GPRS网络交通管理

GPRS网络交通管理（精选9篇）

GPRS网络交通管理 篇1

0前言

随着科技发展的日新月异, 手机已不可或缺, 移动增值服务受到更多人追捧。特别是以GPRS业务为主导的手机上网业务成为了时下最热门的业务, 使用者可以随时随地通过手机连接无线网络, 实现网络浏览, 文件传输等业务。

运营商不仅仅向消费者提供GPRS业务, 提供服务的同时也在尝试如何提高GPRS业务的服务质量, 从而使用户得到更优质, 更可靠的服务。本系统旨在设计一个“GPRS网络切换数据管理系统”, 提高用户在跨SGSN区域服务器时的成功率和修改错误的出现。

1 GPRS网络切换数据过程

GPRS网络切换数据过程指在用户在跨越区域的时候实现数据无缝连接。从而达到GPRS始终在线的目的。SGSN和DNS是GPRS网络切换数据过程的核心内容。

SGSN是英文SERVICING GPRS SUPPORT NODE的缩写。SGSN作为GPRS/TD-SCDMA (WCDMA) 核心网分组域设备重要组成部分, 主要完成分组数据包的路由转发、移动性管理、会话管理、逻辑链路管理、鉴权和加密、话单产生和输出等功能。

SGSN与GGSN配合, 共同承担TD-SCDMA (WCDMA) 的PS功能。SGSN作为TD-SCDMA (WCDMA) 核心网的PS域功能节点, 它通过Iu_PS接口与UTRAN相连, 主要提供PS域的路由转发、移动性管理、会话管理、鉴权和加密等功能。SGSN和GGSN合称为GSN (GPRS Support Node) 。

DNS起到的作用是存储MS的对应信息和其先前所属的SGSN的GN-GTP-C地址和其LAC号。当MS跨区域时, 不同的SGSN之间能通过查询DNS来达到为MS提供数据接力的功能, 从而保证MS跨区域时GPRS数据不丢失。

2 总体系统设计

2.1 系统分析

图1是一个GPRS数据切换过程和管理的示意图。大致过程可以用实例说明:某移动用户从常州去无锡, 在途中一直在使用GPRS业务, 当其信号接入点从SGSN1跳跃到了SGSN2, 原来由SGSN1传送的数据现在应该有SGSN2来负责数据接力发送, 但SGSN2不知道该用户来自何地, 无法活得原始手机请求的数据。此时手机自己会向无锡移动SGSN2发送LAC号, SGSN2得到LAC号后会向DNS数据库发送请求, 来获取此用户的LAC编号和GN-GTP-C地址的对应关系, 如果数据正确, 从而得知该用户来自SGSN1, 然后SGSN2通过GN-GTP-C地址访问SGSN1来获取此移动用户的原始信息, SGSN2更新此用户的信息, 并且把该用户新的SGSN和对应的LAC号更新到DNS数据库当中, 以供下一次切换使用。

以上叙述使一次成功的数据切换活动, 但是由于网络的不稳定因素, 有一定的几率导致DNS上面存储的数据有错误, 从而导致数据切换失败。本系统的设计便是用于修正DNS上的错误, 通过下载DNS数据和对应的SGSN数据进行对比, 如果不同, 则通知管理员来手动修改数据。

系统分为五个模块:GPRS网元数据管理模块、DNS数据处理模块、SGSN数据处理模块、数据比对与黑白名单模块。

2.1 GPRS网元参数管理模块

此模块需要支持EXCEL格式的资源配置文件的导入, 对SGSN、DNS两种网元的信息进行存储, 同时能够提供相应的接口供其他模块查询与调用。其中这部分最关键的核心就是数据库, 该数据库用于保存网元参数, 并且存储对应的从DNS和SGSN服务器上下载下来的数据和比对结果。本次设计的数据库采用的是Microsoft SQL Server Compact 3.5数据库, 它是一个本地数据库, 利于数据的本地运行和程序内部不同模块之间的数据调用。

本模块需要支持EXCEL文件格式的读取和写入, 并且能够对数据进行缓存, 再存入相应的数据库当中。由于EXCEL文件当中保存的是对应的DNS和SGSN的网元配置信息, 要求信息格式规范, 以便能够读取到数据库的相应表内。DNS网元配置信息的功能是能够提供给“DNS数据处理模块”, 其中保存的是要下载对应数据所在DNS的FTP服务器的IP地址, 用户名和密码, 以及相应的服务器路径。从而让DNS模块能够顺利下载到需要处理的数据。同样, SGSN网元配置信息提供给“SGSN数据处理模块”, 能够让其在对应的SGSN服务器上下载到相应的数据。

2.2 DNS数据处理模块

本模块主要负责与DNS服务器进行连接并且下载数据, 然后对数据进行二进制文件分析, 提取出有效数据并存储, 用来与SGSN模块所下载的数据进行比对。首先, 对于数据的下载, 本模块需要完成FTP功能, 将DNS上指定路径下的特定rac_local文件下载到本地。接着, 我们要对下载好的文件rac_local进行二进制读取和分析。我们通过设定筛选条件提取有用信息, 该条件为:“有效行必须包含有关键字rac, lacd。且rac的取值必须是0或者是1。”最后, 模块提供接口, 以便其他模块可以调用数据库存储的数据。

为了使程序更加完善, 在此模块中设定了一个定时功能, 此功能可以让FTP下载功能按需要周期性的执行。

2.3 SGSN数据处理模块

该模块完成的主要目标是向SGSN推送命令。由于SGSN服务器使用的是LINUX服务器, 我们使用SSH协议进行向SGSN发送命令, 并且接受SGSN反馈回的数据。对SGSN服务器发送回的数据筛选后存入对应的SGSN_m数据库当中。同时还要完成定时功能, 可以让本模块的功能按需要周期性的执行。

2.4 数据比对与黑白名单模块

本模块完成对DNS与SGSN服务器上下载下来并且已经分析好的数据进行比对。从SGSN得到的数据是GN-GTP-C地址的SGSN包含的LAC编号。由于供比对的数据已经处理好, 并且保存在了本地的数据库当中。所以比对程序将两个数据库中的内容, 若有不一样的地方要及时通知维护人员。如果需要忽略这种错误, 就把要忽略的LAC编号保存入白名单中。

3 GPRS网元数据管理模块的设计与实现

3.1 数据库表的创建设计

数据库操作是由结构化查询语言 (SQL, Structured Query Language) 实现的。首先建立本地数据库, 在“服务器资源管理器”, 找到对应的数据库并创建表格。在这里可以创建表中的列, 设置各个列的“名称”, “数据类型”等参数。通过以上过程, 根据该设计需求, 一共创建了5张表, 分别为:DNS_m、SGSN_m、LAC_m、LAC_new、LAC_R。

DNS_m表存储DNS网元信息;SGSN_m表存储SGSN网元信息;LAC_m表存储分析后的DNS数据, 包括:RAC号、LAC号、GN-GTP-C地址;LAC_new表用于存储与SGSN下载数据对比之后的结果, 包括:RAC号、LAC号、对比结果、GN-GTP-C地址。LAC_R表:用于存储白名单, 在白名单列表中的LAC、RAC号, 即使比对结果不同, 也不会告警, 包括:RAC号、LAC号。

3.2 GPRS网元数据管理模块的设计

3.2.1 模块分析

本模块要完成一下三个功能:本模块需要完成以下3个功能:导入EXCEL格式的源配置文件;存储SGSN和DNS两种网元数据;提供相应的接口供其他模块查询调用。

首先程序需要导入两个EXCEL表格, 此处导入的EXCEL表格存储的是SGSN和DNS两种不同的网元信息。此处存储的DNS和SGSN信息, 在读出之后, 设计的是存入本地数据库, 易于保存, 供其他模块查询调用。DNS网元信息将提供给后续的“DNS数据处理模块”用于在对应的DNS服务器的响应路径上下载RAC、LAC信息。而SGSN网元信息将提供给“SGSN数据处理模块”用于下载实时的数据信息, 以用于对比。

3.2.2 模块流程分析

该模块主要实现对DNS和SGSN网元参数的导入, 并提供借口供其它模块调用数据。程序开始进行环境初始化, 加入引用using System.Data.Ole Db;using System.Data.Odbc;用于支持EXCEL文件格式的读写, 再加入引用using System.Data.Sql Server Ce。然后, 通过open File Dialog1控件, 来进行EXCEL的文件选择, 程序再自动调用Get Sheet Name来获得EXCEL表格的表名, 调用Getexcelds读取文件, 并将其保存到中间缓存变量Data Set当中。并将其内容显示在Data Gird View控件中。再选择相应的数据库, 通过连接语句, 连接到数据库, 通过For循环和SQL语句, 来进行逐行数据读取和比对工作, 如果数据符合数据库要求规范, 并且主键不重复, 则写入数据库当中。如果不满足以上要求, 则出现错误提示。在将正确数据存入数据库当中后, 则通过对应的连接变量和SQL语句, 可以提供给其他模块调用。

3.2.3 模块的实现及部分源程序

由于该模块需要导入EXCEL表格当中的网元信息, 并且导入之后将其导入到数据库当中供其他模块调用, 故在程序编写的时候需要在前面加入新的对EXCEL读取和数据库操作的引用信息。

为了详细介绍该模块, 现在将该模块单独抽离出来, 做成界面的形式进行展示和详解。该模块移动有五个功能按钮。分别为:读取EXCEL, DNS保存到数据库, SGSN保存到数据库, 读取DNS数据库数据, 读取SGSN数据库数据。

为了方便, 通过查询对应的资料知道, 一共有三种方法读取EXCEL表内的信息之后再将其保存到数据库中。我们选择了其中比较简易迅速的一种方法, 就是设置中间变量, 在将EXCEL按照其行列顺序循环读取后, 将其信息导入到一个名为Data Set的中间变量当中, 再由Data Set按顺序循环读出导入到数据库中。

导入到Data Set的核心程序代码如下:

在成功读取EXCEL, 并将其信息保存到了中间缓存变量Data Set中之后, 下面便是存入数据库中。当导入到数据库当中之后, 为了方便管理员差错和修改, 在模块中设置了两个查询按钮, 几显示数据和循环读取数据, 方法是通过循环读取数据库当中的数据, 并且缓存到中间变量Data Set当中, 再通过可视化控件Data Grid View来显示出来, 核心代码如下:

