中國移動(dòng)GPRS路燈監控系統解決方案

一、概述

隨著(zhù)時(shí)代的發(fā)展，城市現代化建設步伐不斷加快，對城市道路照明及城市亮化工程需求也更大，而能源的供需矛盾也越來(lái)越突出，節電節能、綠色照明的要求越來(lái)越迫切，越來(lái)越高?，F在再采用那些傳統的手控、鐘控城市照明系統的方法已不能滿(mǎn)足要求。如何充分利用高科技手段解決上述矛盾也就成為當前照明控制領(lǐng)域一個(gè)新的和緊要的課題。城市道路照明自動(dòng)化控制和智能化管理作為城市現代化的標志之一，它所帶來(lái)的經(jīng)濟和社會(huì )效益是十分顯著(zhù)的，它的推廣和實(shí)施也將是市政工程建設中的一項重要內容。

照明自動(dòng)監控與管理系統能夠靈活開(kāi)/關(guān)燈，隨時(shí)了解運行參數，及時(shí)發(fā)現故障，將傳統的人工“巡燈”制度改為“值班”制度，極大地提高照明系統的管理效率。系統能將采集到的數據自動(dòng)進(jìn)行存儲、統計，并能隨時(shí)進(jìn)行查詢(xún)和打印，極大地提高管理水平，同時(shí)還能通過(guò)全夜燈、半夜燈和智能調壓等手段，降低能耗，提高設備使用壽命，獲得良好的經(jīng)濟效益。

二、GPRS傳輸方案優(yōu)點(diǎn)

中國移動(dòng)GPRS系統可提供廣域的無(wú)線(xiàn)IP連接。在移動(dòng)通信公司的GPRS業(yè)務(wù)平臺上構建油井數據采集傳輸系統，實(shí)現路燈的無(wú)線(xiàn)遠程監測和控制具有可充分利用現有網(wǎng)絡(luò )，縮短建設周期，降低建設成本的優(yōu)點(diǎn)，而且設備安裝方便、維護簡(jiǎn)單。經(jīng)過(guò)比較分析，我們選擇中國移動(dòng)的GPRS系統作為環(huán)保信息采集傳輸系統的數據通信平臺。

GPRS路燈監控系統具備如下特點(diǎn)：

1、穩定性高：

與SMS短信息方式相比，GPRS DTU采用面向連接的TCP協(xié)議通信，避免了數據包丟失的現象，保證數據可靠傳輸。中心可以與多個(gè)監測點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行數據傳輸，互不干擾。GPRS網(wǎng)絡(luò )本身具備完善的頻分復用機制，并具備極強的抗干擾性能，完全避免了傳統數傳電臺的多機頻段“碰撞”現象。

2、實(shí)時(shí)性強：

GPRS具有實(shí)時(shí)在線(xiàn)的特性，數據傳輸時(shí)延小，并支持多點(diǎn)同時(shí)傳輸，因此監控中心可以多個(gè)監控點(diǎn)之間快速，實(shí)時(shí)地進(jìn)行雙向通信，很好地滿(mǎn)足系統對數據采集和傳輸實(shí)時(shí)性的要求。目前GPRS實(shí)際數據傳輸速率在30Kbps左右，完全能滿(mǎn)足系統數據傳輸速率（≥10Kbps）的需求。

3、廣泛應用：

GPRS網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)實(shí)現全國范圍內覆蓋，并且擴容無(wú)限制，接入地點(diǎn)無(wú)限制，能滿(mǎn)足城市路燈的監控需求。

4、低成本建設：

由于采用GPRS公網(wǎng)平臺，無(wú)需建設網(wǎng)絡(luò )，只需安裝設備就即可，建設成本低；也免去了網(wǎng)絡(luò )維護費用。

5、運營(yíng)成本低：

采用GPRS公網(wǎng)通信，全國范圍內均按統一費率計費，省去昂貴的漫游費用，GPRS網(wǎng)絡(luò )可按數據實(shí)際通信流量計費，（1分-3分/1K字節），也可以按包月不限流量收費，從而實(shí)現了系統的低成本通信。

6、集中控制：

通過(guò)GPRS數據監控中心，可實(shí)現對路燈的遠程控制，例如：遠程開(kāi)關(guān)控制，遠程狀態(tài)查詢(xún)等。

7、系統的傳輸容量，擴容性能好：

路燈監控中心要和每一個(gè)路燈監控器實(shí)現實(shí)時(shí)連接。由于路燈監控器數量眾多，系統要求能滿(mǎn)足突發(fā)性數據傳輸的需要，而GPRS技術(shù)能很好地滿(mǎn)足傳輸突發(fā)性數據的需要；由于系統采用成熟的TCP/IP通信架構，具備良好的擴展性能，一個(gè)監控中心可輕松支持幾千個(gè)路燈監控器的通信接入。

三、解決方案介紹

由于GPRS通信是基于IP地址的數據分組通信網(wǎng)絡(luò )，因此監測中心計算機需要一個(gè)固定的IP地址或固定的域名，各個(gè)數據采集點(diǎn)采用GPRS模塊通過(guò)IP地址或域名來(lái)訪(fǎng)問(wèn)該主機，從而進(jìn)行數據通信。

