GPRS／CDMA通信組網(wǎng)在城市防汛測報系統中的創(chuàng )新應用

摘要：在中國進(jìn)入城鎮化水平高速發(fā)展的時(shí)期，城市作為人口密集、經(jīng)濟要素積聚地區，災害的監測預警處于十分突出的位置。城市防汛測報系統可為防汛決策部門(mén)提供基礎支撐，確保城市人民生命財產(chǎn)安全，而系統數據傳輸的準確性與實(shí)時(shí)性尤為重要。文中通過(guò)GPRS/CDMA通信組網(wǎng)在上海市某大型城市防汛測報項目的實(shí)際應用，介紹了GPRS/CDMA通信組網(wǎng)在城市防汛領(lǐng)域的創(chuàng )新應用。

0 引言

城市防汛測報系統是城市防汛決策指揮的重要依據，其任務(wù)是安全、迅速、準確地對城市雨情、水情等信息采集與傳輸，并進(jìn)行實(shí)時(shí)水、雨情信息發(fā)布。系統應用傳感器、通信、計算機等技術(shù)，在江河流域及沿海區域實(shí)現雨水情、水資源信息自動(dòng)數據采集、傳輸、處理入庫等，為防汛指揮和水資源調度提供信息。GPRS(General Packet Radio Service)通用分組無(wú)線(xiàn)服務(wù)技術(shù)、CDMA(Code Division Mulitiple Acess)碼分多址無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)作為兩種高效、低成本的無(wú)線(xiàn)數據承載業(yè)務(wù)，已廣泛應用于市政、電力、水利、環(huán)保等領(lǐng)域中的無(wú)線(xiàn)數據傳輸。本文擬通過(guò)GPRS/CDMA通信組網(wǎng)在上海市某大型城市防汛測報項目實(shí)際應用的基礎上，介紹GPRS/CDMA通信組網(wǎng)在城市防汛領(lǐng)域的應用及創(chuàng )新。

1 項目概況

上海市某大型水情自動(dòng)測報系統主要由水情采集系統、水情分中心、水情中心以及鏈接三個(gè)部分的網(wǎng)絡(luò )組成。系統信息流程圖如圖1所示。系統按信息流分為三級，底層是水隋信息采集系統(各采集要素遙測站)，中間層是水情中心(市級)和12個(gè)水情分中心(區級)，頂層是市防汛辦公室。水情中心和水情分中心均通過(guò)雙信道，直接接收水情信息采集系統上報的數據，中心與分中心通過(guò)專(zhuān)網(wǎng)實(shí)現校準數據及缺失信息共享。

2 通信組網(wǎng)設計

依托城市發(fā)達的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )覆蓋，本系統利用GPRS/CDMA通信網(wǎng)絡(luò )永遠在線(xiàn)、經(jīng)濟適用、傳輸速率快、組網(wǎng)簡(jiǎn)單及易于擴展等優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)行水情測報系統組網(wǎng)。為避免網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商因素，且秉承節約通信費用的原則，由遙測站PLC(Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器)控制，采用GPRS網(wǎng)絡(luò )為主信道，CDMA網(wǎng)絡(luò )為備用信道。遙測站主、備信道均長(cháng)期值守，可隨時(shí)響應中心站召測。

考慮水情中心與分中心工作異?？赡茉斐伤閿祿o(wú)法正常接收，遙測站數據通信終端(Data Transfer Unit，DTU)均設計雙發(fā)工作機制，即每時(shí)段報送數據均同時(shí)向水情中心及分中心發(fā)送，中心與分中心進(jìn)行信息共享。系統通信流程圖如圖2所示。

3 傳輸機制設計

由于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )運行商僅限制，DTU長(cháng)時(shí)間沒(méi)有數據通信時(shí)，運行商網(wǎng)關(guān)將斷開(kāi)DTU與中心的連接，動(dòng)態(tài)IP(Internet Protocol)由ISP(Int ernet Service Provider)服務(wù)商的服務(wù)器動(dòng)態(tài)分配，如果長(cháng)時(shí)間不通信，ISP服務(wù)器會(huì )回收IP，這將影響中心、分中心向遙測站的通信指令的正常傳輸。為解決這一問(wèn)題，DTU各通道每30 s向目的IP地址發(fā)送心跳包(短格式握手數據包，流量耗費很小)，以保證DTU與目的地址通信鏈路不被中斷。遇網(wǎng)絡(luò )異?；蜓訒r(shí)，心跳包發(fā)送失敗，DTU將嘗試繼續發(fā)送(5次)，5次心跳包發(fā)送均失敗，DTU將重啟通信異常通道。如全部通道心跳包均連續5次發(fā)送失敗，DTU將斷開(kāi)鏈路，重新?lián)芴柕卿浘W(wǎng)絡(luò )。中心站與遙測站DTU的通信流程圖如圖3所示。

為防止中心或分中心某一通道未收到數據，利用GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò )透明傳輸的特點(diǎn)，在中心站數據接收軟件和遙測站之間設計了數據接收確認機制，即遙測站及中心站的通信握手。中心站數據接收軟件在收到數據后會(huì )發(fā)送ACK(Acknowledgement)確認信息給遙測站，此確認含路由信息，遙測站通過(guò)路由信息判斷此ACK為哪個(gè)中心站發(fā)出，以判斷該中心站是否接收到數據。遙測站每次完成數據采集后啟動(dòng)GPRS主信道進(jìn)行數據發(fā)送，兩個(gè)目的地址的ACK如果全部收到，則此次通信流程結束。如果兩個(gè)ACK或其中某個(gè)ACK未能正常接收，則啟用CDMA備用信道進(jìn)行數據發(fā)送，進(jìn)行相同的ACK等待過(guò)程。如果仍未正常接收，將再次啟用CDMA信道進(jìn)行數據發(fā)送。遙測站及中心站的通信軟件流程圖如圖4所示。

4 結語(yǔ)

本系統的遙測站采用GPRS、CDMA主備切換工作模式，通信組網(wǎng)同時(shí)考慮了冗余設計，可實(shí)現多個(gè)目的地址同時(shí)接收，通過(guò)數據異地接收與存儲，從而避免了網(wǎng)絡(luò )原因造成的數據缺失。在傳輸機制中心創(chuàng )新性地設計了中心站與遙測站之間的數據接收確認機制，數據傳輸暢通顯著(zhù)提高，增強了城市防汛測報系統的可靠性和穩定性。