1  引言

    隨著社會的發(fā)展，各種管網(wǎng)（熱、水、電、油、煤氣等）越來越多，管網(wǎng)測點數(shù)據(jù)的采集和及時傳輸是管網(wǎng)穩(wěn)定、可靠運行的保證，要求計算機管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)必須能夠在節(jié)省費用的前提下提供及時、準(zhǔn)確的信息。然而，在使用的過程中，傳統(tǒng)有線、無線的管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的不足之處逐漸凸現(xiàn)出來。采用電話線傳輸數(shù)據(jù)，不能保證實時性；采用無線電臺，解決誤碼率和波特率的矛盾（尤其是抗干擾）是一個令人頭疼的問題；采用專線電路，不可能對所有大面積分散的數(shù)據(jù)采集子站進行專線鋪設(shè)，而且需承擔(dān)高昂的運行費用。

    針對這些問題，河北久信電子科技有限公司開發(fā)出了JX2003(GPRS)管網(wǎng)數(shù)據(jù)遠程監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用先進成熟的GPRS DTU模塊為遠程數(shù)傳模塊，依托穩(wěn)定、可靠的中國移動GPRS網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)運行可靠，數(shù)據(jù)采集實時性強。該系統(tǒng)是原JX2000（有線）管網(wǎng)數(shù)據(jù)遠程監(jiān)測系統(tǒng)、JX2001（無線）管網(wǎng)數(shù)據(jù)遠程監(jiān)測系統(tǒng)的升級版本。它有效解決了其他通信方式存在的各種問題，在保證數(shù)據(jù)傳輸及時、準(zhǔn)確的前提下，將系統(tǒng)運行費用降低到了最低。同時，通信鏈路由專業(yè)的運營商來維護，避免了用戶在使用監(jiān)測系統(tǒng)的同時，還需要耗費很大精力去維護通信線路等問題。該系統(tǒng)節(jié)約了用戶的初期建設(shè)投資和運行維護費用。

2  系統(tǒng)簡介

    JX2003管網(wǎng)數(shù)據(jù)遠程監(jiān)測系統(tǒng)采用GPRS作為通信手段，利用GPRS移動數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)組成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，為用戶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秒娐罚瑸榭蛻艚⒆约旱膶Ｓ脭?shù)據(jù)網(wǎng)。具有以下特點：

    (1)  永遠在線：GPRS DTU一開機就能自動附著到GPRS網(wǎng)絡(luò)上，并與客戶的數(shù)據(jù)中心建立通信鏈路，隨時收發(fā)用戶數(shù)據(jù)設(shè)備的數(shù)據(jù)，具有很高的實時性；

    (2)  按流量計費：GPRS DTU一直在線，按照接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包的數(shù)量來收取費用，沒有數(shù)據(jù)流量的傳遞時不收費用；

    (3)  高速傳輸：GPRS網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度最快將達到160Kbps，速率的高低取決于移動運營商的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，根據(jù)中國移動的網(wǎng)絡(luò)情況，目前可提供20~40Kbps的穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸；

    (4)  組網(wǎng)簡單、迅速、靈活：GPRS無線DDN系統(tǒng)可以通過Internet網(wǎng)絡(luò)隨時隨地的構(gòu)建覆蓋全中國的虛擬移動數(shù)據(jù)通信專用網(wǎng)絡(luò)，為廣大中小用戶接入提供便利，節(jié)省接入投資；

    (5)  通信鏈路由專業(yè)運營商維護：由于采用中國移動的GPRS 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，因此鏈路維護也由中國移動負(fù)責(zé)，免除通信鏈路維護的后顧之憂；

    (6)  防雷擊：由于采用中國移動的GPRS 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，所以在不影響上網(wǎng)的前提下，GPRS DTU的發(fā)射功率非常小，天線非常短，而且無需高架，克服了有線傳輸和無線電臺傳輸容易引雷擊而損壞設(shè)備的缺點。

3  GPRS系統(tǒng)簡介

    GPRS 是通用分組無線業(yè)務(wù)(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(wù)，目的是為GSM用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS采用與GSM同樣的無線調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)、頻帶、突發(fā)結(jié)構(gòu)、跳頻規(guī)則以及TDMA幀結(jié)構(gòu)，這種新的分組數(shù)據(jù)信道與當(dāng)前的電路交換的話音業(yè)務(wù)信道極其相似。因此，現(xiàn)有的基站子系統(tǒng)(BSS)從一開始就可提供全面的GPRS覆蓋。GPRS允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源。從而提供了一種高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。GPRS 理論帶寬可達171.2Kb/s，實際應(yīng)用帶寬大約在10Kbps~70Kbps，在此信道上提供TCP/IP 連接，可以用于Internet連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?yīng)用。
  
