一種基于GPRS無線技術的無線監控系統

2019-11-05 02:49:43

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　　1 前言
　　近年來，我國移動通信業獲得了極大的發展。基于無線新技術的增值服務悄然地改變著城市的面貌、改變著人民的生活方式。無線應用不僅美化了城市、增添了生活現代感、而且能改善投資環境、增加安全性，為我們帶來巨大的社會、經濟效益；另外，無線應用也是展現一個城市現代化、國際化水平的重要標志。無線應用現已成為城市生活中一個不可缺少的重要組成部分。
　　
　　目前，整個基于無線系統的監控治理還停留在一個較低的水平，多是采用發傳真，打電話的形式通過人工來控制，只有部分控制點使用了定時器裝置。在這種模式下，出現故障不能及時發現，存在隱患不能及時排除，導致整個系統運行效率低下，不便治理，而且這種模式也無法解決迅速部署靈活監控的現代監控治理的要求。
　　
　　采用先進的GPRS技術的無線監控治理系統，集計算機、通信、機電、自動控制等多種先進技術于一體，成功實現了對無線分布式系統的實時監控治理和靈活部署，解決了傳統控制由于沒有通訊功能，無法實現集中監控的問題，將運行維護人員從大量繁瑣的工作中解放出來，提高無線系統的運行質量，增強無線的可靠性和可控性，能及時發現定位無線系統故障，大大減少了系統停用帶來的不良影響。
　　
　　2 用于監控系統的通信方式及其比較
　　目前國內監控系統產品有多種，其本質上的差異是由它們所采取的不同通信方式決定的。隨著電信技術的迅猛發展，可用于監控治理的通訊方式有多種，一般可分為有線通訊方式，無線集群通信方式，GSM短消息通信方式，CDPD通信方式和GPRS通信方式。
　　
　　下面分別對這幾種通信方式作進行分析比較：
　　
　　2.1 有線通訊方式
　　
　　有線通訊方式只適應于小范圍小區域的監控系統，對大城市的全局監控治理采用有線通訊方式幾乎是不可能的，可以想象在一個大城市里布放一套監控傳輸通訊網絡將是一件多么費錢費力費時的事，其固定性又無法解決城市布局迅速發展變化的要求。
　　
　　考慮到有線方式的現實不可行性，目前國內有些城市多采用無線集群通訊方式、GSM短消息通訊方式或CDPD通訊方式。但隨著GPRS新技術的出現，以上這些通訊方式必將逐漸地被市場淘汰，究其原因，無非是因為其自身存在的先天不足和GPRS不可比擬的先進性及對它們的完全可替代性。
　　
　　2.2 無線集群通訊方式
　　
　　無線集群通訊方式與GPRS通訊方式相比，存在幾個致命缺點：
　　
　　（1）集群移動通信系統屬于專用移動通信網，需要大量的建設資金投入，建設周期較長，保養與維護不便，這是它的最大缺點；
　　
　　（2）由于專網的覆蓋范圍有限，不利于全局整體控制；
　　
　　（3）集群通信系統主要的服務業務是無線用戶與無線用戶之間的通信，對無線用戶與有線用戶之間的通信業務有較大的限制。
　　
　　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公網資源，相對集群通訊方式而言，它可以大大節約建設投資，降低維護成本，但它有幾個較大的缺點：
　　
　　（1）GSM短消息通訊方式為半雙工通信方式，不能同時雙向收發數據。
　　
　　（2）相對GPRS而言，它的平均傳輸時延較大；
　　
　　（3）在重大活動或重大節日等通信高峰期，輕易發生信道堵塞，導致通信不暢。
　　
　　2.4 CDPD短消息通訊方式
　　
　　CDPD（Cellular Digital Packet Data，蜂窩式數字分組數據），是由美國移動通信公司（AMCI）等8大公司聯合推出的一種無線數據通信技術規范。它是以數字分組數據技術為基礎，以蜂窩移動通信為組網方式的移動無線數據通信技術。GPRS與CDPD都可以提供數據業務服務，與GPRS相比較，CDPD有以下幾個缺點：
　　
　　（1）在GSM網絡中每發展一個用戶的成本約為2000元，GPRS用戶的成本是根據網絡規模決定的，現在GPRS網絡的覆蓋能力已經相當規模。而CDPD在建網初期基站數不會很多，加上必須的交換機與網管的投資，平攤到每個用戶的成本約為2500-3000元左右。
　　
　　（2）GPRS通信所能達到的傳輸速度要比CDPD通信高，盡管GPRS通信是以犧牲信道資源為代價。
　　
　　（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每個小區內可用于數據的信道數遠大于CDPD，輕易滿足組件公網對信道數的需要。
　　
　　綜上所述，GPRS與以上幾種無線通訊方式相比更為先進，基于GPRS的無線監控系統是目前最先進最穩定的無線監控治理系統，概括起來，基于GPRS的無線監控系統具有以下顯著優點：
　　
　　（1）相對其它通訊方式來說，采用GPRS技術可以充分利用中國移動公網資源，將極大節約建設成本，縮短建設周期, 整個系統的性能價格比高，系統建設投資與建無線專網的投資相比估計可節約50%以上。
　　
