基于GPRS专网系统油井监测系统通信解决方案

一、需求分析
GPRS是目前解决移动通信信息服务的一种较完美的业务，它是以数据流量计费、覆盖范围广泛、数据传输速度更快。GPRS的推出，为行业和企业用户开展无线办公提供了基础设施平台，为推动移动办公的应用和发展创造了有利条件。与有线网络相比，GPRS网络具有租用费用低、移动办公，不受地域制约等优点。GPRS的出现为企业和行业用户开展无线办公提供了一种新的选择。
GPRS通信方式更适合于油井监测系统的通信业务。在油田的生产、开采过程中有大量的数据需要工作人员及时的采集、记录，以供管理部门及时的做出决策，管理生产。如果这些数据都要人工采集、记录的话势必给工作人员巨大的工作量，而且效率不高，于是我公司根据油田的实际工作情况设计了一套完整的油井监测管理通信解决方案。
GPRS无线传输数据有以下优势：
1．GPRS用户可随意分布和移动自己的网络点，无须担心线路的维护或有线在移机时导致的通讯中断。建设新的营业点无需进行拉线，埋线等工作。较光纤，或专线系统投资较少，设备安装方便。
2．终端价格比较低，与DDN相比，基带Modem(DDN专线Modem)其终端价格便宜很多。
3．GPRS资费便宜，计费合理。GPRS 资费包月比有线电话网络资费还便宜。医保数据采集业务没有大数据量的信息传输，不必要采用资费很高的专线（DDN、帧中继）。GPRS还可根据通信的数据量和提供的服务质量进行计费。在GPRS网中，用户只需与网络建立一次连接，就可长时间的保持这种连接，并只在传输数据时才占用信道并被计费，保持时不占用信道不计费。这样，营业点即不用频繁建立连接，也不必支付传输间隙时的费用。
4．GPRS能最好地支持频繁的、少量突发型数据业务。通信质量稳定可靠，永不掉线。
5．GPRS网络接入速度快，提供了与现有数据网的无缝连接。
由于GPRS网本身就是一个分组型数据网, 支持TCP/IP、X.25协议，因此无需经过PSTN等网络的转接，直接与分组数据网（IP网或X.25网）互通，接入速度仅几秒钟，快于电路型数据业务。采用TCP/IP协议，较以前的无线数据网络（集群，双向传呼，GSM短信息）而言，网络接入更加直接方便。
6．覆盖较好，比较很多无线数据网络（集群，双向传呼，CDPD，CDMA）而言，其网络覆盖是最好的。
二、解决方案
1．特点
我公司设计的这套油井监测管理方案具有配置灵活、实施方便、可靠性高、数据采集及时准确等特点。
A.配置灵活：用户可以根据自己的实际情况灵活的选择多种数据传输方式，比如：采集到的数据可以通过无线方式传输到井队控制处，也可以通过线缆直接连接方式传输；井队采集的数据可以通过互联网、专线、GPRS 无线公网上报到总部。
B.实施方便：由于该方案中大理使用了无线传输方式的GPRS无线网方式传输数据，所有用户无须布线，只要安装数据采集端、数据接收端、GPRS Modem 等设置即可。
C.可靠性高：由于我公司开发的LQ8100系列 GPRS的无线传输模块具有传输稳定可靠、通信速率高、接收灵敏度高、抗干扰能力强、功耗低等特点，所以可以保证油井监测数据的可靠采集、传输。
D.数据采集及时准确：用户可以自定义数据采集的时间间隔，系统自动定时采集，自动传输到井队管理处，并可以自动将数据上报到总部管理处。
