方案關(guān)鍵詞：GPRS 污染源 監(jiān)控系統(tǒng)

提供方：中聯(lián)科技

摘要：在環(huán)保系統(tǒng)中，常常需要對眾多的污染排放點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，大部分監(jiān)測數(shù)據(jù)需要實(shí)時發(fā)送到管理中心的后端服務(wù)器進(jìn)行處理。由于監(jiān)測點(diǎn)分散，分布范圍廣，而且大多設(shè)置在環(huán)境較惡劣的地區(qū)，通過電話線傳送數(shù)據(jù)往往事倍功半。利用GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸，成為環(huán)保部門選擇的通信手段亮點(diǎn)之一。

 

　

一、需求分析　

 

在人類生存環(huán)境日益惡化的今天，建立完整的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)是非常必要的，處理分布在各處的環(huán)境檢測點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸問題一直是建立環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的難點(diǎn)，建立獨(dú)立的無線擴(kuò)頻系統(tǒng)和使用專線都有龐大的建設(shè)、運(yùn)營費(fèi)用問題。

 

GPRS 是通用分組無線業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service)的英文簡稱，是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展起來的一種承載業(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拋棄了傳統(tǒng)的獨(dú)占電路交換模式，采用分組交換技術(shù)，每個用戶可同時占用多個無線信道，同一無線信道又可以由多個用戶共享，有效地利用了信道資源，帶寬最高可達(dá) 171.2Kb/s。目前中國移動的GPRS覆蓋范圍在中心城市幾乎達(dá)到了100%，在邊遠(yuǎn)地區(qū)也達(dá)到了80%以上，實(shí)際應(yīng)用帶寬大約在20- 40Kb/s，特別適合像金融交易、遠(yuǎn)程監(jiān)測等行業(yè)的通信需求，完全取代過去傳統(tǒng)的有線MODEM、X.25、數(shù)傳電臺、短信等通信方式。

 

GPRS通信方式更適合于環(huán)保數(shù)據(jù)采集業(yè)務(wù)，目前各省環(huán)保監(jiān)測站與各采集點(diǎn)采用電話線傳送數(shù)據(jù)或手工抄錄，實(shí)時性差，費(fèi)用也不便宜。GPRS無線傳輸數(shù)據(jù)有以下優(yōu)勢：

 

1）GPRS用戶可隨意分布和移動自己的網(wǎng)點(diǎn)，無需擔(dān)心線路的維護(hù)或有線在移機(jī)時導(dǎo)致的通訊中斷。建設(shè)新的監(jiān)測點(diǎn)無需進(jìn)行拉線、埋線等工作。較光纖或?qū)＞�系統(tǒng)投資較少，設(shè)備安裝方便。

 

2）終端價格比較低。與DDN相比，較DTU或DDN專線Modem其終端價格便宜很多。

 

3） GPRS資費(fèi)便宜，計費(fèi)合理。GPRS 資費(fèi)包月比有線電話網(wǎng)絡(luò)資費(fèi)還便宜。環(huán)保數(shù)據(jù)采集業(yè)務(wù)沒有大數(shù)據(jù)量的信息傳輸，不必要采用資費(fèi)很高的專線（DDN、幀中繼）。GPRS還可根據(jù)通信的數(shù)據(jù)量和提供的服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行計費(fèi)。在GPRS網(wǎng)中，用戶只需與網(wǎng)絡(luò)建立一次連接，就可長時間的保持這種連接，并只在傳輸數(shù)據(jù)時才占用信道并被計費(fèi)，保持時不占用信道不計費(fèi)。這樣，監(jiān)測點(diǎn)既不用頻繁建立連接，也不必支付傳輸間隙時的費(fèi)用。

 

4）GPRS能最好地支持頻繁的、少量突發(fā)型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。通信質(zhì)量穩(wěn)定可靠，永不掉線。

 

5） GPRS網(wǎng)絡(luò)接入速度快，提供了與現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)的無縫連接。由于GPRS網(wǎng)本身就是一個分組型數(shù)據(jù)網(wǎng), 支持TCP/IP、X.25協(xié)議，因此無需經(jīng)過PSTN等網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)接，直接與分組數(shù)據(jù)網(wǎng)（IP網(wǎng)或X.25網(wǎng)）互通，接入速度僅幾秒鐘，快于電路型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。采用TCP/IP協(xié)議，較以前的無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（集群，雙向傳呼，GSM短信息）而言，網(wǎng)絡(luò)接入更加直接方便。

 

6）覆蓋較好。比較很多無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（集群，雙向傳呼，CDPD，CDMA）而言，其網(wǎng)絡(luò)覆蓋是最好的。

 

二、解決方案

 

在環(huán)保系統(tǒng)中，常常需要對眾多的污染排放點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，大部分監(jiān)測數(shù)據(jù)需要實(shí)時發(fā)送到管理中心的后端服務(wù)器進(jìn)行處理。由于監(jiān)測點(diǎn)分散，分布范圍廣，而且大多設(shè)置在環(huán)境較惡劣的地區(qū)，通過電話線傳送數(shù)據(jù)往往事倍功半。利用GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸，成為環(huán)保部門選擇的通信手段亮點(diǎn)之一。污染監(jiān)測設(shè)備將采集到的污染數(shù)據(jù)和告警信息，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)，及時發(fā)送到環(huán)保監(jiān)察部門，可以實(shí)現(xiàn)對排污單位或個人的及時管理，大大提高了工作效率，為環(huán)境保護(hù)提供了嶄新方式。

