GPRS MODEM在遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

        一、遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)中的通訊需求分析

        遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸包括各種檢測(cè)、監(jiān)視、生產(chǎn)、報(bào)警等，行業(yè)涉及到油田、環(huán)保、地震、水利、電力、氣象、燃?xì)?、管道、自?lái)水等各個(gè)部門(mén)。遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)有數(shù)據(jù)量小、定時(shí)或非定時(shí)及實(shí)時(shí)發(fā)送等特點(diǎn)，一方面需實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳，另一方面亦需下達(dá)各種傳輸、控輸、控制指令，即雙向的數(shù)據(jù)、指令傳輸，同時(shí)須結(jié)合自己的測(cè)控系統(tǒng)。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸主要有數(shù)傳電臺(tái)、電話(huà)撥號(hào)、衛(wèi)星通信等方式來(lái)解決:這些傳輸方式存在覆蓋范圍、實(shí)時(shí)性、投資及運(yùn)行費(fèi)用等問(wèn)題，同時(shí)對(duì)工控設(shè)備的無(wú)人守值守運(yùn)行存在較大困難。

        目前中國(guó)移動(dòng)主推的GPRS通訊方式是一種新興的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，將從根本上解決傳統(tǒng)傳輸方式的弊端，更加貼近專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆?/p>

        二、GPRS技術(shù)概述

        GPRS是通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service)的英文簡(jiǎn)稱(chēng)，是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來(lái)的一種新的承載業(yè)務(wù)，目的是為GSM用戶(hù)提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS采用與GSM同樣的無(wú)線(xiàn)調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)、同樣的頻帶、同樣的TDMA幀結(jié)構(gòu)。這種新的分組數(shù)據(jù)信道與當(dāng)前的電路交換的話(huà)音業(yè)務(wù)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(wù)。

        GPRS允許用戶(hù)在分組交換模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，從而提供了一種高效、低成木的無(wú)線(xiàn)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。分組交換的基本過(guò)程是把數(shù)據(jù)先分成若干個(gè)小的數(shù)據(jù)包，可通過(guò)不同的路由，以存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的接力方式傳送到目的端，而組裝成完整的數(shù)據(jù)。分組交換基本上不是實(shí)時(shí)系統(tǒng)，延時(shí)也不固定，但可以使不同的數(shù)據(jù)傳輸“共用”傳輸帶寬:有數(shù)據(jù)時(shí)占用帶寬，無(wú)數(shù)據(jù)時(shí)不占用，從而分享資源。

        在GSM無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)中，無(wú)線(xiàn)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(gè)用戶(hù)獨(dú)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(yùn)用無(wú)線(xiàn)信道，每一個(gè)用戶(hù)可以有多個(gè)無(wú)線(xiàn)信道，而同一信道又可以由幾個(gè)用戶(hù)共享，從而極大地提高了無(wú)線(xiàn)資源的利用率。在理論上，GPRS可以將最多8個(gè)時(shí)隙組合在一起，給用戶(hù)提供高達(dá)171. 2kb/s的帶寬。由于GPRS用戶(hù)的數(shù)據(jù)通信費(fèi)是以數(shù)據(jù)流量為基礎(chǔ)，而不考慮通信時(shí)長(zhǎng)，所以GPRS用于IP業(yè)務(wù)的接入將更為用戶(hù)所接受。

        GPRS用于無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)接入具有多方面的優(yōu)勢(shì)，一是接入范圍廣，可充分利用全國(guó)范圍的電信網(wǎng)絡(luò)，方便、快速、低成本地為用戶(hù)數(shù)據(jù)終端提供遠(yuǎn)程接入網(wǎng)絡(luò)的部署:二是傳輸速率高，數(shù)據(jù)傳輸速度可達(dá)到57. 6kbps，最高可達(dá)到171kbps,是常用有線(xiàn)56k Modem理想速率的兩倍，下一代GPRS業(yè)務(wù)的速度甚至可以達(dá)到384kbps，完全可以滿(mǎn)足用戶(hù)應(yīng)用需求:三是接入時(shí)間短，GPRS接入等待時(shí)間短，可快速建立連接，平均耗時(shí)為兩秒;四是提供實(shí)時(shí)在線(xiàn)功能，現(xiàn)在用GPRS MODEM上網(wǎng)，用戶(hù)將始終處于連線(xiàn)和在線(xiàn)狀態(tài)，這將使訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)變得非常簡(jiǎn)單、快速;五是按流量計(jì)費(fèi)，用戶(hù)只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)期間才占用資源，用戶(hù)可以一直在線(xiàn)，按照用戶(hù)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包的數(shù)量來(lái)收取費(fèi)用，沒(méi)有數(shù)據(jù)流量的傳遞時(shí)，用戶(hù)即使掛在網(wǎng)上也是不收費(fèi)的。以上優(yōu)勢(shì)使GPRS非常適用于開(kāi)展行業(yè)和企業(yè)無(wú)線(xiàn)接入應(yīng)用。

