基于移動網絡及短距離通訊技術的電表數據采集系統.

張勇波

0 引言

GPRS 是移動通信技術中介于數字通信和分組型移動業務之間的一種技術，通過升級全球移動通信系統（GSM）網絡實現，即在GSM 網絡結構中增添3 種新的網絡節點（分組控制單元PCU、GPRS 業務支持節點（SGSN）和GPRS網關支持節點（GGSN））以及對GSM的相關部件進行軟件升級來實現。GPRS 采用時分多址方式傳輸語音，采用分組方式傳輸數據。它的數據傳輸速率最高理論值可達到171.2kbit/s，并且支持X.25 協議和IP 協議，在它基礎上可以開發VPN 和APN 業務。

VPN 技術是指采用隧道技術以及加密、身份認證等方法，在公眾網上構建專用網絡的技術，數據通過安全的“加密管道”在公眾網中傳輸。APN 是按照標準的IPSec 架構設計的VPN，支持動態IP 地址，形成網狀的VPN 連接。

綜上所述，在GPRS 上可以借助VPN 和APN 構造安全可靠且高效的數據傳輸網絡，在多個行業都有了成功應用。

近些年短距離無線通信得到了廣泛的應用，一般使用數字信號單片射頻收發芯片、單片機技術等平臺而設計的。加上微控制器和少量外圍器件構成專用或通用無線通信模塊，一般射頻芯片采用FSK 調制方式，工作于ISM 頻段，通信模塊一般包含特定的數據傳輸協議和自定的加密協議（奇偶校驗、SIM 卡校驗等等），用戶不用對無線通信原理和工作機制有較深的了解，只要依據命令字進行操作即可實現基本的數據無線傳輸功能，因其功率小，開發簡單快速而應用廣泛。

1 系統硬件結構及組成

1.1 硬件結構

系統采用最新的GPRS 無線網絡技術實現數據傳輸，該方案施工簡單，維護成本低，數據傳輸穩定、可靠。針對此項目，因其布點靈活、傳輸的數據量不大（后期通訊費用較低）、測量數據需根據用戶需求實時或者間斷性傳送等特點，采取GPRS 無線網絡技術應是最佳設計方案。山東移動通信公司為勝利油田開辟了一條VPN 及油田專用的APN，實際操作中通過VPN 接入GPRS 網絡，為每個SIM 卡綁定一個固定的IP 地址，這使得數據傳輸安全性和保密性大大提高。

系統由管理中心服務器、遠程抄表集中器、短距離無線抄表終端（采集器）、電表等組成四級網絡，憑借功能完善的后臺管理軟件，電力管理人員在足不出戶的情況下，就可以對0.4KV 低壓用戶進行遠程抄表、遠程停送電控制、異常數據分析等操作。系統結構圖，如圖1所示：

圖1 系統硬件組網結構圖

2.2 主要硬件組成

集中器介于數據管理中心和采集器，具備CDMA/GPRS 遠程無線網絡通訊和短距離無線通訊網絡，主要實現數據集中、存儲和傳輸控制功能。集中器上行通過“CDMA/GPRS 無線網絡通訊技術”將電量信息傳入數據管理中心，下行通過“短距離無線通訊技術”傳達命令至采集器。集中器在電力用戶和數據管理中心之間巧妙的組建了一個二級無線抄表網絡。

集中器以DTU 模塊接口、RF 射頻無線接口和RS-485接口組合，透傳和緩存模式集中存儲大量數據，其特征是通過這些接口組合連接形成多種通訊路徑，透傳和緩存模式集中存儲大量數據并加快傳輸。集中器結構圖，如圖2所示：

圖2 集中器結構圖

采集器上行以射頻無線及RS-232 接口交換數據，下行滿足脈沖型和RS-485 型表具電量采集和控制要求。其特征是：脈沖接口或RS-485 接口滿足不同表具電量采集。

2 后臺軟件設計

2.1 系統軟件結構

系統軟件分為服務器端和客戶端兩個部分，可以實現多用戶對遠程中繼站進行控制，從而對所有電表進行遠程操作，實現了遠程通斷電、遠程抄取實時數據等一系列操作。

系統框架采用三層體系結構，用戶表現層、業務邏輯層、數據庫層3 個層次。各層次之間均采用標準的TCP/IP通信協議并提供設備無關的控制接口，可根據用戶需要靈活選擇系統配置和功能分布方式，如圖3所示：

圖3 系統軟件結構圖

2.2 軟件模塊化設計

軟件整體上采用模塊化設計，包括用戶管理、系統基本信息管理、數據處理、電表管理、綜合查詢、遠程采集器管理等模塊。

整個系統軟件有如下特點：

模塊化系統構建：整個系統由各方面管理模塊組裝而成，滿足了管理軟件應用復雜性、多樣性、個性化需求，充分體現了系統設計的組件化、構件化、模塊化等特點，為系統的功能擴展、模塊變更、修改等提供了強有力的技術保障。模塊的組裝、變更、拆卸非常簡單，只要在系統權限管理模塊中稍加配置即可。

角色化權限設置：基于角色人員、角色模塊、模塊對象等權限管理設置機制，組織中所有角色人員可以靈活配置適合本角色模塊功能、操作項等訪問權限，無關模塊、操作則屏蔽。

全面的安全保障：提供全面的、高強度的系統安全保障機制，提供客戶端、模塊、模塊之間、服務端、客戶端與服務端之間全面的系統安全保障機制，確保系統在相對安全性差的互聯網環境下安全、可靠等運行。

簡單的集成接口：提供簡單、方便、無縫的系統集成接口，用戶可以把其他方式的業務應用、管理等系統集成到本系統中來（其他技術架構系統也可）。

3 結束語

本文介紹的電表數據采集系統可以為電力管理部門提供了大量的準確數據，可靠的資料保證和科學的理論分析，以達到把握全局，節約能源的目的。通過實際運行表明，本系統設計合理，建設周期短，充分發揮了通用分組無線業務（GPRS）數據傳輸的優勢，只需要一次投資遠程測量終端，具有覆蓋面廣、數據傳送可靠、營運費用低等優點，隨著GPRS 網絡進一步完善及費用的進一步降低，系統有很好的應用前景。

[1]李文.基于GPRS 技術的遠程住宅監測系統設計[J].北京工商大學學報，2009，27（4）：13-16.

[2]鐘章隊，將文怡，李紅君.GPRS 通用無線分組業務[M].北京:人民郵電出版社,2001.