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上海颐通GPRS环保污染源在线监测系统的应用方案

--上海颐通GPRS环保污染源在线监测系统的应用方案

供稿:工控网 2010/8/27 9:51:00

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  • 关键词: GPRS 环保 污染源
  • 摘要: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 展起来的一种承载业务,目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。

一、需求分析

 
在人类生存环境日益恶化的今天,建立完整的环境监测系统是非常必要的,处理分布在各处的环境
检测点的数据传输问题一直是建立环境监测系统的难点,建立独立的无线扩频系统和使用专线都有庞大的建设、运营费用问题。
  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
展起来的一种承载业务,目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS抛弃了传统的独占电路交换模式,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, 有效地利用了信道资源,带宽最高可达171.2Kb/s。目前中国移动的GPRS覆盖范围在中心城市几乎达到了100%,在边远地区也达到了80%以上,实际应用带宽大约在20-40Kb/s,特别适合像金融交易、远程监测等行业的通信需求,完全取代过去传统的有线MODEM、X.25、数传电台、短信等通信方式。
  GPRS通信方式更适合于环保数据采集业务,目前各省环保监测站与各采集点采用电话线传送数据
或手工抄录,实时性差,费用也不便宜。GPRS无线传输数据有以下优势:
  1)GPRS用户可随意分布和移动自己的网点,无需担心线路维护或有线在移机时导致的通讯中断。
建设新的监测点无需进行拉线、埋线等工作。较光纤或专线系统投资较少,设备安装方便。
  2)终端价格比较低。与DDN相比,较DTU或DDN专线Modem其终端价格便宜很多。
  3)GPRS资费便宜,计费合理。GPRS 资费包月比有线电话网络资费还便宜。环保数据采集业务没
大数据量的信息传输,不必要采用资费很高的专线(DDN、帧中继)。GPRS还可根据通信的数据量和提供的服务质量进行计费。在GPRS网中,用户只需与网络建立一次连接,就可长时间的保持这种连接,并只在传输数据时才占用信道并被计费,保持时不占用信道不计费。这样监测点既不用频繁建立连接也不必支付传输间隙时的费用。
  4)GPRS能最好地支持频繁的、少量突发型数据业务。通信质量稳定可靠,永不掉线。
  5)GPRS网络接入速度快,提供了与现有数据网的无缝连接。由于GPRS网本身就是一个分组型数据网, 支持TCP/IP、X.25协议,因此无需经过PSTN等网络的转接,直接与分组数据网(IP网或X.25网)互通,接入速度仅几秒钟,快于电路型数据业务。采用TCP/IP协议,较以前的无线数据网络(集群,双向传呼,GSM短信息)而言,网络接入更加直接方便。
  6)比较很多无线数据网络(集群,双向传呼,CDPD,CDMA)而言,其网络覆盖是最好的。  
 