4 结语

本研究搭建的GPRS网络切换数据管理系统, 实现通过在DNS和SGSN上下载实时数据来进行对比, 得知DNS上的错误信息, 并显示告警, 提供给管理员手动修改。GPRS网络切换数据管理系统优化了GPRS网络, 有效地提高了GPRS网络切换成功率。

摘要：GPRS业务是手机业务中最重要的一部分, 现因该业务的业务量的不断扩大, 致使在跨区域切换数据时错误增多, 维护人员的维护工作量日益增大。为了减轻维护人员负担, 设计GPRS网络切换数据管理系统, 提高GPRS网络切换成功率。系统实现了通过在DNS和SGSN上下载实时数据, 来进行对比, 得知DNS上的错误信息, 并显示告警, 提供给管理员手动修改。系统设计分为五部分:GPRS网元参数管理模块, DNS数据处理模块, SGSN数据处理模块, 数据比对模块和黑白名单功能。

关键词：GPRS,DNS,SGSN,C#,数据库

参考文献

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GPRS网络交通管理 篇2

中国移动GPRS网络以其独有的特点受到广大用户的关注，越来越多的GSM用户开始尝试使用无线数据业务。但是由于GPRS技术在数据传输速率方面的劣势，需要每一位负责GPRS维护、优化工程师辛勤工作，将GPRS网络维护好，尽可能满足用户的需求，积极为我国的3G做准备，培养宽带无线数据业务市场。本文主要介绍GPRS无线网络日常维护与优化的工作内容，并通过DT/CQT测试进一步优化GPRS网络。

一、中国移动GPRS网络独有的特点分析

中国移动GPRS网络以原有GSM网络为承载网，在有GSM信号的地方就可以使用移动数据业务，如WAP、彩信、百宝箱、登陆Internet等等。GPRS网络以其独有的特点逐渐收到广大用户的关注，主要可以体现在以下几点。

u GPRS网络覆盖良好，在高层建筑物内、地下室、电梯内、偏远乡村等都实现覆盖，可以真正实现无处不在、实时上网。

u 全球范围内GSM用户占比例最大，庞大的用户群促使GPRS用户可以得到非常好的沟通，类比短信业务，彩信业务也渐渐被用户接收，其强大的图像、声音功能深受用户的喜爱，同时在广大的用户群中可以方便地互相发送、收取。

u 随时随地登陆Internet收取邮件，由于GPRS自身技术限制，在接收较大容量的或非常多的垃圾邮件时，会等待较长时间。

u 中国移动GPRS网络与世界上50多个国家地区、80多个运营商实现漫游，方便国外GSM用户到中国后继续使用便捷的Blackberry业务；同样也可以保障中国移动的用户出国后能继续使用原有的通信设备登陆Internet，而不是必须更换通信终端。

GPRS无线网络初期的用户量小、业务少、网络规模小等特点，已经转换为用户群庞大、业务种类繁多、网络规模超大等特征。GPRS无线网络的维护、优化任务的重要性日益突显。本文主要介绍日常GPRS无线网络维护、优化的主要工作内容，同时结合GPRS无线网络测试（DT、CQT）中发现的问题进行优化分析，即时调整网络参数，提升GPRS无线网络的性能指标。

二、GPRS无线网络日常维护的主要工作内容

1.GPRS无线网络告警检查

GPRS无线网络告警检查主要包括PCU告警和基站GPRS告警两部分。PCU可能会存在硬件告警、与SGSN的虚拟连接告警、与基站的Gb链路告警、PCU容量告警等等，不同厂家的设备会有相应的告警类型定义，在日常维护要密切关注PCU的告警，因为PCU可能会导致下挂的所有基站都不能正常使用GPRS业务，这会给用户造成非常严重的影响。基站GPRS告警存在是因为硬件设备故障导致配置在该载频上的GPRS信道不能正常接入用户请求，GPRS业务申请大量拒绝的告警、与SGSN的与你连接告警等等。在日常维护中要关注出现硬件故障告警的载频上是否配置了GPRS信道，如果有的话，需要及时调整使用其他载频或更换硬件设备。

2.基站GPRS功能开启检查

每个基站都应开启GPRS功能，这样才能保证在有GSM信号的地方都可以使用GPRS业务，不论是偏远的郊县、山区，还是在市中心热点地区。在新建基站入网、基站扩容重新制作基站数据、BSC级割接升级、LAC区所辖基站调整时，都应检查新制作的基站数据是否打开了GPRS功能，如果没有认真检查，基站可能会运行正常，但是该基站覆盖范围内的用户将不能使用GPRS业务，给用户带来不方便，同时也增加了用户申诉。所以在上述的基站割接、调整时，一定要检查基站数据中的GPRS部分是否正常，基站GPRS功能是否打开。

3.合理配置小区GPRS信道

GPRS信道一般配置在小区的BCCH载频上，但是由于GPRS用户的增多，用户对GPRS的速率需求也相应增大，这需要在载频上配置3～5个GPRS信道，有的热点小区，甚至需要配置更多的GPRS信道，把GPRS信道都配置BCCH载频上显然是不合理的。配置了GPRS信道的载频称为GTRX，每个小区至少有一块GTRX，一般设置两块。小区的GTRX数不宜设置过大，因为PCU容量受GTRX数目限制，PCU最大容量可支持64个小区、128块TRX、256个GPRS时隙。CDED为GPRS静态信道数、CDEF为GPRS动态信道数，在现网中要根据实际情况来设定。在语音信道非常拥塞的小区，基于语音优先的原则，GPRS动态信道会转换为GSM语音信道，如果该小区数据量需求也很大的话，应考虑适当增加CDED，并且考虑小区扩容来缓解GSM与GPRS业务的拥塞情况。

4.检查PCU容量负荷、Gb接口负荷

PCU最大容量可支持64个小区、128块TRX、256个GPRS时隙（包括GPRS静态时隙与动态时隙）。定期检查PCU的容量负荷非常重要，对于终端用户的实际感受和GPRS无线网络性能指标影响很大，如果PCU下挂的小区GPRS信道数普遍配置较大，可能会带来较严重的负面作用。第一会增加PCU的处理负荷，在GPRS忙时PCU的处理负荷过高可能会导致PCU瘫痪，使整个PCU下挂的基站覆盖范围内所有的用户都不能使用GPRS业务；第二GPRS信道配置过多，会影响语音信道的占用。应该定期采集PCU的配置情况，对于接近满负荷的PCU应及时调整。

Gb接口是SGSN和BSS间的接口，通过该接口SGSN完成同BSS、MS之间的通信以及完成分组数据传送、移动性管理、会话管理方面的功能。对Gb的负荷、状态及配置的检查分析也非常重要，合理的Gb负荷，容量配置以及正常的工作状态是保证稳定的GPRS网络性能的一个前提。当GB负荷很高时，将会影响到终端用户的下载速率。CS3、CS4编码方式的引入也需要Gb接口做相应的传输调整。

5.每个小区的RAI（RoutingAreaIdentity）检查

类似GSM的位置区LAC，GPRS为每个小区定义了路由区RAC，每一个小区都定义了一个RAI，每个小区都会设置一个RAI值，目前小区的RAI值可以由LAI＋RAI值来共同定义，也可以按照本地组网的规划来定义。需要注意的是，不管用何种方法定义，在无线侧的定义必须与SGSN侧的定义相一致，否则在用户位置发生变动时，会不能正常使用GPRS业务。例如在某地区，河东地区采用NOKIA设备、河西地区采用MOTO设备，在定义小区的RAI时，两个厂家有不同的定义规范，NOKIA设备的小区RAI都设置为1，也就是说GPRS的RA路由区与LAC位置区相等；MOTO设备的小区RAI按照BSC的不同定义了不同值，如BSC编号为41,则BSC下的所有小区的RAI都定义为41，这样GPRS的RA路由区与BSC覆盖的区域保持一致。不管怎样规划，在无线侧与SGSN侧必须保持一致，这同样需要定期检查。

三、GPRS无线网络优化工作主要流程

1.OMC关于GPRS无线网的性能指标统计

定期从OMC网管系统收集全网的GPRSKPI性能，并加以归类汇总来对GPRS无线网络的运行状况进行评估，对于性能较差的小区及时调整，保障用户可以正常使用GPRS业务。GPRS无线侧需要关注的指标有：GPRS信道分配成功率、GPRS信道拥塞率、GPRS上下行流量、GPRS动态时隙转换次数、TBF建立成功率、上下行数据重传率、BLER误块率、小区重选成功率、RAU成功率等。上述指标主要体现在以下情况中。

u GPRS信道分配成功率指用户的Attach申请成功占用GPRS信道的比例，在载频存在硬件故障或者该小区使用GPRS业务的用户申请非常多，而GPRS时隙配置较少时会出现GPRS信道分配成功率较低的情况，要根据实际情况及时调整。

u GPRS信道拥塞率是指占用GPRS信道时间/整个时段的比值，该指标建议作为参考项，因为每个GPRS信道可以接入几个用户、或者一个用户可以同时共享几个GPRS信道，所以该指标不能真实反映小区GPRS的拥塞情况。

u GPRS动态时隙转换次数是指由于语音优先原则，在语音信道占用达到一定比例后，GPRS动态时隙转换成语音信道。如果某小区的GPRS动态时隙转换次数较大，说明该小区的语音信道拥塞严重，如果GPRS拥塞率也非常高，且上下行流量较大，就该考虑用扩容或小区分裂的方法增加话音与GPRS信道数。

u 上下行数据重传率、BLER误块率都是针对小区无线环境质量的指标，无线环境良好则BLER误块率较低，数据重传率也较低，反之较高。无线环境中的上行干扰、小区覆盖范围也会相应的影响到上述指标。

2.根据GPRS无线网性能指标，优化调整小区的GPRS信道数

由于GPRS本身技术的局限性，GPRS信道所能传输的速率并不高，如果用户使用GPRS方式登陆Internet可能会感觉到较慢，而且这只是假设一个小区下只有一个用户使用GPRS业务，如果有多个用户同时使用GPRS业务，多个用户会共享所在小区的GPRS信道，这样他们所享用的数据传输速率都会偏低。从终端用户的感受来说，对于实时要求不高的无线数据业务，比如彩信，用户不会感到收发比较困难；但是对实时性要求较高的业务，比如登陆Internet、收取Email等，用户通过GPRS方式会觉得较慢，通常比宽带、ADSL等方式会慢很多，甚至有些容量比较大的邮件可能一直接收不成功。

