GSM與GPRS技術在水文無線監測中的比較

武 建，于淼淼，錢繼兵

(山東省水利勘測設計院，山東 濟南 250013)

水文監測的主要任務是測定江河湖庫降雨量、水位、流量等水文要素自然變化情況，是一項基礎、前期的工作，是防汛抗旱的耳目和參謀，其質量和精度將直接影響水情的實時性和準確性，影響防汛抗旱決策的科學性，因此，強化水情采集、傳輸、存儲工作，提高水情測報質量成為當務之急。

1 無線監控系統

無線數據傳輸技術是通過無線電波傳送數據信息的一種通信技術。無線傳輸方式有多種，在此，只討論目前技術較為成熟且應用于水文行業中較為可行的實施方案。

1.1 GSM系統

GSM系統即全球移動通信系統 （Global System for Mobile Communication，GSM），也稱“全球通”，是第二代無線數字蜂窩移動通信網絡標準，根據這一標準，世界上首次出現了對數字調制方式、網絡層結構和業務內容作了規定的蜂窩移動通信系統——GSM數字移動通信系統。

GSM系列主要有 GSM900、DCS1800和 PCS1900三部分，三者之間的主要區別是工作頻段的差異。

1.2 GPRS系統

GPRS是通用分組無線業務 （General Packet Radio Service）的英文簡稱，是一種基于GSM系統的無線分組交換技術，提供端到端的、廣域的無線IP連接，它采用GSM數字蜂窩移動通信網，通過與GSM相同的頻段、頻帶寬度、突發結構、無線調制標準、跳頻規則以及相同的TDMA幀結構實現多點雙向通信。

GPRS基本原理是，當用戶上傳或下載互聯網數據時，系統不是利用當時承載服務所采用的電路連接，而是利用分組將數據在網絡中傳送，達到多用戶間對網絡資源的共享。另外，數據傳送使用GPRS，而語音傳送使用GSM，使下載資料和通話可以同時進行。為此，它不但可以為GPRS用戶提供GSM移動電話通信的所有功能，更為突出的是為GPRS用戶提供了一種更快捷、更方便、更便宜、更持久的移動上網方式。GPRS目前被認為是移動通信從第二代向第三代過渡的重要一環。

2 無線監控應用于水文監測工作的必要性

我國水文事業發展至今，從傳統的人工干預監測技術來看，尚存在若干問題：1)記錄方式以模擬方式為主，通常采用傳統媒體作為記錄載體；2)數據處理基本靠人工處理判斷，費時易錯；3)水文信息的采集、傳輸、處理的實時性和準確性較差，無法適應現代水文事業的需求。因此，要用自動化技術促進水文監測自動化的發展。

基于移動通信公司的通信平臺，構建水文信息采集傳輸系統，從而將無線監控應用于水文監測工作中，一方面可以加強報汛站測報基礎設施建設，加快水情信息及時、準確采集，保證安全傳輸，提高水文測報和防洪減災能力；另一方面，基于GSM/GPRS公網信道的現代化監測系統，安裝方便、維護簡單，并能夠有效面對各種復雜地形，提高報汛的時效性，增加了洪水預報的有效預見期和預報精度，從而取得防汛的主動權。

3 基本技術比較與選擇

3.1 技術復雜度與成熟度比較

基于GSM的系統相對簡單一些，通信雙方只需通過GSM模塊聯接GSM網絡即可。通信方既可以是現場終端，也可以是手機或PC等數據中心（既可以是移動設備也可以是固定設備）。

基于GRPS的系統一般均由數據中心和GPRS終端組成。數據中心可通過GPRS Modem或互聯網與移動公司連接，主要完成采集、接收數據、信息，進行解包處理并存入數據庫進行管理；GPRS終端一般連接儀表等現場設備，一臺GPRS終端一般可以連32臺儀表（若采取適當的增強措施可以連接更多）。一旦GPRS終端上電，便與數據中心進行通信，數據中心從接收到的數據包中可獲得與對方通信必需的信息，這樣兩者就建立了可相互通信的鏈路，可以隨時進行無線數據采集。在常用的GPRS業務中，GPRS網就相當于Internet的一個局域網，因此通信剛開始時，GPRS終端要先發起連接數據中心，數據中心從接收到的數據包中獲得通信必需的信息后才能訪問GPRS終端。

GPRS終端與基站是通過空中接口連接的。數據中心的連接方式在實際應用中多種多樣，常用的方式有兩種:1)數據中心通過GPRS modem撥號上GPRS網，這種撥號上網獲得的IP地址可以是動態的，也可以是靜態的，這種方式在實際中用的不多；2)數據中心接入因特網（Internet），可以充分利用因特網的許多成熟技術，如動態域名、端口映射等，還可以把數據采集系統直接架構在公司原有的網絡上。

