一種基于GPRS技術(shù)的無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)

2019-11-03 09:24:17

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供稿：網(wǎng)友

張小強(qiáng) 楊放春

　　（北京郵電大學(xué)交換技術(shù)與通信網(wǎng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室北京100876）

　　摘要移動(dòng)通信與實(shí)際的應(yīng)用相結(jié)合，可以在為用戶提供靈活高效的服務(wù)。GPRS技術(shù)廣泛的應(yīng)用，為中國(guó)走向數(shù)字化時(shí)代提供解決方案。本文在分析了多種通信方式的優(yōu)劣，給出了一種基于GPRS技術(shù)的無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)方案，能夠較好實(shí)現(xiàn)分布式系統(tǒng)的無(wú)線監(jiān)控，同時(shí)也給出了一種基于GPRS技術(shù)的無(wú)線增值應(yīng)用模式。

　　關(guān)鍵詞 GPRS GSM CDPD 無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)

　　1 前言

　　近年來(lái)，我國(guó)移動(dòng)通信業(yè)獲得了極大的發(fā)展。基于無(wú)線新技術(shù)的增值服務(wù)悄然地改變著城市的面貌、改變著人民的生活方式。無(wú)線應(yīng)用不僅美化了城市、增添了生活現(xiàn)代感、而且能改善投資環(huán)境、增加安全性，為我們帶來(lái)巨大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益；另外，無(wú)線應(yīng)用也是展現(xiàn)一個(gè)城市現(xiàn)代化、國(guó)際化水平的重要標(biāo)志。無(wú)線應(yīng)用現(xiàn)已成為城市生活中一個(gè)不可缺少的重要組成部分。

　　目前，整個(gè)基于無(wú)線系統(tǒng)的監(jiān)控管理還停留在一個(gè)較低的水平，多是采用發(fā)傳真，打電話的形式通過(guò)人工來(lái)控制，只有部分控制點(diǎn)使用了定時(shí)器裝置。在這種模式下，出現(xiàn)故障不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，存在隱患不能及時(shí)排除，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行效率低下，不便管理，而且這種模式也無(wú)法解決迅速部署靈活監(jiān)控的現(xiàn)代監(jiān)控管理的要求。

　　采用先進(jìn)的GPRS技術(shù)的無(wú)線監(jiān)控管理系統(tǒng)，集計(jì)算機(jī)、通信、機(jī)電、自動(dòng)控制等多種先進(jìn)技術(shù)于一體，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)無(wú)線分布式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控管理和靈活部署，解決了傳統(tǒng)控制由于沒(méi)有通訊功能，無(wú)法實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控的問(wèn)題，將運(yùn)行維護(hù)人員從大量繁瑣的工作中解放出來(lái)，提高無(wú)線系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，增強(qiáng)無(wú)線的可靠性和可控性，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)定位無(wú)線系統(tǒng)故障，大大減少了系統(tǒng)停用帶來(lái)的不良影響。

　　2 用于監(jiān)控系統(tǒng)的通信方式及其比較

　　目前國(guó)內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品有多種，其本質(zhì)上的差異是由它們所采取的不同通信方式?jīng)Q定的。隨著電信技術(shù)的迅猛發(fā)展，可用于監(jiān)控管理的通訊方式有多種，一般可分為有線通訊方式，無(wú)線集群通信方式，GSM短消息通信方式，CDPD通信方式和GPRS通信方式。

　　下面分別對(duì)這幾種通信方式作進(jìn)行分析比較：

　　2.1 有線通訊方式

　　有線通訊方式只適應(yīng)于小范圍小區(qū)域的監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)大城市的全局監(jiān)控管理采用有線通訊方式幾乎是不可能的，可以想象在一個(gè)大城市里布放一套監(jiān)控傳輸通訊網(wǎng)絡(luò)將是一件多么費(fèi)錢費(fèi)力費(fèi)時(shí)的事，其固定性又無(wú)法解決城市布局迅速發(fā)展變化的要求。

　　考慮到有線方式的現(xiàn)實(shí)不可行性，目前國(guó)內(nèi)有些城市多采用無(wú)線集群通訊方式、GSM短消息通訊方式或CDPD通訊方式。但隨著GPRS新技術(shù)的出現(xiàn)，以上這些通訊方式必將逐漸地被市場(chǎng)淘汰，究其原因，無(wú)非是因?yàn)槠渥陨泶嬖诘南忍觳蛔愫虶PRS不可比擬的先進(jìn)性及對(duì)它們的完全可替代性。

