GPRS技術在衛(wèi)星發(fā)射機監(jiān)控中的應用

一．背景

某從事衛(wèi)星通訊服務的公司要通過北京昆侖通態(tài)MCGS組態(tài)軟件組建一個以一（主站）對多（從站）模式的遠程監(jiān)控網(wǎng)絡，用于監(jiān)控各衛(wèi)星發(fā)射機工作情況。各發(fā)射機信號通過康拓板卡采集，使用研華工控機作為從站，軟件采用MCGS通用版（嵌入版），一臺有固定IP的服務器作為主站，軟件采用MCGS網(wǎng)絡版。從站用嘉復欣GF-2000W無線GPRS Modem撥號通過GPRS網(wǎng)絡和連接在Internet上的主站通訊并傳輸數(shù)據(jù)。

如上圖所示，從站可以隨時通過MCGS和嘉復欣GF-2000W無線GPRS Modem撥號上網(wǎng)與主站建立起用于傳輸數(shù)據(jù)的TCP/IP鏈接，將自己檢測到的實時數(shù)據(jù)或歷史數(shù)據(jù)傳送到主站，主站也可以通過此TCP/IP鏈接發(fā)送命令修改從站上MCGS變量的值，以達到對現(xiàn)場設備進行簡單控制的作用。

對于GPRS網(wǎng)絡、互聯(lián)網(wǎng)、TCP/IP鏈接在數(shù)據(jù)通訊過程中出現(xiàn)的TCP/IP鏈接中斷，通訊超時，網(wǎng)絡連接中斷等異常情況MCGS軟件中的驅(qū)動程序都進行了相應的處理。使被異常中斷的數(shù)據(jù)通訊能自動恢復到正常通訊狀況。

二．GPRS簡介

GPRS 是通用分組無線業(yè)務(General Packet Radio Service)的英文簡稱，是在現(xiàn)有GSM 系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務，目的是為GSM 用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務。GPRS 采用與GSM 同樣的無線調(diào)制標準、同樣的頻帶、同樣的突發(fā)結(jié)構(gòu)、同樣的跳頻規(guī)則以及同樣的TDMA 幀結(jié)構(gòu)，這種新的分組數(shù)據(jù)信道與當前的電路交換的話音業(yè)務信道極其相似。因此，現(xiàn)有的基站子系統(tǒng)(BSS)從一開始就可提供全面的GPRS 覆蓋。GPRS 允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡資源。從而提供了一種高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務。特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。GPRS 理論帶寬可達171.2Kb/s，實際應用帶寬大約在10~70Kb/s，在此信道上提供TCP/IP 連接，可以用于INTERNET 連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢谩?SPAN lang=EN-US>

GPRS 是一種新的移動數(shù)據(jù)通信業(yè)務，在移動用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡之間提供一種連接，給移動用戶提供高速無線IP。GPRS 采用分組交換技術，每個用戶可同時占用多個無線信道，同一無線信道又可以由多個用戶共享，資源被有效的利用，數(shù)據(jù)傳輸速率高達160Kbps。使用GPRS技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)分組發(fā)送和接收，用戶永遠在線且按流量計費，迅速降低了服務成本。GPRS 移動數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)有很大的應用范圍，幾乎所有中低速率的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務都可以應用，如城市配電網(wǎng)絡自動化、自來水、煤氣管道自動化、商業(yè)POS 機、INTERNET 接入、個人信息、股票信息、金融、交通、公安等。

三．方案選擇

經(jīng)過比較分析，選擇中國移動的GPRS系統(tǒng)作為衛(wèi)星發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信平臺。目前，GSM網(wǎng)絡經(jīng)過電信部門的多年建設，覆蓋范圍不斷擴大，已成為成熟、穩(wěn)定、可靠的通信網(wǎng)絡，特別是中國移動新推出的GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務。GSM/GPRS系統(tǒng)可提供廣域的無線IP連接。在移動通信公司的GPRS業(yè)務平臺上構(gòu)建衛(wèi)星發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)管網(wǎng)監(jiān)控點的無線數(shù)據(jù)傳輸具有可充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡，縮短建設周期，降低建設成本的優(yōu)點，而且設備安裝方便、維護簡單。

