GSM&GPRS在無(wú)線(xiàn)抄表系統中的應用與比較
加入技術(shù)交流群
GPRS采用分組交換技術(shù)，突破了GSM采用電路交換的專(zhuān)有信道傳輸數據的方式，對數據進(jìn)行打包（Packet）透明傳輸，因此多個(gè)用戶(hù)可以同時(shí)利用同一無(wú)線(xiàn)信道進(jìn)行傳輸，提高了網(wǎng)絡(luò )資源的利用率，但網(wǎng)絡(luò )極易擁堵，數據容易丟失。GPRS攜帶有TCP/IP協(xié)議，可以接入高速的Internet，能夠傳輸大量數據。
3.3 費用及延時(shí)比較
GSM的SMS方案進(jìn)行抄表費用包括：2個(gè)GSM模塊共600元，2張SIM卡共80元，在傳輸過(guò)程中，GSM模塊以每天1條短信的頻率定時(shí)發(fā)送用戶(hù)用量數據包，每條短信為0.1元，每月的費用為3元，若以小時(shí)為周期抄表，費用則更高。GPRS方案費用包括：1個(gè)GPRS模塊400元，SIM卡一張40元，每月最低資費套餐5元，流量為30M，以每條短信100字節計算，折合約30萬(wàn)條短信，若采用SMS方案頻繁抄表費用將非常高。
由于短消息需在SMSC存儲轉發(fā)，所以其實(shí)時(shí)性較弱。測試數據表明，使用GSM短信模塊在中國移動(dòng)網(wǎng)內同一地區和品牌的手機之間，非短信高峰期，手機信號良好的情況下，一條短信的時(shí)間延遲時(shí)間至少為10s，最長(cháng)可達數分鐘。
使用GPRS發(fā)送60B的數據包，平均延時(shí)時(shí)間為5s。綜上，GPRS方案成本較低，實(shí)時(shí)性高。
3.4 二者的適用范圍
GSM的SMS和GPRS自身的工作原理和特性決定了它們各自的適用場(chǎng)合和范圍。利用GSM的SMS進(jìn)行數據傳輸，系統組建和技術(shù)配置較為簡(jiǎn)單，容易實(shí)現。但由于使用的是短信業(yè)務(wù)，每條短信發(fā)送的數字或字母最多為160個(gè)，適合小數據量傳輸且收發(fā)頻率不高的場(chǎng)合。但其延時(shí)時(shí)間較長(cháng)，在對實(shí)時(shí)性和收發(fā)頻率要術(shù)較高，數據量較大的場(chǎng)合，其性?xún)r(jià)比將大大折扣，不再適用。
GPRS的工作原理保證了它既能支持間歇的爆發(fā)式數據傳輸，又能支持偶爾的大量數據的傳輸。數據傳輸速度快，按流量計費，聯(lián)網(wǎng)“永遠在線(xiàn)”方式則可以保證通信雙方更加快速實(shí)時(shí)地進(jìn)行數據交換。因此基于GPRS的系統適合于這種通信頻繁、數據量大、實(shí)時(shí)性要求較高的復雜系統。
4 本設計采用的方案
4.1 系統數據傳輸方案的設計
綜上所述，對處于“長(cháng)時(shí)間休眠，短時(shí)間工作”的工作模式，實(shí)時(shí)性要求不是很高，數據量也較小的無(wú)線(xiàn)抄表系統，采取GSM的SMS方案即可滿(mǎn)足要求。但為了降低成本，提高數據傳輸的可靠性，本設計采用兩者結合的方法：在收發(fā)頻率高、網(wǎng)絡(luò )不擁堵時(shí)，采用GPRS方案實(shí)現數據的傳輸；在收發(fā)頻率低，網(wǎng)絡(luò )擁堵時(shí)，采用GSM的SMS方案，以短信的方式進(jìn)行遠程抄表。這種做法可能在網(wǎng)絡(luò )擁堵時(shí)短信延時(shí)較為嚴重，但是可以避免采用GPRS方案而導致數據丟失的麻煩。在這種實(shí)時(shí)性要求不是非常嚴格的抄表系統中，一點(diǎn)延時(shí)是可以接受的，但數據收發(fā)的可靠性卻非常重要。
因此，本設計選用了同時(shí)支持GSM和GPRS數據傳輸內核為MC52i（SIEMENS）的GPRSMODEM。它支持MT/MO/CB/PDU模式4種SMS模式，支持CSl-CS4數據編碼，攜帶TCP/IP協(xié)議棧，可以直接通過(guò)AT指令就能接入Internet，省去了常用的TCP／IP處理模塊及編程時(shí)調用各種API函數的麻煩。
4.2 SMS和GPRS自動(dòng)切換的依據和實(shí)現
