基于GPRS的遠程自動(dòng)雨量監測網(wǎng)絡(luò )

舉個(gè)例子，用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)，點(diǎn)擊一個(gè)超級鏈接，手機就在無(wú)線(xiàn)信道上發(fā)送和接受數據，主頁(yè)下載到本地后，沒(méi)有數據傳送，手機就進(jìn)入一種“準休眠”狀態(tài)，手機釋放所用的無(wú)線(xiàn)頻道給其他用戶(hù)使用，這時(shí)網(wǎng)絡(luò )與用戶(hù)之間還保持一種邏輯上的連接，當用戶(hù)再次點(diǎn)擊，手機立即向網(wǎng)絡(luò )請求無(wú)線(xiàn)頻道用來(lái)傳送數據，而不像普通撥號上網(wǎng)那樣斷線(xiàn)后還得重新?lián)芴柌拍苌暇W(wǎng)沖浪。

四．整體系統構成

1．數據終端及數據傳輸網(wǎng)絡(luò )

1) 通過(guò)GPRS無(wú)線(xiàn)方式直接發(fā)送信息的雨量站

系統中GPRS無(wú)線(xiàn)數據終端(DTU)采用了嘉復欣GF-2008 GPRS無(wú)線(xiàn)DTU數據終端。每個(gè)模塊在使用時(shí)需要安裝SIM卡，和手機一樣在移動(dòng)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(shí)時(shí)時(shí)鐘、支持A5/1amp;A5/5加密算法，為用戶(hù)提供高速、永遠在線(xiàn)、透明數據傳輸的虛擬專(zhuān)用數據通信網(wǎng)絡(luò )。

嘉復欣GF-2008 GPRS DTU系列模塊帶有40Pin用戶(hù)數據接口，以便對模塊供電和進(jìn)行數據交換。對外數據線(xiàn)的連接和數據交換方式與RS-232類(lèi)似，同時(shí)該系列大多型號支持+4.5~+28VDC電源，方便在更多場(chǎng)合安裝使用。在終端所有連接完成之后，通過(guò)終端內置的設置、管理與調試工具對GPRS數據終端進(jìn)行管理，便于用戶(hù)在使用前配置相關(guān)參數和在調試過(guò)程中靈活地改變相關(guān)參數以及軟件升級和簡(jiǎn)單的測試。

自動(dòng)雨量監測網(wǎng)絡(luò )無(wú)線(xiàn)數據傳輸部分采用中心點(diǎn)~多點(diǎn)的方式，如圖3

自動(dòng)雨量采集設備有多個(gè)，它們用各自的GPRS數據終端將數據打成IP包，經(jīng)GPRS空中接口接入無(wú)線(xiàn)GPRS網(wǎng)絡(luò )，由移動(dòng)服務(wù)商轉接到Internet，最終通過(guò)各種網(wǎng)關(guān)和路由到達統一的數據處理中心工作站。

需要指出的是GPRS終端向數據業(yè)務(wù)中心發(fā)送數據是間斷性發(fā)送，可以根據需要調整發(fā)送數據的頻率，這在一定程度上也降低了無(wú)線(xiàn)信息傳輸費用。在整個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )設計過(guò)程中首先要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是：如何進(jìn)行氣象信息采集單元與GPRS終端的連接，如何根據具體無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )情況合理設置，如何進(jìn)行數據打包發(fā)送并在數據中心工作站實(shí)現接收。

2) 通過(guò)有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )發(fā)送信息的雨量站

有線(xiàn)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。計算機首先把數據進(jìn)行處理和編碼，然后通過(guò)互連網(wǎng)把數據信息送到有固定IP的數據業(yè)務(wù)中心站。在這一過(guò)程中，需要開(kāi)發(fā)局地計算機數據處理和發(fā)送軟件，進(jìn)行數據傳送，同時(shí)數據業(yè)務(wù)中心站要有對應的服務(wù)器端數據接收軟件實(shí)現數據接收和保存。

主服務(wù)器安裝Windows Server 2003操作系統，并安裝了SQL Server 2000數據庫管理軟件。所有來(lái)自終端自動(dòng)雨量站的數據經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò )首先進(jìn)入具有固定的IP地址的主服務(wù)器。但是考慮到服務(wù)器的穩定運行問(wèn)題通常不允許在服務(wù)器上安裝其他應用軟件，為了降低主服務(wù)器的負荷，系統中需要另外增加三臺服務(wù)器來(lái)分擔主服務(wù)器的數據處理任務(wù)。這四臺服務(wù)器共同構成類(lèi)似于內部局域網(wǎng)的數據中心工作站(DSC)。

雖然數據中心站有多臺服務(wù)器，但它對外部公網(wǎng)只提供一個(gè)IP地址，因此在架設過(guò)程中采用了一種網(wǎng)絡(luò )地址轉換(NAT)技術(shù)。NAT端口映射功能將一臺主機的假I(mǎi)P地址映射成一個(gè)真IP地址，當用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)提供映射端口主機的某個(gè)端口時(shí)，服務(wù)器將請求轉到內部提供這種特定服務(wù)的主機?？梢宰寖炔烤W(wǎng)絡(luò )中某臺機器對外部提供WWW服務(wù)，而不是將真IP地址直接轉到內部提供WWW服務(wù)的主機。

三臺處理服務(wù)器分別處理來(lái)自不同端口的信息，來(lái)自無(wú)線(xiàn)自動(dòng)雨量監測站的信息經(jīng)主服務(wù)器的端口映射到無(wú)線(xiàn)數據接收處理服務(wù)器接收，然后再送回主服務(wù)器保存在SQL數據庫；通過(guò)有線(xiàn)方式接收信息的任務(wù)則由有線(xiàn)接接收處理服務(wù)器來(lái)完成。最終WWW服務(wù)器從主服務(wù)器上調用SQL數據庫，將雨量信息在Web頁(yè)上實(shí)現動(dòng)態(tài)更新顯示，以供外部用戶(hù)通過(guò)Internet訪(fǎng)問(wèn)。

3．軟件設計

軟件設計主要指利用計算機高級語(yǔ)言開(kāi)發(fā)數據中心站上的數據接收和處理軟件。對于有線(xiàn)數據傳輸方式，利用VC++6.0開(kāi)發(fā)出客戶(hù)端(局地計算機)數據發(fā)送軟件和服務(wù)器端(有線(xiàn)數據接收處理服務(wù)器)數據接收軟件。軟件中數據的傳輸采用了Winsock方式。

對于無(wú)線(xiàn)數據傳輸方式的軟件開(kāi)發(fā)，使用了GPRS廠(chǎng)商提供的開(kāi)發(fā)工具包。當從網(wǎng)絡(luò )上收集到某個(gè)雨量站發(fā)來(lái)的信息后，經(jīng)過(guò)一系列處理后把數據存入SQL數據庫。

最后，在WWW服務(wù)器上利用ASP(Active Sever Pages)開(kāi)發(fā)出Web頁(yè)面供外部用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)。

五．結束語(yǔ)

GPRS無(wú)線(xiàn)數據傳輸技術(shù)的成熟促進(jìn)它在更寬廣領(lǐng)域中的應用，在氣象領(lǐng)域國外于2003年上半年推出了基于GPRS的自動(dòng)氣象站。本文介紹的雨量監測網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)完成，這種中小尺度的氣象監測網(wǎng)絡(luò )將在很大程度上增強對災害性天氣的預警能力，減少了國家和人民的財產(chǎn)損失。