GPRS無線監(jiān)控系統(tǒng)具備如下特點：

1、良好的實時響應與處理能力。與短消息服務比較，由于GPRS具有實時在線特性，系統(tǒng)無時延，系統(tǒng)能夠同時實時收取、處理多個/所有監(jiān)測點的各種數(shù)據(jù)，無需輪巡就可以同步監(jiān)測點的時鐘可很好的滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸實時性的要求。

2、遠程儀器設備控制：由于采用GPRS雙向傳輸系統(tǒng)，監(jiān)控中心可以反向?qū)崿F(xiàn)對儀器設備的時間校正、狀態(tài)報告、開關以及其他監(jiān)測、控制等功能；

3、建設成本低：可充分利用現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡，設備安裝即接通，而采用超短波通信時需要充分考慮現(xiàn)場環(huán)境，還需要配備天線鐵架等附屬設備。

4、安裝調(diào)試簡單，建設周期短：利用現(xiàn)有成熟GSM網(wǎng)絡，系統(tǒng)投入運行時基本不需要調(diào)試，安裝簡捷。采用超短波通信時安裝調(diào)試工作量大，要先進行現(xiàn)場信號測試，天線鐵架架設，天線方向角度調(diào)試等工作。

四．系統(tǒng)特點

1、覆蓋范圍廣。構(gòu)建衛(wèi)星發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)通信覆蓋范圍廣，擴容無限制，接入地點無限制，能滿足山區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求。

由于管網(wǎng)監(jiān)控點數(shù)量眾多，管網(wǎng)監(jiān)控點分布在大范圍位于偏僻地區(qū)，而且地理位置分散。采用超短波通訊方式，覆蓋范圍只有30多公里；而采用GPRS方式，理論上在無線GSM/GPRS網(wǎng)絡的覆蓋范圍之內(nèi)，都可以實現(xiàn)監(jiān)控。

2、數(shù)據(jù)傳輸速率高。GPRS網(wǎng)絡傳送速率理論上可達171.2kbit/s，實際應用時數(shù)據(jù)傳輸速率在40Kbps左右，而目前一般的超短波數(shù)傳電臺傳送速率多為2.4kbit/s或更低。

3、系統(tǒng)的傳輸容量大。監(jiān)控中心站要和每一個管網(wǎng)監(jiān)控點實現(xiàn)實時連接。由于管網(wǎng)監(jiān)控點數(shù)量眾多，系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?FONT face=宋體>GPRS技術能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要。

4、通信費用低。由于GPRS采用包月計費的方式，運營維護成本低，月通信費用將在200元之內(nèi)。

五。設備簡介

嘉復欣GF-2000W無線GPRS Modem介紹

設備型號：GF-2000W（外置無線調(diào)制解調(diào)器）

生產(chǎn)廠商：北京嘉復欣科技有限公司

相關資料：GF-2000W硬件接口手冊、產(chǎn)品使用說明書、用戶指南、mc39i_atc_v0102.pdf（AT指令說明）

系統(tǒng)采用GAREFOWL 系列GPRS無線透明數(shù)據(jù)傳輸終端。產(chǎn)品基于中國移動的GPRS網(wǎng)絡，具有高性能、高可靠及抗干擾能力強等特點，提供標準232數(shù)據(jù)口可直接與計算機、RTU、PLC、GPS接收機、數(shù)碼相機、數(shù)據(jù)終端等連接，傳輸速率達171Kbps，具有遠程診斷、測試、監(jiān)管功能，滿足各行業(yè)調(diào)度或控制中心與眾多遠端站之間的數(shù)據(jù)采集和控制。

