GPRS遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集檢測(cè)系統(tǒng)

第一章GPRS概述 GPRS 是通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service)的英文簡(jiǎn)稱，是在現(xiàn)有GSM 系統(tǒng)上發(fā)展出來(lái)的一種新的承載業(yè)務(wù)，目的是為GSM 用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS 采用與GSM 同樣的無(wú)線調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)、同樣的頻帶、同樣的突發(fā)結(jié)構(gòu)、同樣的跳頻規(guī)則以及同樣的TDMA 幀結(jié)構(gòu)，這種新的分組數(shù)據(jù)信道與當(dāng)前的電路交換的話音業(yè)務(wù)信道極其相似。因此，現(xiàn)有的基站子系統(tǒng)(BSS)從一開(kāi)始就可提供全面的GPRS 覆蓋。GPRS 允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源。從而提供了一種高效、低成本的無(wú)線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。GPRS 理論帶寬可達(dá)171.2Kb/s，實(shí)際應(yīng)用帶寬大約在10~70Kb/s，在此信道上提供TCP/IP 連接，可以用于INTERNET 連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?yīng)用。 GPRS 是一種新的移動(dòng)數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，在移動(dòng)用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間提供一種連接，給移動(dòng)用戶提供高速無(wú)線IP。GPRS 采用分組交換技術(shù)，每個(gè)用戶可同時(shí)占用多個(gè)無(wú)線信道，同一無(wú)線信道又可以由多個(gè)用戶共享，資源被有效的利用，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)160Kbps。使用GPRS技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分組發(fā)送和接收，用戶永遠(yuǎn)在線且按流量計(jì)費(fèi)，迅速降低了服務(wù)成本。GPRS 移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)有很大的應(yīng)用范圍，幾乎所有中低速率的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)都可以應(yīng)用，如城市配電網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化、自來(lái)水、煤氣管道自動(dòng)化、商業(yè)POS 機(jī)、INTERNET 接入、個(gè)人信息、股票信息、金融、交通、公安等 第二章、GPRS DTU 的特點(diǎn) GPRS 技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分組發(fā)送和接收，永遠(yuǎn)在線且按流量計(jì)費(fèi)，迅速降低了服務(wù)成本。GPRS DTU為用戶提供高速的無(wú)線DDN 通信系統(tǒng)，透明數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶摂M專用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，與數(shù)據(jù)中心一起提供透明數(shù)據(jù)傳輸通道，組成用戶專用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。 （一）基本特點(diǎn)： 使用方便、靈活、可靠 支持雙頻GSM/GPRS 符合ETSI GSM Phase 2+標(biāo)準(zhǔn) 數(shù)據(jù)終端永遠(yuǎn)在線 實(shí)時(shí)時(shí)鐘 支持A5/1&A5/5加密算法 增強(qiáng)功能 透明數(shù)據(jù)傳輸與協(xié)議轉(zhuǎn)換 支持虛擬數(shù)據(jù)專用網(wǎng) 短消息數(shù)據(jù)備用通道(選項(xiàng)) 支持動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)中心域名和IP地址(V2.61以后軟件版本) STK卡特殊功能配置 支持TTL/RS-232/485或以太網(wǎng)接口 支持音頻接口，方便維護(hù)操作 系統(tǒng)配置和維護(hù)接口 通過(guò)Xmodem協(xié)議進(jìn)行軟件升級(jí) 支持空中軟件升級(jí)和遠(yuǎn)程維護(hù)(選項(xiàng)) 自診斷與告警輸出 抗干擾設(shè)計(jì)，適合電磁環(huán)境惡劣的應(yīng)用需求 防潮設(shè)計(jì)，適合室外應(yīng)用 （二）、傳輸效率 1） 用戶數(shù)據(jù)傳輸效率(用戶數(shù)據(jù)占網(wǎng)絡(luò)層總數(shù)據(jù)的比例)： DTU 支持不同組網(wǎng)方式，不同的數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度，這時(shí)有不同的傳輸效率。