土右電網GPRS電壓監測系統的應用分析

曹俊林/同濟大學

土右電網GPRS電壓監測系統的應用分析

曹俊林/同濟大學

隨著供電網絡的擴大，供電企業運行管理任務大大增加。但是由于大量依靠人工對電網運行狀態進行監測和管理，效率低，效果差。土右電力公司通過研發和實踐，應用一種基于全電子式多功能電壓監測和GPRS無線網絡技術的高低壓配電網實時監測系統成為解決這一問題的較好方案。

一、功能概述

DY2型電壓監測儀（GPRS），是依據電力行業標準開發研制的，專門用于監測電網電壓的運行質量的電子儀表，主要由計算機、電壓監測儀、監測數據分析管理系統等組成，該儀器以單片機和GSM/GPRS無線網絡技術為核心，集監測，記錄，遠程通訊于一體的智能化儀器。產品采用了大規模的集成電路技術，高精度A/D轉換技術，單片機控制技術和抗干擾技術，具有測量精確，可靠性高，功能齊全，人機界面友好，安裝方便，操作簡單等特點，在同類產品中具有很高的性能價格比。GPRS模塊直接內置在儀表內部，在供電部門使用的原有管理軟件計算機上，增加TCP/IP協議收發數據的功能，就可完成和GPRS數據服務器之間的數據傳輸。

二、GPRS介紹

1.GPRS的特點。GPRS具有傳輸速率高、接入速度快、可永久連接、豐富的數據業務的特點。

2.GPRS系統。

（1）GRPS的邏輯結構。從網絡側看，GPRS是在GSM網絡的基礎上增加SGSN 和GGSN這兩種網絡實體以及Gb、Gn/Gp、Gi、Gr、Gf、Gd、Gs、Gc等接口而實現的。在上述接口中，Gs和Gc接口是可選接口，需要SGSN與MSC/VLR配合實現諸如聯合位置更新、經由GPRS進行CS尋呼等功能時，就應選用Gs接口；如果選用Gc接口，GGSN可直接從HLR獲取位置信息，則如果未選用Gc接口，GGSN則需通過其他SGSN或GGSN從HLR獲取位置信息。

（2）GPRS網絡的基本結構。來自MS的用戶信令與數據在BSS之后分流，電路業務經A接口去往MSC/VLR進入GSM核心網，分組業務則經Gb接口去往SGSN進入GPRS骨干網。在GPRS骨干網內部，各GSN實體之間通過Gn接口相連，它們之間的信令和數據傳輸都是在同一傳輸平臺中進行的，所利用的傳輸平臺可以在ATM、以太網、DDN、ISDN、幀中繼等現有傳輸網絡中選擇。GPRS骨干網中的SGSN和GGSN還通過Gr/Gc、Gs、Gf、Gd等接口分別與HLR、MSC/VLR、EIR、SMS-GMSC等原GSM網絡實體相連，這些實體之間的通信只涉及信令，利用SS7網絡進行通信。

（3）GPRS傳輸協議。接口射頻部分：采用與GSM相同的傳輸模式；MAC/RLC協議：提供分組數據傳輸的信道，其中RLC協議可支持MS與BSS之間的有確認和無確認兩種模式的數據傳輸；LLC協議：它與RLC協議是相對獨立的，在MS與SGSN之間提供一條高度可靠的加密的邏輯鏈路用于數據傳輸。LLC協議也可同時支持有確認和無確認兩種模式。LLC層可支持多種QoS延時級別；SNDCP協議：作為網絡層與鏈路層的過渡，將IP/X.25用戶數據進行分段、壓縮等處理后送入LLC層進行傳輸。Gb接口L1bis：物理傳輸層。網絡業務該層基于幀中繼，：用于傳送上層的BSSGPPDU。BSSGP協議：在傳輸平臺上，該協議用于在BSS與SGSN之間提供一條無連接的鏈路進行無確認的數據傳送；Gn接口L1/L2：底層傳輸網絡相關的協議，底層傳輸網絡可以是ATM、以太網、DDN、ISDN、幀中繼等；UDP/TCP：UDP提供差錯保護，用于承載不要求可靠傳輸的GTPPDU。TCP提供流量控制以及丟失和差錯保護，用于承載要求可靠傳輸的GTPPDU；IP：GPRS骨干網協議，用于路由用戶數據和控制信令。GPRS骨干網可先采用IPv4,最終將使用Ipv6.GTP協議：用于GPRS骨干網中GSN之間數據和信令的隧道傳輸，它將用戶的PDPPDU用GTP字頭封裝用于標識特定用戶。

