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一、前言
     在建設(shè)水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)及防汛指揮系統(tǒng)水情分中心的工程中，數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸是必不可少的環(huán)節(jié)，國(guó)家防汛指揮系統(tǒng)由四個(gè)子系統(tǒng)組成：(1)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和水文測(cè)驗(yàn)設(shè)施的改進(jìn)；(2)數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)，(3)計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)建設(shè)；(4)防汛會(huì)商業(yè)務(wù)支持系統(tǒng)。數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)的任務(wù)是非常明確的，就是要將野外現(xiàn)場(chǎng)的遙測(cè)數(shù)據(jù)傳送到分中心。
     實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ攀侄我呀?jīng)有許多種了，它們主要是：超短波通訊，短波通訊，有線PSTN通信，GSM通信(分SMS和GPRS兩種方式)，CDMA，光纖通信以及衛(wèi)星通訊(含多種衛(wèi)星通道)等。隨著公網(wǎng)通信事業(yè)突飛猛進(jìn)地發(fā)展，還將進(jìn)一步出現(xiàn)新的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通訊方式。
     2002年5月后，中國(guó)移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入了商業(yè)化實(shí)用階段，從而為我們提供了利用國(guó)家公網(wǎng)傳輸水情數(shù)據(jù)的又一種方法。該通信手段在水文數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用。
 

二、GPRS概述
  1. GPRS應(yīng)用原理
    GPRS (General Packet Radio Service) 通用分組無線業(yè)務(wù)是一種基于數(shù)據(jù)包的無線通訊服務(wù)。理論上它將使得通訊速率從56 Kbps一直上升到114Kbps，且支持計(jì)算機(jī)和移動(dòng)用戶的持續(xù)連接。GPRS是基于GSM網(wǎng)絡(luò)的，在理論上，GPRS數(shù)據(jù)包通訊服務(wù)的花費(fèi)比電路交換服務(wù)所花的費(fèi)用要少，其通信信道是共享的，僅在需要的時(shí)候才有數(shù)據(jù)包傳輸產(chǎn)生，因此比使用專用的連接要節(jié)省很多資源。GPRS移動(dòng)用戶可以隨時(shí)訪問自己的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)(VPN)，而不是每次都需要撥號(hào)上網(wǎng)，從而為用戶提供更加簡(jiǎn)單的應(yīng)用服務(wù)。
     GPRS是按GSM標(biāo)準(zhǔn)定義的封包交換協(xié)議，可快速接入數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。它在移動(dòng)終端和網(wǎng)絡(luò)之間實(shí)現(xiàn)了“永遠(yuǎn)在線”的連接，網(wǎng)絡(luò)容量只有在實(shí)際進(jìn)行傳輸時(shí)才被占用。GPRS的實(shí)際速度典型值比理論速度慢，介乎14.4~43.2 kbps(上下行非對(duì)稱速率)左右。GPRS將是第一個(gè)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)即時(shí)接入的標(biāo)準(zhǔn)，也是邁向3G/UMTS的過程。
     采用移動(dòng)GPRS技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送，費(fèi)用低，使用方便，不受地域限制，便于業(yè)務(wù)發(fā)展，具有很好的發(fā)展趨勢(shì)，從SMS到GPRS到將來的3G，是一種更經(jīng)濟(jì)便捷的通訊之路，可以構(gòu)架更為廣泛的通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)靈活的信息網(wǎng)絡(luò)傳輸。
GPRS是基于數(shù)據(jù)分組傳送的，能提供連續(xù)不間斷的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，具有比SMS更好的數(shù)據(jù)傳送速度和能力，且能夠始終在線，通信費(fèi)用是按照實(shí)際傳送的數(shù)據(jù)字節(jié)進(jìn)行結(jié)算的，運(yùn)行費(fèi)用低。
  2 .GPRS傳輸數(shù)據(jù)的特點(diǎn)
(1)相對(duì)GSM撥號(hào)方式的電路交換數(shù)據(jù)傳送方式，GPRS是分組交換技術(shù)，具有“高速”和“在線”的優(yōu)點(diǎn)。
(2)除了速度上的優(yōu)勢(shì)，GPRS還有"在線"的特點(diǎn)，即用戶隨時(shí)與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系。有數(shù)據(jù)傳送時(shí)就在無線信道上發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，沒有數(shù)據(jù)傳送，終端就進(jìn)入一種"準(zhǔn)休眠"狀態(tài)，釋放所用的無線頻道給其他用戶使用，這時(shí)網(wǎng)絡(luò)與用戶之間還保持一種邏輯上的連接，當(dāng)用戶再次傳送時(shí)，手機(jī)立即向網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求無線頻道用來傳送數(shù)據(jù)，不需頻繁撥號(hào)。
(3)GPRS數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，且可以傳輸批量數(shù)據(jù)，對(duì)水文應(yīng)用來說還可以實(shí)現(xiàn)固態(tài)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)無線下載，這一個(gè)特點(diǎn)是超短波、GSM短信、PSTN以及衛(wèi)星通信所不能替代的。
   3. GPRS組網(wǎng)設(shè)計(jì)
   3.1 組網(wǎng)及中心站的GPRS數(shù)據(jù)接入方法
    根據(jù)水文數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用的特點(diǎn)，我們對(duì)中國(guó)移動(dòng)提供的GPRS接入方法進(jìn)行綜合分析，考慮到性價(jià)比和易用性，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入選擇了在水情分中心采用GPRS無線Modem進(jìn)行接入的應(yīng)用方式，為用戶建立自己的無線VPN專用數(shù)據(jù)網(wǎng)，提供各種速率的高質(zhì)量、透明數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠谰没虬胗谰眯詫Ｓ猛ㄓ嶆溌?，在遠(yuǎn)地遙測(cè)端，水文數(shù)據(jù)的傳輸均通過GPRS無線DDN來實(shí)現(xiàn)。無線DDN利用GPRS移動(dòng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)組成的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，是非常適合點(diǎn)多分散野外環(huán)境條件差的系統(tǒng)，也適合使用環(huán)境。GPRS組網(wǎng)原理見圖1。

