摘要：隨著通信技術的發(fā)展，無線通信網(wǎng)絡在工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸中的應用日益增多。目前在工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸領域大多采用有線的通信方式進行，雖然經(jīng)濟實用，但在很大程度上限制了應用場合的拓展。GPRS網(wǎng)絡具有網(wǎng)絡覆蓋率高、永遠在線等優(yōu)勢，使遠距離的數(shù)據(jù)傳輸實現(xiàn)更靈活方便，已廣泛應用于電力、鐵路、石油等行業(yè)，這必將成為工業(yè)控制及遠程監(jiān)測等領域的發(fā)展趨勢。本文闡述了GPRS技術在中波臺遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心與傳輸終端的數(shù)據(jù)透明傳輸。
關鍵詞：通用分組無線業(yè)務技術；中波臺；數(shù)據(jù)終端；遠程

1 概述
1．1 GPRS概述
    GPRS作為移動通信2．5代的技術，是GSM移動電話系統(tǒng)向第三代移動通信邁進的一個重要步驟。GPRS是通用分組無線業(yè)務(General Pac-ket Radio Service)的簡稱，它突破了GSM網(wǎng)只能提供電路交換的思維方式，通過增加相應的功能實體和對現(xiàn)有的基站系統(tǒng)進行部分改造來實現(xiàn)分組交換，這種改造的投入相對來說并不大，但得到的用戶數(shù)據(jù)速率卻相當可觀。
    GPRS允許用戶在端到端分組轉移模式下發(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。2002年5月17日世界電信日，中國移動正式推出了GPRS的試商用，至今覆蓋率已接近GSM網(wǎng)。
1．2 GPRS技術特點
    覆蓋面廣-目前GPRS信號已經(jīng)基本覆蓋所有GSM網(wǎng)絡，偏遠地區(qū)已不再成為數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿^(qū)；
    永遠在線-不象傳統(tǒng)撥號上網(wǎng)那樣，斷線后需要重新?lián)芴?，才能上網(wǎng)沖浪?？蛻綦S時都與網(wǎng)絡保持聯(lián)系，即使沒有數(shù)據(jù)傳送時，客戶仍然在網(wǎng)上與網(wǎng)絡之間還保持一種連接；
    可靠傳輸-系統(tǒng)具有糾錯、重發(fā)機制，保證數(shù)據(jù)的完整性和正確性；
    數(shù)據(jù)安全-系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸過程中提供了加密機制，數(shù)據(jù)可以安全在公網(wǎng)上傳輸；
    快速登錄-連接時間很快。GPRS無線終端一開機，就已經(jīng)與GPRS網(wǎng)絡建立了連接，每次登錄互聯(lián)網(wǎng)，只需要一個激活過程，一般僅需1到3秒；
    高速傳輸-由于GPRS網(wǎng)絡采取了先進的分組交換技術，數(shù)據(jù)傳輸最高理論值可達171．2kb／s；
    按量收費-GPRS網(wǎng)絡按照客戶接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包的數(shù)量來收取費用，沒有數(shù)據(jù)流量的傳遞時，客戶即使在線，也不收費；
    可移動性-企業(yè)對系統(tǒng)所有設備有自主權，無需與運營商交涉，可以自由分配；
    自動恢復-系統(tǒng)具有自動撥號、斷點續(xù)傳功能，在GPRS網(wǎng)絡狀況不穩(wěn)定時，保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作，無需人為干預；
    無人職守-系統(tǒng)實現(xiàn)了雙向傳輸，可以達到遠程控制，實現(xiàn)無人職守；
    便捷通用-系統(tǒng)可以直接與專業(yè)數(shù)據(jù)采集設備相連，無需二次開發(fā)；
    數(shù)據(jù)備份-系統(tǒng)可以在不可抗力下所造成的損壞提供數(shù)據(jù)存儲；
    透明傳輸-系統(tǒng)針對專業(yè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶厥庑栽O計，適合野外惡劣環(huán)境安裝。
1．3 GPRS系統(tǒng)結構
    由于GPRS是GSM系統(tǒng)中提供分組業(yè)務的一種方式，所以它能廣泛應用于IP域。其移動終端通過GSM網(wǎng)絡提供的尋址方案和運營商的具體網(wǎng)間互通協(xié)議實現(xiàn)全球網(wǎng)間通信。
    GPRS網(wǎng)絡是在現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡中增加GGSN和SGSN來實現(xiàn)的，使得用戶能夠在端到端分組方式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。其系統(tǒng)結構如圖l所示。


