基于GPRS的遠程抄表系統(tǒng)的設計分析

王 雷，張靳予，陳 瑩

（云南電網(wǎng)有限責任公司昆明供電局，云南 昆明 650000）

0 引言

電力用戶數(shù)量的增加使電力抄表壓力持續(xù)提高，而電力生產(chǎn)方面對于計劃調(diào)度以及經(jīng)濟調(diào)度的提升，也使負荷用電時段呈現(xiàn)出增加的趨勢，導致電力供需之間矛盾的凸顯[1]。為實現(xiàn)對這一問題的有效解決，實現(xiàn)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(zhì)量具有非常重要的現(xiàn)實意義。怎樣以GPRS通信技術為依托，促進遠程抄表系統(tǒng)的優(yōu)化設計，值得深思。

1 GPRS遠程抄表系統(tǒng)設計

以 GPRS為基礎的遠程抄表系統(tǒng)主要是通過GPRS網(wǎng)絡跟遠端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之間實現(xiàn)通信，同時完成針對各電表的控制與管理，利用向終端發(fā)送相應命令完成對電能表相關數(shù)據(jù)的采集，以實現(xiàn)抄表過程的遠程自動化。遠程抄表系統(tǒng)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(jīng)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(shù)據(jù)在掉電后不會丟失；⑤針對抄表管理中心進行系統(tǒng)設計，以實現(xiàn)對指定采集器或電能表相關參數(shù)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(tǒng)結(jié)構如圖 1所示，包括電能采集以及抄表管理中心兩大系統(tǒng)。其中，電能采集系統(tǒng)的組成主要包括多個數(shù)據(jù)采集器以及智能電表，由智能電表實現(xiàn)對電能相關數(shù)據(jù)信息的提取、轉(zhuǎn)換、運算以及存儲，同時完成數(shù)據(jù)采集器相應的通信功能。各智能電表需要利用RS485總線和數(shù)據(jù)采集器之間實現(xiàn)連接，而二者之間的通信則是依據(jù)自動協(xié)議以主從通信方式實現(xiàn)地址識別以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)冗^程。數(shù)據(jù)采集器針對電表所收集的電能數(shù)據(jù)進行集中和存儲處理，將所獲數(shù)據(jù)利用GPRS DTU向 GPRS網(wǎng)絡發(fā)送，GPRS網(wǎng)絡經(jīng)由服務支持節(jié)點以及網(wǎng)關支持節(jié)點完成向Internet的接入，最終完成向抄表管理中心的數(shù)據(jù)傳輸。抄表管理中心對所獲數(shù)據(jù)加以管理，也可將有關命令通過Internet發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡，以完成對智能電表以及數(shù)據(jù)采集器部分的參數(shù)設置與數(shù)據(jù)采集[3]。

圖1 GPRS遠程抄表系統(tǒng)結(jié)構Fig.1 GPRS remote meter reading system structure

2 GPRS系統(tǒng)結(jié)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(shù)據(jù)業(yè)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(diào)制標準、突發(fā)結(jié)構以及調(diào)頻規(guī)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(jié)點，用于向MS供給服務，能夠與 VLR/MSC/EIR相互結(jié)合，以實現(xiàn)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(xiàn)無線資源的管理。此外，SGSN還能針對 MS主叫或被叫供給數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、地址翻譯與加密、壓縮等相關管理功能。

GGSN是GPRS網(wǎng)關的支持節(jié)點，從本質(zhì)上說屬于一個路由器（亦或是網(wǎng)關），能夠給GPRS以及公共數(shù)據(jù)網(wǎng)絡供給X.25或X.75的互聯(lián)協(xié)議。GGSN能夠?qū)Σ煌珿PRS相互間的聯(lián)系形成支持，支持和交換網(wǎng)之間的互通，具備路由功能。除此之外，GGSN能夠?qū)崿F(xiàn)對IP協(xié)議以及X.121協(xié)議的支持，并且IP協(xié)議不但能夠接入到ISDN網(wǎng)，還能接入到Internet網(wǎng)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(xiàn)出更強的合理性與優(yōu)越性，這主要是由于GPRS是通過分組數(shù)據(jù)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(nèi)網(wǎng)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(xiàn)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(wǎng) 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(wǎng)絡相比，GPRS網(wǎng)絡通信主要具備以下幾個方面的優(yōu)勢：①組網(wǎng)迅速而簡單。GPRS網(wǎng)絡可以利用既有 GPRS網(wǎng)絡已經(jīng)實現(xiàn)成熟應用的網(wǎng)絡基礎設施，僅需增設幾個網(wǎng)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(tǒng)整體可靠性較高；②網(wǎng)絡信號的覆蓋范圍較大。GPRS網(wǎng)絡主要由電信運營商進行建設與維護。此GPRS/GSM網(wǎng)絡是一種公共通信網(wǎng)絡，能夠?qū)崿F(xiàn)對全國范圍內(nèi)所有城市、鄉(xiāng)村以及大多數(shù)山區(qū)的覆蓋。這一優(yōu)勢為實現(xiàn)大范圍、遠距離數(shù)據(jù)通信供給了十分良好的保障；③GPRS向網(wǎng)絡接入的速度較快。GPRS網(wǎng)絡應用成熟化的IP網(wǎng)絡架構，能夠?qū)崿F(xiàn)跟既有數(shù)據(jù)網(wǎng)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(wǎng)絡附著，以獲得相應的PDP上下文，完成向IP網(wǎng)絡的接入；④移動終端能夠在任何時間經(jīng)由網(wǎng)絡收取和發(fā)送數(shù)據(jù)。因為GPRS主要采取分組交換技術，并不像傳統(tǒng)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(xiàn)終端掉線情況，所以應用GPRS網(wǎng)絡展開通信活動能夠呈現(xiàn)出非常優(yōu)質(zhì)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(jiān)控系統(tǒng)具備長時間在線、通信信息量較小以及突發(fā)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(wǎng)絡按照所使用流量進行計費的特征能夠?qū)崿F(xiàn)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(wǎng)絡相應的數(shù)據(jù)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(jiān)控系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸方面的需求；⑦系統(tǒng)具有較強的安全性。因為GPRS網(wǎng)絡主要應用GSM網(wǎng)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(shù)據(jù)業(yè)務，GPRS網(wǎng)絡會利用 APN標志去標識用戶能夠應用的數(shù)據(jù)服務[10]。

3 結(jié)論

總而言之，以GPRS為基礎針對遠程抄表系統(tǒng)加以設計具有非常良好的實用性，屬于電力系統(tǒng)未來發(fā)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(wěn)定性和質(zhì)量更高的電能供給服務，為國家經(jīng)濟建設注入源源不斷的活力。