　　2.2 無(wú)線集群通訊方式

　　無(wú)線集群通訊方式與GPRS通訊方式相比，存在幾個(gè)致命缺點(diǎn)：

　　（1）集群移動(dòng)通信系統(tǒng)屬于專用移動(dòng)通信網(wǎng)，需要大量的建設(shè)資金投入，建設(shè)周期較長(zhǎng)，保養(yǎng)與維護(hù)不便，這是它的最大缺點(diǎn)；

　　（2）由于專網(wǎng)的覆蓋范圍有限，不利于全局整體控制；

　　（3）集群通信系統(tǒng)主要的服務(wù)業(yè)務(wù)是無(wú)線用戶與無(wú)線用戶之間的通信，對(duì)無(wú)線用戶與有線用戶之間的通信業(yè)務(wù)有較大的限制。

　　2.3 GSM短消息通訊方式

　　GSM短消息通訊方式能充分利用移動(dòng)公網(wǎng)資源，相對(duì)集群通訊方式而言，它可以大大節(jié)約建設(shè)投資，降低維護(hù)成本，但它有幾個(gè)較大的缺點(diǎn)：

　　（1）GSM短消息通訊方式為半雙工通信方式，不能同時(shí)雙向收發(fā)數(shù)據(jù)。

　　（2）相對(duì)GPRS而言，它的平均傳輸時(shí)延較大；

　　（3）在重大活動(dòng)或重大節(jié)日等通信高峰期，容易發(fā)生信道堵塞，導(dǎo)致通信不暢。

　　2.4 CDPD短消息通訊方式

　　CDPD（Cellular Digital Packet Data，蜂窩式數(shù)字分組數(shù)據(jù)），是由美國(guó)移動(dòng)通信公司（AMCI）等8大公司聯(lián)合推出的一種無(wú)線數(shù)據(jù)通信技術(shù)規(guī)范。它是以數(shù)字分組數(shù)據(jù)技術(shù)為基礎(chǔ)，以蜂窩移動(dòng)通信為組網(wǎng)方式的移動(dòng)無(wú)線數(shù)據(jù)通信技術(shù)。GPRS與CDPD都可以提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)服務(wù)，與GPRS相比較，CDPD有以下幾個(gè)缺點(diǎn)：

　　（1）在GSM網(wǎng)絡(luò)中每發(fā)展一個(gè)用戶的成本約為2000元，GPRS用戶的成本是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模決定的，現(xiàn)在GPRS網(wǎng)絡(luò)的覆蓋能力已經(jīng)相當(dāng)規(guī)模。而CDPD在建網(wǎng)初期基站數(shù)不會(huì)很多，加上必須的交換機(jī)與網(wǎng)管的投資，平攤到每個(gè)用戶的成本約為2500-3000元左右。

　　（2）GPRS通信所能達(dá)到的傳輸速度要比CDPD通信高，盡管GPRS通信是以犧牲信道資源為代價(jià)。

　　（3）CDPD是工作在AMPS頻段，只有1MHz頻段，而GPRS可用頻段要寬的多，因此在GPRS每個(gè)小區(qū)內(nèi)可用于數(shù)據(jù)的信道數(shù)遠(yuǎn)大于CDPD，容易滿足組件公網(wǎng)對(duì)信道數(shù)的需要。

　　綜上所述，GPRS與以上幾種無(wú)線通訊方式相比更為先進(jìn)，基于GPRS的無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)是目前最先進(jìn)最穩(wěn)定的無(wú)線監(jiān)控管理系統(tǒng)，概括起來(lái)，基于GPRS的無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：

　　（1）相對(duì)其它通訊方式來(lái)說(shuō)，采用GPRS技術(shù)可以充分利用中國(guó)移動(dòng)公網(wǎng)資源，將極大節(jié)約建設(shè)成本，縮短建設(shè)周期, 整個(gè)系統(tǒng)的性能價(jià)格比高，系統(tǒng)建設(shè)投資與建無(wú)線專網(wǎng)的投資相比估計(jì)可節(jié)約50%以上。

　　（2）數(shù)據(jù)傳輸速率與其它通訊技術(shù)相比最快，最高可達(dá)171.2Kb/s，通信傳輸時(shí)延較小，最長(zhǎng)不超過(guò)3 秒；

　　（3）監(jiān)控覆蓋范圍廣闊，系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)展快速，例如整個(gè)北京市區(qū)和郊區(qū)的主要區(qū)域都處于移動(dòng)通訊網(wǎng)的有效覆蓋范圍之內(nèi)；

　　（4）系統(tǒng)建成后，通信資費(fèi)根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)通信流量計(jì)算，通信費(fèi)用低廉，每個(gè)控制點(diǎn)的月通信費(fèi)用可控制在百元以內(nèi)。

