GPRS MODEM在遠程測控系統(tǒng)中的應用

        一、遠程測控系統(tǒng)中的通訊需求分析

        遠程測控系統(tǒng)數據傳輸包括各種檢測、監(jiān)視、生產、報警等，行業(yè)涉及到油田、環(huán)保、地震、水利、電力、氣象、燃氣、管道、自來水等各個部門。遠程測控系統(tǒng)數據有數據量小、定時或非定時及實時發(fā)送等特點，一方面需實現(xiàn)數據的上傳，另一方面亦需下達各種傳輸、控輸、控制指令，即雙向的數據、指令傳輸，同時須結合自己的測控系統(tǒng)。傳統(tǒng)的數據傳輸主要有數傳電臺、電話撥號、衛(wèi)星通信等方式來解決:這些傳輸方式存在覆蓋范圍、實時性、投資及運行費用等問題，同時對工控設備的無人守值守運行存在較大困難。

        目前中國移動主推的GPRS通訊方式是一種新興的數據傳輸技術，將從根本上解決傳統(tǒng)傳輸方式的弊端，更加貼近專業(yè)數據傳輸的需求。

        二、GPRS技術概述

        GPRS是通用分組無線業(yè)務(General Packet Radio Service)的英文簡稱，是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務，目的是為GSM用戶提供分組形式的數據業(yè)務。GPRS采用與GSM同樣的無線調制標準、同樣的頻帶、同樣的TDMA幀結構。這種新的分組數據信道與當前的電路交換的話音業(yè)務信道極其相似，因此現(xiàn)有的基站子系統(tǒng)只要增加一些模塊即可提供GPRS服務。

        GPRS允許用戶在分組交換模式下發(fā)送和接收數據，從而提供了一種高效、低成木的無線分組數據業(yè)務。分組交換的基本過程是把數據先分成若干個小的數據包，可通過不同的路由，以存儲轉發(fā)的接力方式傳送到目的端，而組裝成完整的數據。分組交換基本上不是實時系統(tǒng)，延時也不固定，但可以使不同的數據傳輸“共用”傳輸帶寬:有數據時占用帶寬，無數據時不占用，從而分享資源。

        在GSM無線系統(tǒng)中，無線信道資源非常寶貴。如采用電路交換，通信需要建立端到端的連接，信道只能被一個用戶獨占，在成木效率上顯然缺乏可行性。而采用分組交換的GPRS則可靈活運用無線信道，每一個用戶可以有多個無線信道，而同一信道又可以由幾個用戶共享，從而極大地提高了無線資源的利用率。在理論上，GPRS可以將最多8個時隙組合在一起，給用戶提供高達171. 2kb/s的帶寬。由于GPRS用戶的數據通信費是以數據流量為基礎，而不考慮通信時長，所以GPRS用于IP業(yè)務的接入將更為用戶所接受。

        GPRS用于無線數據接入具有多方面的優(yōu)勢，一是接入范圍廣，可充分利用全國范圍的電信網絡，方便、快速、低成本地為用戶數據終端提供遠程接入網絡的部署:二是傳輸速率高，數據傳輸速度可達到57. 6kbps，最高可達到171kbps,是常用有線56k Modem理想速率的兩倍，下一代GPRS業(yè)務的速度甚至可以達到384kbps，完全可以滿足用戶應用需求:三是接入時間短，GPRS接入等待時間短，可快速建立連接，平均耗時為兩秒;四是提供實時在線功能，現(xiàn)在用GPRS MODEM上網，用戶將始終處于連線和在線狀態(tài)，這將使訪問服務變得非常簡單、快速;五是按流量計費，用戶只有在發(fā)送或接收數據期間才占用資源，用戶可以一直在線，按照用戶接收和發(fā)送數據包的數量來收取費用，沒有數據流量的傳遞時，用戶即使掛在網上也是不收費的。以上優(yōu)勢使GPRS非常適用于開展行業(yè)和企業(yè)無線接入應用。