1、支持900／1800／1900MHz三頻GSM/GPRS。

2、接口： RS232、RS485、RS422。

3、系統(tǒng)理論傳輸速率171Kbps，實際傳輸速率40Kbps。

4、支持Windows95/98/200/XP、LINUX操作系統(tǒng)。

5、支持透明數(shù)據(jù)傳輸與協(xié)議轉(zhuǎn)換。

6、支持VPN安全功能。

7、安裝靈活、使用方便、可靠。

MCGS組態(tài)軟件

北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司是國內(nèi)知名的一家高科技企業(yè)，公司主要從事專業(yè)自動化軟件的開發(fā)，應用系統(tǒng)的集成，并向用戶提供從硬件到軟件的總體設計方案。產(chǎn)品遍布石油、化工、冶金、礦山、運輸、機械、食品等幾十個行業(yè)，并應用于全國乃至世界的眾多工業(yè)控制現(xiàn)場。

六． GF-2000W GPRS使用

A、GF-2000W GPRS Modem安裝過程中的注意事項：

在安裝GF-2000W GPRS Modem的過程中要注意，除非使用西門子（MC35）專用通訊串口線，否則最好能將GPRS的串口線直接與PC串口相連，這樣才能保證GF-2000W GPRS Modem能夠獲得足夠的信號強度，保證撥號成功。

B、GF-2000W GPRS Modem的上網(wǎng)設置過程：

1， 安裝GF-2000W GPRS Modem

按以下順序?qū)?FONT face=宋體>GF-2000W GPRS Modem進行設置

控制面板—>電話和調(diào)制解調(diào)器選項—>調(diào)制解調(diào)器—>選擇添加—>不檢測調(diào)制解調(diào)器—>標準19200bps調(diào)制解調(diào)器—>選定安裝到哪個串口

2， 設置19200調(diào)制解調(diào)器

假設19200調(diào)制解調(diào)器被安裝到COM1

控制面板—>電話和調(diào)制解調(diào)器選項—>調(diào)制解調(diào)器—>屬性—>常規(guī)—>串口1—>最高速率（57600）—>高級—>額外的初始化命令：

在額外的初始化命令一欄中填寫：AT+CGDCONT=1，ip，CMNET

最后：在設置完成后進入

控制面板—>電話和調(diào)制解調(diào)器選項—>調(diào)制解調(diào)器—>屬性—>診斷—>查詢調(diào)制解調(diào)器
　　按上面步驟可以查詢GF-2000W GPRS Modem是否正確安裝。

3， 建立撥號連接

新建連接—>撥號到專用網(wǎng)絡—>標準19200調(diào)制解調(diào)器—>區(qū)號置空，電話號碼填： *99***1#

4， 設置撥號連接網(wǎng)絡屬性

撥號連接—>屬性—>網(wǎng)絡

服務器類型選擇PPP

連接只選用TCP/IP協(xié)議

嘗試登陸網(wǎng)絡：

在設置完畢之后可以試一下登陸網(wǎng)絡，雙擊剛才新建的撥號網(wǎng)絡，置空用戶名和密碼，進行撥號，PPP服務器會檢測用戶名和密碼，通過檢測后將注冊您的計算機，過后撥號網(wǎng)絡的圖標會出現(xiàn)在WINDOWS任務欄右下角。

C、服務器/客戶端模式的通訊試驗（add by xp）

試驗環(huán)境：

硬件：

服務器：普通pc＋普通Modem，撥號上網(wǎng)。

客戶端：普通pc＋GPRS Modem，撥號上GPRS網(wǎng)絡。

軟件：

MCGS通用版：通用TCPIP父設備＋網(wǎng)絡數(shù)據(jù)同步CE

服務器：通過Modem撥號或通過其他方式連接在Internet上，具有固定IP地址。在客戶端軟件中設置服務器的IP地址，通過Internet與服務器建立連接。

客戶端：在本試驗中指連接了GF-2000W GPRS Modem的計算機或設備。通過上述步驟安裝了GF-2000W GPRS Modem，并撥上Internet后就具備了實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳（下傳）的通訊鏈路條件。

