基于 GSM 網(wǎng)絡的電能量遙測系統(tǒng)及協(xié)議描述

電能量的遙測測試系統(tǒng)是電力網(wǎng)自動化技術的重要組成部分及發(fā)展的必然方向，本文提出并研究設計了基于 GSM 網(wǎng)絡的電能量遙測系統(tǒng)。系統(tǒng)通過 GSM 模塊連接整個 GSM 網(wǎng)絡，再通過 GSM 網(wǎng)絡進行信息的傳遞。整個系統(tǒng)具有高可靠性，高穩(wěn)定性的特點。本文在介紹整個系統(tǒng)的總體結構及功能基礎上，詳細的敘述了整個系統(tǒng)中對點對點、短消息協(xié)議的改進，更好的體現(xiàn) GSM 網(wǎng)絡的優(yōu)點，并給出了實際測試及運行結果。

　　電能量遙測系統(tǒng)是電力網(wǎng)自動化技術及計算機技術發(fā)展到一定程度的產(chǎn)物，是整個電力系統(tǒng)自動化工程中的重要一環(huán)。其主要應用于一定范圍內(nèi)的多功能電表進行遠程參數(shù)設置和電能采集，同時實現(xiàn)在主站對采集得到的數(shù)據(jù)進行分析統(tǒng)計。目前實現(xiàn)電量遙測系統(tǒng)的版本很多，基于的媒介亦有很多，比如基于局域網(wǎng)、公共電話網(wǎng)、專用的通訊網(wǎng)、光纖或是無線。我們提出的電能量遙測系統(tǒng)是基于目前應用廣泛的 GSM 網(wǎng)絡，采用短消息及點對點的方式傳輸數(shù)據(jù)。

1 GSM 數(shù)據(jù)業(yè)務、短信通訊的簡介

1.1 數(shù)據(jù)業(yè)務概述

　　GSM （ Global System for Mobile Communications ）意為全球移動通信系統(tǒng)。移動數(shù)據(jù)通信是在數(shù)據(jù)通信基礎上發(fā)展起來的一種通信方式。以往的數(shù)據(jù)通信依賴于有線傳輸，因此只適合于固定終端或計算機之間的通信，而移動數(shù)據(jù)通信是通過無線電波來傳送數(shù)據(jù)的，因而有可能實現(xiàn)移動狀態(tài)下的數(shù)據(jù)通信。作為數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡媒介，實現(xiàn)了跨省市區(qū)全國性的數(shù)據(jù)雙向?qū)崟r通信。狹義地說，移動數(shù)據(jù)通信就是計算機間或計算機與人之間的無線通信。它通過與有線數(shù)據(jù)網(wǎng)互連把有線數(shù)據(jù)網(wǎng)路的應用擴展到移動和便攜用戶。

1.2 短信業(yè)務概述及特點

　　GSM 短信息數(shù)字通信平臺利用 GSM 短消息進行遠程無線通信，其最大的特點是利用了我國覆蓋面最廣、功能最強、用戶最多的 GSM 數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)。 GSM 短信息作為通信方式，具有通訊成本低，不受通信線路及地區(qū)限制等特點，并可進行中、英文兩種短信息的通信，使用方便、靈活，通訊快捷。此外 GSM 通信還具有保密性高、可靠性高、抗干擾能力強等特點，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性和穩(wěn)定性，并提供雙方完備的通信協(xié)議，使用戶在此通信平臺上的開發(fā)簡單易行。

