GPRS在遠程測控系統中的應用

目前中國移動(dòng)主推的GPRS 通訊方式是一種新興的數據傳輸技術(shù)，將從根本上解決傳統傳輸方式的弊端，更加貼近專(zhuān)業(yè)數據傳輸的需求。


遠程測控系統中的通訊需求分析

遠程測控系統數據傳輸包括各種檢測、監視、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、燃氣、管道、自來(lái)水等各個(gè)部門(mén)。遠程測控系統數據有數據量小、定時(shí)或非定時(shí)及實(shí)時(shí)發(fā)送等特點(diǎn)，一方面需實(shí)現數據的上傳，另一方面亦需下達各種傳輸、控輸、控制指令，即雙向的數據、指令傳輸，同時(shí)須結合自己的測控系統。傳統的數據傳輸主要有數傳電臺、電話(huà)撥號、衛星通信等方式來(lái)解決；這些傳輸方式存在覆蓋范圍、實(shí)時(shí)性、投資及運行費用等問(wèn)題，同時(shí)對工控設備的無(wú)人守值守運行存在較大困難。目前中國移動(dòng)主推的GPRS 通訊方式是一種新興的數據傳輸技術(shù)，將從根本上解決傳統傳輸方式的弊端，更加貼近專(zhuān)業(yè)數據傳輸的需求。
　
GPRS技術(shù)概述

GPRS是通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service)的英文簡(jiǎn)稱(chēng)，是在現有GSM 系統上發(fā)展出來(lái)的一種新的承載業(yè)務(wù)，目的是為GSM 用戶(hù)提供分組形式的數據業(yè)務(wù)。GPRS 采用與GSM 同樣的無(wú)線(xiàn)調制標準、同樣的頻帶、同樣的TDMA 幀結構。這種新的分組數據信道與當前的電路交換的話(huà)音業(yè)務(wù)信道極其相似，因此現有的基站子系統只要增加一些模塊即可提供GPRS 服務(wù)。GPRS 允許用戶(hù)在分組交換模式下發(fā)送和接收數據，從而提供了一種高效、低成本的無(wú)線(xiàn)分組數據業(yè)務(wù)。分組交換的基本過(guò)程是把數據先分成若干個(gè)小的數據包，可通過(guò)不同的路由，以存儲轉發(fā)的接力方式傳送到目的端，而組裝成完整的數據。分組交換基本上不是實(shí)時(shí)系統，延時(shí)也不固定，但可以使不同的數據傳輸“共用”傳輸帶寬：有數據時(shí)占用帶寬，無(wú)數據時(shí)不占用，從而分享資源。在GSM 無(wú)線(xiàn)系統中，無(wú)線(xiàn)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(gè)用戶(hù)獨占，在成本效率上顯然缺乏可行性。而采用分組交換的GPRS 則可靈活運用無(wú)線(xiàn)信道，每一個(gè)用戶(hù)可以有多個(gè)無(wú)線(xiàn)信道，而同一信道又可以由幾個(gè)用戶(hù)共享，從而極大地提高了無(wú)線(xiàn)資源的利用率。在理論上，GPRS可以將最多8 個(gè)時(shí)隙組合在一起，給用戶(hù)提供高達171.2kb/s 的帶寬。由于GPRS 用戶(hù)的數據通信費是以數據流量為基礎，而不考慮通信時(shí)長(cháng)，所以GPRS用于IP 業(yè)務(wù)的接入將更為用戶(hù)所接受。

GPRS用于無(wú)線(xiàn)數據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(hù)數據終端提供遠程接入網(wǎng)絡(luò )的部署；二是傳輸速率高，數據傳輸速度可達57.6kbps，最高可達到171kbps，是常用有線(xiàn)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384kbps，完全可以滿(mǎn)足用戶(hù)應用需求；三是接入時(shí)間短，GPRS 接入等待時(shí)間短，可快速建立連接，平均耗時(shí)為兩秒；四是提供實(shí)時(shí)在線(xiàn)功能，現在用GPRS MODEM上網(wǎng)，用戶(hù)將始終處于連線(xiàn)和在線(xiàn)狀態(tài)，這將使訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)變得非常簡(jiǎn)單、快速；五是按流量計費，用戶(hù)只有在發(fā)送或接收數據期間才占用資源，用戶(hù)可以一直在線(xiàn)，按照用戶(hù)接收和發(fā)送數據包的數量來(lái)收取費用，沒(méi)有數據流量的傳遞時(shí)，用戶(hù)即使掛在網(wǎng)上也是不收費的。以上優(yōu)勢使GPRS 非常適用于開(kāi)展行業(yè)和企業(yè)無(wú)線(xiàn)接入應用。