下面假設(shè)在DTU 當(dāng)前最長(zhǎng)所能支持的最大用戶數(shù)據(jù)包長(zhǎng)的情況下，即1024 字節(jié)包長(zhǎng)。 i. 僅支持DTU 主動(dòng)發(fā)起到數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)傳輸：最大傳輸效率(w) = 97.3% ii. 支持雙向主動(dòng)互傳：最大傳輸效率(w) = 95.9% 2） 傳輸時(shí)延(從發(fā)送到接收數(shù)據(jù)之間的時(shí)間)： 不同的數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度，傳輸?shù)臅r(shí)延不同。根據(jù)目前移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)狀況，一般一個(gè)包長(zhǎng)為100 到200字節(jié)之間的數(shù)據(jù)包可以在1 秒內(nèi)互傳完畢。大于200 字節(jié)的數(shù)據(jù)包平均在1 秒到3 秒之間可以互傳完畢。 （三）穩(wěn)定性 1） 有效率：發(fā)送成功數(shù)據(jù)占總發(fā)送數(shù)據(jù)比例 根據(jù)目前在北京、石家莊使用的結(jié)果來(lái)看，在網(wǎng)絡(luò)正常的情況下，一般數(shù)據(jù)包的成功率都在97%以上。 2） 穩(wěn)定性綜合參數(shù)：有效率x 傳輸效率 網(wǎng)絡(luò)有效帶寬和最大傳輸單元(MTU)之間存在著極其重要的關(guān)系，一般MTU 增大到200 字節(jié)以上不會(huì)明顯增加帶寬，但會(huì)增大平均延遲，測(cè)試結(jié)果表明MTU 的最優(yōu)大小是200 字節(jié)左右。 3） 斷線自動(dòng)連接 自動(dòng)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)連接狀況 設(shè)備自診斷、自恢復(fù) （四）配置方便性 菜單式配置(超級(jí)終端，無(wú)需專用軟件) 維護(hù)軟件配置 （五）結(jié)構(gòu) 內(nèi)部連接可靠性： 內(nèi)部連接機(jī)械連接包含GPRS 模塊與PCB 之間、SIM 卡固定連接 產(chǎn)品尺寸： 110x56x15mm 安裝方便： 外殼螺絲固定 防震： 接插件少，具良好抗震性能 （六）環(huán)境參數(shù) 溫度： -20～55℃ 相對(duì)濕度： 95%(無(wú)凝結(jié)) 第三章GPRS DTU 通信模式與其它幾種常用數(shù)據(jù)通信方式比較 一、GPRS DTU與有線數(shù)據(jù)通信的比較 二、GPRS DTU與無(wú)線數(shù)據(jù)通信的比較 從以上GPRS DTU與有線、無(wú)線數(shù)據(jù)通信的對(duì)比可以看出，在分散數(shù)據(jù)采集中，利用GPRS DTU進(jìn)行數(shù)據(jù)采集是性能價(jià)格比最高的一種模式。 （1）與光纖和有線專線相比，建設(shè)費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用都很低，并且?guī)缀踅诿饩S護(hù)，因?yàn)镚PRS網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)完全有中國(guó)移動(dòng)來(lái)完成，企業(yè)不需支付任何費(fèi)用，完全享受中國(guó)移動(dòng)技術(shù)進(jìn)步帶來(lái)的效率； （2）在分散數(shù)據(jù)采集中，要求對(duì)各采集子站實(shí)時(shí)檢測(cè)，有線撥號(hào)是做不到的。對(duì)多個(gè)子站輪回召測(cè)，周期太長(zhǎng)，沒(méi)有實(shí)時(shí)性可比； （3）與各種無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖侄蜗啾龋珿PRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍大、維護(hù)成本低。超短波無(wú)線通信受通信體制和傳輸方式的制約，傳輸距離受限制；在開(kāi)闊地一般20W的電臺(tái)有效通信距離約20KM，如果在城市高大建筑成群，通信距離大大縮短； （4）使用超短波通訊電臺(tái)，不僅要向當(dāng)?shù)厣暾?qǐng)頻點(diǎn)，而且每年要向無(wú)委會(huì)交納一定的占頻費(fèi) ；超短波通信的維護(hù)量相當(dāng)大，建設(shè)要求苛刻，不僅要考慮周圍建筑的影響，而且避雷措施不當(dāng)容易引起電臺(tái)和連接設(shè)備的損壞； （5）如果采用短信息方式，每個(gè)采集子站如果按照間隔為5分鐘發(fā)送一次數(shù)據(jù)，一次1角錢概算，運(yùn)行費(fèi)用為：12 * 0.1 *24 * 30 = 864 元 通過(guò)以上客觀分析，我們可以看出，無(wú)論從建設(shè)周期、建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用，還是系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和技術(shù)的先進(jìn)性而言，GPRS DTU在分散的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用領(lǐng)域具有無(wú)可比擬的優(yōu)越性，我們認(rèn)為，在分布范圍較廣，數(shù)據(jù)采集點(diǎn)多，實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合，只有GPRS DTU比較合適。