3.引入GPRS業務對現有GSM網絡的影響。

（1）網絡設備。a.對于MS和BSS部分。由于GPRS與電路型業務相比較，其基本的調制方式和無線信道的傳輸速率和突發脈沖等方面都沒有改變。無線接口的主要修改在于：無線接口的信令部分包括MAC/RLC,SNDC以及高層的信令等；邏輯信道與物理信道的映射、信道編碼部分；物理層的無線鏈路部分包括功率控制、同步、時間提前等算法。MS支持GPRS的移動臺一般在軟硬件上均需改動。以傳送分組數據業務為目標的GPRS業務，一般其終端都具有連接PC適配接口，以便與多種數據應用終端的連接。BTS基站不需要修改硬件設備，僅需進行軟件的升級。當引入CS-3,CS-4信道編碼時，目前大部分廠家的Abis接口的幀結構要發生變化。BSC為了支持GPRS，需要在BSC增加分組控制單元（PCU）。PCU需要支持BSC至SGSN的Gb接口，由于該接口采用幀中繼方式，原有電路型的交換設備無法使用，必須增加新的硬件設施完成與SGSN的連接。同時，PCU還完成信道指配和無線信道管理等工作，包括廣播控制信道和功率控制等。

b.對于網絡部分。需要新增網絡交換設施SGSN和GGSN。－SGSN：與BSS接口，主要完成GPRS的移動性管理、加密和計費等功能；－GGSN：與分組數據網絡接口；對于原有網絡設施需要進行軟件升級并配備一些網絡接口連接：－HLR：需要增加GPRS的相關數據，包括用戶簽約的GPRS業務種類和移動用戶所在的SGSN的號碼，以及SMS是通過MSC來傳送還是GPRS網絡來傳送；HLR需增加與SGSN、GGSN（可選）等網絡實體間的Phase2+的MAP信令接口；－MSC/VLR：當采用MSC與SGSN之間的Gs接口時，需要對于MSC/VLR進行軟件升級并配備相應接口，以支持聯合位置更新和尋呼；－短消息業務中心：需增加與SGSN的接口，采用現有MAP信令也可實現短消息業務在GPRS中的傳送；－計費系統：應能夠根據SGSN和GGSN采集的計費信息，建立適合于分組數據業務的計費處理系統；操作維護中心：OMC-R需要增加無線資源管理的相關數據，OMC-S部分增加了SGSN和GGSN兩個網絡單元，應增加其相應的管理數據和程序。

（2）傳輸網絡傳輸網絡的投資在整體網絡建設中占用相當大的比重。由于目前蜂窩網絡的業務主要為電路型業務因此主要采用PCM2Mb的線路，隨著GPRS骨干網絡的不斷發展，有選擇地采用幀中繼、ATM等傳輸方式以提高傳輸有效性，適應業務和網絡的發展。

（3）無線網絡的規劃GPRS信道引入干擾的方式與電路型有所不同，這主要是由于該信道是動態方式，時開時關，并且其功率控制機制與電路型不同。對于話音的干擾將會是電路業務和分組業務的疊加，在分組數據業務量較小時，電路與分組之間的動態信道分配，對于網絡中話音質量的影響不大。