以上可以看出GPRS的配置、安裝及技術要求都比GSM要復雜得多，一般需要參考配置手冊完成。

3.2 費用以及時間延遲比較

GSM SMS方案的設備費用包括:SIM卡2張，共50元；2個 GSM模塊，共 600元；在傳輸過程中，按照客戶端以每分鐘一條的頻率發送短信數據包，每個數據包包含了當時的參數，每條短信最便宜0.02元，每個小時的費用為60×0.02=1.2元，每月的費用為86元。GPRS方案的設備費用包括:2個GPRS模塊共1000元；SIM卡2張，共50元；每張APN卡包月的費用為150元，不限制流量。

測試數據表明，使用GSM短信模塊在中國移動網內同一地區和品牌的手機號之間，非短信高峰期，且手機信號強度良好的情況下一條短信的時間延遲至少為11s，最長可達數分鐘。而使用GPRS發送平均大小為60B的數據包，平均時間延遲為5s。

對比結果可以看到，在無線監控發動機狀態的項目中，GPRS數據傳輸方案的性價比明顯高于GSM短信方案。根據山東省最新GPRS資費顯示，對于GPRS業務資費將會進一步減少。

3.3 二者的適用范圍界定

GSM的SMS和GPRS技術自身工作原理和特性決定了它們各自的適用場合和系統。通過GSM的SMS進行數據通信，具有無需額外地建立連接、系統組建簡單、成本低的特點。但由于短消息長度有限，數字或英文最多只能發送160個，按條數計費，因此只適合于傳輸數據量較小且通信頻率不高的系統，比如安防監控、電表抄表等。而GPRS的工作原理保證了它既能支持間歇的爆發式數據傳輸，又能支持偶爾的大量數據的傳輸。數據傳輸速度快，按流量計費。“永遠在線”方式則可以保證通信雙方更加快速隨時地進行數據交換。因此，基于GPRS的系統適合于這種通信頻繁、數據量大、實時性要求較高的復雜系統，比如儀表數據采集等。

3.4 水文行業應用比較

GSM模塊中插入中國移動神州行SIM卡；經RS232口連接到計算機。在客戶端和服務器端的計算機設置GSM模塊的串口參數，在客戶端軟件設置接收端的手機號碼，即可投入使用。

對于 GPRS Modem,需插入 APN的 SIM卡、安裝天線、連接RS232電纜到Modem的用戶配置端口。運行Windows操作系統的超級終端，設置端口速率為38 400，數據位8，奇偶校驗無，停止位1，數據流控無。發送控制命令設置Modem的參數如下:接入點名稱APN，服務代碼，PPP用戶名和密碼，數據中心(即服務器接收設備)的設置IP地址、端口號、傳輸協議、用戶串口的波特率、校驗、數據位、停止位、流控制。設置完成后退出并重新啟動Modem以更新配置。

GSM模塊的配置比GPRS Modem的配置要簡單很多；只要把GSM Modem的串口和接收號碼設置完成即可。而GPRS Modem的配置對普通用戶過于復雜；一般需要參考配置手冊完成。

4 結 語

綜上所述，GSM方案具有設備簡單、價廉、部署方便的特點；但時間延遲較大、二次開發復雜、可靠性低、傳輸速率小。GSM方案適合于數據傳送頻率小，時延要求低，數據量小的場合，如環境水質監控、糧倉監控等。GPRS方案具有數據傳輸速度快、穩定性高、安全性強、二次開發簡單、永遠在線的特點；但是GPRS設備價格高，需要向移動公司申請APN業務，系統部署較復雜。該方案適合于數據量大、實時性要求高、時延小的場合，如空間電場實時遠程數據采集、電力變電站的遠程抄表和監控、水情報汛等。

雖然長遠看來，使用GPRS已經成為一種趨勢，但目前的條件，以開發GSM的短信業務為基礎的監控系統已經可以滿足需要，并且更為容易掌握，可以作為短期的一個過渡。考慮到升級擴展方便，可以選用同時支持SMS和GPRS數據傳輸的通信模塊，如西門子的MC35i等。

[1]李春晉,張偉.GPRS通信技術在溫州水文自動遙測系統中的應用[J].吉林水利,2009(07).

[2]陳琦,丁天懷,李成,王鵬.基于GPRS/GSM的低功耗無線遠程測控終端設計[J].清華大學學報(自然科學版)網絡，2009(02).

[3]王祖印,王樹海.關于水利信息化管理平臺的設計與研究[J].水利天地,2009(03).