（一）系統結構

1、路燈控制點(diǎn)：

路燈監控器通通過(guò)RS232或RS485接口與GPRS DTU終端相連，監控中心的控制命令通過(guò)GPRS DTU終端的傳送給路燈監控器，實(shí)現遠程控制，路燈監控器采集的信息通過(guò)GPRS DTU內發(fā)送到GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。

2、控制中心站：

a）公網(wǎng)接入方案

服務(wù)器采用公網(wǎng)方式接入Internet，如ADSL撥號/電信專(zhuān)線(xiàn)寬帶上網(wǎng)等，申請公網(wǎng)固定IP地址；可以實(shí)現中小容量的數據采集應用。

b）專(zhuān)網(wǎng)接入方案

服務(wù)器采用省移動(dòng)通信公司提供的DDN專(zhuān)線(xiàn)，申請配置固定IP地址，與GPRS網(wǎng)絡(luò )相連。由于DDN專(zhuān)線(xiàn)可提供較高的帶寬，當監控點(diǎn)數量增加，中心不用擴容即可滿(mǎn)足需求，可實(shí)現大容量數據采集應用。

監控中心RADIUS服務(wù)器接受到GPRS網(wǎng)絡(luò )傳來(lái)的數據后先進(jìn)行AAA認證，后傳送到監控中心計算機主機，通過(guò)系統軟件對數據進(jìn)行還原顯示，并進(jìn)行數據處理，這樣進(jìn)一步增強了系統數據通信安全性能。

3、GPRS/GSM移動(dòng)數據傳輸網(wǎng)絡(luò )：

路燈監控器的數據經(jīng)GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò )空中接口功能模塊同時(shí)對數據進(jìn)行解碼處理，轉換成在公網(wǎng)數據傳送的格式，通過(guò)中國移動(dòng)的GPRS無(wú)線(xiàn)數據網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行傳輸，最終傳送到監控中心IP地址。

（二）系統方案

各路燈監控點(diǎn)使用夢(mèng)網(wǎng)科技公司的MRM6155 DTU透明數據傳輸終端，通過(guò)移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò )與監控中心相連。各監控點(diǎn)使用移動(dòng)通信公司的GPRS普通數據卡或APN專(zhuān)用數據卡，同時(shí)監控中心對各點(diǎn)GPRS終端編號進(jìn)行登記，并與路燈點(diǎn)信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)，以便識別和維護處理。路燈控制中心運行監控軟件，實(shí)現路燈信息監控。

經(jīng)授權的監控點(diǎn)均可以使用本系統：

1、監控點(diǎn)必須使用移動(dòng)統一的APN卡，用戶(hù)使用本卡只能用于與路燈監控中心通信。

2、終端設備使用夢(mèng)網(wǎng)科技公司提供的GPRS移動(dòng)數據通信終端。

3、用戶(hù)登記：符合市政管理部門(mén)的規定。

（三）產(chǎn)品特性

系統采用MRM6155 DTU無(wú)線(xiàn)透明數據傳輸終端。產(chǎn)品基于中國移動(dòng)的GPRS網(wǎng)絡(luò )，具有高性能、高可靠及抗干擾能力強等特點(diǎn)，提供標準RS232/RS485接口，可直接與PC、單片機系統、RTU測控終端、PLC、GPS接收機、數據集中器等連接，具有遠程診斷、測試、監管功能，滿(mǎn)足各行業(yè)調度或控制中心與眾多遠端站點(diǎn)之間的數據采集和控制。

高度集成GPRS和TCP/IP技術(shù)，可實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)，點(diǎn)對多點(diǎn)等靈活的無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)方式；

內置嵌入式CPU完成復雜的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，支持PPP、ICMP、TCP、UDP、DNS等協(xié)議，為用戶(hù)數據提供透明傳輸通道；

性能穩定，保證野惡劣環(huán)境下長(cháng)期可靠工作，內置看門(mén)狗電路；

支持永遠在線(xiàn)模式，用戶(hù)可設置心跳間隔時(shí)間和心跳包，保持設備長(cháng)期在線(xiàn)；

在網(wǎng)絡(luò )故障或中心關(guān)閉等情況下，DTU具有條件恢復后自動(dòng)重連功能；

DTU能夠工作在全透明傳輸方式下保證100%不丟失，除非網(wǎng)絡(luò )故障；

DTU能夠工作在全透明傳輸模式和用戶(hù)指令模式，以給DTU傻瓜型和靈活性雙重角色；

支持中心為固定IP方式或動(dòng)態(tài)IP+動(dòng)態(tài)域名解析方式；

提供RS232/RS485/RS422通訊接口，波特率可選擇，從300bps到115200bps，開(kāi)始位/停止位/奇偶校驗可選，RTS/CTS流控可選；