服務器端設置注意事項：

1、 如果服務器端還存在其他網(wǎng)絡（如：局域網(wǎng)）連接，最好將其斷開。

2、 通過控制臺命令“ipconfig”可以查看服務器端分配到的IP地址。

客戶端設置注意事項：

1、 最后斷開其他連接

2、 通過ping命令測試網(wǎng)絡連接狀況。由于通過GPRS網(wǎng)絡速度比較慢，需要加大ping命令的超時時間。具體如下：“ping IP地址 –w 超時時間”。一般超時時間可以設置為2000（ms），通過返回的平均通訊時間判斷在MCGS中設置的最小采集周期。如平均返回時間為1200ms，則設置最小采集周期為2000ms比較合適。

D、測試中的其他問題：

1、 設備測試：

由于設備測試端的TimeOut時間比較短，在測試時發(fā)現(xiàn)，客戶端設備測試發(fā)送成功，但是在服務器端沒有數(shù)據(jù)接收到，偶然出現(xiàn)同時收到多個發(fā)送數(shù)據(jù)包的情況。只要確定可以ping通網(wǎng)絡，可以進入運行環(huán)境進行數(shù)據(jù)同步。

2、 第一次同步時間比較長。

一般情況下（尤其是設置的采集周期比較短的時候），網(wǎng)絡數(shù)據(jù)同步成功的建立起第一次通訊需要的時間比較長，往往需要20秒左右。當連接建立起來之后，數(shù)據(jù)同步可以按照設定的采集周期更新數(shù)據(jù)。所以，在剛剛建立連接的時候需要耐心等待一段時間。

3、 通訊數(shù)據(jù)量的影響

通訊的數(shù)據(jù)量和通訊周期有比較密切的關系。如果只有一個數(shù)據(jù)，可以在1500ms（ping命令的平均返回時間為1200ms）同步數(shù)據(jù)，而且能夠在一兩個周期內(nèi)建立起通訊連接。如果有10個數(shù)據(jù)同步，一般周期需要設置在2500ms以上，并且建立時間比較長（20s）。

4、 關于固定IP

通過GPRS網(wǎng)路傳輸數(shù)據(jù)，服務器端必須要有固定IP地址。在實際的現(xiàn)場應用中，需要通過電信部門申請一個固定IP地址，每一個客戶端需要將該IP地址固化在連接的GPRS Modem中，當客戶端上電之后自動根據(jù)固化的IP地址撥通GPRS網(wǎng)絡，在網(wǎng)絡上尋找到服務器。

在進行調(diào)試試驗時，通過Modem撥號獲得的只是一個暫時的IP地址，當再次撥號上網(wǎng)后，該地址會重新分配，在應用中需要和用戶講清楚。

試驗時，服務器端和客戶端設置如圖：

七．結(jié)論

采用GPRS構(gòu)建衛(wèi)星發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)，對于用戶來說，由于通信費用較低，享受到了實惠。另外，由于接入設備可以移動，當管網(wǎng)監(jiān)控點搬遷時設備可隨之遷移并可繼續(xù)使用，可以保護用戶原有投資，適合于衛(wèi)星發(fā)射機監(jiān)控工作的特點，能很好地滿足衛(wèi)星發(fā)射機監(jiān)控的需求，而且，做為網(wǎng)絡運營商的移動通信公司也將因此獲得業(yè)務穩(wěn)定的集團用戶，隨著用戶數(shù)量的增加，移動通信公司的營收也隨之增加，調(diào)動了運營商的積極性，符合網(wǎng)絡建設和網(wǎng)絡應用同步發(fā)展的要求。

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