    GPRS是一種新的移動數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，在移動用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間提供一種連接，給移動用戶提供高速無線IP。GPRS采用分組交換技術(shù)，每個用戶可同時占用多個無線信道，同一無線信道又可以由多個用戶共享，資源被有效的利用，數(shù)據(jù)傳輸速率高達160Kbps。使用GPRS技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)分組發(fā)送和接收，用戶永遠在線且按流量計費，迅速降低了服務(wù)成本。GPRS移動數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)有很大的應(yīng)用范圍，幾乎所有中低速率的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)都可以應(yīng)用，如城市配電網(wǎng)絡(luò)自動化、自來水、商業(yè)POS機、Internet接入、個人信息、股票信息、金融、交通、公安等，尤為適合管網(wǎng)遠程監(jiān)測系統(tǒng)。

4  系統(tǒng)構(gòu)成

(1)  現(xiàn)場采集子站構(gòu)成
 
    現(xiàn)場采集子站由二次儀表通過RS-232通訊口與GPRS DTU傳輸模塊連接，每一個GPRS DTU傳輸模塊裝入一個中國移動的數(shù)據(jù)SIM卡即可。

(2)  主控室構(gòu)成

    主控室構(gòu)成分為兩種方案：

    方案一：系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖1。計算機直接與GPRS MODEM相連，申請固定IP地址，數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)卡接入。這種方式適合采集點較少（200個左右），每次數(shù)據(jù)傳輸量100 字節(jié)左右，每個子站數(shù)據(jù)采集間隔不小于1分鐘；若系統(tǒng)實時性要求稍低，每個子站數(shù)據(jù)采集間隔可大于1分鐘，采集子站的數(shù)目可以較多。

    方案二：系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖2。計算機與中國移動提供的數(shù)據(jù)專線相連，數(shù)據(jù)發(fā)送到中國移動的服務(wù)器后由專線傳送到主控室計算機。這種方式適合采集點很多（大于200），或采集點雖然較少，但實時性要求很高的情況。
子站上電后自動向主控室申請入網(wǎng)，主控室計算機接到請求后將子站列入網(wǎng)上設(shè)備表，開始進行數(shù)據(jù)通信。

5  GPRS DTU傳輸模塊

5.1  基本特點：

  ◆  使用方便、靈活、可靠；
  ◆  支持雙頻GSM/GPRS；
  ◆  符合ETSI GSM Phase 2+標(biāo)準(zhǔn)；
  ◆  數(shù)據(jù)終端永遠在線；
  ◆  實時時鐘；
  ◆  支持A5/1&A5/5加密算法。
5.2  增強功能

  ◆  透明數(shù)據(jù)傳輸與協(xié)議轉(zhuǎn)換；
  ◆  支持虛擬數(shù)據(jù)專用網(wǎng)；
  ◆  短消息數(shù)據(jù)備用通道（選項）；
  ◆  STK卡特殊功能配置；
  ◆  支持TTL/RS-232/485或以太網(wǎng)接口；
  ◆  支持音頻接口，方便維護操作；
  ◆  系統(tǒng)配置和維護接口；
  ◆  通過Xmodem協(xié)議進行軟件升級；
  ◆  支持空中軟件升級和遠程維護（選項）；
  ◆  自診斷與告警輸出；
  ◆  抗干擾設(shè)計，適合電磁環(huán)境惡劣的應(yīng)用需求；
  ◆  防潮設(shè)計，適合室外應(yīng)用。

5.3  傳輸效率

(1)  用戶數(shù)據(jù)傳輸效率（用戶數(shù)據(jù)占網(wǎng)絡(luò)層總數(shù)據(jù)的比例）

    DTU 支持不同組網(wǎng)方式，不同的數(shù)據(jù)包長度，這時有不同的傳輸效率。下面假設(shè)在DTU當(dāng)前最長所能支持的最大用戶數(shù)據(jù)包長的情況下，即1 024字節(jié)包長。

  ◆  支持DTU主動發(fā)起到數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)傳輸：最大傳輸效率(w) = 97.3%；
  ◆  支持雙向主動互傳：最大傳輸效率(w) = 95.9%。

(2)  傳輸時延（從發(fā)送到接收數(shù)據(jù)之間的時間）

    不同的數(shù)據(jù)包長度，傳輸?shù)臅r延不同。根據(jù)目前移動的網(wǎng)絡(luò)狀況，一般一個包長為100到200字節(jié)之間的數(shù)據(jù)包可以在1秒內(nèi)互傳完畢。大于200字節(jié)的數(shù)據(jù)包平均在1秒到3秒之間可以互傳完畢。

(3)  穩(wěn)定性

  ◆  有效率：發(fā)送成功數(shù)據(jù)占總發(fā)送數(shù)據(jù)比例。根據(jù)筆者的使用結(jié)果來看，在網(wǎng)絡(luò)正常的情況下，一般數(shù)據(jù)包均無漏碼錯碼；
  ◆  穩(wěn)定性綜合參數(shù)：有效率x 傳輸效率。網(wǎng)絡(luò)有效帶寬和最大傳輸單元(MTU)之間存在著極其重要的關(guān)系，一般MTU增大到200字節(jié)以上不會明顯增加帶寬，但會增大平均延遲，測試結(jié)果表明MTU的最優(yōu)大小是200字節(jié)左右；
  ◆  斷線自動連接，自動檢測網(wǎng)絡(luò)連接狀況，設(shè)備自診斷、自恢復(fù)。