當(dāng)然其它數(shù)據(jù)通訊方式不是一無(wú)是處，他們?nèi)杂懈髯缘牡膽?yīng)用領(lǐng)域，在GPRS DTU沒(méi)有推出之前，也是比較優(yōu)秀的，只是新的數(shù)據(jù)通訊技術(shù)和新的產(chǎn)品應(yīng)用于工業(yè)監(jiān)控后，必將對(duì)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集帶來(lái)新的革命。 第四章、GPRS網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)方案 根據(jù)實(shí)際運(yùn)行的效果，我們推薦兩套中心站的接入方式方案以供選擇。 （一）方案一 1、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)： 2、硬件設(shè)備： 本方案中，中心站采用無(wú)線網(wǎng)卡接入，實(shí)時(shí)接收采集子站發(fā)送的數(shù)，并對(duì)各子站進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。各采集子站的現(xiàn)場(chǎng)儀表通過(guò)RS-232通訊口與GPRS DTU傳輸模塊連接，每一個(gè)GPRS DTU傳輸模塊裝入一個(gè)中國(guó)移動(dòng)的數(shù)據(jù)SIM卡即可。 （二）方案二 1、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)： 方案1檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖 2、硬件設(shè)備： 本方案中，中心站采用專線接入，實(shí)時(shí)接收采集子站發(fā)送的數(shù)據(jù)，并對(duì)各子站進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。各采集子站的現(xiàn)場(chǎng)儀表通過(guò)RS-232通訊口與GPRS DTU傳輸模塊連接，每一個(gè)GPRS DTU傳輸模塊裝入一個(gè)中國(guó)移動(dòng)的數(shù)據(jù)SIM卡即可。 （三）兩種方案的說(shuō)明 兩種方案均采用相同的GPRS傳輸模式。 ★數(shù)據(jù)采集子站部分采用相同的傳輸模塊、子站的建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用相同； ★由于均采用移動(dòng)內(nèi)部專有的固定IP地址，傳輸系統(tǒng)的可靠性、實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性相同； ★兩種方式都基于移動(dòng)遍布全國(guó)各地的GPRS網(wǎng)絡(luò)，子站的分布范圍相同； 兩種方案的區(qū)別之處只是在中心服務(wù)器的接入方式上，與方案2相比，方案1的特點(diǎn)為： ★ 簡(jiǎn)單易行，費(fèi)用低； ★ 企業(yè)自主建設(shè)，方便靈活、建設(shè)周期短、見(jiàn)效快； ★ 由于中心采用無(wú)線網(wǎng)卡接入，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不宜太大； ★ 通信的數(shù)據(jù)量受限制； 如果每個(gè)子站采集間隔為5分鐘，每次采集數(shù)據(jù)包為100字節(jié)，以中心下行帶寬10KBps概算，系統(tǒng)容量為不小于500個(gè)采集終端。 與方案1相比，中心專線接入的特點(diǎn)為： ★ 系統(tǒng)容量大； ★ 采集子站通信速率高，采集間隔??； ★ 每個(gè)子站可以傳輸較大的數(shù)據(jù)量； 由于GPRS 理論帶寬可達(dá)71.2Kbps，實(shí)際應(yīng)用帶寬大約在10-40Kbps左右，方案2中心采用專線接入，克服了方案1容量小的不足。如果按照移動(dòng)專線下行1Mbps的帶寬，每個(gè)子站采集間隔為5分鐘，每次采集數(shù)據(jù)包為100字節(jié)，系統(tǒng)容量為不小于30000個(gè)采集終端。 第五章GPRS 通訊系統(tǒng)建設(shè)及運(yùn)行費(fèi)用 GPRS 通訊網(wǎng)絡(luò)建設(shè)依賴移動(dòng)通訊公司龐大的GSM 網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)成本與運(yùn)行維護(hù)成本都很低，遠(yuǎn)小于自行建設(shè)獨(dú)立運(yùn)行的專用通訊網(wǎng)絡(luò)GPRS 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方便簡(jiǎn)單，購(gòu)置GPRS數(shù)傳模塊及相應(yīng)配件，直接與帶有串行口（RS-232或RS-485）的監(jiān)測(cè)設(shè)備連接，與中心數(shù)據(jù)服務(wù)器構(gòu)建透明的串行數(shù)據(jù)傳輸通道。費(fèi)用分建設(shè)費(fèi)用與運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用兩部分： （一）方案1 1）建設(shè)費(fèi)用： ★中心數(shù)據(jù)站設(shè)備費(fèi)用： 方案2檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖 ★每套采集子站設(shè)備費(fèi)用： ★采集子站： 采集子站如果按照間隔為5分鐘、每次采集數(shù)據(jù)包為100字節(jié)計(jì)算，數(shù)據(jù)流量為： 每小時(shí)數(shù)據(jù)流量為：100 * 12