摘要：隨著通信技術(shù)的發(fā)展，無線通信網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用日益增多。目前在工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域大多采用有線的通信方式進(jìn)行，雖然經(jīng)濟(jì)實(shí)用，但在很大程度上限制了應(yīng)用場合的拓展。GPRS網(wǎng)絡(luò)具有網(wǎng)絡(luò)覆蓋率高、永遠(yuǎn)在線等優(yōu)勢，使遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)更靈活方便，已廣泛應(yīng)用于電力、鐵路、石油等行業(yè)，這必將成為工業(yè)控制及遠(yuǎn)程監(jiān)測等領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。本文闡述了GPRS技術(shù)在中波臺遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心與傳輸終端的數(shù)據(jù)透明傳輸。
關(guān)鍵詞：通用分組無線業(yè)務(wù)技術(shù)；中波臺；數(shù)據(jù)終端；遠(yuǎn)程

1 概述
1．1 GPRS概述
    GPRS作為移動通信2．5代的技術(shù)，是GSM移動電話系統(tǒng)向第三代移動通信邁進(jìn)的一個重要步驟。GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)(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(yīng)的功能實(shí)體和對現(xiàn)有的基站系統(tǒng)進(jìn)行部分改造來實(shí)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(dāng)可觀。
    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(luò)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(wù)。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(shù)特點(diǎn)
    覆蓋面廣-目前GPRS信號已經(jīng)基本覆蓋所有GSM網(wǎng)絡(luò)，偏遠(yuǎn)地區(qū)已不再成為數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿^(qū)；
    永遠(yuǎn)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(shí)都與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系，即使沒有數(shù)據(jù)傳送時(shí)，客戶仍然在網(wǎng)上與網(wǎng)絡(luò)之間還保持一種連接；
    可靠傳輸-系統(tǒng)具有糾錯、重發(fā)機(jī)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(jī)制，數(shù)據(jù)可以安全在公網(wǎng)上傳輸；
    快速登錄-連接時(shí)間很快。GPRS無線終端一開機(jī)，就已經(jīng)與GPRS網(wǎng)絡(luò)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(luò)采取了先進(jìn)的分組交換技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸最高理論值可達(dá)171．2kb／s；
    按量收費(fèi)-GPRS網(wǎng)絡(luò)按照客戶接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包的數(shù)量來收取費(fèi)用，沒有數(shù)據(jù)流量的傳遞時(shí)，客戶即使在線，也不收費(fèi)；
    可移動性-企業(yè)對系統(tǒng)所有設(shè)備有自主權(quán)，無需與運(yùn)營商交涉，可以自由分配；
    自動恢復(fù)-系統(tǒng)具有自動撥號、斷點(diǎn)續(xù)傳功能，在GPRS網(wǎng)絡(luò)狀況不穩(wěn)定時(shí)，保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作，無需人為干預(yù)；
    無人職守-系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了雙向傳輸，可以達(dá)到遠(yuǎn)程控制，實(shí)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(shè)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(shè)計(jì)，適合野外惡劣環(huán)境安裝。
1．3 GPRS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    由于GPRS是GSM系統(tǒng)中提供分組業(yè)務(wù)的一種方式，所以它能廣泛應(yīng)用于IP域。其移動終端通過GSM網(wǎng)絡(luò)提供的尋址方案和運(yùn)營商的具體網(wǎng)間互通協(xié)議實(shí)現(xiàn)全球網(wǎng)間通信。
    GPRS網(wǎng)絡(luò)是在現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)中增加GGSN和SGSN來實(shí)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(jié)構(gòu)如圖l所示。


    GPRS在一個發(fā)送實(shí)體和一個或多個接收實(shí)體之間提供數(shù)據(jù)傳送能力。這些實(shí)體可以是移動用戶或終端設(shè)備，后者被連接到一個GPRS網(wǎng)絡(luò)或一個外部的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。