        三、GPRS數據傳輸方式及網絡結構

        無線移動通訊網絡的發(fā)展，特別是GPRS的出現(xiàn)為工業(yè)自動化設備的通訊提供了新的手段，通過GPRS服務，設備可采用互聯(lián)網Internet的標準方式與在互聯(lián)網上的服務器交換數據。GPRS的基礎是以IP包的形式進行數據的傳輸，GPRS無線終端接入GPRS網絡的方法與普通有線MODEM類似，都采用建立PPP(Point-to-Point Protocol)連接方式。PPP協(xié)議是一種被廣泛采用的串行點對點鏈路上傳輸數據報的方法，包括LCP, PAP, IPCP, NCP等。GPRS MODEM通過PPP協(xié)議獲得動態(tài)分配的IP地址。連接建立后，在PPP協(xié)議的基礎上通過數據傳輸協(xié)議，如TCP, UDP等實現(xiàn)與互聯(lián)網上其它計算機的數據通訊。

        以下為基于GPRS技術的測控系統(tǒng)網絡典型應用示意圖:

        目前中國移動開通的GPRS數據服務主要是為手機和計算機用戶提供無線上網功能，針對專業(yè)數據的傳輸，必須解決以下兒個問題才能實現(xiàn)測控數據的及時、準確、安全地傳輸。

        1、 PPP, TCP/IP協(xié)議在終端設備上的實現(xiàn)

        對于計算機用戶來說，實現(xiàn)撥號接入Internet是件很容易的事，因為在PC上有非常成熟的軟件能夠輕松實現(xiàn)PPP和TCP/IP協(xié)議。但是對于采用嵌入式設備的終端，尤其是對單片機來說，由于硬件資源的制約和協(xié)議的復雜繁瑣，實現(xiàn)起來還是比較困難的。

        2、服務器的接入方式

        由于GPRS網絡工作方式是以IP地址尋址為基礎的，所以服務器端理論上只需要接入Internet，并具備公網(Internet)分配的IP地址即可。但是在實際系統(tǒng)應用中，如果服務器是撥號或ADSL等接入方式，每次接入所獲得的IP地址不是固定的，而GPRS MODEM也是動態(tài)地獲得IP地址，兩個動態(tài)的IP地址設備在Internet上是無法直接通信的。因此要求服務器具有靜態(tài)IP地址或通過其它方式中轉。這樣，服務器的接入方式就受到一定限制。

        中國移動開通的GPRS服務中現(xiàn)階段只提供點對多點的傳輸服務。點對多點傳輸方式是指多個GPRS無線終端把數據傳輸到一個固定的數據處理中心。GPRS終端與終端間的點對點傳輸理論上可行，但技術上還有待更好的支持。

        3、移動網和公網(Internet)互聯(lián)

        GPRS MODEM動態(tài)地獲得的IP地址為移動骨干網內地址，無法被公網服務器直接解析，在未進入連接狀態(tài)時，服務器是無法與GPRS MODEM直接通訊的。必須先由GPRS MODEM主動向服務器發(fā)送數據，進行連接。當連接的路由建立以后，服務器和終端設備才可以雙工地進行數據傳輸。所以通訊必須是由GPRS MODEM首先發(fā)起連接，這一點在制定測控系統(tǒng)通訊方式時要考慮進去。

        4、終端設備的身份識別

        GPRS MODEM動態(tài)地獲得的IP地址，對于服務器來講就無法象普通計算機網絡那樣靠IP地址或MAC地址來判斷終端設備的身份，無法準確地定位終端設備。另外，從網絡安全的角度來說，也存在這個問題。所以必須建立一個ID識別機制。

        5, GPRS MODEM的長期穩(wěn)定性

        測控系統(tǒng)中的終端設備一般都安裝在野外環(huán)境中，地點偏遠、分散，無人職守，設備必須能在特殊的環(huán)境下長期、穩(wěn)定地工作。系統(tǒng)必須具有自動撥號、斷線重撥功能，在GPRS網絡狀況不穩(wěn)定時，具有自動恢復通訊能力，保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作，無需人為干預。另外，在電源抗干擾及散熱等方面也必須進行特殊設計，才能使終端設備適應惡劣工作環(huán)境。