GPRS技术比较适合对覆盖率要求很高、包容量小、实时性要求不高的无线数据业务，即使都满足上述条件，由于GPRS用户的快速增长，在市中心热点地区或者某些集中需求GPRS方式上网的场所，仍然需要合理的配置小区的GPRS信道，在保证语音优先的原则下，尽可能提供较多的GPRS信道，给使用无线数据业务的用户提供较大的数据带宽，保证无线数据业务的正常使用。如何合理的配置小区GPRS信道数，主要有以下几点。

u 根据OMC性能统计配置小区的GPRS信道数。主要根据GPRS信道拥塞率、GPRS上下行流量、GPRS动态时隙转换次数等指标来判断，GPRS信道拥塞率可以大致判断该小区覆盖范围内GPRS用户的多少以及对GPRS信道的需求程度，但是不排除某类手机的GPRS功能设置错误而导致手机不停向网络发出申请，而一直被网络拒绝接入的情况。GPRS上下行流量可以大致判断小区内GPRS用户的数据需求量。GPRS动态时隙转换次数可以判断该小区的语音是否也存在拥塞情况，如果语音也拥塞，应该考虑适当增加GPRS静态时隙来避免由于GPRS动态时隙向话音信道转换时可能发生的掉线情况，当然从长远角度来说，应考虑用扩容或小区分裂等手段解决。

u 根据用户申诉、VIP用户的数据业务需求来配置小区的GPRS信道。在无线网络维护、优化过程中，难免接到来自用户的申诉，对用户的申诉，需要到实地进行测试，结合OMC性能统计综合考虑，在基于语音优先的原则下，尽量多配置GPRS信道。如果该小区的语音不是很拥塞，可以适当增加GPRS动态时隙，这样在语音不忙的情况下，GPRS用户可以占用较多GPRS信道，享受较高的数据带宽。对于VIP用户的数据需求，应该尽量去满足，但也应考虑到GPRS技术以及GPRS终端的特点，GPRS终端使用GPRS信道有限制，不可能达到很大。目前市场上比较普遍的GPRS终端可支持3＋1模式，高端的终端可支持4＋2模式。

u 根据市场部门的调查，发现某地区或某单位有集中性、突发性的无线数据需求，并经过实地测试后配置小区的GPRS信道。由于GPRS业务已实现全网覆盖，非常适合出租车运营公司等用户使用，同样，也适合大型酒店、商场使用无线POS机业务，这时需要综合考虑用户对无线数据业务的需求量、网络的承载能力、语音拥塞情况来合理配置GPRS信道。3.GPRSSleepingCell检查

GPRS Sleeping Cell是NOKIA设备中对小区内语音信道可以正常使用，但GPRS信道已完全不工作，而且没有相应基站告警的一种现象的定义。可以通过OMC性能统计、DT测试等方法发现该问题。

在OMCKPI指标统计中，GPRSSleepingCell的定义是很多的PACKET IMMED ASS REJ MSG 和很少的PACKETIMMEDASSACK MSG.现象，如表1所示。

CI：9945就是一个SleepingCell，但是CI2621 也存在问题，可以看出拒绝消息PACKET IMMED ASS REJ MSG 占绝大多数，GPRS几乎不可接入。导致该问题的原因有PCU的容量受限或处理能力受限、小区的GPRS信道严重拥塞、小区的GPRS信道配置不足等。该问题可以用几个步骤解决：确保这个cell的有GTRX ；重启小区的GENA 功能；重启小区GTRX，若无效，重新制作GTRX数据；调整NSEI的值，避免PCU容量达到最高值，尽量平衡各PCU负荷，必要时进行扩容。

4.合理调整PCU的容量

定期检查并调整PCU的容量非常重要，由于PCU的容量受限或者处理能力受限而导致整个PCU下的所有基站都不能正常接入GPRS用户，这也会给用户造成非常严重的影响。PCU最大容量可支持64个小区、128块TRX、256个GPRS时隙（包括GPRS静态时隙与动态时隙），从实际GPRS优化的经验中得出，调整PCU的容量应从两个部分来考虑。

u 从PCU的容量考虑，PCU最大可支持64个小区、128块TRX、256个GPRS时隙，最终PCU的容量与处理能力是取决于实际使用的GPRS时隙数目的，建议规划PCU下挂的基站，整体的GPRS时隙不要超过PCU容量的70％。当然，PCU对小区数、TRX数也有相应的限制，一般来说，每个小区都设置两个TRX，在无线数据需求较大的点，可以适当增加GTRX，但是一定注意总体的GPRS时隙不能达到PCU的容量上限，尽量不要超过70％。

u 从基站的地域分布考虑，在前期规划时，应该将PCU下挂的基站按照区域来划分，郊县偏远基站的GPRS时隙配置较少，可以使PCU多挂一些基站；市中心热点地区的GPRS时隙配置较多，可以使PCU少挂一些基站，在总体上避免PCU容量与处理能力受限。在实施新建基站工程、扩容工程时也应相应的考虑PCU的容量问题。PCU的调整记录如表2所示。

在表2中，TYBSC1-1的NSEI，210的容量偏小，导致同一BSC的其他两个NSEI的容量偏大，按照基站地域分布，调整到3个PCU的容量都比较适中。

四、通过GPRSDT/CQT测试，进一步优化GPRS无线网络

1.GPRSDT/CQT测试中频繁小区重选问题

GPRSDT测试中，由于测试车辆不停移动，FTP下载测试中难免发生小区重选现象，GPRS在READY模式下数据传输过程中发生小区重选时，将停止数据传输，之后要进行数据重传，如果是BSC内部的小区重选，数据需从BSC传给新的BVCI；如果是BSC间的小区重选，数据需从老BSC中的BVCI中清除，由SGSN重新传给新BSC的BVCI，造成较大的停顿。触发路由区域更新(RA)的小区重选会造成时间更长的数据传输停顿，同样出现数据重传和吞吐率下降的现象。频繁小区重选造成更严重的数据重传甚至不可恢复的中断，导致GPRS掉线。因此，对GPRSDT测试来说，希望尽量减少重选次数。现网中大多没有运用PBCCH/PCCCH，GPRS终端在Ready和Standby状态将采用与GSM一样的方法重选小区。在传送数据的间隙测量邻区信号，计算C1、C2，在跨LAC区边界时，还涉及HYS参数（小区重选迟滞）。一般来说，GPRSDT测试占用的小区都是室外宏基站，不建议打开C2值，对于重选频繁的点还需要从小区天线调整等手段来解决，实现主控覆盖是关键。不能使室内覆盖的信号泄漏到路面上，要定期检查跨LAC基站的HYS参数，一般设置在10～12dB左右，参照实际情况设定。

GPRSCQT测试规范中限制小区重选的次数，所以在GPRSCQT点一定要控制好小区无线信号，尽可能避免发生小区重选，以免影响GPRSCQT的测试成绩。

2.GPRSDT测试中发生高BLER的问题

DT测试中的BLER实际是手机上报给系统的RLC的丢失率，主要由无线环境载干比C/I太差引起。而可能导致C/I太差的原因有以下几点：服务小区所需的信号功率弱、背景的干扰功率大、干扰小区的功率大、直放站干扰、室内干放干扰、CDMA干扰等。在CQT测试中，很多是室内覆盖信号，无线信号非常好，C/I值较高，BLER相应比较小。而在DT测试中因为路面上无线环境的复杂性，有的路段BLER会很高，导致较高的RLC重传率，严重时导致掉线。

关注高BLER小区可以结合GPRSKPI统计进行分析，一般只关注下行CS2的BLER率。优化调整解决的建议如下。

u 服务小区信号弱。由于当前服务小区的信号功率低，导致C/I偏小，甚至C/I值过低，导致RLC层重传率过高。应提高服务小区的信号强度，比如调整下倾角、方向角、发射功率等。

u 有同、邻频干扰的小区发射功率大。由于相邻小区的同、邻频干扰信号功率高，导致服务小区C/I偏小，甚至C/I值过低，导致RLC层重传率过高。应检查测试中的回放信息，看是否同频邻频现象较严重，如存在干扰，则应该规划频率分配；调整干扰小区的覆盖，使干扰信号降低，这在早期建设的高站越区覆盖小区中很常见；提高服务小区的信号强度，比如调整下倾角、方向角、发射功率等。u 网络外部干扰严重。由于某些地区可能存在较高的网络外部干扰，导致服务小区C/I偏小，甚至C/I值过低，导致RLC层重传率过高，这在目前政府机关开会期间释放信号扰断器或直放站的干扰有关系，应查找干扰源，排除干扰。

GPRS网络交通管理 篇3

1 热网远程计量管理系统的构成

1.1 系统结构示意图

1.2 主机房计算机系统

主机房计量管理计算机是负责监督和干预供热计量管理系统的主要窗口, 借助它可以完成计量管理软件、报表生成软件、财会处理软件的组态工作;同时还负责完成与智能仪表之间的数据收发、生产过程流程显示、用户点历史趋势显示、棒状图显示及各种报表输出等管理功能。

1.3 通讯系统

GPRS是通用分组无线业务 (General Packet Radio Service) 的英文简称, 是为GSM用户提供分组形式的数据业务而在现有系统上发展起来的, 它允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据, 不受时间、地点、距离的限制, 且无需通过公开网络或其它网络的转接, 可直接连接internet, 具有覆盖范围广、数据传输快、通信质量高、永远在线等优点, 适用于供热管网监控这种间断的、突发的和频繁的少量数据传输。

GPRS MODEM模块是利用中国移动现有的GSM/GPRS无线网络进行远程数据通信的设备, 内置了法国WAVECOM公司生产的WMOD2无线模块, 集成了标准的RS232接口以及SIM卡, 是一个便捷的即插即用产品, 可以在PC机上用AT命令通过串口对它进行设置, 可与智能流量表进行通讯。

1.4 F1000智能流量积算仪

F1000智能流量积算仪具有多通道万能输入、多通道报警输出、多种温压补偿运算方法和累积功能, 适合热量、流量、能源的计量和远传。

F1000流量积算仪带有RS-232C和RS-485通讯接口, 具备有线和无线网络远程通讯能力, 可方便的实现计算机网络化监控管理。该智能仪表为万能输入型, 可实现输入信号 (电流信号、电压信号、热电阻信号、热电偶信号)的自由组态。