　　（5）通信服務(wù)質(zhì)量安全可靠，服務(wù)質(zhì)量等級(jí)可根據(jù)用戶的不同應(yīng)用需求與運(yùn)營(yíng)商協(xié)商確定。

　　（6）整個(gè)系統(tǒng)維護(hù)方便，系統(tǒng)升級(jí)簡(jiǎn)單快速。

　　（7）為了確保通訊暢通無(wú)阻，無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)還可采用GSM短消息通訊方式作為GPRS通訊萬(wàn)一中斷后的備用手段。在正常情況下，無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)采用GPRS通訊方式，當(dāng)GPRS通信萬(wàn)一中斷后，立即切換成GSM短消息通訊方式。

　　3 基于GPRS的無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)

　　3.1 GPRS系統(tǒng)簡(jiǎn)介

　　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)。GSM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。

　　3.2 無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)

　　無(wú)線監(jiān)控管理系統(tǒng)主要由采集控制模塊、GPRS模塊、傳輸網(wǎng)絡(luò)（GPRS網(wǎng)和公共數(shù)據(jù)網(wǎng)）、監(jiān)控中心組成。此外在采集控制部分和監(jiān)控中心中都應(yīng)該包含相應(yīng)的數(shù)據(jù)管理模塊，滿足數(shù)據(jù)安全性地要求，在關(guān)鍵監(jiān)控終端是臨時(shí)存儲(chǔ)，以備萬(wàn)一網(wǎng)絡(luò)中斷或監(jiān)控中心故障時(shí)不致丟失數(shù)據(jù)。其中監(jiān)控中心可根據(jù)用戶需求，擴(kuò)展成多級(jí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)一級(jí)監(jiān)控中心可同時(shí)管理幾個(gè)二級(jí)監(jiān)控中心（如圖1所示）。

　　其中，采集控制模塊主要由數(shù)據(jù)采集設(shè)備（內(nèi)置帶TCP/ip協(xié)議的單片機(jī)）、控制設(shè)備、以及數(shù)據(jù)采集程序、照明控制程序、遠(yuǎn)程通信程序等軟硬件組成。

　　GPRS模塊是一個(gè)GPRS網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備，它可以通過(guò)諸如RS232串口與采集控制模塊相連。

　　傳輸網(wǎng)絡(luò)主要是指承擔(dān)數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)的GPRS網(wǎng)絡(luò)，這里是指公共數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。

　　監(jiān)控中心實(shí)際上是一個(gè)局域網(wǎng)（LAN），主要由路由器，防火墻、代理服務(wù)器、監(jiān)控臺(tái)、查詢臺(tái)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器以及相應(yīng)的監(jiān)控軟件、查詢軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)管理程序等構(gòu)成。

　　與采集控制模塊和監(jiān)控中心相關(guān)的數(shù)據(jù)管理模塊主要負(fù)責(zé)與網(wǎng)絡(luò)無(wú)關(guān)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的實(shí)現(xiàn)，即在數(shù)據(jù)提交和數(shù)據(jù)傳遞和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)兩兩功能點(diǎn)中間加一個(gè)數(shù)據(jù)暫存機(jī)制，可以一般化到采集終端和監(jiān)控中心上來(lái)。

　　3.3 系統(tǒng)主要特點(diǎn)

　　（1）產(chǎn)品領(lǐng)先、技術(shù)先進(jìn)

　　據(jù)調(diào)查，目前在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上采用GPRS技術(shù)作為通訊方式的監(jiān)控管理系統(tǒng)十分罕見(jiàn)，而無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)采用先進(jìn)的GPRS技術(shù)作為通訊方式，集計(jì)算機(jī)、通信、機(jī)電、自動(dòng)控制等多種先進(jìn)技術(shù)于一體，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，擴(kuò)展性強(qiáng)。

　　（2）實(shí)時(shí)采集、集中監(jiān)控

　　監(jiān)控中心能實(shí)時(shí)采集各現(xiàn)場(chǎng)控制點(diǎn)的各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。同時(shí)無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)各種不同類型的故障，產(chǎn)生告警信息，對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確定位，并采取相應(yīng)的告警處理措施。

