才茂通信2G/3G/4G DTU无线数传终端网络气象信息采集系统应用方案

一、项目背景

　　气象信息采集系统利用实时采集的气象资料，对末来一定时段内的气象情况作出较为精确的预测和报警，包括进行短期的降雨预报、中期降水预报和洪水的预警预报，是防汛工作中非常重要的环节。 某省气象局气象信息的采集由各气象观测站利用气象采集设备自动完成采集，通过DDN或者电话线向气象中心传送气象数据，气象局利用气象信息处理程序对各气象观测站采集的气象数据进行加工处理和分析，进而可对短期的降雨和中期降水进行预报，并通过防汛系统向防汛办报送资料，为洪水预报和防汛提供可靠的决策支持。

　　目前，某省气象局现已在全省范围内建立了300多个气象观测信息采集点，各气象采集点按照设定的时间间隔采集区域内的各种气象信息资料，包括温度、气压、湿度等，测量结果通过DDN或者PSTN电话线向气象中心传送气象数据。采用DDN可充分保证数据传输畅通，完整，但缺点是月租费太高；采用PSTN电话线传输数据，按时间计费，费用也不便宜。 目前，该省气象局正考虑建立2G/3G/4G无线气象信息采集数据传输系统试点。在试点中选择20多个气象采集点，采用2G/3G/4G无线数据通信方式传输气象资料。在试点中，各气象采集点通过2G/3G/4G无线与中心站主机保持实时连接，自动观测设备将获得的气象信息通过2G/3G/4G无线传给气象中心主机，气象中心主机对信息进行处理，形成气象预报信息。

二、2G/3G/4G无线方案的优势

　　移动、联通、电信2G/3G/4G无线系统可提供广域的无线IP连接。在移动、联通、电信通信公司的2G/3G/4G无线业务平台上构建气象信息采集传输系统，实现气象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。经过比较分析，我们选择移动、联通、电信的2G/3G/4G无线系统作为气象信息采集传输系统的数据通信平台。

　　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，分布在全省范围内，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2G/3G/4G无线已覆盖全国绝大部分地区，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2G/3G/4G无线实际数据传输速率在2.8Mbps左右，更快的满足本系统数据传输速率（≥10Kbps）的需求。

　　3、系统的传输容量大。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2G/3G/4G无线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2G/3G/4G无线通信方式，由于2G/3G/4G无线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200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2G/3G/4G无线具有实时在线特性，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。

三、解决方案介绍

（一）系统结构

　　1、气象信息采集点：采用厦门才茂的2G/3G/4G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的2G/3G/4G无线网络。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、联通、电信通信公司提供的DDN专线，与2G/3G/4G无线网络相连。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、2G/3G/4G无线传输气象站采用移动提供的线路和接口。各气象信息采集点使用统一的STK卡，同时气象中心对各点进行登记，保存相关资料以便识别和维护处理。气象信息采集点使用的STK卡只能用于与气象信息采集系统的数据通信功能。各气象信息采集点运行原有的系统软件和应用软件，支持24小时实时在线，实现气象信息采集点24小时传送采集的气象信息数据。

　　凡省级气象局授权的气象信息采集点均可以使用本系统：

　　1、气象信息采集点必须使用移动统一的STK卡，用户使用本卡只能用于与气象站数据通信功能。

　　2、使用的终端设备用才茂通信提供的2G/3G/4G无线终端设备。

    3、用户登记：符合省级气象局的规定。

（二）产品特性

　　气象信息采集传输系统采用厦门才茂通信技术有限公司CM3150P GPRS DTU。CM3150P 2G/3G/4G  DTU采用ARM9高性能工业级嵌入式处理器，以实时操作系统为软件支撑平台,超大内存,内嵌自主知识产权的TCP/IP协议栈。为用户提供高速，稳定可靠，数据终端永远在线，多种协议转换的虚拟专用网络。针对网络流量控制的用户，产品支持语音，短信，数据触发上线以及超时自动断线的功能。同时也支持双数据中心备份，以及多数据中心同步接收数据等功能。公司产品已广泛应用于金融，水利，环保，电力，邮政，气象等行业。

工业级设计：

1.工业级CPU：工业级高性能嵌入式处理，高速缓存数据，加快高速数据访问速度；带缓村，高速指令缓存，加强了指令处理速度。

2.工业级无线模块：采用工业级无线模块，抗干扰强，传输稳定。

3.实时操作系统：采用LINUX2.6操作系统，带内存管理单元，实时性强，功能升级快，系统稳定，带完善TCP/IP协议栈；或者嵌入式UCOS操作系统。

4.强化电路板：PCB采用遵循20H和3W原则，同时公司所有产品电路板都采用生益材质来生产，确保板材的稳定可靠。

5.工业级元器件：整机元器件采用严格筛选的工业级元器件来生产。

6.工业级电源：宽压电源设计，电源适应范围为DC6V~DC32V，内置电源反向保护和过压过流保护。

稳定可靠：

1.三层系统保护：在原来两级（软件保护 CPU内置看门狗WDT保护）系统保护的基础上，增加一级系统虚拟值守VWM（Virtual Man Watch）检测保护功能，确保系统稳定可靠

