GPRS環(huán)保污染源在線監(jiān)控系統(tǒng)解決方案
提供方：中聯(lián)科技
摘要：在環(huán)保系統(tǒng)中，常常需要對(duì)眾多的污染排放點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),，大部分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)發(fā)送到管理中心的后端服務(wù)器進(jìn)行處理,。由于監(jiān)測(cè)點(diǎn)分散，分布范圍廣,，而且大多設(shè)置在環(huán)境較惡劣的地區(qū),，通過(guò)電話線傳送數(shù)據(jù)往往事倍功半。利用GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸,，成為環(huán)保部門選擇的通信手段亮點(diǎn)之一,。
一、需求分析
在人類生存環(huán)境日益惡化的今天,，建立完整的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是非常必要的,，處理分布在各處的環(huán)境檢測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題一直是建立環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的難點(diǎn)，建立獨(dú)立的無(wú)線擴(kuò)頻系統(tǒng)和使用專線都有龐大的建設(shè),、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用問(wèn)題,。
GPRS 是通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service)的英文簡(jiǎn)稱，是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展起來(lái)的一種承載業(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拋棄了傳統(tǒng)的獨(dú)占電路交換模式,，采用分組交換技術(shù),，每個(gè)用戶可同時(shí)占用多個(gè)無(wú)線信道，同一無(wú)線信道又可以由多個(gè)用戶共享，有效地利用了信道資源,，帶寬最高可達(dá) 171.2Kb/s,。目前中國(guó)移動(dòng)的GPRS覆蓋范圍在中心城市幾乎達(dá)到了100%，在邊遠(yuǎn)地區(qū)也達(dá)到了80%以上,，實(shí)際應(yīng)用帶寬大約在20- 40Kb/s,，特別適合像金融交易、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)等行業(yè)的通信需求,，完全取代過(guò)去傳統(tǒng)的有線MODEM,、X.25、數(shù)傳電臺(tái),、短信等通信方式,。
GPRS通信方式更適合于環(huán)保數(shù)據(jù)采集業(yè)務(wù)，目前各省環(huán)保監(jiān)測(cè)站與各采集點(diǎn)采用電話線傳送數(shù)據(jù)或手工抄錄,，實(shí)時(shí)性差,，費(fèi)用也不便宜。GPRS無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)有以下優(yōu)勢(shì)：
1）GPRS用戶可隨意分布和移動(dòng)自己的網(wǎng)點(diǎn),，無(wú)需擔(dān)心線路的維護(hù)或有線在移機(jī)時(shí)導(dǎo)致的通訊中斷,。建設(shè)新的監(jiān)測(cè)點(diǎn)無(wú)需進(jìn)行拉線、埋線等工作,。較光纖或?qū)＞€系統(tǒng)投資較少,，設(shè)備安裝方便。
2）終端價(jià)格比較低,。與DDN相比,，較DTU或DDN專線Modem其終端價(jià)格便宜很多。
3） GPRS資費(fèi)便宜,，計(jì)費(fèi)合理,。GPRS 資費(fèi)包月比有線電話網(wǎng)絡(luò)資費(fèi)還便宜。環(huán)保數(shù)據(jù)采集業(yè)務(wù)沒(méi)有大數(shù)據(jù)量的信息傳輸,，不必要采用資費(fèi)很高的專線（DDN,、幀中繼）。GPRS還可根據(jù)通信的數(shù)據(jù)量和提供的服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行計(jì)費(fèi),。在GPRS網(wǎng)中,，用戶只需與網(wǎng)絡(luò)建立一次連接，就可長(zhǎng)時(shí)間的保持這種連接,，并只在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)才占用信道并被計(jì)費(fèi),，保持時(shí)不占用信道不計(jì)費(fèi)。這樣,，監(jiān)測(cè)點(diǎn)既不用頻繁建立連接,，也不必支付傳輸間隙時(shí)的費(fèi)用。
4）GPRS能最好地支持頻繁的、少量突發(fā)型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),。通信質(zhì)量穩(wěn)定可靠,，永不掉線。