F1000智能流量积算仪与现场涡街流量表的计算模型公式为:Q=Ifρ/k

1.5 涡街流量计

供热用户流量表采用涡街流量计, 主要原因是该类仪表结构简单、性能稳定、压损小, 而且量程范围宽, 在液体测量中有着广泛应用。其原理是, 当液体经过管道中的旋涡发生体时, 所产生旋涡的振动频率与流速成正比。在涡街流量变送器中, 以压电晶体或差动电容作传感器, 将检测到的微弱振动信号放大、滤波、驱动后, 输出其频率与瞬时体积流量成正比的脉冲信号。涡街流量计无可动部件, 具有运行可靠, 维护简单, 压力损失小, 有一定的计量精度等优点。

2 上位机软件功能特点

⑴数据采集监控通信软件有强大的操作功能, 能方便地进行查询、打印各种数据的图形和表格。

⑵数据库管理软件能保证所有的原始数据得到长期保存, 可以保存10年以上的历史数据。

⑶系统网络软件建立严密的网络安全机制, 能有效地防止“黑客”攻击, 保护信息不致流失和系统遭到破坏。

⑷根据热用户地理分布情况, 显示整个热网系统的供热管线图, 实时显示现场仪表的各种工作状态、各热用户的温度、压力、瞬时质量流量、累计质量流量、蒸汽密度、焓值、绝对压力等各种参数。

⑸能显示各热用处计量装置的全部设置参数及通电、断电时间记录等数据。并根据数据库中的原始参数自动判断现场计量装置的参数是否已被更改并报警。

⑹断电记忆功能:能实时显示就地流量测量系统的各种报警信息, 如变送器的工作电源不正常, 不间断电源的电池欠压, 交流市电消失, 传感器的信号故障等, 并能根据用户的要求进行声光报警。

3 结束语

城市集中供热行业中, 利用计算机技术监控热网的运行可实现能源的充分利用, 减小环境污染。利用GPRS网络传输数据可靠性高, 在建设成本和维护成本上都有很大的优势, 对于供热企业提高工作效率和生产管理水平、保证供热质量和热网的安全稳定运行具有重大的现实意义和应用价值。随着GPRS网络的完善和费用的进一步降低, 基于GPRS网络的热网远程计量系统将得到更广泛的应用。

摘要：热电联产、城市集中供热, 是解决城市能源结构和环境污染问题的有效措施, 充分体现节约能源、保护环境, 是提高能源利用效率、企业经济效益和社会效益的有效途径。本文介绍了热网远程计量管理系统的组成、功能及效果, 对系统的通信方式、结构组成、系统运行的网络基础及工艺过程进行了详细分析。

GPRS网络交通管理 篇4

作者：中南大学信息科学与工程学院杜娟，凌玉华，廖力清

摘要：介绍一种基于通用分组无线业务(GPRS)的新型智能化、低功耗、集成化配变自动化系统，以便克服低压配变系统中通信介质的瓶颈问题，详细介绍该系统各个模块的硬件结构和软件实现方法。

关键词：配电自动化;通用分组无线业务(GPRS); 智能监控;低压无功补偿

1前言

随着电力系统规模的不断扩大，传统的配电变压器终端装置已不能满足配电自动化系统的要求，而且它们的数据传输多以有线通信方式为主，加之当前的电力产品功能单一，增加功能比较复杂，重复投资现象严重，增加了用户的负担。随着无线网络的发展，基于GSM网络，以SMS为载体的自动抄表系统也发展起来，但这些方式都有各自的缺陷。而GPRS技术使得配变监测系统利用Internet实现远距离、宽范围的数据传输和管理成为可能。

针对以上问题，设计了一种基于通用无线分组业务(GPRS)的新型智能化、低功耗、集成化的智能型配变自动化系统。配变监测系统主要实现对线路配变变压器运行状态的监视和无功功率动态补偿，同时对低压用户进行抄表，并采用先进的无线通信技术弥补当前配变监测系统的缺陷，更好地保证电网系统的正确运行，提高电网质量。

2系统总体设计

基于GPRs无线通信的配变自动化系统主要包括基于GPRS的配变监测系统和配变主站管理系统。配变监测系统实现电量数据采集，并通过GPRS无线通信与主站管理系统连接，将电量数据上传到主站，从而完成电力数据的管理，并实现无功补偿。图1示出配变监测和管理系统的组成。低压配变监测系统终端与GPRS无线通信模块组成配变监测系统子站。

3配变监测系统终端

3.1硬件设计

3.1.1系统结构

低压配变监测系统终端的组成逻辑框图如图2所示，装置以T1公司的TMS320LF2407型DSP为核心，终端与GPRS无线通信模块通过RS-485总线进行通信。

3.1.2CPU模块

CPU是控制器的核心部分，它不仅要处理输入信号和输出信号，而且要控制和协调各部分的工作。配变监测终端控制器采用TI公司的TMS320LF-2407型低功耗DSP，它除了具有程序、数据分开的哈佛总线结构、流水线操作功能、单周期完成乘法的硬件乘法器之外，还具有低成本、低功耗、高性能等特点。

3.1.3电力数据采集模块

在低压配变监测系统终端中，数据采集的准确与否直接影响系统最后的性能指标。采样方法选用交流采样，可以精确地得到电压或电流的有效值、有功功率、无功功率和功率因数等。

电压模拟信号采样一般是通过电阻器和电容器相结合来分压得到小电压即阻容降压，

而电流采样是通过并联电流分流的原理对电流进行采样取值。本系统同时采用铁芯互感器和空心互感器。铁芯互感器主要用来实现正常情况下电流值的测量，空心互感器只在过载情况下起作用，这样就兼顾了电流的测量精度和测量范围。

3.1.4人机接口模块

人机界面主要包括键盘和液晶显示。

(1)液晶显示模块

由于系统显示的信息量较大，因此终端采用液晶显示器作为系统的输出设备。选用的液晶显示器是肇庆金鹏科技有限公司的OCM4×8C型图文液晶显示器。系统采用串行连接方式，为了解决I/O口驱动电平的匹配问题，使用74LVC4245型电路作为总线电平转换驱动器。

(2)键盘输入模块

键盘是测控系统中最常用的输入设备。为了简化硬件电路，本系统采用非编码键盘方式。主要实现电量参数设置和查看功能。系统有4个按键：确定键、返回键和2个菜单选择键。通过这4个按键对现场配变监测系统进行控制操作。

3.1.5RS-485通信模块

RS-485通信模块主要用于与GPRS模块进行通信。在本系统中，选择Maxim公司的MAX3078型电路作为RS-485收发器。其工作电压为3.3V，驱动能力为128个控制单元。

3.1.6电源模块

在无线自动抄表系统中，用户配变监测终端的CPU和RS-485接口电路等都采用低功耗的3.3V电源供电，而在GPRS无线通信模块中，工作电压为5v.因此根据二种电源的需要设计电源电路，输出3.3V和5V电压，供系统工作。

3.2软件设计

系统主程序流程和通信模块程序流程分别如图3和图4所示。低压配变监测系统终端主要通过RS-485总线与GPRS无线通信模块进行通信。

4低压快速无功补偿的研究

无功补偿模块是本系统的重要辅助模块，有利于避免负载的无功功率在很大的范围内波动，使电气设备得到充分的利用，减少系统损耗。

无功补偿装置的三相电力电容器接成星形，以满足分相补偿的要求，使电源变压器输出的有功功率最大。补偿控制器采用晶闸管与交流接触器并联工作的方式投切电容器，这样的投切过程可以消除涌流、电弧及设备干扰。补偿策略采用分相补偿。

5GPRS通信模块的设计

GPRs是通用分组无线业务(GeneralPacketRa-dioService)的英文简称，是在现有GSM系统上发展起来的一种新的承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS无线通信模块利用GPRS无线数据通信功能进行数据传输，通过TCP/

IP通信协议和主站端计算机系统通信。

嵌入式GPRS无线通信模块主要由CPU、GPRSMODEM、SIM卡座、TTL串行通信接口、扩展数据存储器、看门狗模块等部分组成。其结构框图如图5所示。

系统的CPU模块采用武汉兰瑞公司的LRl00型嵌入式网络控制模块。它是以RDCR8822型嵌入式微处理器(与80186内核兼容)为核心的单板计算机模块，模块自带插针，可方便地插在用户的应用电路板上，构成完整的应用系统。

GPRS模块采用SIMCOM推出的SIM100型GSM/GPRS双频模块，它为用户提供了功能完备的系统接口，用户在较短的研发周期内就可集成自己的应用系统。

6结束语

为适应网络、信息和控制技术的发展，要求配变监测系统的数据应能准确和实时的对电网进行快速分相的无功补偿，从而提高电网质量，降低电网损耗，给供电企业提供有效的管理依据。而基于GPRS网络的配变自动化系统作为一种新型系统己经能基本满足电力系统的电能监测、分相无功补偿和无线抄表的需要。通过不断的发展和完善，该系统能够更好的适应今后的发展，在生产中发挥更大作用。

基于GPRS网络的调度备用通道 篇5

电力通信网是电网的重要组成部分,是实现电网调度自动化和管理现代化的基础。从电力通信的发展趋势来看,由于载波通信速度低,除了在继电保护领域继续得到应用外,在其他业务的应用逐渐取消;微波通信由于容易受干扰、误码率较高,应用也越来越少;光纤通信由于其高性能、大容量、高速度而得到迅速普及,目前大量的应用都建立在光纤通信基础之上,但其投资较大,不是所有的应用场合都适用。此外,根据规程规定,为了保证信息的安全性和可靠性,远动通信必须采用专用通道,且有冗余备用,因此有必要寻找一种可靠的、价格低廉的通信备用手段,适用于电力调度通信。

近年来,随着GPRS移动通信技术的成熟,将其逐渐应用于电力通信领域,并有可能成为电力通信的主要手段之一。GPRS通信方式与Internet通信方式的综合运用,可较好解决电力调度通道的备用问题。然而因为Internet是一个全球性和开放性的、不可管理的国际互联网络,因此,基于Internet的数据传输就面临信息威胁和安全隐患。为了提高数据传输的安全性,有人提出采用敷设专网的方法来解决安全性的问题,但这样做设备的安装和运行成本高。为了解决数据传输中的这一矛盾,文中在系统的设计中采用GPRS+VPN的通信传输通道。