GPRS數據傳輸方式及網(wǎng)絡(luò )結構

無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展，特別是GPRS的出現為工業(yè)自動(dòng)化設備的通訊提供了新的手段，通過(guò)GPRS服務(wù)，設備可采用互聯(lián)網(wǎng)Internet的標準方式與在互聯(lián)網(wǎng)上的服務(wù)器交換數據。GPRS的基礎是以IP包的形式進(jìn)行數據的傳輸，GPRS無(wú)線(xiàn)終端接入GPRS 網(wǎng)絡(luò )的方法與普通有線(xiàn)MODEM 類(lèi)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)鏈路上傳輸數據報的方法，包括LCP、PAP、IPCP、NCP等。GPRS MODEM通過(guò)PPP協(xié)議獲得動(dòng)態(tài)分配的IP地址。連接建立后，在PPP協(xié)議的基礎上通過(guò)數據傳輸協(xié)議，如TCP、UDP等實(shí)現與互聯(lián)網(wǎng)上其它計算機的數據通訊。以下為基于GPRS 技術(shù)的測控系統網(wǎng)絡(luò )典型應用示意圖：




GPRS傳輸方式：在遠程終端，采集數據通過(guò)A/D接口送入GSM/GPRS無(wú)線(xiàn)通信控制終端，GSM/GPRS無(wú)線(xiàn)通信控制終端首先將數據打包成TCP/IP 數據包，再轉換成GPRS 數據包，通過(guò)無(wú)線(xiàn)鏈路傳送到無(wú)線(xiàn)數據交換中心（MDEC）。MDEC再剝離GPRS 數據包并通過(guò)GGSN網(wǎng)關(guān)將TCP/IP 數據包傳送到Internet，再由Internet傳送到通信控制計算機，通信控制計算機通過(guò)Socket 套接字接受TCP/IP 數據包，并把它還原成原始數據。當數據由無(wú)線(xiàn)數傳監控中心到遠程終端方向時(shí)，情況是類(lèi)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，將采集到的數據通過(guò)短信發(fā)送到控制中心，控制中心通過(guò)短信收發(fā)設備接收短信，并通過(guò)計算機串口送入計算機處理。

目前中國移動(dòng)開(kāi)通的GPRS 數據服務(wù)主要是為手機和計算機用戶(hù)提供無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)功能，針對專(zhuān)業(yè)數據的傳輸，必須解決以下幾個(gè)問(wèn)題才能實(shí)現測控數據的及時(shí)、準確、安全地傳輸。

<1>PPP、TCP/IP 協(xié)議在終端設備上的實(shí)現

對于計算機用戶(hù)來(lái)說(shuō)，實(shí)現撥號接入Internet 是件很容易的事，因為在PC上有非常成熟的軟件能夠輕松實(shí)現PPP 和TCP/IP 協(xié)議。但是對于采用嵌入式設備的終端，尤其是對單片機來(lái)說(shuō)，由于硬件資源的制約和協(xié)議的復雜繁瑣，實(shí)現起來(lái)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)際系統應用中，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(dòng)態(tài)地獲得IP 地址，兩個(gè)動(dòng)態(tài)的IP 地址設備在Internet 上是無(wú)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(guò)其它方式中轉。這樣，服務(wù)器的接入方式就受到一定限制。中國移動(dòng)開(kāi)通的GPRS 服務(wù)中現階段只提供點(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(gè)GPRS 無(wú)線(xiàn)終端把數據傳輸到一個(gè)固定的數據處理中心。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(dòng)網(wǎng)和公網(wǎng)（Internet）互聯(lián)

GPRS MODEM 動(dòng)態(tài)地獲得的IP 地址為移動(dòng)骨干網(wǎng)內地址，無(wú)法被公網(wǎng)服務(wù)器直接解析，在未進(jìn)入連接狀態(tài)時(shí)，服務(wù)器是無(wú)法與GPRS MODEM 直接通訊的。必須先由GPRS MODEM 主動(dòng)向服務(wù)器發(fā)送數據，進(jìn)行連接。當連接的路由建立以后，服務(wù)器和終端設備才可以雙工地進(jìn)行數據傳輸。所以通訊必須是由GPRS MODEM首先發(fā)起連接，這一點(diǎn)在制定測控系統通訊方式時(shí)要考慮進(jìn)去。

<4>終端設備的身份識

GPRS MODEM 動(dòng)態(tài)地獲得的IP 地址，對于服務(wù)器來(lái)講就無(wú)法象普通計算機網(wǎng)絡(luò )那樣靠IP 地址或MAC 地址來(lái)判斷終端設備的身份，無(wú)法準確地定位終端設備。另外，從網(wǎng)絡(luò )安全的角度來(lái)說(shuō)，也存在這個(gè)問(wèn)題。所以必須建立一個(gè)ID 識別機制。

<5>GPRS MODEM 的長(cháng)期穩定性

測控系統中的終端設備一般都安裝在野外環(huán)境中，地點(diǎn)偏遠、分散，無(wú)人職守，設備必須能在特殊的環(huán)境下長(cháng)期、穩定地工作。系統必須具有自動(dòng)撥號、斷線(xiàn)重撥功能,在GPRS 網(wǎng)絡(luò )狀況不穩定時(shí)，具有自動(dòng)恢復通訊能力,保證系統穩定工作,無(wú)需人為干預。另外，在電源抗干擾及散熱等方面也必須進(jìn)行特殊設計，才能使終端設備適應惡劣工作環(huán)境。