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GPRS远程数据采集检测系统

--(适用供热管网,水管网,电网,石油管网,煤气管网)

2003/11/24 0:00:00

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第一章GPRS概述
GPRS 是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的英文简称,是在现有GSM 系统上发展出来的一种新的承载业务,目的是为GSM 用户提供分组形式的数据业务。GPRS 采用与GSM 同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的TDMA 帧结构,这种新的分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似。因此,现有的基站子系统(BSS)从一开始就可提供全面的GPRS 覆盖。GPRS 允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据,而不需要利用电路交换模式的网络资源。从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输,也适用于偶尔的大数据量传输。GPRS 理论带宽可达171.2Kb/s,实际应用带宽大约在10~70Kb/s,在此信道上提供TCP/IP 连接,可以用于INTERNET 连接、数据传输等应用。

GPRS 是一种新的移动数据通信业务,在移动用户和数据网络之间提供一种连接,给移动用户提供高速无线IP。GPRS 采用分组交换技术,每个用户可同时占用多个无线信道,同一无线信道又可以由多个用户共享,资源被有效的利用,数据传输速率高达160Kbps。使用GPRS技术实现数据分组发送和接收,用户永远在线且按流量计费,迅速降低了服务成本。GPRS 移动数据传输系统有很大的应用范围,几乎所有中低速率的数据传输业务都可以应用,如城市配电网络自动化、自来水、煤气管道自动化、商业POS 机、INTERNET 接入、个人信息、股票信息、金融、交通、公安等

第二章、GPRS DTU 的特点
GPRS 技术实现数据分组发送和接收,永远在线且按流量计费,迅速降低了服务成本。GPRS DTU为用户提供高速的无线DDN 通信系统,透明数据传输的虚拟专用数据通信网络,与数据中心一起提供透明数据传输通道,组成用户专用数据网络。
(一)基本特点:
使用方便、灵活、可靠
支持双频GSM/GPRS
符合ETSI GSM Phase 2+标准
数据终端永远在线
实时时钟
支持A5/1&A5/5加密算法

增强功能
透明数据传输与协议转换
支持虚拟数据专用网
短消息数据备用通道(选项)
支持动态数据中心域名和IP地址(V2.61以后软件版本)
STK卡特殊功能配置
支持TTL/RS-232/485或以太网接口
支持音频接口,方便维护操作
系统配置和维护接口
通过Xmodem协议进行软件升级
支持空中软件升级和远程维护(选项)
自诊断与告警输出
抗干扰设计,适合电磁环境恶劣的应用需求
防潮设计,适合室外应用
(二)、传输效率
1) 用户数据传输效率(用户数据占网络层总数据的比例):
DTU 支持不同组网方式,不同的数据包长度,这时有不同的传输效率。下面假设在DTU 当前最长所能支持的最大用户数据包长的情况下,即1024 字节包长。
i. 仅支持DTU 主动发起到数据中心的数据传输:最大传输效率(w) = 97.3%
ii. 支持双向主动互传:最大传输效率(w) = 95.9%

2) 传输时延(从发送到接收数据之间的时间):
不同的数据包长度,传输的时延不同。根据目前移动的网络状况,一般一个包长为100 到200字节之间的数据包可以在1 秒内互传完毕。大于200 字节的数据包平均在1 秒到3 秒之间可以互传完毕。

(三)稳定性
1) 有效率:发送成功数据占总发送数据比例
根据目前在北京、石家庄使用的结果来看,在网络正常的情况下,一般数据包的成功率都在97%以上。

2) 稳定性综合参数:有效率x 传输效率
网络有效带宽和最大传输单元(MTU)之间存在着极其重要的关系,一般MTU 增大到200 字节以上不会明显增加带宽,但会增大平均延迟,测试结果表明MTU 的最优大小是200 字节左右。

3) 断线自动连接
自动检测网络连接状况
设备自诊断、自恢复

(四)配置方便性
菜单式配置(超级终端,无需专用软件)
维护软件配置

(五)结构
内部连接可靠性: 内部连接机械连接包含GPRS 模块与PCB 之间、SIM 卡固定连接
产品尺寸: 110x56x15mm
安装方便: 外壳螺丝固定
防震: 接插件少,具良好抗震性能

(六)环境参数
温度: -20~55℃
相对湿度: 95%(无凝结)

