GPRS技术在卫星发射机监控中的应用
一．背景
某从事卫星通讯服务的公司要通过北京昆仑通态MCGS组态软件组建一个以一（主站）对多（从站）模式的远程监控网络，用于监控各卫星发射机工作情况。各发射机信号通过康拓板卡采集，使用研华工控机作为从站，软件采用MCGS通用版（嵌入版），一台有固定IP的服务器作为主站，软件采用MCGS网络版。从站用嘉复欣GF-2000W无线GPRS Modem拨号通过GPRS网络和连接在Internet上的主站通讯并传输数据。
从站可以随时通过MCGS和嘉复欣GF-2000W无线GPRS Modem拨号上网与主站建立起用于传输数据的TCP/IP链接，将自己检测到的实时数据或历史数据传送到主站，主站也可以通过此TCP/IP链接发送命令修改从站上MCGS变量的值，以达到对现场设备进行简单控制的作用。
对于GPRS网络、互联网、TCP/IP链接在数据通讯过程中出现的TCP/IP链接中断，通讯超时，网络连接中断等异常情况MCGS软件中的驱动程序都进行了相应的处理。使被异常中断的数据通讯能自动恢复到正常通讯状况。
二．GPRS简介
GPRS 是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的英文简称，是在现有GSM 系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM 用户提供分组形式的数据业务。GPRS 采用与GSM 同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的TDMA 帧结构，这种新的分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似。因此，现有的基站子系统(BSS)从一开始就可提供全面的GPRS 覆盖。GPRS 允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。GPRS 理论带宽可达171.2Kb/s，实际应用带宽大约在10~70Kb/s，在此信道上提供TCP/IP 连接，可以用于INTERNET 连接、数据传输等应用。
GPRS 是一种新的移动数据通信业务，在移动用户和数据网络之间提供一种连接，给移动用户提供高速无线IP。GPRS 采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可以由多个用户共享，资源被有效的利用，数据传输速率高达160Kbps。使用GPRS技术实现数据分组发送和接收，用户永远在线且按流量计费，迅速降低了服务成本。GPRS 移动数据传输系统有很大的应用范围，几乎所有中低速率的数据传输业务都可以应用，如城市配电网络自动化、自来水、煤气管道自动化、商业POS 机、INTERNET 接入、个人信息、股票信息、金融、交通、公安等。
三．方案选择
经过比较分析，选择中国移动的GPRS系统作为卫星发射机监控系统的数据通信平台。目前，GSM网络经过电信部门的多年建设，覆盖范围不断扩大，已成为成熟、稳定、可靠的通信网络，特别是中国移动新推出的GPRS数据业务。GSM/GPRS系统可提供广域的无线IP连接。在移动通信公司的GPRS业务平台上构建卫星发射机监控系统，实现管网监控点的无线数据传输具有可充分利用现有网络，缩短建设周期，降低建设成本的优点，而且设备安装方便、维护简单。
GPRS无线监控系统具备如下特点：
1、良好的实时响应与处理能力。与短消息服务比较，由于GPRS具有实时在线特性，系统无时延，系统能够同时实时收取、处理多个/所有监测点的各种数据，无需轮巡就可以同步监测点的时钟可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。
2、远程仪器设备控制：由于采用GPRS双向传输系统，监控中心可以反向实现对仪器设备的时间校正、状态报告、开关以及其他监测、控制等功能；
3、建设成本低：可充分利用现有GSM网络，设备安装即接通，而采用超短波通信时需要充分考虑现场环境，还需要配备天线铁架等附属设备。
4、安装调试简单，建设周期短：利用现有成熟GSM网络，系统投入运行时基本不需要调试，安装简捷。采用超短波通信时安装调试工作量大，要先进行现场信号测试，天线铁架架设，天线方向角度调试等工作。
四．系统特点
1、覆盖范围广。构建卫星发射机监控系统要求数据通信覆盖范围广，扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。
由于管网监控点数量众多，管网监控点分布在大范围位于偏僻地区，而且地理位置分散。采用超短波通讯方式，覆盖范围只有30多公里；而采用GPRS方式，理论上在无线GSM/GPRS网络的覆盖范围之内，都可以实现监控。
2、数据传输速率高。GPRS网络传送速率理论上可达171.2kbit/s，实际应用时数据传输速率在40Kbps左右，而目前一般的超短波数传电台传送速率多为2.4kbit/s或更低。
3、系统的传输容量大。监控中心站要和每一个管网监控点实现实时连接。由于管网监控点数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要。
4、通信费用低。由于GPRS采用包月计费的方式，运营维护成本低，月通信费用将在200元之内。
五。设备简介
嘉复欣GF-2000W无线GPRS Modem介绍
设备型号：GF-2000W（外置无线调制解调器）
生产厂商：北京嘉复欣科技有限公司
相关资料：GF-2000W硬件接口手册、产品使用说明书、用户指南、mc39i_atc_v0102.pdf（AT指令说明）