根據上面的分析可知，對實(shí)時(shí)性要求不是十分苛刻的無(wú)線(xiàn)抄表系統，考慮其數據傳輸方案的2個(gè)主要因素是成本的高低和數據的可靠性，而決定這2個(gè)因素的則是數據收發(fā)頻率的高低和網(wǎng)絡(luò )是否擁堵繁忙。若收發(fā)頻率較高，SMS方案成本將會(huì )增加，此時(shí)選擇GPRS傳送數據可大大減小成本，較為合理；若網(wǎng)絡(luò )擁堵繁忙，GPRS方案將會(huì )出現數據丟失的可能，此時(shí)選擇SMS傳送數據可靠性較高。所以根據這2種情況，設計能夠根據不同的條件而自動(dòng)切換數據傳輸方案將十分必要，既能降低成本，又能提高可靠性。
1）選擇GPRS的依據整個(gè)抄表系統通過(guò)實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）定時(shí)喚醒數據采集器中的MCU實(shí)現定時(shí)抄表。根據需要，定時(shí)周期設為小時(shí)、日、星期和月4種模式，分別由監控中心計算機管理員通過(guò)GPRS模塊發(fā)布，然后MCU自動(dòng)修改。若處于用水高峰期或水資源缺乏時(shí)，很有必要對用水大戶(hù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，此時(shí)收發(fā)頻率較高。假設抄表周期為小時(shí)模式，每隔4小時(shí)抄一次表，則每天的費用將是日周期模式的6倍，此時(shí)采用SMS模式費用較高。因此，為了降低成本，系統應用程序默認傳輸方式為GPRS模式，這樣不論在哪種模式下，都可以做到降低費用。
2）選擇SMS的依據系統默認為GPRS數據傳輸模式，但是一旦網(wǎng)絡(luò )擁堵繁忙，GPRS模式會(huì )出現數據丟失的現象，起不到監控數據的作用。此時(shí)很有必要讓系統自動(dòng)切換到GSM的SMS方案，由于其通過(guò)短消息中心（SMSC）存儲轉發(fā)，可靠性很高，能確保數據的可靠傳輸。判斷網(wǎng)絡(luò )是否繁忙的主要方法是通過(guò)檢測返回確認信息的延時(shí)時(shí)間是否大于預設值。若大于預設值，則認為此時(shí)網(wǎng)絡(luò )繁忙，切換到SMS模式重新發(fā)送，直到返回確認信息時(shí)，系統認為發(fā)送成功，然后進(jìn)入休眠，等待下一次的喚醒。反之，則按照系統默認的GPRS方式傳輸數據。
3）系統軟件的設計大多數時(shí)間網(wǎng)絡(luò )都是正常的，所以系統大多時(shí)間處于GPRS模式，只有在很少一部分時(shí)間處于SMS模式，這樣設計不但大大降低了成本，增加了數據傳輸速率，而且提高了系統的可靠性和穩定性。不管是采用GPRS模式還是采用SMS模式，都是通過(guò)軟件控制來(lái)實(shí)現自動(dòng)切換的，這樣可以節省硬件開(kāi)銷(xiāo)，降低系統成本，軟件控制流程圖如圖4所示。
圖4 系統流程圖
由上述兩種數據傳輸方案費用的比較可看出，采用GPRS模式，若按照每隔4小時(shí)的抄表周期進(jìn)行抄表，每月將會(huì )節省13元，周期越短，節省越多。經(jīng)過(guò)測試，即使在網(wǎng)絡(luò )擁堵繁忙時(shí)，采用SMS模式以短信形式發(fā)送數據，監控中心準確收到數據的概率幾乎是100%，只不過(guò)實(shí)時(shí)性較差一點(diǎn)，但是針對抄表系統是可以接受的。由此可見(jiàn)，采用GSM的SMS方案和GPRS結合的方法，利用軟件實(shí)現自動(dòng)切換進(jìn)行遠程抄表，成本將會(huì )更低，可靠性將會(huì )更高。
6 結束語(yǔ)
作為GSM網(wǎng)絡(luò )向第三代網(wǎng)絡(luò )過(guò)度的GPRS技術(shù)，其使用范圍非常廣泛。將其用于遠程無(wú)線(xiàn)抄表系統將會(huì )越來(lái)越普及，但在網(wǎng)絡(luò )繁忙，多個(gè)用戶(hù)同時(shí)使用同一信道時(shí)，就會(huì )出現數據丟失的現象，影響系統的可靠性。但若使用本文提及的兩者結合的方法，根據網(wǎng)絡(luò )情況，自動(dòng)選擇數據傳輸方式，提高了系統的智能性和可靠性，且成本較低，適合推廣。(end) 藍牙技術(shù)相關(guān)文章:藍牙技術(shù)原理
評論