环保数据采集CDMA 无线应用方案

环境监测部门作为国家环境保护系统的技术部门，是环境管理工作的重要基础。随着市民环境意识的增强，越来越多的人开始关心所处环境质量的好坏，要求环境保护工作透明化；上级主管部门也需要数量大、种类多、更新快的信息。所有这一切，给环境监测部门提出了一个应引起重视的问题：如何建立起实用性强、覆盖面广、灵活性好的环保数据采集系统，满足各方面对环境监测信息的需求。 　　在环保系统中，常常需要对众多的污染排放点进行实时监测，大部分监测数据需要实时发送到管理中心的后端服务器进行处理。由于监测点分散，分布范围广，而且大多设置在环境较恶劣的地区，通过电话线传送数据往往事倍功半。通过CDMA 无线网络进行数据传输，成为环保部门选择的通信手段之一。污染源监测设备可将采集到的污染数据和告警信息通过CDMA 网络及时发送到环保监测部门，实现对排污单位或个人的及时管理，可以大大提高环保部门的工作效率。 一、项目需求 　　该市现已有10 个环境监测站，每个环境监测站外挂多种采集设备，监测主要对象是工业"三废"的排放及治理情况及大气环境、水环境、噪声环境等，在海岸线各排污口设有浮标采集点。 　　目前，市环保监测站与各采集点之间的数据通信主要采用现场采集或PSTN 电话线传输。采用电话线传输数据时，每次采集都需要等待建立拨号连接，速度慢，受外界环境影响大，而且费用也较高。同时，由于各监控点分布范围广、数量多、距离远，个别点还地处偏僻，因此需申请很多电话线，而且有些监控点有线线路难以到达。 　　CDMA 具有速度快、使用费用低的特点，其传输速度可达153kb/s。与有线通讯方式相比，采用CDMA 无线通信方式则显得非常灵活，它具有组网灵活、扩展容易、运行费用低投，维护简单、性价比高等优点因此，目前正考虑采用CDMA 无线传输方式解决污染源监测数据的实时传输问题。 二、方案优点 　　中国联通CDMA 系统可提供互联网无线IP 连接，同时可提供CDMA 网中数据网业务(基于l2tp 的VPDN 专网联接方案)。在中国联通的CDMA 业务平台上构建环保信息采集传输系统，实现环保信息采集点的无线数据传输具有可充分利用现有网络，缩短建设周期，降低建设成本的优点，而且设备安装方便、维护简单。 CDMA 无线环保污染源在线监控系统具备如下特点： 1、实时性强： 与PSTN，短消息服务比较，由于CDMA 具有实时在线特性，系统无时延，无需轮巡就可以同步接收、处理多个/所有监测点的各种数据。可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。 2、可对各监测点仪器设备进行远程控制： 通过CDMA 双向系统还可实现对仪器设备进行反向控制，如：时间校正、状态报告、开关等控制功能，并可进行系统远程在线升级。 3、建设成本少低： 由于采用CDMA 公网平台，无需建设无线网络，只需安装好设备就可以，建设成本低； 4、监控范围广： 构建环保信息采集传输系统要求数据通信覆盖范围广，扩容无限制，接入地点无限制，能满足海洋、山区、乡镇和跨地区的接入需求。由于环保信息采集点数量众多，分布在全市范围内，部分环保信息采集点位于偏僻地区，而且地理位置分散。 5、具有良好的可扩展性： 由于目前CDMA 网络已覆盖室内绝大部分地区及距海岸线120Km 内的海域，对环保采集点基本不存在盲区，可实现大范围的在线监控，满足环保信息采集传输系统对覆盖范围的要求。 6、系统的传输容量大： 环保中心站要和每一个环保信息采集点实现实时连接。由于环保信息采集点数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而CDMA 技术能很好地满足传输突发性数据的需要。 7、数据传送速率高： 每个环保信息采集点每次数据传输对带宽要求在10Kb/s 之内。目前CDMA 实际数据传输速率在80-120Kbps 左右，完全能满足本系统数据传输速率（≥10Kbps）的需求。 8、通信费用低： 采用流量计费或包月计费方式，运营成本低。 三、解决方案介绍 由于CDMA 通信是基于IP 地址的数据分组通信网络，监测中心计算机主机配置固定的IP 地址，各个数据采集点采用CDMA 数据传输设备和该主机进行通信。拓扑图如下： （一）系统组成 1、环保信息采集点： 　　现场监控点通过数据采集模块自动采集污染源信息，通过RS232 接口与CDMA 透明数据传输终端相连，通过CDMA 透明数据传输终端内置嵌入式处理器对数据进行处理、协议封装后发送到CDMA 网络。 2、监控中心： 　　服务器申请配置固定IP 地址，可采用联通公司提供的DDN 专线，与CDMA 网络相连。由于DDN 专线可提供较高的带宽，当环保信息采集点数量增加，中心不用扩容即可满足需求。 　　监控中心RADIUS 服务器接受到CDMA 网络传来的数据后先进行AAA 认证，后传送到监控中心计算机主机，通过系统软件对数据进行还原显示，并进行数据处理。 