 

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

 

圖1 GPRS 環(huán)保污染源監(jiān)控系統(tǒng)

 

2.2 系統(tǒng)方案組成

 

2.2.1 環(huán)保監(jiān)控中心

 

監(jiān)控中心服務(wù)器申請配置Internet上固定的IP地址，或申請配置專線，通過光纖、DDN 等數(shù)據(jù)專線直接和移動中心機(jī)房的GPRS 網(wǎng)絡(luò)連接。監(jiān)控中心服務(wù)器上安裝相關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)軟件。監(jiān)控系統(tǒng)軟件包括通信服務(wù)器、監(jiān)控中心服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、WEB服務(wù)器四個部分。

 

 

通信服務(wù)器負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)行業(yè)數(shù)據(jù)通信協(xié)議、數(shù)據(jù)代理轉(zhuǎn)發(fā)、通信設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控等功能；

 

監(jiān)控中心服務(wù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、存儲、反控等功能；

 

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲、備份；

 

WEB服務(wù)器實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控、數(shù)據(jù)管理、業(yè)務(wù)管理等功能。

 

具體實(shí)現(xiàn)時，通信服務(wù)器、監(jiān)控中心服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、WEB 服務(wù)器可以安裝在一臺服務(wù)器中，也可以安裝在不同服務(wù)器中。如果行業(yè)客戶要求對終端進(jìn)行終端IP綁定，需要安裝RADIUS服務(wù)器，為系統(tǒng)提供AAA 認(rèn)證和IP綁定功能。

 

2.2.2 移動網(wǎng)絡(luò)

 

利用中國移動現(xiàn)有的GPRS/GSM 網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)控點(diǎn)和監(jiān)控中心系統(tǒng)的所有交換信息通過中國移動的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸.

 

2.2.3 GPRS IP Modem

 

圖2 GPRS IP Modem功能示意圖

 

 

GPRS IP MODEM 是一款集成了GPRS MODEM傳輸功能和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)、路由功能于一體的新型無線移動通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。廣域網(wǎng)絡(luò)采用GPRS，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)準(zhǔn)100BaseT 和串口（包括RS232、RS485 等）連接兩種方式。根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境，物理上的這三個接口能夠靈活運(yùn)用，采用不同的連接方式，使該設(shè)備具備了三大功能：以太網(wǎng)→GPRS 網(wǎng)絡(luò)的路由功能；串口→以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換功能；串口→GPRS 網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換功能。

 

 

以太網(wǎng)→GPRS網(wǎng)絡(luò)的路由功能

 

連接內(nèi)部局域網(wǎng)絡(luò)（LAN）和GPRS 無線廣域網(wǎng)絡(luò)（WAN），能通過NAT技術(shù)，讓內(nèi)部的多臺IP 終端設(shè)備（如PC）以GPRS無線方式同時共享接入互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)/企業(yè)網(wǎng)絡(luò)，使用現(xiàn)有的各種Internet 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，如WEB、EMAIL、FTP等及企業(yè)各種應(yīng)用。

 

圖3 以太網(wǎng)→GPRS網(wǎng)絡(luò)的路由功能示意圖

 

適用范圍：內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)是標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，只是在廣域網(wǎng)絡(luò)接入方式上選擇了無線移動GPRS網(wǎng)絡(luò)。

 

串口→GPRS網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換功能

 

由于GPRS是基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)，要求接入的設(shè)備必須符合TCP/IP規(guī)范，而大多數(shù)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)終端設(shè)備（像金融POS、監(jiān)測監(jiān)控采集設(shè)備RTU 等）均不具有IP功能，這些終端設(shè)備借助GPRS IP Modem，能輕松方便地通過串口接入GPRS網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線聯(lián)網(wǎng)。

 

圖4 串口→GPRS網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換功能示意圖

 

適用范圍：金融POS、ATM、監(jiān)測設(shè)備等帶有傳統(tǒng)串口的非IP終端設(shè)備通過GPRS實(shí)現(xiàn)無線聯(lián)網(wǎng)�？梢圆捎�GPRS IP Modem特有的透明傳送方式，除了通信網(wǎng)絡(luò)采用GPRS外，其他已有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并不改變，充分利于過去存在的大量設(shè)備，快速經(jīng)濟(jì)無線聯(lián)網(wǎng)。

 

串口→以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換功能（可去掉無線模塊）

 

將傳統(tǒng)的非IP終端通過RS232/RS485串口直接轉(zhuǎn)換為具有標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP 100BaseT接口的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，解決了同一位置有多臺串口終端需要同時通過GPRS聯(lián)網(wǎng)的情況。

 

圖5 串口→以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換功能示意圖

 