5） GPRS網(wǎng)絡(luò)接入速度快,，提供了與現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)的無(wú)縫連接,。由于GPRS網(wǎng)本身就是一個(gè)分組型數(shù)據(jù)網(wǎng), 支持TCP/IP、X.25協(xié)議,，因此無(wú)需經(jīng)過(guò)PSTN等網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)接,，直接與分組數(shù)據(jù)網(wǎng)（IP網(wǎng)或X.25網(wǎng)）互通，接入速度僅幾秒鐘,，快于電路型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),。采用TCP/IP協(xié)議，較以前的無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（集群,，雙向傳呼,，GSM短信息）而言，網(wǎng)絡(luò)接入更加直接方便,。
6）覆蓋較好,。比較很多無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（集群，雙向傳呼,，CDPD,，CDMA）而言,，其網(wǎng)絡(luò)覆蓋是最好的,。
二,、解決方案
在環(huán)保系統(tǒng)中，常常需要對(duì)眾多的污染排放點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),，大部分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)發(fā)送到管理中心的后端服務(wù)器進(jìn)行處理,。由于監(jiān)測(cè)點(diǎn)分散，分布范圍廣,，而且大多設(shè)置在環(huán)境較惡劣的地區(qū)，通過(guò)電話線傳送數(shù)據(jù)往往事倍功半,。利用GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸,，成為環(huán)保部門選擇的通信手段亮點(diǎn)之一,。污染監(jiān)測(cè)設(shè)備將采集到的污染數(shù)據(jù)和告警信息,，通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò),，及時(shí)發(fā)送到環(huán)保監(jiān)察部門，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)排污單位或個(gè)人的及時(shí)管理,，大大提高了工作效率,，為環(huán)境保護(hù)提供了嶄新方式,。
2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
 圖1 GPRS 環(huán)保污染源監(jiān)控系統(tǒng) |
2.2 系統(tǒng)方案組成
2.2.1 環(huán)保監(jiān)控中心
監(jiān)控中心服務(wù)器申請(qǐng)配置Internet上固定的IP地址，或申請(qǐng)配置專線,，通過(guò)光纖、DDN 等數(shù)據(jù)專線直接和移動(dòng)中心機(jī)房的GPRS 網(wǎng)絡(luò)連接,。監(jiān)控中心服務(wù)器上安裝相關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)軟件,。監(jiān)控系統(tǒng)軟件包括通信服務(wù)器,、監(jiān)控中心服務(wù)器,、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、WEB服務(wù)器四個(gè)部分,。
通信服務(wù)器負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)行業(yè)數(shù)據(jù)通信協(xié)議,、數(shù)據(jù)代理轉(zhuǎn)發(fā),、通信設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控等功能；
監(jiān)控中心服務(wù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析,、存儲(chǔ),、反控等功能,；
數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ),、備份,；
WEB服務(wù)器實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)管理,、業(yè)務(wù)管理等功能,。
具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，通信服務(wù)器,、監(jiān)控中心服務(wù)器,、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器,、WEB 服務(wù)器可以安裝在一臺(tái)服務(wù)器中,，也可以安裝在不同服務(wù)器中,。如果行業(yè)客戶要求對(duì)終端進(jìn)行終端IP綁定,，需要安裝RADIUS服務(wù)器,，為系統(tǒng)提供AAA 認(rèn)證和IP綁定功能。
2.2.2 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)
利用中國(guó)移動(dòng)現(xiàn)有的GPRS/GSM 網(wǎng)絡(luò),，監(jiān)控點(diǎn)和監(jiān)控中心系統(tǒng)的所有交換信息通過(guò)中國(guó)移動(dòng)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸.