1 GPRS通信技术

(1)GPRS(General Packet Radio Service)是在现有的GSM移动通信系统基础上发展起来的一种移动分组数据业务,它的特点非常适合于分布广泛的变电站调度系统的数据传输。相对原来GSM拨号方式的电路交换数据传送方式,GPRS采用分组交换技术并具有以下强大的优势:

高速率:GPRS能够同时利用一个无线信道的全部8个时隙,理论上的最高速率能够达到171.2kbit/s。虽然运营者一般不可能分配所有的时隙给数据服务,而与现有的电路交换数据服务(9.6 kbit/s)和短消息服务(每次小于160字符)相比,仍然具有很大的优越性(实际应用带宽大致为40~100kbit/s),并且GPRS能够根据数据通信量进行计费,而不是像电路交换数据服务那样按连接时长进行计费,用户就可以得到更多的实惠。

永远在线:每当用户要发送或者接收信息时,只要能够得到无线信道,GPRS就能够立刻建立连接。实际上,虽然GPRS并不预留信道,而用户总是处于“一直在线”状态,用户不再需要使用电路交换数据服务中必须的拨号Modem来建立费时的连接。

费用低廉:GPRS通常按照流量计费,客户可以一直在线,按照接收和发送数据包的数据来付费用,没有数据流量的传递时,客户即使挂在网上,也不用付费。

快捷登录:GPRS的用户一开机,就始终连接在GPRS网络上,每次使用时只需一个激活的过程,一般只需1~3 s便能即刻登录至互联网或专用网络。

(2)GPRS的基本结构

GPRS网络是基于现有的GSM网络实现的。与GSM网络相同,GPRS网络也是由移动台(MS)、基站子系统(BSS)和网络子系统(NSS)构成。所不同的只是GPRS在原有GSM网络的基础上增加了一些硬件设备并对软件进行了升级。

在网络子系统中增加两个节点:SGSN(GPRS服务支持节点)和GGSN(GPRS网关支持节点)。

对HLR(归属位置寄存器)和VLR(访问位置寄存器)进行了扩展,可以支持GPRS用户数据和路由信息,以实现对GPRS的移动性管理以及路由管理。

增强了基站子系统(BSS)的功能,以支持用户分组数据的传送。PCU是在BSS侧增加的一个处理单元,主要完成BSS侧的分组业务处理和分组无线信道资源的管理。

使用域名服务器(DNS-Domain Name Server),GPRS骨干网的DNS主要是用来解析GSN的IP地址,以获得用户上网所使用的GGSN的IP地址和SGSN间路由区更新。

(3)GPRS的移动管理

GPRS移动台开机后,向网络发送一个“attach”消息,SGSN得到消息后,向HLR请求有关用户数据并验证用户身份,决定是否允许移动台接入网络。GPRS移动台完成“attach”之后,还需要获得一个IP地址并和外部网络建立连接,也就是执行PDP上下文激活过程。PDP上下文激活后,移动台就与Internet取得了连接,可以向Internet传输数据。此时,移动台有一个固定的IP地址。

2 VPN专网

(1) VPN的概念

虚拟专用网(VPN-Virtual Private Network)是依靠ISP(Internet服务提供商)和其他NSP(网络服务提供商),在公用网络中建立专用的数据通信网络技术。在VPN中,任意两个节点之间的连接并没有传统专网所需的端到端的物理链路,而是利用某种公众网的资源来动态组成的。VPN是通过私有的隧道技术在公共数据网络上仿真一条点到点的专线技术。

(2) VPN的安全性

为了保证用户数据传输的安全可靠,VPN通过使用点到点协议(PPP)用户级身份验证的方法进行验证,这些验证方法包括:密码身份验证协议(PAP)、质询握手身份验证协议(CHAP)、Shiva密码身份验证协议(SPAP)、Microsoft质询握手身份验证协议(MS-CHAP)和可选的可扩展身份验证协议(EAP),并且采用微软点对点加密算法(MPPE)和网际协议安全(IPSec)机制对数据进行加密。只有企业Intranet上拥有适当权限的用户才能通过远程访问建立与VPN服务器的VPN连接。

(3) VPN的实现

要实现VPN连接,企业内部网络中必须配置有一台基于Windows NT或Windows 2000 Server的VPN服务器,VPN服务一方面连接企业内部专用网络,另一方面要连接到Internet,也就是说VPN服务器必须拥有一个公用的IP地址。

3 电力调度通信GPRS+VPN系统结构

整个系统包括三个方面:终端、无线网络、主站,如图1所示。

(1) 终端

终端的输入口为RS232/RS485数据接口,它的作用是将现场提供的需要发送的信号发送到无线网络上,在终端中配有专用的无线通讯模块。无线通讯模块包括SIM卡,能通过GPRS网络/Internet网络,利用TCP/IP网络方式实现和主站的数据通信。

终端从变电站接收到的数据信息可以选择实时发送或根据需要发送到无线网络。当该终端作为系统主通道应用时数据不间断实时发送,作为调度自动化备用通道时,根据供电公司与无线运营商协商的付费标准而定,如果选择不限流量包月的方式,可以用数据不间断实时发送,如果不能实现不限流量包月,而是按照数据流量付费,那么可以通过设置,平时光纤主通道正常时,终端仅仅平时保持一个心跳测试,基本不产生流量,当光纤通道故障,需要启用备用通道时再启动终端不间断实时发送数据,保证变电站信息正常上送到调度自动化系统中。光纤通道恢复正常后再停止终端数据发送。

(2) 主站

主站的作用是通过固定IP接收无线网络传送来的数据,并将网络数据转换成RS232信号,实现和原来调度系统的信息交换。

主站以VPN专线方式接入到GPRS网络中;和调度自动化的连接是通过RS232和调度自动化的前置机进行,这样保证了调度自动化系统和外部公网的网络物理隔离,符合国家经济贸易委员会第30号令《电网和电厂计算机监控系统及调度数据网络安全防护规定》,满足安全性要求。

4 具体方案

“调度备用通道”在应用过程中主要有两种结构形式:点对点、多点对一点。

(1) 点对点的方案

当需要传送的数据点的数量比较少(≤16)的系统。如图4所示。

该方式灵活、投入设备少、适合于数据接入点少的情况下采用。如果传送的数据点数比较多时,存在两方面的问题:

a.硬件结构比较复杂;

b.硬件成本和运行成本比较高。

因此该通道形式只适合于传送数据的点数比较少的系统中。

(2)多点对一点方案

当传送的数据的点数比较多时(≤256),应采用多点对一点的方式,如图5所示。

该方式系统容量大、可靠性高、适合于数据接入点多的情况下采用。

5 系统特点

该系统应具有的特点:

结构简单:主站利用计算机服务器和串口通讯服务器,通过RS232口与原来的监控系统进行信息交换。远端仅需要一台无线终端即能满足所有通讯的需要。

维护方便:通信网络由中国移动或者通信公司负责,用户只负责通信费用的支付。软件设定要易学易懂。

无限通信:由于无线网络基本实现了无缝覆盖,所以系统在通信上几乎不受任何限制。

成本节约:利用当地移动或联通公司的网络系统,不需要任何建设成本,只支付一定的网络费用即可。

运行可靠:系统不受外部环境和天气的影响,运行可靠。

安全性有待进一步验证:系统要有周密的安全机制,完善的系统日志,多重安全关口,数据安全保密,但和光纤的专线通道相比,数据的安全性有待进一步验证,可以考虑在线路两端加装信号加密装置。

速度慢:带宽较窄,需要运营商提供高的优先级,在需要运营商提供服务的数据流量较大时能保证系统数据正常传送。

6 结论

该调度备用通道已应用于河南许昌供电公司,运行情况良好。从实际应用情况看,采用GPRS+VPN的解决方案使电力调度数据的通信成为可能,并且传输安全可靠,运行维护的成本大大降低。GPRS技术在电力通信行业中有广泛的应用前景,值得进一步开发和应用。

参考文献

[1]唐伟,张建波,范文宾.基于GPRS技术的远程抄表系统设计[J].电力系统通信,2004,(11):38-41.TANG Wei,ZHANG Jian-bo,FAN Wen-bin.The Design of the Remote Readout Meter System Based on GPRS Wireless Data Transmission[J].Telecommunications for Electric Power System,2004,(11):38-41.

[2]全茜,郑雪峰.基于GPRS的电力线路监控系统[J].计算机工程与设计,2005,26(11):195-197.QUAN Qian,ZHENG Xue-feng.Design of Power Line Monitoring System Based on GPRS Technology[J].Computer Engineering and Design,2005,26(11):195-197.

[3]Lee W CY.Mobile Communications Engineering:Theory and Applications(Second Edition)[M].McGraw-HillEducation(Asia)Co.1997

GPRS网络交通管理 篇6

在GPRS网络中, IP地址分配方式、路由策略、接入点 (APN) 策略等分组数据协议 (PDP) 激活过程中的基本方式和传输中的路由选择对承载的GPRS业务的部署、使用方式产生影响。

1 移动终端IP地址分配方式

移动终端获得IP地址是移动终端进行IP通信的基础。在GPRS通信流程中, 终端用户获得IP地址的方式对业务的运用模式、性能等有影响。

1.1 固定IP地址分配方式

固定IP地址分配方式指每个终端用户始终使用固定的IP地址。终端用户的身份通常使用终端设备标识 (IMEI) 和终端用户标识 (IMSI) , IMSI有更完善的鉴权系统和设备支持, 通常将终端用户的IMSI值作为用户的唯一标识。这种方式可通过在归属位置寄存器 (HLR) 中对用户进行IP地址分配。终端IP地址分配流程 (PDP激活过程) 见图1。

1.2 随机动态IP地址分配方式

随机动态IP地址分配方式指终端用户每次做PDP激活时, 请求不同IP地址。动态主机配置协议 (DHCP) 最终实现IP地址随机分配。随机动态IP地址分配通信流程见图2。

1.3 动态IP地址固定分配方式

动态IP地址固定分配方式指使用动态申请方式获取IP地址, 增加了用户名认证。RADIUS设备是实现按用户名/密码认证实现IP地址分配的设备。当终端用户使用同样的用户名/密码仍可每次获得相同的IP地址。动态IP地址固定分配通信流程见图3。