　　（2）數據傳輸速率與其它通訊技術相比最快，最高可達171.2Kb/s，通信傳輸時延較小，最長不超過3 秒；
　　
　　（3）監控覆蓋范圍廣闊，系統規模擴展快速，例如整個北京市區和郊區的主要區域都處于移動通訊網的有效覆蓋范圍之內；
　　
　　（4）系統建成后，通信資費根據實際數據通信流量計算，通信費用低廉，每個控制點的月通信費用可控制在百元以內。
　　
　　（5）通信服務質量安全可靠，服務質量等級可根據用戶的不同應用需求與運營商協商確定。
　　
　　（6）整個系統維護方便，系統升級簡單快速。
　　
　　（7）為了確保通訊暢通無阻，無線監控系統還可采用GSM短消息通訊方式作為GPRS通訊萬一中斷后的備用手段。在正常情況下，無線監控系統采用GPRS通訊方式，當GPRS通信萬一中斷后，立即切換成GSM短消息通訊方式。
　　
　　3 基于GPRS的無線監控系統
　　3.1 GPRS系統簡介
　　
　　GPRS是通用分組無線業務（General Packet Radio Service)的英文簡稱，是在現有GSM系統上發展出來的一種新的承載業務，目的是為GSM用戶提供分組形式的數據業務。GPRS采用與GSM同樣的無線調制標準、同樣的頻帶、同樣的突發結構、同樣的跳頻規則以及同樣的TDMA幀結構。GSM現有的基站子系統(BSS)從一開始就可提供全面的GPRS覆蓋。GPRS提供了一種高效、低成本的無線分組數據業務，非凡適用于間斷的、突發性的和頻繁的、少量的數據傳輸，也適用于偶然的大數據量傳輸。
　　
　　3.2 無線監控系統的物理結構
　　
　　無線監控治理系統主要由采集控制模塊、GPRS模塊、傳輸網絡（GPRS網和公共數據網）、監控中心組成。此外在采集控制部分和監控中心中都應該包含相應的數據治理模塊，滿足數據安全性地要求，在要害監控終端是臨時存儲，以備萬一網絡中斷或監控中心故障時不致丟失數據。其中監控中心可根據用戶需求，擴展成多級監控網絡，一個一級監控中心可同時治理幾個二級監控中心（如圖1所示）。
　　
　　其中，采集控制模塊主要由數據采集設備（內置帶TCP/ip協議的單片機）、控制設備、以及數據采集程序、照明控制程序、遠程通信程序等軟硬件組成。
　　
　　GPRS模塊是一個GPRS網絡終端設備，它可以通過諸如RS232串口與采集控制模塊相連。
　　
　　傳輸網絡主要是指承擔數據傳輸任務的GPRS網絡，這里是指公共數據網網絡。
　　
　　監控中心實際上是一個局域網（LAN），主要由路由器，防火墻、代理服務器、監控臺、查詢臺、數據庫服務器以及相應的監控軟件、查詢軟件和數據庫治理程序等構成。
　　
　　與采集控制模塊和監控中心相關的數據治理模塊主要負責與網絡無關的數據存儲的實現，即在數據提交和數據傳遞和數據存儲兩兩功能點中間加一個數據暫存機制，可以一般化到采集終端和監控中心上來。
　　
　　3.3 系統主要特點
　　
　　（1）產品領先、技術先進
　　
　　據調查，目前在國內市場上采用GPRS技術作為通訊方式的監控治理系統十分罕見，而無線監控系統采用先進的GPRS技術作為通訊方式，集計算機、通信、機電、自動控制等多種先進技術于一體，結構穩定，擴展性強。
　　
　　（2）實時采集、集中監控
　　
　　監控中心能實時采集各現場控制點的各種實時數據。同時無線監控系統能及時發現各種不同類型的故障，產生告警信息，對故障點進行準確定位，并采取相應的告警處理措施。
　　
　　（3）通信快速、安全可靠
　　
　　無線監控系統采用的GPRS技術是當前應用在我國通信領域中的最強大最先進的移動通訊手段，它的最大傳輸速率可高達171.2kb/s（采用CS-4信道編碼方案），目前中國移動能提供的傳輸速率為50-60 kb/s，為無線監控系統快速穩定地傳輸數據提供了有力的保障。基于GPRS的監控治理系統具有雙向傳輸、傳輸時延小，系統響應快、安全可靠性高等眾多優點。另外，無線監控系統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，使通信可靠性達到99.99%以上。
　　
　　（4）數據準確、信息豐富
　　
　　具備強大的信息存貯能力和查詢統計功能，能為客戶的科學決策提供準確豐富的數據信息。通過查詢界面，用戶可自定義查詢歷史數據庫中的歷史數據,同時能根據用戶的需求快速生成、打印有關統計量的月、季、年統計報表。
　　
　　（5）界面友好、操作簡單
　　
　　軟件界面設計采用Windows的通用圖形界面風格，界面友好，所有控制命令無需用戶記憶命令格式，全部采用鼠標點擊菜單或窗口實現，整個操作界面使用輕易，操作簡單。
　　
　　（6）遠程瀏覽、運籌帷幄
　　
　　無線監控系統提供基于Internet的瀏覽，使用戶足不出戶就能了解整個無線監控治理系統的實時運行狀況，從而在辦公室或家中就可科學決策、運籌帷幄，決勝于千里之外。
　　
　　（7）雙機備份、安全可靠
　　
　　重要的系統需要加倍的可靠性和安全性支

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