气象信息采集系统中GPRS通讯技术的应用

      随着气象事业的发展和国家大气监测项目的实施，我国建立了大量的无人值守的自动气象站，自动气象站的气象数据的采集越来越成为一个急需解决的问题。气象数据的实时采集对于提高气象预报的质 量有重要意义，因为气象要素的采集是气象部门做出预报的基础。因此开发一个通用的气象要素远程在线采集系统，可以随时了解气象要素的变化，对气象预报准确度的提高有着积极的意义，并且能够及时了解灾害性的天气发展过程，对有严重危害的天气过程做出预警处理。 基于GPRS网络环境下的自动气象站气象数据采集系统主要用于自动气象站数据的采集和自动气象站的状态监控，同时具有一定的通用性，也适用于其它设备的无线监控。该系统是传统计算机技术与现代计算机网络技术、GPRS移动网络技术的结合。由于GPRS网络具有永远在线、通讯费用低廉等特点，使得该系统在执行效率、程序体积、通讯处理能力、运行成本上具有强大优势。 
 

一、GPRS通讯技术的优势
利用中国移动GPRS系统现有公共网络，缩短建设周期，降低建设成本优点，而且设备安装方便、 
维护简单。与传统通讯方式相比有几个突出优势：
  1、覆盖范围。构建气象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，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。由于气象信息采集点数量众多，分布在全国范围内，部分气象信息采集点位于偏僻地区，而且地理位置分散。另外，还必须考虑今后系统扩充的可能，必须具有良好的可扩展性。由于目前GPRS已覆盖国内绝大部分地区，能够满足气象信息采集传输系统对覆盖范围的要求。 
  2、数据传输速率高。每个气象信息采集点每次数据传输量在10Kbps之内，目前GPRS实际数据传输 速率在40Kbps左右，完全能满足本系统数据传输速率（≥10Kbps）的需求。 
  3、系统传输容量大。气象中心站要和每一个气象信息采集点实现实时连接。由于气象信息采集点
数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要。
  4、通信费用低。采用传统的有线方式建立气象信息采集传输系统，必须租用专线或电话线进行连
接。由于气象信息采集点必须与中心随时保持连线状态，而每次数据发送的数据量很小（在几K至10K之间），线路资源利用率很低，平均每一个气象信息采集点每月的线路费用为800～1200元。而如果采用GPRS通信方式，由于GPRS采用按数据流量计费的方式，资源利用率高，月通信费用将在50元之内。 
  5、良好的实时响应与处理能力。与短消息服务比较，由于GPRS具有实时在线特性，系统无时延，
可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。  
 

二、解决方案介绍
该系统主要由监控主机和采集终端组成，根据无人值守自动气象站的分布特点和在某些情况下可移
动的特点，监控主机和监控终端通过Internet和GPRS网络联系起来实现通信。该系统可以按照预先设
计的采集频率进行自动气象站数据地采集，也可以根据需求随时进行调整。监控中心是基于Windows平台上建立的监控程序，可以实时了解气象要素的变化情况以及自动站运行的状况。达到对数据采集和对自动气象站监控的目的。
  （一）系统结构 
1、气象信息采集点：采用上海颐通的ET1022系列的GPRS无线数据采集传输终端，通过RS232串口
与计算机相连，接入移动公司为气象局提供的专用GPRS网络。气象信息采集点的计算机运行系统软件和 应用软件。网络对气象信息采集点的接入地点、时间、数量没有限制，可以随时增减。可以满足山区、 偏远地区和跨地区接入的需求。
  2、气象中心站：采用省移动通信公司提供的DDN专线，与GPRS网络相连。由于DDN专线可提供较高的带宽，当气象信息采集点数量增加，中心不用扩容即可满足需求。 
  3.中心软件具有便于操作、功能丰富、安装维护方便、便于以后的开发和扩展等特点。
  （二）产品特性
  气象信息采集传输系统采用上海颐通的ET1022系列的。产品基于中国移动的GPRS网络，广泛应用
于电力抄表、环保监测、油井监测、路灯监控、热网监测、水文水利等行业。在气象信息采集传输系统 方案中，上海颐通的ET1022系列的通过外置或嵌入方式与气象信息采集点的PC机和自动数据测试设备连接。
  .采用工业化设计、抗干扰能力强；
  .选用高品质工业级元器件制造；
 
.出厂前经过长时间老化； 
.采用先进电源技术，电源适应范围宽，提高设备的稳定性； 
.适应恶劣的电磁环境、运行及其稳定； 
.内嵌PPP、IP协议栈 
.支持PPP、UDP、 TCP、HTTP、FTP、DNS等多种协议；
.支持公网固定IP地址寻址；
.支持移动运营商的VPN专网指定IP寻址 
.具备动态域名解析功能(DNS)，支持数据中心的动态IP寻址； 
.支持接收数据的IP地址合法性认证；?
.具备极强的数据吞吐能力，为用户数据提供双向、不对称、实时的全双工透明信道传输； 
.具备系统自诊断功能； 
.具备网络状态监视功能；
.具备硬件看门狗，保证DTU运行可靠性； 
.上电后自动拨号上线；
.下线自恢复功能； 
.工作参数掉电永久保存；
.数据终端永远在线； 
.高、低温性能优异，适应恶劣环境的应用需求；
（三）安全措施 
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。
  数据中心可通过公网使用VPN接入到移动GPRS网，采用VPN方式成本比较低，企业不用租用专线， 还可以利旧使用原有的VPN设备，移动终端需要安装具有VPN二次虚拟拨号的功能的软件。 
  另外，数据中心也可以采用APN接入方式，租用专线接入到移动公司的GGSN设备上，这种成本高， 安全性高、稳定可靠。 
  对于安全性要求非常高系统，可考虑在专用APN接入的基础上再加上VPN接入方式的混合接入方式， 进一步提高系统的安全性。
  1、VPN虚拟专网模式：企业内部网络中配置VPN服务器，移动终端加载具有VPN二次虚拟拨号的功 能的客户端软件。采用VPN安全技术，用户通过接入企业内部虚拟专网的方式与Internet进行隔离，可 对整个数据传送过程进行加密保护，有效避免非法入侵。 
  2、利用SIM卡的唯一性，对用户SIM卡手机号码进行鉴别授权，在网络侧对SIM卡号和APN来绑定， 划定用户可接入某系统的范围,只有属于指定行业的SIM卡手机号才能访问专用APN，移动终端与数据中心采用中国移动分配的专门的APN进行无线网络接入，普通手机的SIM卡号无法呼叫专门的APN。 
  3、对于特定用户，可通过数据中心分配特定的用户ID和密码， 其他没有数据中心分配的用户ID
和密码的用户将无法登录进入系统，系统的安全性进一步增强。
  4、数据加密：通过VPN对整个数据传送过程进行加密保护。 
  5、网络接入安全鉴定机制：采用防火墙软件，设置网络鉴权和安全防范功能，保障系统安全。