1.4 增强型动态IP固定分配方式

在上述动态IP固定分配方式基础上, 可引入身份认证功能。在使用用户名/密码认证请求IP地址时, 增加用户的MSISDN号认证, 用以保证用户名/密码不会被冒用。

1.5 IP分配方式比较

上述4种IP地址分配方式中, 使用HLR实现固定IP方式对HLR和业务支持节点 (SGSN) 有一定要求, 其灵活性差, 铁路GPRS网络很少使用。随机动态IP地址分配方式简单、灵活性好, 便于分散布置, 使用本地网关业务支持节点 (GGSN) 完成PDP激活的APN策略, 必须使用随机动态IP地址分配方式。由于寻址困难, 随机动态IP地址分配很难实现由网络侧发起的通信流程。动态IP地址固定分配方式由于固定了IP地址与用户的对应关系, 易于实现网络侧发起的通信流程。增强型动态IP固定分配方式增加了IP地址分配时的安全性, 但降低了配置的灵活性。

2 APN的使用策略

在IP地址分配方式流程中可以看到, PDP激活过程中有一个步骤是SGSN通过APN识别对应的GGSN。使用不同的APN策略, 决定了终端用户完成激活以后的通信路由。

2.1 使用归属GGSN

在使用归属GGSN的策略时, 终端用户使用特定的APN, 用以标示归属的GGSN。用户移动到SGSN下的任何地点时, 均要在归属局的GGSN上完成PDP激活。数据配置是在域名服务器 (DNS) 中将该APN的解析地址指向对应的GGSN。使用归属GGSN的APN策略通信流程见图4。

2.2 优先使用本地GGSN

使用本地 (或最近) GGSN的APN策略指终端使用的APN全部一样, 接入无线网后SGSN将该终端的PDP激活请求指向本地 (或最近) GGSN。终端用户移动到一地时, 是在当地的网络设备中完成PDP激活, 不与终端设备的归属地网络发生通信。这种策略下, 相同的APN对应不同的GGSN地址, 不能由统一的DNS进行地址解析。需要由SGSN自行实现解析, 将APN解析到指定的GGSN地址, 通常使用本地 (或最近) 的GGSN。

2.3 使用唯一GGSN

使用唯一GGSN的APN策略是指无论用户在什么位置, 均会回到一个唯一的GGSN中完成PDP激活。终端用户的APN配置完全一样, 网络中也只有一个GGSN进行对应的APN配置。在DNS中只需对这个APN做一条解析数据即可。使用唯一GGSN的APN策略通信流程见图5。

2.4 不同APN策略的比较

不同的APN策略对终端的通信路由影响很大。APN策略的选择受终端IP地址分配方式和业务需求影响。对使用归属GGSN属性的APN策略, 终端用户无论移动到什么位置, 都要使用原归属地的GGSN。这就形成了从当前位置的SGSN到原GGSN的长途传输需求, 如果此时终端用户还要与当前位置的其他用户进行通信, 则必须通过远端的GGSN路由, 效率上不是最优选择。在铁路实际运用中, 这种通信需求大量存在。使用归属GGSN的通信路由见图6。

图6中原归属网络1的终端用户MS1, 在移动到网络2时, PDP激活的GGSN仍然为原归属的GGSN1, 此时终端MS1和本地其他的移动终端MS2的通信节点必须经过MS1—SGSN2—长途数据网—GGSN1—长途数据网—GGSN2—SGSN2—MS2。MS1与本地地面服务器SERVER2的通信节点必须经过MS1—SGSN2—长途数据网—GGSN1—长途数据网—SERVER2。这种本地通信经过长途电路绕行的方式必然带来通信效率下降。使用全网唯一GGSN方式与使用归属GGSN的问题相同。由于终端用户在本地的GGSN上激活, 使用本地GGSN的APN策略可很大程度上提高转发效率。但使用本地激活方式得到的IP地址不同, 与随机动态IP地址分配存在的问题相同, 终端用户的路由寻址困难。

3 终端用户的路由方式比较

铁路专用通信与公众移动通信网不同, 其显著的特点是大量的通信需求由网络侧发起。由于铁路各专业的特点, 很多情况下终端通信不是对IP地址访问, 而是对终端用户域名访问。对铁路GPRS来说, 从网络侧发起通信是必须解决的问题。

3.1 DNS域名解析方式

当终端用户的IP地址分配方式采用固定或动态固定方式时, 由于使用同样的IP地址, 可在DNS中制作该终端用户域名与对应IP地址的解析数据。其他业务系统发起对终端用户通信时, 由DNS设备提供地址解析。

3.2 终端地址注册方式

当终端用户完成PDP激活过程, 获取IP地址后, 先向对应的业务系统进行注册登记, 将自身当前的IP地址告知业务系统的服务器。终端必须先向网络侧发起通信, 网络不能先向终端发起通信。与DNS域名解析方式相比, 终端注册方式省略了DNS网元, 同时可使用随机动态IP地址分配方式。

3.3 动态域名注册方式

动态域名注册方式结合了随机动态IP地址分配方式和DNS终端域名解析方式的灵活性。终端用户完成PDP激活, 得到随机动态分配的IP地址后, 由DHCP设备向DNS设备发送一条动态域名添加数据, 将设备域名和终端当前的IP关联起来。无论终端用户在任何地方使用任何IP地址, 业务系统都可以使用域名对该终端发起通信。动态域名注册方式使用灵活, 但增加了由DNS注册失败带来的风险, 目前不宜在与安全相关的业务上采用。

4 不同业务的策略优化

铁路数据通信网的特点是轻载高冗余, 长途传输原则上不会产生流量拥塞, 对时延和丢包影响较小。为此, 业务采用的地址和路由策略不将这一点作为最重要因素考虑。

(1) 与行车指挥相关的铁路业务。由于机车全国运行, 同时又归当地的运输管理部门指挥, 而运输管理部门的业务系统是以机车号为目标。对此类业务需求, 使用动态IP地址固定分配方式、归属GGSN的APN策略、DNS域名解析的方式进行系统配置, 忽略长途传输带来的影响, 保证通信系统配置的安全可靠。

(2) 与行车相关的监控系统。机车为全国运行, 但监控中心可能是全国统一设置, 也可能是铁路局设置。当监控中心是全国统一设置时, 适合采用动态IP地址固定分配方式、唯一GGSN的APN策略、终端地址注册方式。当监控中心是铁路局设置时, 适合采用动态IP地址固定分配方式、带不同GGSM属性的APN策略、终端地址注册方式。

(3) 与行车无关的业务系统。由于此类业务多为固定终端, 只与本局的业务系统发生通信, 适合随机动态IP地址分配方式、本地GGSN的APN策略、终端地址注册方式。

GPRS网络交通管理 篇7

由集群技术来构建多通道的传输模式,可以协同完成特定任务、或特定用户的高数据率的传输要求,集群技术采用多点接收和多点发送的多通道技术来增加传输率,在GPRS网络的连接中,采用的是DHCP协议分配IP地址,则各个节点的IP地址处于动态变化之中,如何保证网络的初始化链接的完成,以及节点间透明传输方式下,均匀分配任务到每个接入点,使任务获得低的延迟时间,以达到高的并行处理性能和系统资源利用率是本文讨论的重点。

1 多通道链路特性

GPRS是在原来GSM技术上的升级,和GSM 一样,采用FDMA(频分多址)和TDMA(时分多址)的频率复用方式。邻近小区之间的频道复用采用FDMA方式,每个频道内采用TDMA方式,共包含52个TDMA帧,组成12个无线块,每一个无线块包含4个TDMA帧,只用48个TDMA帧,剩余4个TDMA帧用于空闲帧和上/下行链路定时、提前量的传输。一个 TDMA 帧分为8个时隙,每个时隙对应一个无线物理信道,8个时隙中的每一个都可以被多个用户共享,而且每个用户最多可以占用全部8条信道进行数据传输,采用CS-4编码方案时(每信道21.4 kbit/s的净传输速率),如果用户占用全部 8条信道进行传输,可实现 171.2kbit/s的“净数据传输速率”[1]。

实际每个GPRS覆盖区域采用多通道技术在理想情况下可获得的最大数据传输率为:

C=n×171.2kbit/s (1)

其中n为通道数n≤48,C≤8217.6kbit/s,最好的状态是本区域内没有太多的其他GPRS用户,且一般的数据大都是突发性的,小区内不发生拥塞,则数据传输率会接近(1)式。

2 多通道的融合设计

2.1 网络的总体结构形式

按照不同的目的对网络中的节点划分为两类节点,即服务器节点和客户端节点。

如图1所示,服务器节点必须是多通道的,以保证客户端节点的访问不会堵塞,客户端根据监控对象的数据传输率,可以是多通道和单通道两种形式。数据传输单元(DTU)为带有嵌入式TCP/IP协议栈的无线GPRS MODEM,可以完成拨号上网,实现端到端的网络连接,数据传输控制单元在客户端将高速的数据拆分成多路低速数据,而在接收端将各个DTU单元的数据分时传送给服务器端。

2.2 数据传输控制单元

对整个网络而言,数据传输控制单元起着十分重要的作用,考虑到用户端数据传输的透明性,数据传输控制单元除了完成复合和分发数据外,还要完成服务器端和所有客户端的动态实时链接,在一定的访问控制策略下完成对接入负载的均衡,以保证每个接入DTU不会发生拥塞,其原理框图如图2。

(1)网络实时数据传输(RTU)协议将终端产生的原始数据流封装专用的控制数据包,由访问控制单

元将每个数据包分发给不同的数据传输单元(DTU)发送。接收时相反。

(2)TCP/IP协议栈完成对每个GPRS DTU的数据封装和解包,点对点(PPP)协议单元负责DTU的拨号连接及掉线后的重新连接,返回每一个DTU的动态IP地址[2]。

(3)硬件层完成对多通道的DTU的异步驱动和协议流数据传送和接收。

(4)实时操作系统(RTOS)完成所有子任务的实时调度。

3 访问控制策略

3.1 动态连接机制

目前,用于GPRS的连接机制主要有三种方案:采用服务器端静态IP地址的连接方法,尽管这种方案有较高的可靠性和稳定性,但静态IP地址的申请和使用需要很高的费用,会大大增加系统的使用成本;动态IP绑定DNS域名解析的连接方法,这种方式可以减少上一种静态IP的开支,但需要事先向域名服务商申请域名,在服务端上线后将IP报告给DNS服务器,网络的安全性和稳定性将无法保证;短消息通信的连接方法,这种方案有较高的可行性, 但短消息的发送和接收容易受到干扰, 造成收发失败或长延时等问题。 以上三种方案除了上述问题外,在应用于多通道的均衡访问控制时,都无法满足多通道均衡的要求。