　　（3）通信快速、安全可靠

　　無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)采用的GPRS技術(shù)是當(dāng)前應(yīng)用在我國(guó)通信領(lǐng)域中的最強(qiáng)大最先進(jìn)的移動(dòng)通訊手段，它的最大傳輸速率可高達(dá)171.2kb/s（采用CS-4信道編碼方案），目前中國(guó)移動(dòng)能提供的傳輸速率為50-60 kb/s，為無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)快速穩(wěn)定地傳輸數(shù)據(jù)提供了有力的保障。基于GPRS的監(jiān)控管理系統(tǒng)具有雙向傳輸、傳輸時(shí)延小，系統(tǒng)響應(yīng)快、安全可靠性高等眾多優(yōu)點(diǎn)。另外，無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)為提高通訊的可靠性，還可選用GSM短信息通訊方式作為GPRS通訊中斷后的備用手段，使通信可靠性達(dá)到99.99%以上。

　　（4）數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、信息豐富

　　具備強(qiáng)大的信息存貯能力和查詢統(tǒng)計(jì)功能，能為客戶的科學(xué)決策提供準(zhǔn)確豐富的數(shù)據(jù)信息。通過(guò)查詢界面，用戶可自定義查詢歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中的歷史數(shù)據(jù),同時(shí)能根據(jù)用戶的需求快速生成、打印有關(guān)統(tǒng)計(jì)量的月、季、年統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

　　（5）界面友好、操作簡(jiǎn)單

　　軟件界面設(shè)計(jì)采用Windows的通用圖形界面風(fēng)格，界面友好，所有控制命令無(wú)需用戶記憶命令格式，全部采用鼠標(biāo)點(diǎn)擊菜單或窗口實(shí)現(xiàn)，整個(gè)操作界面使用容易，操作簡(jiǎn)單。

　　（6）遠(yuǎn)程瀏覽、運(yùn)籌帷幄

　　無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)提供基于Internet的瀏覽，使用戶足不出戶就能了解整個(gè)無(wú)線監(jiān)控管理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況，從而在辦公室或家中就可科學(xué)決策、運(yùn)籌帷幄，決勝于千里之外。

　　（7）雙機(jī)備份、安全可靠

　　重要的系統(tǒng)需要加倍的可靠性和安全性支持。無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)除了在設(shè)計(jì)上努力提高其魯棒性（健壯性），在實(shí)現(xiàn)上還對(duì)監(jiān)控臺(tái)與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器等重要軟硬件采用雙機(jī)備份、一主一從工作方式，確保系統(tǒng)安全可靠，關(guān)鍵時(shí)刻萬(wàn)無(wú)一失。

　　（8）投資較少、性價(jià)比高

　　系統(tǒng)利用GPRS網(wǎng)絡(luò)和IP網(wǎng)絡(luò)作為傳輸網(wǎng)絡(luò)，充分地利用了已有的較為完善的公網(wǎng)資源，極大地節(jié)約了建設(shè)投資，縮短了建設(shè)周期，整個(gè)系統(tǒng)的性能價(jià)格比較高，本系統(tǒng)建設(shè)投資與建無(wú)線專網(wǎng)的投資相比可節(jié)約40%以上。

　　（9）升級(jí)容易、擴(kuò)展性強(qiáng)

　　系統(tǒng)的設(shè)計(jì)運(yùn)用面向?qū)ο蟮姆椒ǎ垢鱾€(gè)模塊相對(duì)獨(dú)立，系統(tǒng)各部分的升級(jí)可以單獨(dú)進(jìn)行，系統(tǒng)易于擴(kuò)展，功能可積木式增加，能以較低的成本實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的平滑升級(jí)，整個(gè)系統(tǒng)的管理體系結(jié)構(gòu)同樣很容易從一級(jí)管理體系擴(kuò)展到二級(jí)或多級(jí)管理體系。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　無(wú)線監(jiān)控管理系統(tǒng)旨在對(duì)各種分布設(shè)施進(jìn)行統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控，降低整個(gè)系統(tǒng)的維護(hù)成本，提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，使其可以滿足控制方式的多樣性和靈活性。通過(guò)監(jiān)控管理系統(tǒng)可以對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，出現(xiàn)故障及時(shí)處理；不僅可以節(jié)省大量人力物力，還能大大提高系統(tǒng)的整體性能和效率。

　　中國(guó)移動(dòng)GPRS業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)無(wú)疑給城市無(wú)線監(jiān)控管理系統(tǒng)提供了一種十分理想的通訊方式。GPRS網(wǎng)絡(luò)依附于中國(guó)移動(dòng)原有的GSM網(wǎng)絡(luò)之上，向用戶提供了以分組方式接入數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的能力。GPRS非常適合突發(fā)數(shù)據(jù)應(yīng)用業(yè)務(wù)，能高效利用信道資源，GPRS信號(hào)覆蓋范圍廣闊，特別適合于大范圍大區(qū)域的遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)。

　　綜上所述，GPRS通訊方式是目前無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)可采用的最好的通訊方式。

----《中國(guó)數(shù)據(jù)通信》