        三、GPRS數(shù)據(jù)傳輸方式及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

        無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，特別是GPRS的出現(xiàn)為工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的通訊提供了新的手段，通過(guò)GPRS服務(wù)，設(shè)備可采用互聯(lián)網(wǎng)Internet的標(biāo)準(zhǔn)方式與在互聯(lián)網(wǎng)上的服務(wù)器交換數(shù)據(jù)。GPRS的基礎(chǔ)是以IP包的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，GPRS無(wú)線(xiàn)終端接入GPRS網(wǎng)絡(luò)的方法與普通有線(xiàn)MODEM類(lèi)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路上傳輸數(shù)據(jù)報(bào)的方法，包括LCP, PAP, IPCP, NCP等。GPRS MODEM通過(guò)PPP協(xié)議獲得動(dòng)態(tài)分配的IP地址。連接建立后，在PPP協(xié)議的基礎(chǔ)上通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，如TCP, UDP等實(shí)現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)上其它計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通訊。

        以下為基于GPRS技術(shù)的測(cè)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)典型應(yīng)用示意圖:

        目前中國(guó)移動(dòng)開(kāi)通的GPRS數(shù)據(jù)服務(wù)主要是為手機(jī)和計(jì)算機(jī)用戶(hù)提供無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)功能，針對(duì)專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)的傳輸，必須解決以下兒個(gè)問(wèn)題才能實(shí)現(xiàn)測(cè)控?cái)?shù)據(jù)的及時(shí)、準(zhǔn)確、安全地傳輸。

        1、 PPP, TCP/IP協(xié)議在終端設(shè)備上的實(shí)現(xiàn)

        對(duì)于計(jì)算機(jī)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)撥號(hào)接入Internet是件很容易的事，因?yàn)樵赑C上有非常成熟的軟件能夠輕松實(shí)現(xiàn)PPP和TCP/IP協(xié)議。但是對(duì)于采用嵌入式設(shè)備的終端，尤其是對(duì)單片機(jī)來(lái)說(shuō)，由于硬件資源的制約和協(xié)議的復(fù)雜繁瑣，實(shí)現(xiàn)起來(lái)還是比較困難的。

        2、服務(wù)器的接入方式

        由于GPRS網(wǎng)絡(luò)工作方式是以IP地址尋址為基礎(chǔ)的，所以服務(wù)器端理論上只需要接入Internet，并具備公網(wǎng)(Internet)分配的IP地址即可。但是在實(shí)際系統(tǒng)應(yīng)用中，如果服務(wù)器是撥號(hào)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(dòng)態(tài)地獲得IP地址，兩個(gè)動(dòng)態(tài)的IP地址設(shè)備在Internet上是無(wú)法直接通信的。因此要求服務(wù)器具有靜態(tài)IP地址或通過(guò)其它方式中轉(zhuǎn)。這樣，服務(wù)器的接入方式就受到一定限制。

        中國(guó)移動(dòng)開(kāi)通的GPRS服務(wù)中現(xiàn)階段只提供點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的傳輸服務(wù)。點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)傳輸方式是指多個(gè)GPRS無(wú)線(xiàn)終端把數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭粋€(gè)固定的數(shù)據(jù)處理中心。GPRS終端與終端間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸理論上可行，但技術(shù)上還有待更好的支持。

        3、移動(dòng)網(wǎng)和公網(wǎng)(Internet)互聯(lián)

        GPRS MODEM動(dòng)態(tài)地獲得的IP地址為移動(dòng)骨干網(wǎng)內(nèi)地址，無(wú)法被公網(wǎng)服務(wù)器直接解析，在未進(jìn)入連接狀態(tài)時(shí)，服務(wù)器是無(wú)法與GPRS MODEM直接通訊的。必須先由GPRS MODEM主動(dòng)向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)，進(jìn)行連接。當(dāng)連接的路由建立以后，服務(wù)器和終端設(shè)備才可以雙工地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。所以通訊必須是由GPRS MODEM首先發(fā)起連接，這一點(diǎn)在制定測(cè)控系統(tǒng)通訊方式時(shí)要考慮進(jìn)去。

        4、終端設(shè)備的身份識(shí)別

        GPRS MODEM動(dòng)態(tài)地獲得的IP地址，對(duì)于服務(wù)器來(lái)講就無(wú)法象普通計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)那樣靠IP地址或MAC地址來(lái)判斷終端設(shè)備的身份，無(wú)法準(zhǔn)確地定位終端設(shè)備。另外，從網(wǎng)絡(luò)安全的角度來(lái)說(shuō)，也存在這個(gè)問(wèn)題。所以必須建立一個(gè)ID識(shí)別機(jī)制。

        5, GPRS MODEM的長(zhǎng)期穩(wěn)定性

        測(cè)控系統(tǒng)中的終端設(shè)備一般都安裝在野外環(huán)境中，地點(diǎn)偏遠(yuǎn)、分散，無(wú)人職守，設(shè)備必須能在特殊的環(huán)境下長(zhǎng)期、穩(wěn)定地工作。系統(tǒng)必須具有自動(dòng)撥號(hào)、斷線(xiàn)重?fù)芄δ?，在GPRS網(wǎng)絡(luò)狀況不穩(wěn)定時(shí)，具有自動(dòng)恢復(fù)通訊能力，保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作，無(wú)需人為干預(yù)。另外，在電源抗干擾及散熱等方面也必須進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，才能使終端設(shè)備適應(yīng)惡劣工作環(huán)境。