2.UIM/SIM卡ESD保护：1.8V/3V/5V标准的推杆式用户卡接口，内置15KV ESD保护。

3.串口ESD保护：RS232/RS485/TTL/RS422,内置15KV ESD保护。

4.金属外壳：采用金属外壳，防辐射，抗干扰；外壳和系统安全隔离，防雷设计；符合电力安规要求；防护等级为IP41；特别适合于环境恶劣的工业控制领域。

5.所有无线模块都有通过CGD认证或者FCC认证或者CE认证。

6.高速处理CPU：采用高速性能工业级CPU，可以更加高速地处理各种协议数据转换；解决了业内“假在线”、“假死机”、“当机”等疑难问题。

7.超大内存：FLASH64Mbits，SDRAM，256Mbits（不同型号内存不同），有超大的内存来缓存客户发送数据，同时接收超大数据包，数据不丢失。

8.DNS自动获取：自动获取DNS，不再需要人工配置输入DNS；规避了因为选择的DNS服务器异常，导致DTU设备当机的严重现象。

9.完善的协议栈：新系统加载了完善的TCP/IP协议栈，采用了完善的TCP/IP协议栈；使网络通信性能优异，掉线概率极大降低。

10.EMC性能优异：通过电力3000V电击测试，特别适合在工业领域环境恶劣下使用；系统EMC/EMI优异，系统稳定可靠；通过EMC测试；

功能强大：

1.TCP透明数据传输和UDP透明数据传输；支持多种工作模式

2.支持虚拟数据专用网（APN/VPDN）

3.支持双数据中心备份及多数据中心（8个）接受数据，最大支持发送中心达256个

4.智能防掉线。支持在线检测，在线维持，掉线自动重拨，确保设备永远在线

5.远程唤醒：支持短信、语音、数据等唤醒方式以及超时断开网络连接

6.支持固定IP通信方式；支持DDNS动态域名通信方式

7.支持短信远程配置，远程控制；支持短消息告警

8.丰富接口：提供RS232接口或者RS485接口或者TTL接口或者RS422接口或者USB接口接口，全接口支持。

9.完善的网络支持：提供包括2G网络（GSM网络），2.5G网络（GPRS网络），2.75G网络（EDGE网络），3G网络（WCDMA网络、EVDO网络、TD-SCDMA网络），4G网络（HSPA 网络、LTE网络），全网络的产品支持。

10.数据包传输状态报告

11.标准的AT命令界面

12.可以用做普通拨号MODEM

13.支持串口软件升级

14.同时支持LINUX、UNIX和WINDOWS操作系统

简单易用：

1.图形化配置工具：完善的图形化配置工具，提供快速配置功能，实现客户快速配置；提供批量配置功能，实现批量设备的配置。

2.中心软件：提供C#，VC，VB，DEPHI中心端软件，方便客户测试。

3.提供多种动态库DLL：公司提供C# ，VC，VB，DEPHI中心端软件的动态库支持，并提供使用说明文档，方便客户自行快速开发中心端应用软件。

4.丰富第三方软件支持：包括亚控软件，三维力控软件在内的业内主要中心端软件支持（驱动中选择“厦门才茂（桑荣）”或者“桑荣”的驱动 ），可以直接方便购买第三方软件来上项目，实现快速稳定低成本地完成项目。

5.检查软件：提供串口调试软件，网络速度检测软件，提供不同的调试等级输出，方便客户查看各种信息，快速定位问题。

（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。 数据中心可通过公网使用VPN接入到2G/3G/4G无线网络，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。通过VPN方式，客户端在连接应用服务器前，要经过Ｒａｄｉｕｓ服务器的认证整个数据传送过程得到了加密保护，安全性比较高，可充分保障速度和网络服务质量。 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的系统，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进行绑定，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。

四、结论

　　采用2G/3G/4G无线构建气象信息采集系统，不仅能很好地满足气象信息采集的需求，而且，做为网络运营商的通信公司也将因此获得业务稳定的集团用户，随着用户数量的增加，通信公司的营收也随之增加，调动了运营商的积极性，符合网络建设和网络应用同步发展的要求。 对于气象局等用户来说，由于通信费用较低，享受到了实惠。另外，由于接入设备可以移动，当气象观测站和气象信息采集点搬迁时设备可随之迁移并可继续使用，可以保护用户原有投资，适合于气象采集工作的特点。