2 系統(tǒng)總體規(guī)劃

2.1 系統(tǒng)綜述

如圖 1 所示，本系統(tǒng)由位于電力局的主站（包括前置控制機、多個工作站和數(shù)據(jù)庫服務器）和位于大用戶的終端兩部分組成。

圖 1 　系統(tǒng)結構
主站系統(tǒng)在 PC 機上，基于 Windows2000 操作系統(tǒng)，在 Delphi5.0 平臺下開發(fā)。終端系統(tǒng)通過 RS485 串口通信同大用戶的電能表進行通信，上抄電量、功率等數(shù)據(jù)；通過紅外通信口同 PDA 進行通信，上傳電量、功率等數(shù)據(jù)給 PDA ；另一方面，通過 GSM 網(wǎng)絡以短消息通信方式，同位于電力局的主站通信。位于電力局的主站系統(tǒng)一方面通過 GSM 網(wǎng)絡以短消息通信方式，同位于大用戶的終端系統(tǒng)通信，實現(xiàn)遠方設置終端系統(tǒng)各種參數(shù)和上抄電量、需量等數(shù)據(jù)；另一方面，用已有的 MIS 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫（ ORACLE 、 SYBASE 等）作后臺數(shù)據(jù)庫。這樣不但用電計劃部門可方便地利用該數(shù)據(jù)庫進行各種平衡分析、線損分析和各種電量分析統(tǒng)計，還可共享給電力局的其它部門。

2.2 功能規(guī)劃

　　整個系統(tǒng)中，主站根據(jù)功能可分成兩：一是對數(shù)據(jù)進行分析統(tǒng)計，其中包括終端及表計參數(shù)記錄的設置及編輯，對采集得到的電量、定義量進行分析統(tǒng)計；另一個是與終端的通訊。而終端同樣也可分成兩部分：一個是 485 通訊，即終端與表計的熊市，根據(jù)主站下傳的參數(shù)或命令進行抄表的動作；另一個則是通過 GSM 網(wǎng)絡與主站的通訊，將從表計抄得的電量上送到主站。其中，主站對終端及其表計參數(shù)的設定過程是點對點撥號，通過 GSM 網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)業(yè)務實現(xiàn)的，保證了參數(shù)傳輸?shù)膶崟r貹和可靠性。主站下送抄表命令，和終端上送電量則均是通過短消息業(yè)務實現(xiàn)的。如圖 2 所示。

圖 2 　系統(tǒng)功能流程

3 主站與終端通訊方式及協(xié)議

　　GSM 網(wǎng)絡協(xié)議是一種全球性的協(xié)議，對我們的系統(tǒng)而言是屏蔽，不可見的。為了使主站與終端的通訊更完善、更可知、更穩(wěn)定以及用戶對其的控制性更好， GSM 網(wǎng)絡外面嵌套上自定義的協(xié)議。同時為了對雙方的數(shù)據(jù)更加方便的判斷分析，在需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)外加上了自定義的幀頭幀尾。如圖 3 所示，在主站和終端處加上自定發(fā)送、接收的協(xié)議。

點對點協(xié)議 點對點協(xié)議
對數(shù)據(jù)幀的封裝 對數(shù)據(jù)幀的封裝
G100A短信協(xié)議 G100A短信協(xié)議

　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖 3 　主站與終端通訊協(xié)議

3.1 　對數(shù)據(jù)幀的封裝

　　對數(shù)據(jù)帖的封裝如圖 4 所示。

68H
幀頭

字節(jié)數(shù)（2字節(jié)）

識別碼（6字節(jié)）

68H

消息類型（1字節(jié)）


事件類型（1字節(jié)）


數(shù)據(jù)區(qū)


校驗字（1字節(jié)）


結束碼：0DH

圖 4 　數(shù)據(jù)幀的封裝

1 ）對收以的數(shù)據(jù)均以 68H 開頭， 68H 結束來標識幀頭，整個數(shù)據(jù)以 0D 結尾。主站或終端在接收到數(shù)據(jù)后，首先對幀頭做判斷，如果符合以 68H 開頭，同時以 ODH 結尾，則繼續(xù)做下一步判斷，否則就將該非法數(shù)據(jù)拋棄。

2 ）幀頭內(nèi)包括字節(jié)數(shù)，字節(jié)數(shù)是指從消息類型到校驗字字節(jié)前的字節(jié)數(shù)。指明傳送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，是因為固定的消息類型有固定的字節(jié)數(shù)。主要目的是為了讓接收方檢查數(shù)據(jù)的合法性。

