基于GPRS的遠程抄表系統的設計分析

王 雷，張靳予，陳 瑩

（云南電網有限責任公司昆明供電局，云南 昆明 650000）

0 引言

電力用戶數量的增加使電力抄表壓力持續提高，而電力生產方面對于計劃調度以及經濟調度的提升，也使負荷用電時段呈現出增加的趨勢，導致電力供需之間矛盾的凸顯[1]。為實現對這一問題的有效解決，實現削峰填谷，促進電力能源的合理化利用，應用遠程自動抄表技術提高計量計費與控制質量具有非常重要的現實意義。怎樣以GPRS通信技術為依托，促進遠程抄表系統的優化設計，值得深思。

1 GPRS遠程抄表系統設計

以 GPRS為基礎的遠程抄表系統主要是通過GPRS網絡跟遠端數據采集系統之間實現通信，同時完成針對各電表的控制與管理，利用向終端發送相應命令完成對電能表相關數據的采集，以實現抄表過程的遠程自動化。遠程抄表系統的相關性能指標包括：①其允許通過的最大電流不高于40 A，最大電壓不高于 350 V；②電能表能夠完成單向有功量值采集；③采取日歷時鐘電路的方式，經過設置把每天劃分成三個時段，繼而對用電電價采取分時計費的方式，使采集器完成定時抄收；④以備用電池進行支持，確保電能表相關數據在掉電后不會丟失；⑤針對抄表管理中心進行系統設計，以實現對指定采集器或電能表相關參數的設定與讀取；⑥電能表可以按照日期、時間以及用電信息的順序進行顯示，也可以利用按鍵進行有選擇性的顯示[2]。

GPRS遠程抄表系統結構如圖 1所示，包括電能采集以及抄表管理中心兩大系統。其中，電能采集系統的組成主要包括多個數據采集器以及智能電表，由智能電表實現對電能相關數據信息的提取、轉換、運算以及存儲，同時完成數據采集器相應的通信功能。各智能電表需要利用RS485總線和數據采集器之間實現連接，而二者之間的通信則是依據自動協議以主從通信方式實現地址識別以及數據傳輸等過程。數據采集器針對電表所收集的電能數據進行集中和存儲處理，將所獲數據利用GPRS DTU向 GPRS網絡發送，GPRS網絡經由服務支持節點以及網關支持節點完成向Internet的接入，最終完成向抄表管理中心的數據傳輸。抄表管理中心對所獲數據加以管理，也可將有關命令通過Internet發送到GPRS網絡，以完成對智能電表以及數據采集器部分的參數設置與數據采集[3]。

圖1 GPRS遠程抄表系統結構Fig.1 GPRS remote meter reading system structure

2 GPRS系統結構

General Packet Radio Service（縮寫為GPRS）為通用分組無線服務技術，屬于一類被GSM移動電話用戶所應用的新型移動數據業務。針對GPRS與GSM進行對比，二者之間有諸多相同之處，包括頻率段、頻率寬度、無線調制標準、突發結構以及調頻規則等。可以說GPRS是以GSM為基礎，繼而加入SGSN、GGSN以及PCU分組控制單元等關鍵部件[4]。

SGSN屬于GPRS服務的支持節點，用于向MS供給服務，能夠與 VLR/MSC/EIR相互結合，以實現切換、漫游以及登記等相關移動式管理功能。SGSN還可以針對邏輯鏈路作建立、維護以及釋放等管理，并實現無線資源的管理。此外，SGSN還能針對 MS主叫或被叫供給數據轉發、地址翻譯與加密、壓縮等相關管理功能。

GGSN是GPRS網關的支持節點，從本質上說屬于一個路由器（亦或是網關），能夠給GPRS以及公共數據網絡供給X.25或X.75的互聯協議。GGSN能夠對不同GPRS相互間的聯系形成支持，支持和交換網之間的互通，具備路由功能。除此之外，GGSN能夠實現對IP協議以及X.121協議的支持，并且IP協議不但能夠接入到ISDN網，還能接入到Internet網絡[5-7]。

雖然GPRS和GSM之間有許多共同之處，但在資源利用方面，GPRS能夠展現出更強的合理性與優越性，這主要是由于GPRS是通過分組數據的方式展開傳輸活動，并不像GSM需要固定占用無線通道。GPRS DTU中的IP通過移動內網進行自動分配，這也就導致向 Internet接入的抄表管理中心無法主動訪問GPRS DTU，要由GPRS終端實現對抄表管理中心的主動訪問。針對這個問題，可以利用電信ADSL寬帶申請獲取公網 IP進行解決，繼而完成GPRS終端和抄表管理中心之間的高效連接[8-9]。

與其它無線通信網絡相比，GPRS網絡通信主要具備以下幾個方面的優勢：①組網迅速而簡單。GPRS網絡可以利用既有 GPRS網絡已經實現成熟應用的網絡基礎設施，僅需增設幾個網絡單元便可以投入使用，其整體建設成本較低，且建設周期較短，系統整體可靠性較高；②網絡信號的覆蓋范圍較大。GPRS網絡主要由電信運營商進行建設與維護。此GPRS/GSM網絡是一種公共通信網絡，能夠實現對全國范圍內所有城市、鄉村以及大多數山區的覆蓋。這一優勢為實現大范圍、遠距離數據通信供給了十分良好的保障；③GPRS向網絡接入的速度較快。GPRS網絡應用成熟化的IP網絡架構，能夠實現跟既有數據網絡之間的有效對接。在 GPRS移動終端完成開機啟動之后，將會自動向GPRS網絡附著，以獲得相應的PDP上下文，完成向IP網絡的接入；④移動終端能夠在任何時間經由網絡收取和發送數據。因為GPRS主要采取分組交換技術，并不像傳統通信方式下利用電路交換的方式，在每次通信之前均需作撥號連接處理，不會出現終端掉線情況，所以應用GPRS網絡展開通信活動能夠呈現出非常優質的實時響應效果；⑤按照流量進行計費，其通信成本較低。通常情況下，遠程監控系統具備長時間在線、通信信息量較小以及突發通信等特征。倘若采取電路交換等按時間進行計費的方式，便會大幅提高通信成本。GPRS網絡按照所使用流量進行計費的特征能夠實現對這一問題的有效解決，更加適合遠程抄表應用場景；⑥傳輸速率較高。GPRS網絡相應的數據傳輸速率可以達到57.6 Kbps，且最高能夠達到115-171 Kbps，可以有效滿足于遠程監控系統在數據傳輸方面的需求；⑦系統具有較強的安全性。因為GPRS網絡主要應用GSM網絡的既有基礎設施，因此對于用戶身份認證方面也采取相同的認證機制。除此之外，針對數據業務，GPRS網絡會利用 APN標志去標識用戶能夠應用的數據服務[10]。

3 結論

總而言之，以GPRS為基礎針對遠程抄表系統加以設計具有非常良好的實用性，屬于電力系統未來發展的重要趨勢之一，值得廣大電力工作者投入更多的時間和精力對其進行深入研究，以提高其整體應用效果，為廣大國民提供穩定性和質量更高的電能供給服務，為國家經濟建設注入源源不斷的活力。