5.4  配置方便性

  ◆  菜單式配置（超級終端，無需專用軟件）；
  ◆  維護軟件配置。

5.5  結(jié)構(gòu)

  ◆  內(nèi)部連接可靠性：GPRS模塊與PCB、SIM卡之間均為固定連接；
  ◆  產(chǎn)品尺寸：110mm×56mm×15mm；
  ◆  安裝方便：外殼螺絲固定；
  ◆  防震：接插件少，具良好抗震性能。

5.6  環(huán)境參數(shù)
  ◆  溫度：-20℃~55℃；
  ◆  相對濕度：95%（無凝結(jié)）。

6  JX2003監(jiān)測軟件

    JX2003主控室監(jiān)測軟件采用通用編程工具開發(fā)，具有靈活性好、針對性強的特點，可以對采集來的現(xiàn)場數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)進行分析、處理、保存、入庫，制作輸出報表、繪出各種曲線，從而實現(xiàn)整個系統(tǒng)的遠程抄表、實時監(jiān)測及自動化管理功能；界面友好、操作簡單方便，真正實現(xiàn)了高效率和辦公自動化；可同時兼容多個二次儀表廠家的通信協(xié)議，也可根據(jù)用戶的要求增加用戶自己的通信協(xié)議。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫使網(wǎng)絡(luò)化管理變得簡單易行。

  ◆  直觀的用戶地圖

    用戶管理界面采用數(shù)字地圖，界面可放大縮小，在此界面上可觀察到各個用戶的運行情況，通過點擊用戶即可進入該用戶實時曲線界面。

  ◆  強大的報表功能

    系統(tǒng)可以針對某一用戶、某一站點或者整個系統(tǒng)自動做出日報表、月報表、年度報表等匯總報表。日報表統(tǒng)計一天24小時整點的運行參數(shù)和累計流量以及用汽量，累計停電時間等情況；月報表統(tǒng)計當(dāng)月每天的運行數(shù)據(jù)，列出每天的用汽情況和停電時間等情況；年度報表統(tǒng)計一年12個月每月的用汽情況和停電情況。報表可按照用戶要求定制，直接進行預(yù)覽、打印。

  ◆  實用的圖表曲線功能

    系統(tǒng)可以針對某一站點、某一用戶或者整個系統(tǒng)自動做出日用汽量直方圖、趨勢曲線，月用汽量直方圖、趨勢曲線，年用汽量直方圖、趨勢曲線。直觀的反映出各個用戶的用汽情況。曲線可任意放大、縮小和拖動。

  ◆  故障處理和報警功能

    主控室對于出現(xiàn)的通信故障和數(shù)據(jù)超限產(chǎn)生報警，并將產(chǎn)生報警的時間和原因記錄入數(shù)據(jù)庫，報警方式為窗口提示、聲音報警等。

  ◆  強大的數(shù)據(jù)庫查詢功能

    操作員可通過設(shè)置不同的查詢條件（包括時間、用戶、數(shù)據(jù)范圍等）從數(shù)據(jù)庫中獲得各種歷史數(shù)據(jù)，顯示這一時刻的瞬時流量、累計流量等參數(shù)。也可查詢報警記錄，獲得產(chǎn)生報警的時間和原因。數(shù)據(jù)庫可方便的進行維護，數(shù)據(jù)庫采用SQL SERVER網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，可對各種數(shù)據(jù)進行分析，并可在權(quán)限范圍內(nèi)實現(xiàn)局域網(wǎng)或遠程數(shù)據(jù)共享。

  ◆  完整的設(shè)備數(shù)據(jù)庫

    軟件中可錄入每個站點現(xiàn)場所用設(shè)備、管徑等，以及現(xiàn)場聯(lián)系人的名字和電話，使用起來更方便。

  ◆  右鍵添加用戶功能

    添加用戶時，只需在界面圖需要放置的地方單擊右鍵，選擇添加用戶，即可將用戶放置到所在位置，若位置不準(zhǔn)確，可單擊右鍵，選擇移動用戶，然后點擊需要移動的用戶，將其移動到合適的位置。

  ◆  兼容不同通信協(xié)議

    在監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中可有不同廠家的儀表，通過設(shè)備選擇可設(shè)定儀表所用的通信協(xié)議，數(shù)據(jù)接受時自動辨別。并可根據(jù)用戶要求增加通信協(xié)議。

  ◆  實時在線功能

    系統(tǒng)對所有監(jiān)測子站能夠進行群收群發(fā)；根據(jù)系統(tǒng)要求，對各采集子站設(shè)定不同的采集間隔（可以任意設(shè)置）。

  ◆  系統(tǒng)安全設(shè)置

    系統(tǒng)設(shè)置多級權(quán)限，不同權(quán)限的功能有所不同。系統(tǒng)管理員可以使用所有的功能，而對于一般用戶來說，數(shù)據(jù)庫維護，系統(tǒng)維護等一些涉及系統(tǒng)內(nèi)部安全的設(shè)置功能被限制使用。