基于Internet邮件系统的连接机制[3],由服务器端将动态IP地址以邮件的形式发往邮箱,客户端在连接时,根据邮件的内容来决定和服务器端DTU的连接,在邮件的内容上除了包含各DTU的IP地址外,只要再增加一些用于均衡连接的信息项,就很容易实现多通道的均衡访问连接。

3.2 多通道的均衡策略

影响每个DTU的传输质量的参数,主要考虑以下几个方面:连接数k,指通过此DTU与服务器连接的客户端DTU数量;各连接DTU访问的频度fk ,指每个DTU隔1/fk 就要访问一次;每个连接的访问持续时间设为Tk;每次访问带宽占有率ηk=数据传输速率/通道的带宽。显然k、fk、Tk、ηk越大,则传输质量会越差,越拥挤。综合考虑以上因素,可以用每个访问的平均延迟时间τ来作为传输质量的评价指标。

取0~t时间间隔,则在此时间间隔里端点访问量为n:

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通道的饱和度:

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β≤1限定了最大的连接数kmax。

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服务器端点在每接受一个连接或断开一个连接,就计算当前连接数k,平均延迟时间τ,作为均衡连接的信息项刷新邮件内容。

虽然要求η≤1,但η接近于1时,对其它访问端点会造成瞬间拥塞,通常设置一阈值(ητ=客户端DTU数量/服务器端DTU数量)来控制。对通道的访问控制策略可以分为两种情况:

(1)单点对多点的访问策略:

①比较本地数据生成速率和设定阈值,若大于阈值,则进入下一步,否则跳到第c步。

②平均拆分数据,使每一份满足a中条件。

③对每份数据,按照τ最优的原则建立单点对多点(若为a中情况则为单点对单点)连接。

④传输每一份数据

(2)多点对多点的访问策略:

①若本地DTU为m个,则将数据拆分成m份。

②比较本地每DTU的数据速率和设定阈值,则每个DTU又拆分n份数据。

③按照τ最优的原则选择m×n个通道,分别建立m个单点对n点的连接。

④传输每一份数据。

4 网络性能分析

按照以上原则,可以把用户端所有的DTU均衡到分配到每一个接收端,基本上可以认为每一接收通道

的性能代表了网络的整体性能。

4.1 数据包长度的影响

虽然理论上GPRS传输带宽为171.2kbit/s,但是除去协议字段40字节的开销(IP:20字节,PPP:8字节,RTU:12字节),实际传输带宽要小于理论值[4],

跟数据包的利用率有直接关系,数据包越长,平均开销就会越小,但是带来的GPRS网络内部延时会越大,表1是几种情况下的数据包的传输延时[5],一般数据包长度越大,对带宽利用率越大,但与此同时导致传输延时大,对应于每次突发传输的总延时=数据包个数×包传输平均延时就相应的大。

4.2 网络的容量和访问延时

假定所有的访问都是以相同的频率f,相同的持续时间T,设带宽占有率ηmax=50%,可得出服务器端每个DTU最大连接数:

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undefined为访问的时间间隔若ΔT=3600s,T=30s,kmax=240。

若ΔT=300s,T=30s,kmax =20,可见ΔT/ T对网络的规模有很大的影响。

考虑更一般的情况,假定所有的访问都是独立的随机变量,则[0,t]时间段通道内的访问数N(t)可以认为是泊松过程,第n个访问过程中携带的数据量可以在构建网络时根据用户端特点事先统计出来。那么通道内的总数据量

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其中:undefined

由(3)式定义的通道饱和度可以写成下式:

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Y(t)是一复合泊松过程。

E[Y(t)]=λtE(X1) (9)

将(9)式代入(8)式

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λ是单位时间间隔平均访问数,满足下式:

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这样由式(10)、(11)式共同决定了每通道的最大连接数kmax。

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式(12)说明:每个客户端访问的时间间隔ΔT越长,GPRS无线信道的带宽C越宽,每

次访问传输的数据E(X1)越少,则网络的规模越大。

考虑各变量的随机独立性,由式(4)可得,每次访问的平均延迟时间:

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式(13)说明:每个访问传输的数据E(X1)越小,平均延迟时间会越小。但数据长度过小,对带宽的利用率会下降,另外还要考虑GPRS网络的固有延时。

5 结束语

GPRS移动网络的优势是可以长时间独占一定的无线资源,做到“永远在线”, GPRS的这种特点非常适合那些有突发数据流量的监控场合。目前中国移动GPRS网络已覆盖全国所有省、直辖市、自治区,网络遍及240多个城市,在这么广泛的覆盖范围内构建监控网络意义非常大,如长途公路运输、地质勘探、列车运输以及企业对于外出业务人员调度等。

使用多通道协同传输的集群技术,提出了一种在目前GPRS低速率情况下,获得较高传输速率的有效方法。本文对数据透明传输下的多通道数据传输控制单元给出了完整设计,采用的基于Internet邮件的动态多通道连接策略,很好的解决了多点互连的问题,对网络的连接规模和网络的传输质量进行了分析,为监控网络的实现提供了很好的理论依据。

参考文献

[1]杨筱凡等·GPRS骨干网内移动终端间路由的优化方案·通信学报,2003,24(5):73～78

[2]龚国强,左希庆等·邮件系统在GPRS网中的实现·三峡大学学报(自然科学版),2004,26(5):456～458

[3]Vikrant A·Chitre,John N·Daigle·Performance of IP-Based Services over GPRS·IEEE Transactions on Computers,2003,52(6):727～740

GPRS网络交通管理 篇8

1 数据采集监控系统的工作流程

1.1 系统结构

数据采集监控系统由GPRS数据传输中心、GPRS无线网络、网络服务器以及监控中心设备四部分构成。GPRS数据传输中心的主要任务是将采集到的信息传输到数据中心;网络服务器的主要任务是完成建立数据的传输网络与数据的传输以及远程处理采集到的数据, 同时管理整个数据采集监控系统。监控中心设备的任务是完成对数据的采集并将处理后的数据传输到数据中心;GPRS网络主要的任务就是传输数据。

1.2 系统的工作流程

1.2.1 数据采集中心与系统之间的流程

(1) 数据采集中心向数据采集监控系统发送连接请求; (2) 系统中心接收到数据采集中心发来的连接请求, 会传输QueryID来确定对方的身份; (3) 数据采集中心接收到系统中心发送的指令后, 向系统中心发送身份验证信息, 包括终端标识、名称等信息; (4) 系统中心接收到采集中心发送的身份信息后, 会分析其终端标识来验证对方身份是否合法。如果身份不合法, 系统中心会向对方发送身份验证失败的信息, 并将Socket中断, 并退出请求界面;确定对方身份合法后, 将采集中心添加到系统中, 并保存采集中心的数据信息, 然后将采集中心的全部信息发送给有读取权限的使用者; (5) 采集中心向系统中心传输数据, 系统在接收数据的同时会分析出数据对应的参数名称和单位, 然后将数据按照约定的格式传输给有读取权限的使用者, 同时保存数据; (6) 结束之后, 系统中心会中断连接, 系统中心向有读取权限的使用者发送采集中心的中断信息, 同时删除内存中采集中心的左右信息, 关闭Socket。

1.2.2 用户与系统之间的流程

(1) 用户向数据采集监控系统发送连接请求; (2) 系统中心接收到用户发来的连接请求后, 会发送QueryID来确定对方的身份; (3) 用户接收到系统中心发送的指令后, 向系统中心发送身份验证信息; (4) 系统中心接收到用户发送的身份信息后, 会确认对方的身份。如果身份验证失败, 系统中心会向对方发送身份验证失败的信息, 并将Socket中断, 并退出请求界面;如果身份验证成功, 系统中心会在系统中添加使用者的信息, 同时将该用户的信息会添加到信息表中; (5) 用户向系统中心传输数据; (6) 断开与该用户的连接, 删除该用户的信息, 关闭Socket。

2 数据采集监控系统的设计

2.1 定义数据结构

需要定义的数据结构有:采集中心变量的数据结构、现场设备的数据结构、系统中心实际案例的数据结构以及用户信息的数据结构等。

2.2 数据采集监控系统的工作算法

2.2.1 TDU上下线的处理

数据采集监控系统的主要任务是办理采集中心的上下线、用户的上下线、采集中心与系统中心的数据传输、用户与系统中心的数据传输以及对所有用户的及时更新等。TDU的上线处理主要是确定TDU的身份信息是否合法, 如果合法将TDU的全部信息传输给有读取权限的使用者, 然后把连接Socket指针增加到信息表中, 这样方便TDU下线后清除TDU的信息内容, 中断系统中心向TDU传输数据。TDU的下线处理的主要任务是向有读取权限的使用者发送该用户的下线信息, 删除该用户的Socket指针和与该用户有关的信息。

2.2.2 系统中心数据的处理算法

GPRS无线网络在传输数据时的费用是按流量来计算的, 因此, 在进行数据传输时, 要尽量将TDU的数据格式简单化, 降低数据在传输时使用的传输流量, 提高数据的传输速度。由于TDU在上线时系统中心就已经保存了TDU的全部信息, 因此, 在传输时只需要传输标志、索引以及参数值, 这样数据传输时使用的传输流量就可以得到有效的控制。

2.2.3 系统在线修改用户权限的处理算法

当GPRS网络远程数据采集监控系统连接的终端数量较多且分布范围较广时, 如果按照传统的处理方式进行处理, 那么权限更改之后要重新启动系统、重新连接。该数据采集监控系统在进行用户权限的修改时无需重新启动系统, 保证用户信息的及时更新, 提高用户权限的处理速度。

2.2.4 系统管理参数配置与控制终端

该数据采集监控系统可以实现在数据传输的过程中查看系统的运行状态以及对TDU参数的管理等。配置终端的算法是首先选取要管理的IMEI, 然后根据IMEI定位容器mapTDU中的信息, 分析出该TDU的Socke指针, 之后用该指针发送配置终端的数据包, 然后结束操作。

3 结束语

本文的创新之处在于提高了数据传输的速度, 改进了传统数据采集监控系统对采集到的数据无筛选的传输到监控中的处理方案, 从而提高了系统传输数据时的传输速度和效率。笔者设计的系统对数据的采集、传输与监控进行了系统的完善, 将采集到的所有数据根据使用者的需要有选择性的传输, 使该系统实现了科学的组网模式、可以信赖的传输方式以及先进的技术措施。

摘要：随着我国科学技术水平的不断提高, 各行各业对GPRS网络远程数据采集监控系统的应用也越来越广泛。本文从GPRS网络远程数据采集监控系统的工作流程出发, 对该系统进行了深入的研究与分析。

关键词：GPRS远程数据采集监控系统,工作流程

参考文献

[1]陈嘉, 刘宏.基于GPRS的信息家电联网技术[J].信息技术.2012 (02) :26-28.