圖1

 用戶申請(qǐng)了GPRS專用VPN后，根據(jù)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商分配給數(shù)據(jù)中心Modem網(wǎng)內(nèi)固定IP地址，數(shù)據(jù)中心通過無線GPRS Modem與遙測(cè)站實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)對(duì)中心的數(shù)據(jù)通信，遠(yuǎn)地遙測(cè)站根據(jù)配置的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)內(nèi)IP地址與數(shù)據(jù)中心建立數(shù)據(jù)通道。這種接入方法的優(yōu)點(diǎn)是：
  (1)數(shù)據(jù)在自己的VPN專網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行通訊，外界的終端或節(jié)點(diǎn)不能進(jìn)入，數(shù)據(jù)安全性好。
  (2)數(shù)據(jù)在自己的VPN專網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行通訊，也保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。
  (3)接入成本僅為DDN專線接入的三分之一。費(fèi)用有所降低，靈活性有所提高，不需要土建施工。
  (4)使用帶寬在40—80K之間，通訊性能已能滿足水情報(bào)文數(shù)據(jù)傳輸要求。
  (5)中心接入點(diǎn)或遙測(cè)站均可綁定內(nèi)網(wǎng)固定IP，偶爾掉線可以再繼續(xù)自動(dòng)上線，不會(huì)丟失中心端的地址。
GPRS水情遙測(cè)組網(wǎng)原理
3.2 GPRS帶寬估算
    若水情分中心系統(tǒng)有50個(gè)遙測(cè)站點(diǎn)，每個(gè)站自報(bào)遙測(cè)數(shù)據(jù)包為20個(gè)字節(jié)，單站數(shù)據(jù)流則為200bit，50個(gè)站為10K bit，若要求在2s內(nèi)全部傳送完畢，其占用帶寬約為5 kbps，若要求在1s內(nèi)全部傳送完畢，其占用帶寬約為10 kbps，小于中心端實(shí)際傳輸帶寬。況且，水文數(shù)據(jù)的傳輸并不是每時(shí)每刻都進(jìn)行的，實(shí)際上水文遙測(cè)系統(tǒng)占用的帶寬更窄。
    遠(yuǎn)端遙測(cè)站屬區(qū)GPRS實(shí)際傳輸帶寬一般大于40k，由于水情遙測(cè)站點(diǎn)的分布特性，一個(gè)基站范圍內(nèi)站點(diǎn)數(shù)目非常有限，所以野外站點(diǎn)數(shù)據(jù)上傳是完全沒有問題的。
3.3 數(shù)據(jù)上傳
    各個(gè)水文遙測(cè)站采集系統(tǒng)所需要的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)打包后送到GPRS模塊，GPRS模塊根據(jù)實(shí)現(xiàn)定義的APN連接方式將打包好的數(shù)據(jù)增加部分冗余碼和校驗(yàn)碼并轉(zhuǎn)換成適合在無線鏈路上傳送的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包信號(hào)。移動(dòng)公司局端的專用APN收到信號(hào)后透明傳遞到水情分中心。
3.4 命令下傳
    同樣，由于是透明傳遞，水情分中心可以將命令、對(duì)遠(yuǎn)端遙測(cè)站的設(shè)置參數(shù)等透?jìng)鞯竭b測(cè)站點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程讀取和遙測(cè)站工作參數(shù)的遠(yuǎn)程設(shè)置。
 

三、GPRS應(yīng)用方法
    根據(jù)圖1的原理，我們?cè)谶b測(cè)站中配置GPRS無線 DTU，中心站使用GPRS無線Modem。在有GPRS信號(hào)覆蓋的地點(diǎn)組網(wǎng)建站，實(shí)際使用GPRS進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。
 1 .GPRS無線DTU模塊的選用
    GPRS終端采用符合工業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的GPRS無線DTU/GPRS模塊GF-2008w。
    DTU/GPRS通信模塊是一款專門為需要無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備開發(fā)的無線數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議轉(zhuǎn)換器。DTU/GPRS實(shí)現(xiàn)了無線GSM協(xié)議棧的轉(zhuǎn)換，與之相連的終端設(shè)備無需支持GMS協(xié)議處理能力，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)只需, 通過串口向DTU/GPRS發(fā)送串口格式數(shù)據(jù)，DTU/GPRS會(huì)自動(dòng)地加上GSM無線通信的協(xié)議，把串口數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換成GSM無線通信的協(xié)議數(shù)據(jù)包，把數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥康闹鳈C(jī)；同時(shí)對(duì)方主機(jī)通過無線GSM發(fā)送過來的數(shù)據(jù)通過DTU/GPRS協(xié)