3、CDMA 移动数据传输网络： 　　现场监控点采集的数据经CDMA网络空中接口功能模块同时对数据进行解码处理，转换成在公网数据传送的格式，通过中国移动的CDMA 无线数据网络进行传输，最终传送到监控中心有固定IP 地址的服务器上。 （二）系统方案 　　各监控点使用CDMA 透明数据传输终端，通过移动CDMA 网络与监控中心相连。各污染源数据采集点使用CDMA 数据传输设备，同时监控中心对各点进行登记，保存相关资料以便识别和维护处理。各信息采集点运行监控系统软件，支持24 小时实时在线，实现信息采集点24 小时传送采集的环保信息数据。 （三）产品特性 系统采用北京泰亚东方通信设备有限公司的TCD800 CDMA 无线数据传输终端。产品基于中国联通的CDMA 网络，具有高性能、高可靠及抗干扰能力强等特点，提供标准RS232 接口可直接与计算机、数据采集设备等连接，传输速率达153Kbps，具有远程诊断、测试、监管功能，满足各行业调度或控制中心与众多远端站之间的数据采集和控制。串口设备CDMA 无线数据传输终端TCD800 是一个可以让工业用的RS232/RS485串口设备的串口通信立即转换为CDMA 无线网络通信的双向转换传输设备。转换器采用透明传输的方式，用户不用知道复杂的CDMA 通讯原理和TCP/IP、UDP 协议，不用更改程序即可实现原有串口设备的无线网络连接，节省您宝贵的时间和已有投资，可用于长距离通信或控制。广泛用于楼宇自动化控制、停车场设备、交通控制、LED 屏幕控制、工厂、车间、矿井、油田、银行、环保、电气等遥控领域。能快速实现串口设备的遥控功能。TCD800 支持RS232/RS485 串口接口，直接连接串口设备使得串口设备立即具备遥控功能，设备参数如下： ★ RS232 串口速率高达115200 bps ★串口经济型：三线标准：RXD，TXD，GND ★支持UDP/TCP 网络协议 ★CDMA 数据通信 ★变底层的串口协议为广泛使用的TCP/IP 协议 ★掉线自动重新拨号功能 ★通过超级终端类似于AT 指令方式或设置程序灵活设置通信参数 ★支持设备之间透明传输/非透明传输 ★支持静态IP、域名、SMS 找IP 等多种主机发现方式 ★供电：+5V ★耗电：待发射状态约120mA；发射状态约300mA；范围200mA ~480mA ★工作温度： -20℃ ～ +70℃ (四)安全措施 　　由于环保数据采集系统的特殊性，本系统需要极高的系统安全保障和稳定性。安全保障主要是防止来自系统内外的有意和无意的破环，网络安全防护措施包括信道加密、信源加密、登录防护、访问防护、接入防护、防火墙等。稳定是指系统能够7×24 小时不间断运行，即使出现硬件和软件故障，系统也不能中断运行。 　　数据中心可通过到中国联通CDMA 网中数据网(VPDN)接入，采用VPDN 方式成本比较低，安全性比较高，可充分保障速度和网络服务质量。 　　网中数据网（VPDN）业务提供方案如下图所示。 　　按照上述网中数据网的示意图，联通网中数据网可以提供5 级业务安全保障，从而环保数据采集CDMA 无线应用方案 第一级安全保证：CDMA 网络本身的安全性 　　目前世界上使用的移动通信网络主要有两种：GSM 和CDMA。与GSM 相比，CDMA网络系统在安全保密方面具有很大优势。CDMA 本来就是起源军事保密技术，在战争期间广泛应用于军事领域，具有抗干扰、安全通信、保密性好的特性。进行移动手机信号的窃听一般使用以下三种方法。首先，需要捕捉到通信信号。在空间中充满了各种各样的无线电波，用户手机信号就混杂在其中。要想窃听某一个用户的通话，首先必须捕捉到这个用户手机发出的特定的电磁波。由于CDMA 系统采用扩频技术，经过扩频以后的有用信号的频谱被大大地展宽了，用户信号隐蔽在互不相关的信号中，要想捕捉到这一有用信号非常困难。因此，窃听器捕捉不到，也无法识别出哪些是CDMA 手机用户的通信信号，哪些是噪音。其次，窃听器必须锁定手机用户通信的信号，继而才能分析和破解信息。而CDMA 采用快速切换功率控制技术，即便是窃听设备捕捉到了用户手机信号，也不能锁定快速功率切换下的有用信号，因此，快速功率切换让CDMA 信号很难锁定。第三，需要破解用户信息编码。而CDMA 采用伪随机码技术，用长达42 位的伪随机码来标识区分用户，每次通话都有4.4 万亿种可能的排列，窃听器很难破译出CDMA 的编码。所以CDMA 技术本身就很安全。 第二级安全保证：CDMA 网络侧的AAA 认证 AAA 是指认证（Authentication）、授权（Authorization）、计费（Accounting）三个过程，其中： 　　认证是，用户在使用网络系统中的资源时对用户身份的确认。这一过程，通过与用户的交互获得身份信息（像用户名－口令、生物特征信息等），然后提交给认证服<