2.2.3 GPRS IP Modem
圖2 GPRS IP Modem功能示意圖
GPRS IP MODEM 是一款集成了GPRS MODEM傳輸功能和TCP/IP網(wǎng)絡(luò),、路由功能于一體的新型無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,。廣域網(wǎng)絡(luò)采用GPRS,，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)準(zhǔn)100BaseT 和串口（包括RS232,、RS485 等）連接兩種方式,。根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境,，物理上的這三個(gè)接口能夠靈活運(yùn)用，采用不同的連接方式,，使該設(shè)備具備了三大功能：以太網(wǎng)→GPRS 網(wǎng)絡(luò)的路由功能；串口→以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換功能,；串口→GPRS 網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換功能,。
以太網(wǎng)→GPRS網(wǎng)絡(luò)的路由功能
連接內(nèi)部局域網(wǎng)絡(luò)（LAN）和GPRS 無(wú)線廣域網(wǎng)絡(luò)（WAN）,，能通過(guò)NAT技術(shù)，讓內(nèi)部的多臺(tái)IP 終端設(shè)備（如PC）以GPRS無(wú)線方式同時(shí)共享接入互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)/企業(yè)網(wǎng)絡(luò),，使用現(xiàn)有的各種Internet 網(wǎng)絡(luò)服務(wù),，如WEB、EMAIL,、FTP等及企業(yè)各種應(yīng)用。
圖3 以太網(wǎng)→GPRS網(wǎng)絡(luò)的路由功能示意圖
適用范圍：內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)是標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò),，只是在廣域網(wǎng)絡(luò)接入方式上選擇了無(wú)線移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò),。
串口→GPRS網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換功能
由于GPRS是基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò),，要求接入的設(shè)備必須符合TCP/IP規(guī)范,，而大多數(shù)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)終端設(shè)備（像金融POS,、監(jiān)測(cè)監(jiān)控采集設(shè)備RTU 等）均不具有IP功能,，這些終端設(shè)備借助GPRS IP Modem,，能輕松方便地通過(guò)串口接入GPRS網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無(wú)線聯(lián)網(wǎng),。
圖4 串口→GPRS網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換功能示意圖
適用范圍：金融POS,、ATM,、監(jiān)測(cè)設(shè)備等帶有傳統(tǒng)串口的非IP終端設(shè)備通過(guò)GPRS實(shí)現(xiàn)無(wú)線聯(lián)網(wǎng),?？梢圆捎?/span>GPRS IP Modem特有的透明傳送方式,，除了通信網(wǎng)絡(luò)采用GPRS外,，其他已有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并不改變,，充分利于過(guò)去存在的大量設(shè)備,，快速經(jīng)濟(jì)無(wú)線聯(lián)網(wǎng),。
串口→以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換功能（可去掉無(wú)線模塊）
將傳統(tǒng)的非IP終端通過(guò)RS232/RS485串口直接轉(zhuǎn)換為具有標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP 100BaseT接口的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,，解決了同一位置有多臺(tái)串口終端需要同時(shí)通過(guò)GPRS聯(lián)網(wǎng)的情況,。
圖5 串口→以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換功能示意圖
GPRS IP Modem只能提供一個(gè)串口解決單臺(tái)串口設(shè)備接入GPRS問(wèn)題,，對(duì)同一地點(diǎn)有多臺(tái)串口終端需要接入GPRS的情況，如果每臺(tái)設(shè)備均通過(guò)GPRS IP Modem的串口→GPRS網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換功能接入GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò),，干擾較大,，并且總體成本方面投入較大,。因此可以先采用串口→以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換功能將所有串口終端用局域網(wǎng)絡(luò)的方式聯(lián)網(wǎng),，最后集中采用一臺(tái)GPRS IP Modem的以太網(wǎng)→GPRS網(wǎng)絡(luò)路由功能接入GPRS網(wǎng)絡(luò),，整體方案具有很高的性能價(jià)格比,。