3 ）識別碼是由發(fā)送方提供的，接收方在收到后，將之原封不動的傳回。識別碼的作用在短消息通訊中得到充分的體現(xiàn)，由于短消息的實時性不高，所以可能產(chǎn)生主站先發(fā)的短消息命令終端后收到的可能。終端對任何時候收到的抄表命令都會進行響應，發(fā)起抄表計動作，然后將電量上送給主站，而主站對收到的終端短消息都要進行識別碼的判斷，如果該數(shù)據(jù)的識別碼與剛發(fā)送命令的識別碼的判斷一致，那么主站對該數(shù)據(jù)做處理入庫，否則作為無效數(shù)據(jù)拋棄。

4 ）消息是用來定義每次發(fā)送的短消息類型。對主站，根據(jù)消息類型的不同做不同都處理，入不同的數(shù)據(jù)庫。對終端，根據(jù)消息類型的不同，做不同的抄表動作。

5 ）伯類型是用于發(fā)送異常事件短信用到的字節(jié)，用以標識不同的事情類型。事件類型的功效與消息相似。

6 ）校驗字指從消息到校驗字字節(jié)前的數(shù)據(jù)異或得到的結果。接收方接收到數(shù)據(jù)之后，需要對從消息類型到校驗字字節(jié)前的字節(jié)數(shù)同樣進行異或，把行到的結果與接收到的校驗字做判斷，判斷收到的數(shù)據(jù)的正確與否。

　　在實際測試及應用中，不管是點對點通訊過程中傳送的數(shù)據(jù)或是短消息方式傳送的數(shù)據(jù)，以此為根據(jù)進行判斷和處理，能正確將不同的數(shù)據(jù)存入響應的數(shù)據(jù)庫，同時由于有校驗字作保障，可以避免數(shù)據(jù)在傳輸過程中出現(xiàn)錯誤。同時根據(jù)識別碼可以很好的避免短消息延時，或先請求的后到過的情況。

3.2 點對點握手協(xié)議　

　　主站下傳參數(shù)時需要用到點對點傳輸，同時主站對終端的標時、主站發(fā)起換 CT 事件、換表計事件均需要點對點通訊。所以點對點通訊在整修系統(tǒng)中起著關鍵的作用，保證它的可靠行，穩(wěn)定行是必要的。

　　在系統(tǒng)最初的設計中，等待網(wǎng)絡響應了之后，就開始點對點通過數(shù)據(jù)業(yè)務發(fā)送數(shù)據(jù)，介是在實際的測試中，發(fā)現(xiàn)點對點通訊所叫延時明顯，從終端接聽到網(wǎng)絡給予確認信息，通過試驗，平均需要 17 秒的時間，這對于實時性要赯較高的點對點通訊功能存在著弊端。同時在測試中發(fā)現(xiàn)，由于地域或設備的差異，主站和終端接收到網(wǎng)絡確認的時間不一致。這就造成數(shù)據(jù)傳輸與接收的錯誤。

　　根據(jù)在測試中遇到的問題，對點對點協(xié)議做了修改，具體的流程圖如圖 5 所示。

圖 5 　通 流程程圖
1 ）主站根據(jù)需要開始撥號，在得到網(wǎng)絡的確認后，開始與終端握手。在握手成功后，主站開始傳輸數(shù)據(jù)。 2 ）終端收到主站的數(shù)據(jù)后，經(jīng)過判斷確認，發(fā)送回應幀。主站根據(jù)終端回送的不同響應為，給用戶不同的提示。 3 ）主站在收到終端的回應后，再回送給終端一個響應，告訴終端已收到它的響應，此次通訊完畢，雙方可以掛斷。 4 ）在撥叫無響應超時，或是其他一系列超時后，均繼續(xù)撥叫，總共撥叫的次數(shù)不大于 3 次。

　　在實際測試中及應用中，在網(wǎng)絡確認后添加的握手協(xié)議。很好的避免了由于網(wǎng)絡延時，導致雙發(fā)點對點通訊接收數(shù)據(jù)的不完整，判斷錯誤，而且撥號時間長等一系列問題 .