二、解决方案
  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。利用GPRS网络进行无线数据传输,成为环保部门选择的通信手段亮点之一。污染监测设备将采集到的污染数据和告警信息,通过GPRS网络,及时发送到环保监察部门,可以实现对排污单位或个人的及时管理,大大提高了工作效率,为环境保护提供了崭新方式。 
  系统方案组成:
  1.环保监控中心
监控中心服务器申请配置Internet上固定的IP地址,或申请配置专线,通过光纤、DDN 等数据专
线直接和移动中心机房的GPRS 网络连接。监控中心服务器上安装相关监控系统软件。监控系统软件包 括通信服务器、监控中心服务器、数据库服务器、WEB服务器四个部分。
  通信服务器负责实现行业数据通信协议、数据代理转发、通信设备状态监控等功能; 
  监控中心服务器实现数据分析、存储、反控等功能; 
  数据库服务器进行数据存储、备份; 
  WEB服务器实现实时监控、数据管理、业务管理等功能。 
  具体实现时,通信服务器、监控中心服务器、数据库服务器、WEB服务器可安装在一台服务器中,
也可以安装在不同服务器中。如果行业客户要求对终端进行终端IP绑定,需要安装RADIUS服务器,为系统提供AAA 认证和IP绑定功能。 
  2.移动网络
  利用中国移动现有的GPRS/GSM网络,监控点和监控中心系统的所有交换信息通过中国移动的数据
通信网关进行数据传输. 
  GPRS DTU是一款集成了GPRS DTU传输功能和TCP/IP网络、路由功能于一体的新型无线移动通信网络设备。广域网络采用GPRS,内部网络采用标准100BaseT 和串口(包括RS232、RS485 等)连接两种方式。根据不同的应用环境,物理上的这三个接口能够灵活运用,采用不同的连接方式,使该设备具备三大功能:以太网→GPRS网络的路由功能;串口→以太网网络转换功能;串口→GPRS 网络转换功能.
  ·以太网→GPRS网络的路由功能
  连接内部局域网络(LAN)和GPRS 无线广域网络(WAN),能通过NAT技术,让内部的多台IP终端设备(如PC)以GPRS无线方式同时共享接入互联网络/企业网络,使用现有的各种Internet网络服务, 如WEB、EMAIL、FTP等及企业各种应用。适用范围:内部网络已经是标准的TCP/IP网络,只是在广域网络接入方式上选择了无线移动GPRS网络。
  ·串口→GPRS网络转换功能
由于GPRS是基于TCP/IP协议的网络,要求接入的设备必须符合TCP/IP规范,而大多数传统数据终端设备(像金融POS、监测监控采集设备RTU等)均不具有IP功能,这些终端设备借助GPRS DTU,能轻松方便地通过串口接入GPRS网络,实现远程无线联网。适用范围:金融POS、ATM、监测设备等带有传统串口的非IP终端设备通过GPRS实现无线联网。可以采用GPRS IP Modem特有的透明传送方式,除了通信网络采用GPRS外,其他已有网络结构并不改变,充分利于过去存在的大量设备,快速经济无线联网。 
  ·串口→以太网网络转换功能(可去掉无线模块)
  将传统的非IP终端通过RS232/RS485串口直接转换为具有标准TCP/IP 100BaseT接口的网络设备,
解决了同一位置有多台串口终端需要同时通过GPRS联网的情况。
  GPRS DTU只能提供一个串口解决单台串口设备接入GPRS问题,对同一地点有多台串口终端需要接
入GPRS的情况,如果每台设备均通过GPRS DTU的串口→GPRS网络转换功能接入GPRS无线网络,干扰较大,并且总体成本方面投入较大。因此可以先采用串口→以太网网络转换功能将所有串口终端用局域网络的方式联网,最后集中采用一台GPRS DTU的以太网→GPRS网络路由功能接入GPRS网络 ,整体方案具有很高的性能价格比。
  3.监控终端
  监控仪器通过RS232串口直接与GPRS DTU(智能型GPRS 调制解调器)连接,并由其建立无线数据连接。原则上,所有提供RS232/485接口的环境监测设备,如污水流量计、COD(含氧量)/BOD(生物耗氧量)测量仪等均能够用于该系统方案。
  监控终端的组网方案因网点的设备数量多少而有较大差异,主要集中为两种方式:
  1)网点为单台设备,监控终端设备只需要增加一个具有串口的GPRS IP 桥接器就好了。连接方式
为上面系统结构图左边的三种典型应用。
  2)网点为多台监测设备集群使用。多种监测设备集中在同一物理位置,如果采用为每台设备均配
置GPRS 模块的方案,不仅初始安装费用会提高,而且长期营运的使用费用也较高,同时中国移动的具GPRS 基站对同一物理位置的多个GPRS 设备接入也有负荷能力限制。所以我们独家推出以下解决方案,有非常高的性能价格比。其示意图如下: 
  4.通讯方案比较 
方案名称 通讯方式 建设成本 运营成本 监控范围 传输速度 操作方式 实时性
电话线MODEM监控 电话线拨号 高 较低 窄 56KRPS 轮寻  
SMS方式监控 SMS 较低 较高 较宽 160字
节/包 并行 差,不稳定
GSM拨号监控 CSD/GSM 较低 较高 较宽 14.4BPS 并行 差
GPRS在线监控 GPRS/GSM
/SMS 较低 较低 较宽 21.4-85.6K 并行 高
 
  表1 GPRS无线业务与其他网络业的性价比较
 
从表1可以看出基于GPRS的环保污染源在线监控方式具有较高的综合性能价格比。易于网络采集点
的扩展,几乎不受到网点规模的限制,可以在中国移动的全网覆盖范围内使用。跨省份、跨地区的网络也非常容易组建。可实现集中网络管理,可用SNMP 协议实现所有网点设备的集中管理。 
  GPRS方案是通信方式的改变,对上层应用软件系统几乎没有任何影响。同时对现在环保行业大量
存在的各种监测设备也不需要更换和进行硬件电路更改。
  5. GPRS方案的安全性分析: 
GPRS 的物理链路数据本身已经采用了加密传送。该方案中如果监控中心直接连接到GPRS 网络,
实质为内网方案,所有数据均与INTERNET 隔离。大大增强了信息的安全性。可以向移动中心申请单独的APN(网络接入点名称),类似于VPN 方案,可以限制非法SIM用户的登录。

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