    GPRS是基于現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的，需要在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)中增加一些節(jié)點(diǎn)：網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)GGSN,(Gateway GPRS Supporting Node)、服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)SGSN(serring GPRS Supporting Node)。GGSN在GPRS網(wǎng)絡(luò)和公用數(shù)據(jù)網(wǎng)之間起關(guān)口站的作用，它可以和多種不同的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接，如ISDN和LAN等。SGSN記錄移動臺的當(dāng)前位置信息，并在移動臺和各種數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間完成移動分組數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，為服務(wù)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(jìn)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(shí)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(luò)進(jìn)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(jìn)行信號采集或?qū)υO(shè)備已存在的數(shù)據(jù)或模擬信號進(jìn)行分析，GPRS Modem可通過標(biāo)準(zhǔn)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(luò)(GPRS網(wǎng)絡(luò))傳遞給數(shù)據(jù)管理服務(wù)器，數(shù)據(jù)服務(wù)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(luò)上，在控制中心的服務(wù)器上建立一個中央數(shù)據(jù)庫，對收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理貯存，產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)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(yīng)指令，傳回?cái)?shù)據(jù)終端側(cè)執(zhí)行，或通過短信發(fā)送給管理和維護(hù)人員。從而實(shí)現(xiàn)了對現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)在人員、控制中心和設(shè)備間的互通互傳，使技術(shù)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(diǎn)的數(shù)據(jù)，并可以進(jìn)行及時(shí)響應(yīng)。
    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(yàn)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(zhuǎn)換為串口數(shù)據(jù)傳至終端設(shè)備。

2 基于GPRS技術(shù)的中波臺遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    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(zhì)的播出，成為所有廣播發(fā)射臺的頭等大事。運(yùn)用新技術(shù)手段是保證系統(tǒng)正常運(yùn)行重要手段。
2．1 基于GPRS技術(shù)的中波臺遠(yuǎn)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(shè)備、現(xiàn)場DTU和數(shù)據(jù)中心。
    終端設(shè)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(qiáng)、使用靈活、編程方便等特點(diǎn)，而且還能適應(yīng)高溫、振動沖擊、強(qiáng)電子干擾等惡劣的工業(yè)環(huán)境。它不但能處理開關(guān)量，還能處理模擬量，而且還具有計(jì)算機(jī)通信功能，從而組成分布式控制網(wǎng)絡(luò)。
    現(xiàn)場DTU是通過CMNET方式接入互聯(lián)網(wǎng)，負(fù)責(zé)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(shè)備并接收終端檢測設(shè)備的數(shù)據(jù)，再數(shù)據(jù)中心返回相關(guān)操作結(jié)果數(shù)據(jù)包。
    數(shù)據(jù)中心是基于TCP／IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的桌面客戶端應(yīng)用程序，與現(xiàn)場DTU一起構(gòu)成C／S結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)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(shù)操作員可以通過它發(fā)送一些操作指令，如終端設(shè)備自檢參數(shù)信息、重新啟動終端設(shè)備和進(jìn)行設(shè)備自檢等，同時(shí)從數(shù)據(jù)中心接收終端檢測設(shè)備發(fā)來的設(shè)備信息，通過對返回的參數(shù)信息進(jìn)行分析，判斷出設(shè)備是否存在故障。