支持近端和遠程參數配置與訪(fǎng)問(wèn)；

支持遠程喚醒；

內置FLASH存儲器，能夠長(cháng)期保存用戶(hù)配置的參數；

支持串口升級固件程序；

支持APN數據專(zhuān)網(wǎng)業(yè)務(wù)；

抗干擾設計，適合電磁環(huán)境惡劣的應用場(chǎng)合。

（四）安全措施

本系統需要極高的系統安全保障和穩定性。安全保障主要是防止來(lái)自系統內外的有意和無(wú)意的破環(huán)，網(wǎng)絡(luò )安全防護措施包括信道加密、信源加密、登錄防護、訪(fǎng)問(wèn)防護、接入防護、防火墻等。穩定是指系統能夠7×24小時(shí)不間斷運行，即使出現硬件和軟件故障，系統也不能中斷運行。

數據中心可通過(guò)公網(wǎng)接入，或者到移動(dòng)專(zhuān)網(wǎng)接入，采用公網(wǎng)接入方式成本比較低，企業(yè)不用租用專(zhuān)線(xiàn)，而使用數據專(zhuān)線(xiàn)接入時(shí)，GPRS數據傳輸設備要經(jīng)過(guò)Radius服務(wù)器的認證，整個(gè)數據傳送過(guò)程得到了加密保護，安全性比較高，可充分保障速度和網(wǎng)絡(luò )服務(wù)質(zhì)量。

1、APN數據專(zhuān)網(wǎng)模式：企業(yè)內部網(wǎng)絡(luò )中配置APN服務(wù)器，移動(dòng)終端使用APN數據專(zhuān)網(wǎng)，由于采用數據專(zhuān)網(wǎng)，服務(wù)器與公網(wǎng)Internet隔離，可以有效避免非法入侵。

2、用SIM卡的唯一性，對用戶(hù)SIM卡手機號碼進(jìn)行鑒別授權，在網(wǎng)絡(luò )側對SIM卡號和APN進(jìn)行綁定，劃定用戶(hù)可接入某系統的范圍，只有屬于指定行業(yè)的SIM卡手機號才能訪(fǎng)問(wèn)專(zhuān)用APN，移動(dòng)終端與數據中心采用中國移動(dòng)分配的專(zhuān)門(mén)的APN進(jìn)行無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )接入，普通手機的SIM卡號無(wú)法呼叫專(zhuān)門(mén)的APN。

3、可以為每個(gè)GPRS數據傳設備單獨配置DTU ID號和密碼，通過(guò)數據中心在其登陸時(shí)進(jìn)行應用層認證，其他沒(méi)有數據中心分配的DTU ID號和密碼的GPRS的設備將無(wú)法登錄進(jìn)入系統，系統的安全性進(jìn)一步增強。

4、數據加密：可對整個(gè)數據傳送過(guò)程進(jìn)行加密保護。

5、網(wǎng)絡(luò )接入安全鑒定機制：采用防火墻軟件，設置網(wǎng)絡(luò )鑒權和安全防范功能，保障系統安全。

四、使用該系統帶來(lái)的好處：

1、提高亮燈率

系統投運后可以隨時(shí)發(fā)現路燈運行中出現的問(wèn)題，隨時(shí)處理，提高亮燈率。

2、節約能源，減少電費支出

在系統投入使用后，可在深夜行人稀少和交通量減少的情況下，執行“隔一亮一”或“隔二亮一”的照明方式，既給夜間出行的行人帶來(lái)主便又能節約大量的電費支出。在實(shí)現單控后，由于隔盞關(guān)燈進(jìn)行控制一般是通過(guò)敷設雙線(xiàn)電纜實(shí)現的，現在最少還能節約50%的電纜成本及其施工費用。這對現有系統的改造十分方便，無(wú)須敷設額外線(xiàn)纜。

3、延長(cháng)燈具壽命

采用路燈智能控制終端智能調壓方式節能運行后，可保持每盞燈電壓相對穩定，尤其是在后半夜電壓升高的情況下。據測試，正常電壓（220V）情況下，鈉燈電壓為100V，電壓升高后（230V-240V），鈉燈電壓可升至120V-150V；正常電壓環(huán)境下降壓節能運行后，鈉燈電壓一般為85V，電壓升高環(huán)境下，鈉燈電壓可保持在100V左右。從理論和實(shí)際使用環(huán)境，采用調壓控制節能可以延長(cháng)路燈使用壽命。因此，調節電壓方式具有雙重節能的效果。

4、節約人力、物力，提高管理水平

由于可實(shí)時(shí)監控每盞路燈、每個(gè)路段及亮化工程點(diǎn)工作狀態(tài)，計算機可以及時(shí)對故障進(jìn)行匯總，寫(xiě)入數據庫，以便次日進(jìn)行維修；利用動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模擬顯示屏，監視全市路燈，值班員在中央控制室就可以概覽路燈現場(chǎng)運行情況，從而減少巡燈的維護成本和減輕巡檢人員工作強度，大大提高工作效率。另外，在惡劣天氣時(shí)，根據各路燈控制智能終端采集的數據情況加以分析，采取相應緊急措施，避免重大交通事故的發(fā)生。