GPRS IP Modem只能提供一個串口解決單臺串口設(shè)備接入GPRS問題，對同一地點(diǎn)有多臺串口終端需要接入GPRS的情況，如果每臺設(shè)備均通過GPRS IP Modem的串口→GPRS網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換功能接入GPRS無線網(wǎng)絡(luò)，干擾較大，并且總體成本方面投入較大。因此可以先采用串口→以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換功能將所有串口終端用局域網(wǎng)絡(luò)的方式聯(lián)網(wǎng)，最后集中采用一臺GPRS IP Modem的以太網(wǎng)→GPRS網(wǎng)絡(luò)路由功能接入GPRS網(wǎng)絡(luò)，整體方案具有很高的性能價格比。

 

2.2.4 監(jiān)控終端

 

監(jiān)控儀器通過RS232 串口直接與GPRS IP Modem（智能型GPRS 調(diào)制解調(diào)器）連接，并由其建立無線數(shù)據(jù)連接。原則上，所有提供RS232/485接口的環(huán)境監(jiān)測設(shè)備，如污水流量計、COD（含氧量）/BOD（生物耗氧量）測量儀等均能夠用于該系統(tǒng)方案。

 

監(jiān)控終端的組網(wǎng)方案因網(wǎng)點(diǎn)的設(shè)備數(shù)量多少而有較大差異，主要集中為兩種方式：

 

1）網(wǎng)點(diǎn)為單臺設(shè)備，監(jiān)控終端設(shè)備只需要增加一個具有串口的GPRS IP 橋接器就好了。連接方式為上面系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖左邊的三種典型應(yīng)用。

 

2）網(wǎng)點(diǎn)為多臺監(jiān)測設(shè)備集群使用。多種監(jiān)測設(shè)備集中在同一物理位置，如果采用為每臺設(shè)備均配置GPRS 模塊的方案，不僅初始安裝費(fèi)用會提高，而且長期營運(yùn)的使用費(fèi)用也較高，同時中國移動的GPRS 基站對同一物理位置的多個GPRS 設(shè)備接入也有負(fù)荷能力限制。所以我們獨(dú)家推出以下解決方案，具有非常高的性能價格比。其示意圖如下：

 

圖6 GPRS集群使用方案

 

2.3 方案比較

  

表1 GPRS無線業(yè)務(wù)與其他網(wǎng)絡(luò)業(yè)的性價比較

從表1可以看出基于GPRS的環(huán)保污染源在線監(jiān)控方式具有較高的綜合性能價格比。

 

易于網(wǎng)絡(luò)采集點(diǎn)的擴(kuò)展，幾乎不受到網(wǎng)點(diǎn)規(guī)模的限制，可以在中國移動的全網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)使用�？缡》�、跨地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)也非常容易組建。

 

可實(shí)現(xiàn)集中網(wǎng)絡(luò)管理，可用SNMP 協(xié)議實(shí)現(xiàn)所有網(wǎng)點(diǎn)設(shè)備的集中管理。

 

GPRS 方案只是通信方式的改變，對上層應(yīng)用軟件系統(tǒng)幾乎沒有任何影響。同時對現(xiàn)在環(huán)保行業(yè)大量存在的各種監(jiān)測設(shè)備也不需要更換和進(jìn)行硬件電路更改。

 

2.4 GPRS方案的安全性分析

 

GPRS 的物理鏈路數(shù)據(jù)本身已經(jīng)采用了加密傳送。

 

該方案中如果監(jiān)控中心直接連接到GPRS 網(wǎng)絡(luò)，實(shí)質(zhì)為內(nèi)網(wǎng)方案，所有數(shù)據(jù)均與INTERNET 隔離。大大增強(qiáng)了信息的安全性。

 

可以向移動中心申請單獨(dú)的APN（網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)名稱），類似于VPN 方案，可以限制非法SIM用戶的登錄。

 

三、產(chǎn)品具有的優(yōu)勢

 

目前CDMA1X網(wǎng)絡(luò)設(shè)備處于一個新興的蓬勃發(fā)展階段。 CDMA1X 網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品是在已成熟的寬帶路由器和SNMP 網(wǎng)管設(shè)備等產(chǎn)品的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的全新系列產(chǎn)品，硬件采用全新的32位嵌入式RISC CPU，處理能力及系統(tǒng)資源提高10 倍以上。

 

軟件上采用完整的嵌入式OS 及TCP/IP 協(xié)議包，整體方案和其他競爭對手的產(chǎn)品相比有如下技術(shù)優(yōu)勢： 

 

具有100BaseT 網(wǎng)絡(luò)接口及完整的IP ROUTER 功能，其他產(chǎn)品均無網(wǎng)絡(luò)接口。 

 

具有TCP可靠連接方案，專為金融交易應(yīng)用而設(shè)計。 

 

內(nèi)嵌WEB Server 配置方式，方便直觀。 

 

強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)管理功能，適合行業(yè)應(yīng)用。

 

為整體解決方案提供所需要的系列網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

 

支持遠(yuǎn)程維護(hù)，具有遠(yuǎn)程配置、遠(yuǎn)程升級和重啟動的功能。