    數(shù)據(jù)中心具有網(wǎng)絡(luò)管理安全、高效，通過對上位機(jī)IP地址和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的設(shè)置，即可完成局域網(wǎng)內(nèi)固定用戶的瀏覽，同時(shí)，通過設(shè)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(jī)運(yùn)行情況，方便上級領(lǐng)導(dǎo)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(jī)(也可通過數(shù)據(jù)中心預(yù)設(shè)臨時(shí)播出時(shí)間進(jìn)行自動開關(guān)發(fā)射機(jī))。
    (2)短信及數(shù)據(jù)中心輸出關(guān)機(jī)指令，2分鐘內(nèi)無信號時(shí)自動關(guān)閉發(fā)射機(jī)，有節(jié)目延長時(shí)要等到延長節(jié)目結(jié)束后無信號時(shí)才自動關(guān)機(jī)。
    (3)發(fā)射機(jī)發(fā)生故障時(shí)，20秒內(nèi)自動倒備用發(fā)射機(jī)，并進(jìn)行短信及數(shù)據(jù)中心報(bào)警。
    (4)主接收信號無信號時(shí)，并進(jìn)行短信及數(shù)據(jù)中心報(bào)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(shí)進(jìn)行短信或GPRS報(bào)警，以防備用信號備不上的情況發(fā)生。
    (6)發(fā)射機(jī)供電電源中斷再來電時(shí)，自動快開停電前所使用的發(fā)射機(jī)。
    (7)對發(fā)射機(jī)的模擬量，開關(guān)量進(jìn)行采集。
    (8)發(fā)射機(jī)發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警。
2．3 監(jiān)測顯示系統(tǒng)功能
    (1)主控窗口：在上位機(jī)主控窗口中用數(shù)字實(shí)時(shí)顯示每部發(fā)射機(jī)運(yùn)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(jī)對話功能，根據(jù)不同的權(quán)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(shí)時(shí)顯示主備接收信號及輸出信號調(diào)幅度大小。
    (3)工況圖，實(shí)時(shí)顯示每部發(fā)射機(jī)各取樣點(diǎn)的工作情況，正常時(shí)用綠燈顯示，故障時(shí)閃顯故障部位并報(bào)警。
    (4)在上位機(jī)數(shù)據(jù)庫中每隔一分鐘記錄發(fā)射機(jī)運(yùn)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(shí)查詢歷史數(shù)據(jù)。
    (5)故障記錄模塊：對每部發(fā)射機(jī)的模擬量及開關(guān)量故障發(fā)生時(shí)間以及故障恢復(fù)時(shí)間進(jìn)行記錄，提高了故障記錄的準(zhǔn)確度。
    (6)歷史曲線數(shù)據(jù)查詢，上位機(jī)以圖形方式實(shí)時(shí)顯示發(fā)射機(jī)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(shí)可靠，將人為因素降到最低，準(zhǔn)確記錄并顯示故障發(fā)生時(shí)間。
    (7)報(bào)表打印功能，可設(shè)定間隔時(shí)間對發(fā)射機(jī)主要運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行記錄，根據(jù)實(shí)際情況隨時(shí)進(jìn)行打印。
    (8)參數(shù)設(shè)定模塊：主要設(shè)定開關(guān)機(jī)時(shí)間、對不同發(fā)射機(jī)頻率可以預(yù)置不同的開關(guān)機(jī)時(shí)間，也可以進(jìn)行臨時(shí)播出時(shí)間的設(shè)置。
    (9)用戶管理模塊：根據(jù)不同用戶的權(quán)限設(shè)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(shù)水平，在信息模塊中開辟了值機(jī)注意事項(xiàng)，應(yīng)知應(yīng)會等欄目，值班員可隨時(shí)打開學(xué)習(xí)。
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(guān)機(jī)，提高系統(tǒng)的可靠性。
    (2)準(zhǔn)確記錄發(fā)射機(jī)故障部位，幫助維修人員分析故障，縮短維修時(shí)間，降低停播率。
    (3)對發(fā)射機(jī)的軟、硬故障進(jìn)行記錄報(bào)警，提醒維修人員注意查看發(fā)射機(jī)故障隱患，使故障消滅在萌芽狀態(tài)。
    (4)模擬發(fā)射機(jī)工作，解決只有在深夜停播后才能上機(jī)調(diào)試程序的困難，大大縮短程序調(diào)試時(shí)間。
2．5 電源監(jiān)測模板功能
    (1)PLC對雙路三相電源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，在控制室內(nèi)顯示發(fā)射機(jī)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(jìn)行記錄并報(bào)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(shí)進(jìn)行快報(bào)警，并顯示出是哪一相電源的問題，縮短維修時(shí)間。

3 結(jié)束語
    基于GPRS技術(shù)中波臺監(jiān)控系統(tǒng)可以高效快速獲取遠(yuǎn)程中波臺設(shè)備的運(yùn)行狀況，遠(yuǎn)程控制設(shè)備開關(guān)以及切換，及時(shí)獲取設(shè)備的故障情況。為了適應(yīng)事業(yè)發(fā)展和設(shè)備增加更新的要求，系統(tǒng)在硬件和軟件上都留有擴(kuò)展接口，中波機(jī)房自動化監(jiān)控系統(tǒng)的完成對提高發(fā)射技術(shù)裝備水平，減少操作事故，減輕值班人員的勞動強(qiáng)度和負(fù)擔(dān)，為機(jī)房“無人值機(jī)，有人值守”新工作模式奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。