2、三种无线通信方式特点比较
根据油井在油田的分布特点，实现站点间数据传输的技术有：无线超短波、GSM 短信（SMS）、GPRS。
无线超短波：可用于点对点或点对多点的工作环境，提供标准接口，可直接与计算机、RTU、PLC 等连接，实现透明传输，传输速率为1200-19.2K,频点间隙为25K,采用工业频段230MHZ或400MHZ,接收灵敏度较高,技术成熟.组网时需要根据实际环境架设天线,中心站一般要求20-30米,分站在10米左右,超短波受电台数量的限制,适合小规模应用(比如各个采油队的监控)。采用这种方式时采油队与矿之间需要架设微波网络，实现大容量的数据传输。
GSM 短信（SMS）：利用GSM 网络实现数据采集设备、手机终端和监控中心之间的通讯接口。采用这种方式，用于数据流量较小或只在异常情况下需要告警时，费用低。
GPRS：一种分组交换系统，有实时在线，按量计费，快捷登录、高速传输等特点。这种方式传输数据实时性好，传输速率高，不受地形或地域的限制，按数据流量计费，平均费率低，适合大规模应用。
3．系统结构图
4．产品安装图片
GPRS无线业务与其他网络业务的性价比较
5．系统组成
1）终端设备
用户端：
油井智能数据集中器
油井智能数据集中器功能强大，可支持多种通用接口方式，实现计量数据的存储、预处理、传输等多种功能。油井智能数据集中器可直接通过标准接口连接到监控仪器，完成对监控参数的采集或进行控制操作。产品既可支持单个仪器设备，也可以同时支持多个仪器设备。同时连接先进的流量传感器和温度传感器等设备
GPRS无线设备采用厦门桑荣科技发展有限公司的GPRS-DTU通信模块，采用串口和油井智能数据集中器相连，完成用户系统的构成。
● GPRS设备采用山东力创科技LQ系列GPRS-DTU传输设备，核心模块采用SIMCOM、摩托罗拉G20、爱立信GR47、德国西门子
MC35I无线GPRS模块， 强大功能如下：
1）串口通讯输率有6种工作速率，分别是1200、2400、4800、9600、19200、57600Bps，串口速率可以通过配置软件设置。串口通讯的模式是8位数据位、1位停止位、无奇偶校验、无硬件流控。为了使用方便，数据态时实现数据透明传输。通过透明传输模式，将透明传输设备和工业上应用的数据采集设备通过串口将数据进行无线数据传输及控制。
2）远程/自动唤醒功能，实现远程模拟量、开关量采集、控制，可随时通过远程控制或自动启动通讯连接，保证了其工作的可靠性。
3）可以实现TCP、UDP等多种通讯方式，可实现通讯参数在线配置，实现数据采集中心的自由切换调保证客户系统的稳定运行。
4）针对GPRS按流量计费的客户，要节约数据流量，在使用TCP方式实时自诊断在线数据包采用小数据心跳包并且可以设置发送心跳包的间隔；当选用UDP方式时，则完全可以根据网络自动判断链接情况，不产生数据流量大大节省客户的流量费用
5）LQ系列GPRS实现了对主控电路实时监控传输信号，实现可靠的断线监测和掉线重连,实时自动检测,解决了在连接过程中所出现的假拨号现象。
6）实现下位机ID编号，点对点、点对多点的实时数据传输，结合相应的软件，便可灵活实现点~点、点~多点的对等数据传输。下位机可不用申请固定IP,以节省固定IP租用费.
