與RS-232類似，同時該系列大多型號支持+4.5~+28VDC電源，方便在更多場合安裝使用。在終端所有連接完成之后，通過終端內(nèi)置的設(shè)置、管理與調(diào)試工具對GPRS數(shù)據(jù)終端進行管理，便于用戶在使用前配置相關(guān)參數(shù)和在調(diào)試過程中靈活地改變相關(guān)參數(shù)以及軟件升級和簡單的測試。

自動雨量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)無線數(shù)據(jù)傳輸部分采用中心點~多點的方式，如圖3

自動雨量采集設(shè)備有多個，它們用各自的GPRS數(shù)據(jù)終端將數(shù)據(jù)打成IP包，經(jīng)GPRS空中接口接入無線GPRS網(wǎng)絡(luò)，由移動服務(wù)商轉(zhuǎn)接到Internet，最終通過各種網(wǎng)關(guān)和路由到達統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理中心工作站。

需要指出的是GPRS終端向數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中心發(fā)送數(shù)據(jù)是間斷性發(fā)送，可以根據(jù)需要調(diào)整發(fā)送數(shù)據(jù)的頻率，這在一定程度上也降低了無線信息傳輸費用。在整個無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計過程中首先要解決的關(guān)鍵問題是：如何進行氣象信息采集單元與GPRS終端的連接，如何根據(jù)具體無線網(wǎng)絡(luò)情況合理設(shè)置，如何進行數(shù)據(jù)打包發(fā)送并在數(shù)據(jù)中心工作站實現(xiàn)接收。

2) 通過有線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息的雨量站

有線雨量站中單片機把傳感器獲得的雨量信息用串行通信的方式送到局地微型機算機。計算機首先把數(shù)據(jù)進行處理和編碼，然后通過互連網(wǎng)把數(shù)據(jù)信息送到有固定IP的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中心站。在這一過程中，需要開發(fā)局地計算機數(shù)據(jù)處理和發(fā)送軟件，進行數(shù)據(jù)傳送，同時數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中心站要有對應(yīng)的服務(wù)器端數(shù)據(jù)接收軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)接收和保存。

主服務(wù)器安裝Windows Server 2003操作系統(tǒng)，并安裝了SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫管理軟件。所有來自終端自動雨量站的數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)首先進入具有固定的IP地址的主服務(wù)器。但是考慮到服務(wù)器的穩(wěn)定運行問題通常不允許在服務(wù)器上安裝其他應(yīng)用軟件，為了降低主服務(wù)器的負荷，系統(tǒng)中需要另外增加三臺服務(wù)器來分擔主服務(wù)器的數(shù)據(jù)處理任務(wù)。這四臺服務(wù)器共同構(gòu)成類似于內(nèi)部局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)中心工作站(DSC)。

雖然數(shù)據(jù)中心站有多臺服務(wù)器，但它對外部公網(wǎng)只提供一個IP地址，因此在架設(shè)過程中采用了一種網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換(NAT)技術(shù)。NAT端口映射功能將一臺主機的假IP地址映射成一個真IP地址，當用戶訪問提供映射端口主機的某個端口時，服務(wù)器將請求轉(zhuǎn)到內(nèi)部提供這種特定服務(wù)的主機?？梢宰寖?nèi)部網(wǎng)絡(luò)中某臺機器對外部提供WWW服務(wù)，而不是將真IP地址直接轉(zhuǎn)到內(nèi)部提供WWW服務(wù)的主機。

三臺處理服務(wù)器分別處理來自不同端口的信息，來自無線自動雨量監(jiān)測站的信息經(jīng)主服務(wù)器的端口映射到無線數(shù)據(jù)接收處理服務(wù)器接收，然后再送回主服務(wù)器保存在SQL數(shù)據(jù)庫；通過有線方式接收信息的任務(wù)則由有線接接收處理服務(wù)器來完成。最終WWW服務(wù)器從主服務(wù)器上調(diào)用SQL數(shù)據(jù)庫，將雨量信息在Web頁上實現(xiàn)動態(tài)更新顯示，以供外部用戶通過Internet訪問。

3．軟件設(shè)計

軟件設(shè)計主要指利用計算機高級語言開發(fā)數(shù)據(jù)中心站上的數(shù)據(jù)接收和處理軟件。對于有線數(shù)據(jù)傳輸方式，利用VC++6.0開發(fā)出客戶端(局地計算機)數(shù)據(jù)發(fā)送軟件和服務(wù)器端(有線數(shù)據(jù)接收處理服務(wù)器)數(shù)據(jù)接收軟件。軟件中數(shù)據(jù)的傳輸采用了Winsock方式。

對于無線數(shù)據(jù)傳輸方式的軟件開發(fā)，使用了GPRS廠商提供的開發(fā)工具包。當從網(wǎng)絡(luò)上收集到某個雨量站發(fā)來的信息后，經(jīng)過一系列處理后把數(shù)據(jù)存入SQL數(shù)據(jù)庫。

最后，在WWW服務(wù)器上利用ASP(Active Sever Pages)開發(fā)出Web頁面供外部用戶訪問。

五．結(jié)束語

GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的成熟促進它在更寬廣領(lǐng)域中的應(yīng)用，在氣象領(lǐng)域國外于2003年上半年推出了基于GPRS的自動氣象站。本文介紹的雨量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)完成，這種中小尺度的氣象監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)將在很大程度上增強對災(zāi)害性天氣的預(yù)警能力，減少了國家和人民的財產(chǎn)損失。