    GPRS在一個發(fā)送實體和一個或多個接收實體之間提供數(shù)據(jù)傳送能力。這些實體可以是移動用戶或終端設備，后者被連接到一個GPRS網(wǎng)絡或一個外部的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡。
    GPRS是基于現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡實現(xiàn)的，需要在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡中增加一些節(jié)點：網(wǎng)關GPRS支持節(jié)點GGSN,(Gateway GPRS Supporting Node)、服務GPRS支持節(jié)點SGSN(serring GPRS Supporting Node)。GGSN在GPRS網(wǎng)絡和公用數(shù)據(jù)網(wǎng)之間起關口站的作用，它可以和多種不同的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡連接，如ISDN和LAN等。SGSN記錄移動臺的當前位置信息，并在移動臺和各種數(shù)據(jù)網(wǎng)絡之間完成移動分組數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，為服務區(qū)內(nèi)所有用戶提供雙向的分組路由。系統(tǒng)共用GSM基站，但基站要進行軟件更新，并采用新的GPRS移動臺。GPRS要增加新的移動性管理程序，通過路由器實現(xiàn)GPRS骨干網(wǎng)互聯(lián)。
1．4 GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸原理
    利用GPRS數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)的監(jiān)測。在工業(yè)現(xiàn)場利用各種傳感器進行信號采集或對設備已存在的數(shù)據(jù)或模擬信號進行分析，GPRS Modem可通過標準RS232接口與各種數(shù)據(jù)采集儀器儀表相連。在正常工作模式下GPRS傳輸模塊將儀器儀表的數(shù)據(jù)通過移動通信分組網(wǎng)絡(GPRS網(wǎng)絡)傳遞給數(shù)據(jù)管理服務器，數(shù)據(jù)服務器可通過DDN專線、ADSL、ISDN連接等形式連接到企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡上，在控制中心的服務器上建立一個中央數(shù)據(jù)庫，對收到的數(shù)據(jù)進行整理貯存，產(chǎn)生相應的報表和指示。并可以在其上開發(fā)分析決策模塊，判斷要監(jiān)控對象的工作狀態(tài)(如是否正常工作，有何異常事件)，并對該情況作出相應指令，傳回數(shù)據(jù)終端側執(zhí)行，或通過短信發(fā)送給管理和維護人員。從而實現(xiàn)了對現(xiàn)場設備運行狀態(tài)的實時監(jiān)控，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)在人員、控制中心和設備間的互通互傳，使技術人員和管理人員無論在任何地方都可以得到每個監(jiān)控點的數(shù)據(jù)，并可以進行及時響應。
    GPRS無線數(shù)據(jù)處理原理圖，如圖2所示。


    數(shù)據(jù)中心接入互聯(lián)網(wǎng)，通過Soeket通訊與GPRSmodem建立TCP或UDP連接。GPRS modem通過PPP撥號方式與基站建立連接，通過身份驗證，獲得IP地址，并接入Internet。GPRS Modem從串口獲得數(shù)據(jù)采集終端的數(shù)據(jù)，以UDP或TCP包形式發(fā)送至數(shù)據(jù)中心，并將數(shù)據(jù)中心下傳的UDP或TCP包轉換為串口數(shù)據(jù)傳至終端設備。