第三章GPRS DTU 通信模式与其它几种常用数据通信方式比较
一、GPRS DTU与有线数据通信的比较






二、GPRS DTU与无线数据通信的比较


从以上GPRS DTU与有线、无线数据通信的对比可以看出,在分散数据采集中,利用GPRS DTU进行数据采集是性能价格比最高的一种模式。
(1)与光纤和有线专线相比,建设费用、运行费用和维护费用都很低,并且几乎近于免维护,因为GPRS网络的维护完全有中国移动来完成,企业不需支付任何费用,完全享受中国移动技术进步带来的效率;
(2)在分散数据采集中,要求对各采集子站实时检测,有线拨号是做不到的。对多个子站轮回召测,周期太长,没有实时性可比;
(3)与各种无线数据传输的手段相比,GPRS网络覆盖范围大、维护成本低。超短波无线通信受通信体制和传输方式的制约,传输距离受限制;在开阔地一般20W的电台有效通信距离约20KM,如果在城市高大建筑成群,通信距离大大缩短;
(4)使用超短波通讯电台,不仅要向当地申请频点,而且每年要向无委会交纳一定的占频费 ;超短波通信的维护量相当大,建设要求苛刻,不仅要考虑周围建筑的影响,而且避雷措施不当容易引起电台和连接设备的损坏;
(5)如果采用短信息方式,每个采集子站如果按照间隔为5分钟发送一次数据,一次1角钱概算,运行费用为:12 * 0.1 *24 * 30 = 864 元

通过以上客观分析,我们可以看出,无论从建设周期、建设费用和运行费用,还是系统的可靠性、稳定性和技术的先进性而言,GPRS DTU在分散的数据采集应用领域具有无可比拟的优越性,我们认为,在分布范围较广,数据采集点多,实时性要求较高的场合,只有GPRS DTU比较合适。当然其它数据通讯方式不是一无是处,他们仍有各自的的应用领域,在GPRS DTU没有推出之前,也是比较优秀的,只是新的数据通讯技术和新的产品应用于工业监控后,必将对传统的数据采集带来新的革命。

第四章、GPRS网络检测方案
根据实际运行的效果,我们推荐两套中心站的接入方式方案以供选择。
(一)方案一
1、拓扑结构:



2、硬件设备:
本方案中,中心站采用无线网卡接入,实时接收采集子站发送的数,并对各子站进行实时监控。各采集子站的现场仪表通过RS-232通讯口与GPRS DTU传输模块连接,每一个GPRS DTU传输模块装入一个中国移动的数据SIM卡即可。

(二)方案二
1、拓扑结构:
方案1检测网络拓扑结构图
方案1检测网络拓扑结构图

2、硬件设备:
本方案中,中心站采用专线接入,实时接收采集子站发送的数据,并对各子站进行实时监控。各采集子站的现场仪表通过RS-232通讯口与GPRS DTU传输模块连接,每一个GPRS DTU传输模块装入一个中国移动的数据SIM卡即可。

(三)两种方案的说明
两种方案均采用相同的GPRS传输模式。
★数据采集子站部分采用相同的传输模块、子站的建设费用和运行费用相同;
★由于均采用移动内部专有的固定IP地址,传输系统的可靠性、实时性和稳定性相同;
★两种方式都基于移动遍布全国各地的GPRS网络,子站的分布范围相同;
两种方案的区别之处只是在中心服务器的接入方式上,与方案2相比,方案1的特点为:
★ 简单易行,费用低;
★ 企业自主建设,方便灵活、建设周期短、见效快;
★ 由于中心采用无线网卡接入,网络规模不宜太大;
★ 通信的数据量受限制;

如果每个子站采集间隔为5分钟,每次采集数据包为100字节,以中心下行带宽10KBps概算,系统容量为不小于500个采集终端。
与方案1相比,中心专线接入的特点为:
★ 系统容量大;
★ 采集子站通信速率高,采集间隔小;
★ 每个子站可以传输较大的数据量;

由于GPRS 理论带宽可达71.2Kbps,实际应用带宽大约在10-40Kbps左右,方案2中心采用专线接入,克服了方案1容量小的不足。如果按照移动专线下行1Mbps的带宽,每个子站采集间隔为5分钟,每次采集数据包为100字节,系统容量为不小于30000个采集终端。

第五章GPRS 通讯系统建设及运行费用
GPRS 通讯网络建设依赖移动通讯公司庞大的GSM 网络,建设成本与运行维护成本都很低,远小于自行建设独立运行的专用通讯网络GPRS 网络建设方便简单,购置GPRS数传模块及相应配件,直接与带有串行口(RS-232或RS-485)的监测设备连接,与中心数据服务器构建透明的串行数据传输通道。费用分建设费用与运行维护费用两部分:
(一)方案1
1)建设费用:
★中心数据站设备费用:
方案2检测网络拓扑结构图
方案2检测网络拓扑结构图


★每套采集子站设备费用:


★采集子站:
采集子站如果按照间隔为5分钟、每次采集数据包为100字节计算,数据流量为:
每小时数据流量为:100 * 12

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