2.2.4 監(jiān)控終端
監(jiān)控儀器通過(guò)RS232 串口直接與GPRS IP Modem（智能型GPRS 調(diào)制解調(diào)器）連接，并由其建立無(wú)線數(shù)據(jù)連接,。原則上，所有提供RS232/485接口的環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備,，如污水流量計(jì)、COD（含氧量）/BOD（生物耗氧量）測(cè)量?jī)x等均能夠用于該系統(tǒng)方案,。
監(jiān)控終端的組網(wǎng)方案因網(wǎng)點(diǎn)的設(shè)備數(shù)量多少而有較大差異，主要集中為兩種方式：
1）網(wǎng)點(diǎn)為單臺(tái)設(shè)備,，監(jiān)控終端設(shè)備只需要增加一個(gè)具有串口的GPRS IP 橋接器就好了,。連接方式為上面系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖左邊的三種典型應(yīng)用,。
2）網(wǎng)點(diǎn)為多臺(tái)監(jiān)測(cè)設(shè)備集群使用,。多種監(jiān)測(cè)設(shè)備集中在同一物理位置,，如果采用為每臺(tái)設(shè)備均配置GPRS 模塊的方案，不僅初始安裝費(fèi)用會(huì)提高,，而且長(zhǎng)期營(yíng)運(yùn)的使用費(fèi)用也較高,，同時(shí)中國(guó)移動(dòng)的GPRS 基站對(duì)同一物理位置的多個(gè)GPRS 設(shè)備接入也有負(fù)荷能力限制,。所以我們獨(dú)家推出以下解決方案,，具有非常高的性能價(jià)格比。其示意圖如下：
圖6 GPRS集群使用方案
2.3 方案比較
表1 GPRS無(wú)線業(yè)務(wù)與其他網(wǎng)絡(luò)業(yè)的性價(jià)比較
從表1可以看出基于GPRS的環(huán)保污染源在線監(jiān)控方式具有較高的綜合性能價(jià)格比。
易于網(wǎng)絡(luò)采集點(diǎn)的擴(kuò)展,，幾乎不受到網(wǎng)點(diǎn)規(guī)模的限制,，可以在中國(guó)移動(dòng)的全網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)使用?？缡》?、跨地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)也非常容易組建,。
可實(shí)現(xiàn)集中網(wǎng)絡(luò)管理，可用SNMP 協(xié)議實(shí)現(xiàn)所有網(wǎng)點(diǎn)設(shè)備的集中管理,。
GPRS 方案只是通信方式的改變,，對(duì)上層應(yīng)用軟件系統(tǒng)幾乎沒(méi)有任何影響。同時(shí)對(duì)現(xiàn)在環(huán)保行業(yè)大量存在的各種監(jiān)測(cè)設(shè)備也不需要更換和進(jìn)行硬件電路更改,。
2.4 GPRS方案的安全性分析
GPRS 的物理鏈路數(shù)據(jù)本身已經(jīng)采用了加密傳送。
該方案中如果監(jiān)控中心直接連接到GPRS 網(wǎng)絡(luò),，實(shí)質(zhì)為內(nèi)網(wǎng)方案,，所有數(shù)據(jù)均與INTERNET 隔離,。大大增強(qiáng)了信息的安全性,。
可以向移動(dòng)中心申請(qǐng)單獨(dú)的APN（網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)名稱）,，類似于VPN 方案,，可以限制非法SIM用戶的登錄,。
三,、產(chǎn)品具有的優(yōu)勢(shì)
目前CDMA1X網(wǎng)絡(luò)設(shè)備處于一個(gè)新興的蓬勃發(fā)展階段,。 CDMA1X 網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品是在已成熟的寬帶路由器和SNMP 網(wǎng)管設(shè)備等產(chǎn)品的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的全新系列產(chǎn)品，硬件采用全新的32位嵌入式RISC CPU,，處理能力及系統(tǒng)資源提高10 倍以上,。
軟件上采用完整的嵌入式OS 及TCP/IP 協(xié)議包,，整體方案和其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的產(chǎn)品相比有如下技術(shù)優(yōu)勢(shì)：
具有100BaseT 網(wǎng)絡(luò)接口及完整的IP ROUTER 功能,，其他產(chǎn)品均無(wú)網(wǎng)絡(luò)接口,。
具有TCP可靠連接方案,，專為金融交易應(yīng)用而設(shè)計(jì),。
內(nèi)嵌WEB Server 配置方式,，方便直觀,。
強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)管理功能,，適合行業(yè)應(yīng)用。
為整體解決方案提供所需要的系列網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,。
支持遠(yuǎn)程維護(hù),，具有遠(yuǎn)程配置,、遠(yuǎn)程升級(jí)和重啟動(dòng)的功能,。
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