GSM＆GPRS在無(wú)線(xiàn)抄表系統中的應用與比較

摘要：合理地將GSM的SMS短信業(yè)務(wù)和GPRS分組數據業(yè)務(wù)用于遠程無(wú)線(xiàn)水表抄表系統，不但可以對用戶(hù)用水量進(jìn)行有效的實(shí)時(shí)監控，而且成本較低，可靠性高。以無(wú)線(xiàn)抄表系統為基礎，描述了系統數據傳輸常用的GSM短信業(yè)務(wù)和GPRS分組數據業(yè)務(wù)，以?xún)烧叩募夹g(shù)復雜性、實(shí)現方法、費用、延時(shí)等進(jìn)行對比，結果表明GSM適合通信頻率低，數據量小，且時(shí)延時(shí)不敏感的場(chǎng)合；GPRS適合通信頻率高，數據量大，實(shí)時(shí)性高的場(chǎng)合。結合無(wú)線(xiàn)抄表系統的特點(diǎn)，設計了大多時(shí)間采用GPRS模式而網(wǎng)絡(luò )繁忙時(shí)采用SMS模式的數據傳輸方案，并通過(guò)軟件控制，實(shí)現自動(dòng)切換。結果表明該方案比采用單一方案費用更低，數據的可靠性幾乎可達100％。
關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)抄表系統；GSM；SMS；GPRS；自動(dòng)切換

無(wú)線(xiàn)抄表系統是指利用嵌入式系統和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )等技術(shù)自動(dòng)讀取和處理用戶(hù)儀表數據，將用戶(hù)的水電氣表等儀表的使用信息傳輸到管理企業(yè)進(jìn)行綜合處理的系統。它是在有線(xiàn)抄表系統的基礎上發(fā)展起來(lái)的，但由于采用的是無(wú)線(xiàn)通信等技術(shù)，可以解決有線(xiàn)抄表系統距離受限、組網(wǎng)困難、建設成本和維護成本高、功耗較大等同題。
因此，利用GSM／GPRS無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行遠程抄表，將用戶(hù)用水量發(fā)送到自來(lái)水公司，不但可以解決普通用戶(hù)水表抄表問(wèn)題，還可以對用水大戶(hù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，防止偷水和管道泄漏的發(fā)生。目前，無(wú)線(xiàn)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，針對不同的使用場(chǎng)合，選用不同的傳輸方式將對系統的性?xún)r(jià)比產(chǎn)生很大的影響。
針對上述問(wèn)題，設計了基于GSM／GPRS網(wǎng)絡(luò )的無(wú)線(xiàn)遠程抄表系統，從不同角度介紹了GSM短信業(yè)務(wù)和GPRS分組數據業(yè)務(wù)，指出了各自的優(yōu)缺點(diǎn)，給出了適合本系統的數據傳輸方案，為今后無(wú)線(xiàn)抄表系統的應用與普及提供了設計依據。

1 無(wú)線(xiàn)抄表系統
整個(gè)無(wú)線(xiàn)抄表系統包括光電直讀式水表表頭、Meter-Bus總線(xiàn)接口電路、GPRS／GSM模塊、微控制器和自來(lái)水公司計算機監控終端5大部分，其結構圖如圖1所示。為了降低功耗，本設計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，即抄表系統的所有模塊的工作方式為“長(cháng)時(shí)間休眠，短時(shí)間工作”。其中，休眠周期(小時(shí)、天、周、月)由管理員用計算機終控端通過(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)根據設定的抄表周期通過(guò)Meter-Bus接口電路控制光電直讀水表表頭讀取當前的水量值，然后再利用GSM／GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )發(fā)給計算機終端，實(shí)現定時(shí)自動(dòng)抄表。

2 數據傳輸方式
1)GSM系統GSM即全球移動(dòng)通信系統(Global System for Mobile Communication)，是第二代無(wú)線(xiàn)數字蜂窩移動(dòng)通信系統的網(wǎng)絡(luò )標準。它定義了建設該網(wǎng)絡(luò )及提供服務(wù)的各種標準，這些標準由歐洲電信標準化協(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)，適合于設計一些無(wú)線(xiàn)應用系統和產(chǎn)品，能滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性要求不是很高的小數據業(yè)務(wù)的需要。
2)GPRS系統 GPRS即通用分組無(wú)線(xiàn)服務(wù)(General Packet Radio service)，是在GSM系統基礎上發(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)增加相應的功能實(shí)體和對現有的基站系統進(jìn)行部分改造來(lái)實(shí)現分組交換。正是因為GPRS使用現有的GSM無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，只是在其基礎上增加了一些硬件設備和軟件升級，因此，GPRS覆蓋范圍非常廣。這種增加硬件設備和軟件升級的方法，投入相對較小，但得到的用戶(hù)數據速率卻相當可觀(guān)，可提供9．05～171．2 kbit／s的數據傳輸速率。由于采用了分組交換技術(shù)，所以不需占用專(zhuān)有信道，提高了無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的利用率，具有按流量計費、長(cháng)期在線(xiàn)、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)現與高速發(fā)展的Intemet無(wú)縫連接，方便間歇的爆發(fā)式數據和偶爾大量數據的傳輸。