2 基于GPRS技術的中波臺遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計
    隨著廣播事業(yè)的發(fā)展，新聞媒體的競爭，廣播聽眾對廣播播出的要求日益提高，如何保證廣播節(jié)目安全優(yōu)質的播出，成為所有廣播發(fā)射臺的頭等大事。運用新技術手段是保證系統(tǒng)正常運行重要手段。
2．1 基于GPRS技術的中波臺遠程監(jiān)控系統(tǒng)組成
    系統(tǒng)主要由三大部分組成：終端檢測設備、現(xiàn)場DTU和數(shù)據(jù)中心。
    終端設備是通過可編程邏輯控制器PLC是以微處理器為核心的自動控制裝置，具有體積小、速度快、功能強、使用靈活、編程方便等特點，而且還能適應高溫、振動沖擊、強電子干擾等惡劣的工業(yè)環(huán)境。它不但能處理開關量，還能處理模擬量，而且還具有計算機通信功能，從而組成分布式控制網(wǎng)絡。
    現(xiàn)場DTU是通過CMNET方式接入互聯(lián)網(wǎng)，負責從接收數(shù)據(jù)中心發(fā)來的命令數(shù)據(jù)包，通過串口RS232將數(shù)據(jù)發(fā)給終端檢測設備并接收終端檢測設備的數(shù)據(jù)，再數(shù)據(jù)中心返回相關操作結果數(shù)據(jù)包。
    數(shù)據(jù)中心是基于TCP／IP網(wǎng)絡協(xié)議的桌面客戶端應用程序，與現(xiàn)場DTU一起構成C／S結構網(wǎng)絡通信系統(tǒng)。它的工作流程是：首先，使用TCP協(xié)議向現(xiàn)場 DTU發(fā)送建立連接的數(shù)據(jù)包，經(jīng)“三次握手”后，建立TCP連接，開始全雙工模式的數(shù)據(jù)傳輸過程。數(shù)據(jù)中心程序在系統(tǒng)中的作用是，提供操作界面，數(shù)據(jù)中心的技術操作員可以通過它發(fā)送一些操作指令，如終端設備自檢參數(shù)信息、重新啟動終端設備和進行設備自檢等，同時從數(shù)據(jù)中心接收終端檢測設備發(fā)來的設備信息，通過對返回的參數(shù)信息進行分析，判斷出設備是否存在故障。
    數(shù)據(jù)中心具有網(wǎng)絡管理安全、高效，通過對上位機IP地址和網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫的設置，即可完成局域網(wǎng)內(nèi)固定用戶的瀏覽，同時，通過設置帶寬固定IP、安裝阻態(tài)軟件，可以在Internet網(wǎng)上查看發(fā)射機運行情況，方便上級領導對發(fā)射臺的管理。
2．2 控制系統(tǒng)功能
    (1)短信及數(shù)據(jù)中心開啟發(fā)射機(也可通過數(shù)據(jù)中心預設臨時播出時間進行自動開關發(fā)射機)。
    (2)短信及數(shù)據(jù)中心輸出關機指令，2分鐘內(nèi)無信號時自動關閉發(fā)射機，有節(jié)目延長時要等到延長節(jié)目結束后無信號時才自動關機。
    (3)發(fā)射機發(fā)生故障時，20秒內(nèi)自動倒備用發(fā)射機，并進行短信及數(shù)據(jù)中心報警。
    (4)主接收信號無信號時，并進行短信及數(shù)據(jù)中心報警，短信及數(shù)據(jù)中心倒備用接收信號。
    (5)備用信號故障時進行短信或GPRS報警，以防備用信號備不上的情況發(fā)生。
    (6)發(fā)射機供電電源中斷再來電時，自動快開停電前所使用的發(fā)射機。
    (7)對發(fā)射機的模擬量，開關量進行采集。
    (8)發(fā)射機發(fā)生故障時進行聲光報警。
2．3 監(jiān)測顯示系統(tǒng)功能
    (1)主控窗口：在上位機主控窗口中用數(shù)字實時顯示每部發(fā)射機運行的工作頻率及主要參數(shù)如功率、電壓、電流的大小，主控窗口中沒有人機對話功能，根據(jù)不同的權限可以打開不同的窗口。
    (2)信號監(jiān)測功能：在主控窗口中用不同顏色光柱實時顯示主備接收信號及輸出信號調(diào)幅度大小。
    (3)工況圖，實時顯示每部發(fā)射機各取樣點的工作情況，正常時用綠燈顯示，故障時閃顯故障部位并報警。
    (4)在上位機數(shù)據(jù)庫中每隔一分鐘記錄發(fā)射機運行的主要參數(shù)，如三相電源、主整電壓、功率、調(diào)幅度大小等，并可隨時查詢歷史數(shù)據(jù)。
    (5)故障記錄模塊：對每部發(fā)射機的模擬量及開關量故障發(fā)生時間以及故障恢復時間進行記錄，提高了故障記錄的準確度。
    (6)歷史曲線數(shù)據(jù)查詢，上位機以圖形方式實時顯示發(fā)射機的模擬量數(shù)值，主要參數(shù)如三相電源、功率、主整電壓、電流、調(diào)幅度等，直觀明了、真實可靠，將人為因素降到最低，準確記錄并顯示故障發(fā)生時間。
    (7)報表打印功能，可設定間隔時間對發(fā)射機主要運行參數(shù)進行記錄，根據(jù)實際情況隨時進行打印。
    (8)參數(shù)設定模塊：主要設定開關機時間、對不同發(fā)射機頻率可以預置不同的開關機時間，也可以進行臨時播出時間的設置。
    (9)用戶管理模塊：根據(jù)不同用戶的權限設置不同的操作范圍。
    (10)信息模塊：為了加快值班員安全意識，提高值班人員技術水平，在信息模塊中開辟了值機注意事項，應知應會等欄目，值班員可隨時打開學習。
2．4 監(jiān)測模板功能
    (1)檢測PLC輸出指令情況，并完成PLC故障情況下的開關機，提高系統(tǒng)的可靠性。
    (2)準確記錄發(fā)射機故障部位，幫助維修人員分析故障，縮短維修時間，降低停播率。
    (3)對發(fā)射機的軟、硬故障進行記錄報警，提醒維修人員注意查看發(fā)射機故障隱患，使故障消滅在萌芽狀態(tài)。
    (4)模擬發(fā)射機工作，解決只有在深夜停播后才能上機調(diào)試程序的困難，大大縮短程序調(diào)試時間。
2．5 電源監(jiān)測模板功能
    (1)PLC對雙路三相電源進行實時監(jiān)測，在控制室內(nèi)顯示發(fā)射機所用電源及另一路電源的工作情況，以防發(fā)生備用電源備不上的問題。
    (2)PLC對三相電源的軟故障進行記錄并報警，提醒維修人員察看故障隱患。
    (3)PLC三相電源發(fā)生硬故障時進行快報警，并顯示出是哪一相電源的問題，縮短維修時間。

3 結束語
    基于GPRS技術中波臺監(jiān)控系統(tǒng)可以高效快速獲取遠程中波臺設備的運行狀況，遠程控制設備開關以及切換，及時獲取設備的故障情況。為了適應事業(yè)發(fā)展和設備增加更新的要求，系統(tǒng)在硬件和軟件上都留有擴展接口，中波機房自動化監(jiān)控系統(tǒng)的完成對提高發(fā)射技術裝備水平，減少操作事故，減輕值班人員的勞動強度和負擔，為機房“無人值機，有人值守”新工作模式奠定了堅實的基礎。