7）内嵌了完整的TCP/IP协议栈，包括 TCP、UDP、FTP、SOCKET、TELNET、HTTP
等协议的开发，应用更全面、更广阔。
8) 带自主开发的主控电路和硬件看门狗，保证电路可靠工作，并可根据需要进行软件串口升级。
9）支持TTL、RS232/485三种通讯接口，方便了用户选择使用。
10）可上电即自动拨号上网，一直在线，掉线可自动重拨。非常适合无人职守.的应用。
11）LQ系列GPRS不仅采用低功耗、低电压的专用电源管理芯片，更方便嵌入式用户,同时还针对外接用户所采用的外接产品。
12）组网简单、迅速、灵活, LQ系列GPRS不依赖于运营商交换中心的数据接口设备，通过Internet网络随时随地的构建覆盖全中国的虚拟移动数据通信专用网络
2）传输网络端：
采用移动公司提供的覆盖全国的GPRS/GSM无线网络线路和接口。经过数年多的建设，中国移动GPRS网实现了沿海地区的全面覆盖和山区地区的地市覆盖，并且于2002年5.17正式向用户提供服务。GPRS业务的高速数据传输、“永远在线”、“流量计费”和“全国漫游”的特性以及中国移动的优质网络，满足了不同层次客户的需求，也为发展行业应用奠定了坚实的基础。
3）用户后台软件系统：
应用服务
主要由四层软件组成:
前端软件：
前端软件运行于终端上，支持本地业务数据的查询及业务事务处理；同时管理
无线通讯网络，完成拨号、挂断及状态监测；对于事务处理请求与确认，实现可靠
的传输控制，保证与局端的协作。
外网服务软件：
外网服务软件完成与前端软件的安全认证及加解密，协同外网查询数据库完成
数据查询请求的处理及应答；处理内网服务器产生的数据同步命令维护外网查询数
据库；为内网服务软件与前端软件提供穿透物理隔离的传输，使业务处理请求可以
安全有效地到达内网并进行处理。
内网服务软件：
内网服务软件完成与外网服务软件的隔离传输，及与前端软件的安全认证和加
解密，对前端产生的事务处理请求进行解释、执行，依靠数据库适配层软件，将各
业务数据库同步至外网查询服务软件。
局端数据库适配层软件：
局端数据库适配层软件对存在于多体系异种数据库平台的业务数据库提供抽象
接口，支持内网服务软件完成事务处理及数据同步。
三．移动GPRS专线APN传输方式
1、根据企业对网络安全的特殊要求，本公司设计了基于GPRS网络的数据传输方案，采用了多种安全措施，主要包括：
·通过一条2M 专线由信息中心接入移动公司GPRS网络，双方互联路由器之间采用私有IP地址进行广域连接，在GGSN与移动公司互联路由器之间采用GRE隧道。
·为客户分配专用的APN，普通用户不得申请该APN。用于GPRS专网的SIM卡仅开通该专用APN，限制使用其他APN。
·客户可自建一套RADIUS服务器和DHCP服务器，GGSN向RADIUS服务器提供用户主叫号码，采用主叫号码和用户账号相结合的认证方式；用户通过认证后由DHCP服务器分配企业内部的静态IP地址。
·端到端加密：移动终端和服务器平台之间采用端到端加密，避免信息在整个传输过程中可能的泄漏。
·双方采用防火墙进行隔离，并在防火墙上进行IP地址和端口过滤。
2．APN业务流程
GPRS专网系统终端上网登录服务器平台的流程为：
1） 用户发出GPRS登录请求，请求中包括由移动公司为GPRS专网系统专门分配的专网APN；
2） 根据请求中的APN，SGSN向DNS服务器发出查询请求，找到与企业服务器平台连接的GGSN，并将用户请求通过GTP隧道封装送给GGSN；
3） GGSN将用户认证信息（包括手机号码、用户账号、密码等）通过专线送至Radius进行认证；
4） Radius认证服务器看到手机号等认证信息，确认是合法用户发来的请求，向DHCP服务器请求分配用户地址；
5） Radius认证通过后，由Radius向GGSN发送携带用户地址的确认信息；
6） 用户得到了IP地址，就可以携带数据包，对GPRS专网系统信息查询和业务处理平台进行访问。
四、移动资费标准及设备费用
1、该业务包括开户费、安装调试费、GPRS专网使用费以及使用GPRS 产生流量的资费。
1） 专网开户费以及安装调试费(专网应用)
开户费：1000元
安装调试费：500元
2）服务器端GPRS专网使用费(专网应用)
1000元/月或者10000元/年，对终端数目不限；
3） 终端GPRS 流量资费（终端应用）
月租费（元） 赠送的免费流量数（MB） 超过赠送流量后的流量费（元/KB）
自由套餐 0 0 0.03
经济套餐 20 1 0.01
时尚套餐 100 　20 0.01
力创套餐 60 不限量使用（专用APN）
以上费用各地移动公司有不同的优惠政策,请和当地移动公司具体洽谈.
2、设备需要终端路由器一台在5000元左右（客户自行选择），每个点配备一台GPRS无线MODEM，大概在1000-1500元之间。