[2]吴叶兰, 何向飞, 叶斌.基于GPRS的供水管网无线监控管理系统[J].计算机工程与设计.2010 (01) :16-17.

[3]郜向阳, 李墨雪, 王库.GPRS无线数据传送在远程采集系统中的应用[J].仪表技术.2012 (01) :23-25.

[4]乔长兵, 胡平.基于GPRS的挖掘机远程监控系统[J].微处理机.2012 (05) :26.

GPRS网络交通管理 篇9

关键词：GSM/GPRS,无线远程控制,软硬件实现

0、引言

随着电子技术和通信技术的发展, 在实际的工业生产过程中, 经常需要对一些分散、移动和远距离无人值守等作业点进行监视, 监控中心除了需要对作业点的工作参数监视外还要对作业点的控制设备发送控制命令, 实现远程控制。传统的方法是采用有线或无线专网控制系统, 这两种系统缺点是均需要专用通信设备, 建设投资大、维护费用高。随着全球移动通信技术的不断发展, 语音通信和短消息通信作为GSM系统中最基本的通信方式, 已被广泛应用。利用移动通信技术实现远程控制已经有着越来越多的研究和应用价值。本文所研究的控制系统就是借助于公共移动通信网络, 通过GSM/GPRS系统的短信技术, 进行数据传输, 实现无线远程网络控制与管理。具有一网多用, 覆盖面广、安全可靠、维护方便、造价低等优点。

1、系统的基本组成及工作原理

1.1 系统的基本组成

系统构成如图所示, 主要由中心控制计算机、数据收发器、远端控制器 (包含数据收发器) 、被控设备 (实际的应用系统) 和移动通信系统等部分构成。

1.2 工作原理

中心控制计算机通过控制软件, 向数据收发器发出对远端设备的控制指令或数据, 数据收发器将控制指令和数据发送给移动通信系统 (GSM/GPRS) , 包含有数据收发器的远端控制器, 借助于移动通信系统的无线数据传输功能, 在很短的瞬间就可以接收到从中心控制计算机发来的控制指令和数据, 远端控制器对指令进行解析, 向被控设备 (实际的应用系统) 发出相应的控制信号, 对被控设备进行控制。同样, 被控设备的状态和数据, 通过移动通信系统, 由远端传输到中心计算机上。

2、系统实现的主要功能

2.1 中心控制计算机的功能

(1) 向远端控制器发送各种指令和数据, 读取远端控制器的状态和数据、声光报警等。

(2) 区分接收远端控制器的设备所发来的运行状态和采集的数据信息, 并自动添加到数据资料库中。

(3) 对已发送和接收的数据信息进行模糊查询, 打印, 删除等管理。

(4) 控制管理多个远端控制器, 其数量不受限制。

(5) 可以设置与数据收发器通信的串行口, 也可以设置通信速率。

2.2 远端控制器功能

(1) 自动接收控制中心计算机的指令和信息。

(2) 自动发送或操作发送数据信息。

(3) 对接收的信息具有解析功能, 并且对不同的指令, 自动执行不同的操作。

(4) 对被控设备具有控制功能, 如设备启动、停止等。

(5) 系统本身具有安全保护功能, 能够区分所接收的指令数据是否来自控制中心, 若是则执行, 否则不予执行。

(6) 具有显示功能, 能够显示接收到的数据、从键盘输入的数据。

(7) 系统有键盘功能, 操作者可以从键盘输入控制设备命令, 也可以从键盘输入数据向控制中心发送。

(8) 系统能够将控制中心发来的信息传送给LED显示屏。

(9) 具有蜂鸣器发声功能, 在运行中发出声音提示。

2.3 LED点阵显示屏功能

(1) 能够与上位机进行通信, 接收从控制中心发来的信息。

(2) 具有对接收的信息解析功能, 查询字库, 显示相应的信息。

(3) 具有单字和多字显示功能, 对多字能够移动显示。

(4) 具有汉字字模库, 其汉字能够包括经常所使用汉字的百分之90以上。

3、硬件设计

控制中心计算机, 使用的是一般的PC机, 与数据收发器的连接, 是经过转换芯片SP3249将TTL电平转换成RS-232电平, 然后与计算机串口连接。

3.1 数据收发器

数据收发器的核心是GSM模块, 使用的是西门子公司的TC35i模块, 该模块功能强大, 能够进行语音传输、数据传输等, 并且获得有我国的通信入网证。另外, 还有SIM卡、接口电路、天线等组成。

3.2 远端控制器

远端控制器主要由89C52单片机、TC35i模块、LED数码管、键盘、8个发光二极管、蜂鸣器等组成。

采用MSC-51系列的AT89C52单片机, 其性能优越, 有40个引脚, 一个8位的微处理器, 3个16位定时器计数器, 片内有256字节的RAM, 有8KB的FLASH, 四个8位并行I/O口P0-P3, 每个口都可以用做输入或者输出, 一个全双工的UART串行口, 用于实现单片机之间或单片机与外界的通信, 片内有振荡器和时钟产生电路;控制器上的8个发光二极管代表8个设备及状态;蜂鸣器用于报警、新消息到来时发声、音乐演奏等;四位数码管一方面用来显示控制器上从键盘输入的要发送给计算机端的数据, 另一方面显示接收到的数据。

3.3 LED点阵显示器

LED点阵显示屏主要由P89C60X2单片机、74LS373、74LS245、等器件构成。其主要功能是接收控制器发来的数据和汉字信息, 将其在点阵显示屏上显示出来。

LED点阵显示屏所显示的汉字的字模, 是被固化在单片机中, 近2000个常用汉字。

4、系统软件设计

系统软件设计包括GSM模块控制指令应用, 控制中心计算机软件、远端控制器软件、LED点阵显示控制软件、汉字字模库软件设计等。

4.1 控制中心计算机软件设计

控制中心计算机在Windows操作系统下, 操作界面采用VB设计。在VB的控件工具箱中, 提供了一个串行通信控件MSComm, 它规定了使用RS-232串行通信上层开发的所有细则。控件MSComm所提供的事件On Comm是唯一的, 当有串口事件或错误发生时, VB会立刻触发一个On Comm事件, 程序就会自动转入On Comm事件处理程序中。这样就保证了信息实时处理的目的。

下边是程序实现过程的主要部分, 其程序流程图如图所示:发送信息。就是VB程序通过串口向模块发送一个发送命令, 让模块把输入缓冲区的内容发送出去。这些模块认可的命令, 都是基于GSM的AT命令。由于模块在TEXT方式下传输时不支持汉字, 汉字要在PDU编码方式下才能传输, 这在计算机端实现相对简单, 但单片机方面编码就很复杂, 这里我们利用存储芯片容量大的优点, 两端都装上字库, 发送汉字时只发送汉字的序号, 对方经处理后就可以得到汉字。

发送控制命令。发送控制命令的方法和以上相同, 只是在最后语句结束时加一个特殊符号, 让远端区分信息类型。

接收信息。当模块接收到信息后, 它会自动返回给串口一个信息, VB程序根据串口返回信息类型, 确定是不是接收到消息, 确定第几条消息后, 向模块发送读消息指令, 把接收到的信息显示到文本框中, 由于模块返回的信息包括是多种的, 有消息读与未读, 有对方发送时间, 对方号码一系列, 所以要对消息进行拆分处理, 送各个TEXT框显示。

查看终端设备状态。这其实也就是一个发送和接收的来回, 需要注意的是如何确定数据的准确性。这里用的是字节校验来确定。

根据实践经验, 无线通信控制端软件编程关键是运用MScomm控件对无线MODEM的操作, 以及编写合理的通信协议。

4.2 远端控制器软件设计

远端控制器以单片机为核心控制整个部分, 控制GSM模块TC35i来接收信息, 用外部中断检测信息到来。并且返回当前被控设备状态, 这里是发光二极管的状态。LED点阵动态显示接收信息。单片机主要程序流程图如图所示。单片机端接收部分的编程实现主要是以下几个方面:

(1) 主程序开始要对模块进行初始化, 并且设置异步串口通信方式, 设置波特率9600bps, 无校验位, 8个数据位。

(2) 发送信息子程序, 由于是单片机控制模块发送消息, 所以单片机要输出正确的AT命令并检验发送成功与否。单片机端设置有键盘, 可以输入要发送的数字信息。

(3) 接收信息, 我们采用中断方式检测有无消息到来, 并且判断数据是否正确和安全。如果数据正确, 则判别消息类型, 由于模块返回给单片机的信息带有不同的头信息, 和一个ok/error结尾的信息, 所以要提取信息部分以做不同的处理。若是下传数据则要将数据再传送给LED点阵显示器显示;若是控制命令, 则要把控制命令送给发光二极管, 以控制其显示, 即控制设备运行。

(4) 显示部分, 数码管一是要显示从键盘输入发送的数据, 二是要显示接收到的数据等。

5、结束语

我们所研究开发的"基于GSM/GPRS网络远程无线控制系统"应用了计算机软件编成技术、硬件接口技术、移动通信网络数据传输技术、汉字编码显示和单片机等技术。

系统借助于控制中心和远端控制器的GSM模块, 利用移动通信公司的服务, 通过控制中心计算机上的控制软件, 对远端控制器发送指令, 远端控制器是以单片机为核心, 单片机控制GSM模块接收指令和数据, 对指令解析后对被控设备进行控制, 并显示接收的数据和汉字。本项目可广泛应用于工业、农业、交通、水电、公共事业等领域的各种远程数据传输、远程监控等方面。该项目被列为河南省2005年科技攻关项目, 并在多个系统中得到实现应用。

参考文献

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[2].MichaelJ.Pont著.周敏译.时间触发嵌入式系统设计模式[M].北京:中国电力出版社, 2004.

[3].徐敏, 刘锦高.基于无线模块GPRS手机系统的设计[J].华东师范大学学报 (自然科学版) .2004.48-51