系统采用GAREFOWL 系列GPRS无线透明数据传输终端。产品基于中国移动的GPRS网络，具有高性能、高可靠及抗干扰能力强等特点，提供标准232数据口可直接与计算机、RTU、PLC、GPS接收机、数码相机、数据终端等连接，传输速率达171Kbps，具有远程诊断、测试、监管功能，满足各行业调度或控制中心与众多远端站之间的数据采集和控制。
1、支持900／1800／1900MHz三频GSM/GPRS。
2、接口： RS232、RS485、RS422。
3、系统理论传输速率171Kbps，实际传输速率40Kbps。
4、支持Windows95/98/200/XP、LINUX操作系统。
5、支持透明数据传输与协议转换。
6、支持VPN安全功能。
7、安装灵活、使用方便、可靠。
MCGS组态软件
北京昆仑通态自动化软件科技有限公司是国内知名的一家高科技企业，公司主要从事专业自动化软件的开发，应用系统的集成，并向用户提供从硬件到软件的总体设计方案。产品遍布石油、化工、冶金、矿山、运输、机械、食品等几十个行业，并应用于全国乃至世界的众多工业控制现场。
六． GF-2000W GPRS使用
A、GF-2000W GPRS Modem安装过程中的注意事项：
在安装GF-2000W GPRS Modem的过程中要注意，除非使用西门子（MC35）专用通讯串口线，否则最好能将GPRS的串口线直接与PC串口相连，这样才能保证GF-2000W GPRS Modem能够获得足够的信号强度，保证拨号成功。
B、GF-2000W GPRS Modem的上网设置过程：
1， 安装GF-2000W GPRS Modem
按以下顺序对GF-2000W GPRS Modem进行设置
控制面板—>电话和调制解调器选项—>调制解调器—>选择添加—>不检测调制解调器—>标准19200bps调制解调器—>选定安装到哪个串口
2， 设置19200调制解调器
假设19200调制解调器被安装到COM1
控制面板—>电话和调制解调器选项—>调制解调器—>属性—>常规—>串口1—>最高速率（57600）—>高级—>额外的初始化命令：
在额外的初始化命令一栏中填写：AT+CGDCONT=1，ip，CMNET
最后：在设置完成后进入
控制面板—>电话和调制解调器选项—>调制解调器—>属性—>诊断—>查询调制解调器
按上面步骤可以查询GF-2000W GPRS Modem是否正确安装。
3， 建立拨号连接
新建连接—>拨号到专用网络—>标准19200调制解调器—>区号置空，电话号码填： *99***1#
4， 设置拨号连接网络属性
拨号连接—>属性—>网络
服务器类型选择PPP
连接只选用TCP/IP协议
尝试登陆网络：
在设置完毕之后可以试一下登陆网络，双击刚才新建的拨号网络，置空用户名和密码，进行拨号，PPP服务器会检测用户名和密码，通过检测后将注册您的计算机，过后拨号网络的图标会出现在WINDOWS任务栏右下角。
C、服务器/客户端模式的通讯试验（add by xp）
试验环境：
硬件：
服务器：普通pc＋普通Modem，拨号上网。
客户端：普通pc＋GPRS Modem，拨号上GPRS网络。
软件：
MCGS通用版：通用TCPIP父设备＋网络数据同步CE
服务器：通过Modem拨号或通过其他方式连接在Internet上，具有固定IP地址。在客户端软件中设置服务器的IP地址，通过Internet与服务器建立连接。
客户端：在本试验中指连接了GF-2000W GPRS Modem的计算机或设备。通过上述步骤安装了GF-2000W GPRS Modem，并拨上Internet后就具备了实现数据上传（下传）的通讯链路条件。
服务器端设置注意事项：
1、 如果服务器端还存在其他网络（如：局域网）连接，最好将其断开。
2、 通过控制台命令“ipconfig”可以查看服务器端分配到的IP地址。
客户端设置注意事项：
1、 最后断开其他连接
2、 通过ping命令测试网络连接状况。
由于通过GPRS网络速度比较慢，需要加大ping命令的超时时间。具体如下：“ping IP地址 –w 超时时间”。一般超时时间可以设置为2000（ms），通过返回的平均通讯时间判断在MCGS中设置的最小采集周期。如平均返回时间为1200ms，则设置最小采集周期为2000ms比较合适。
D、测试中的其他问题：
1、 设备测试：
由于设备测试端的TimeOut时间比较短，在测试时发现，客户端设备测试发送成功，但是在服务器端没有数据接收到，偶然出现同时收到多个发送数据包的情况。只要确定可以ping通网络，可以进入运行环境进行数据同步。
2、 第一次同步时间比较长。
一般情况下（尤其是设置的采集周期比较短的时候），网络数据同步成功的建立起第一次通讯需要的时间比较长，往往需要20秒左右。当连接建立起来之后，数据同步可以按照设定的采集周期更新数据。所以，在刚刚建立连接的时候需要耐心等待一段时间。
3、 通讯数据量的影响
通讯的数据量和通讯周期有比较密切的关系。如果只有一个数据，可以在1500ms（ping命令的平均返回时间为1200ms）同步数据，而且能够在一两个周期内建立起通讯连接。如果有10个数据同步，一般周期需要设置在2500ms以上，并且建立时间比较长（20s）。
4、 关于固定IP
通过GPRS网路传输数据，服务器端必须要有固定IP地址。在实际的现场应用中，需要通过电信部门申请一个固定IP地址，每一个客户端需要将该IP地址固化在连接的GPRS Modem中，当客户端上电之后自动根据固化的IP地址拨通GPRS网络，在网络上寻找到服务器。
在进行调试试验时，通过Modem拨号获得的只是一个暂时的IP地址，当再次拨号上网后，该地址会重新分配，在应用中需要和用户讲清楚。
七．结论
采用GPRS构建卫星发射机监控系统系统，对于用户来说，由于通信费用较低，享受到了实惠。另外，由于接入设备可以移动，当管网监控点搬迁时设备可随之迁移并可继续使用，可以保护用户原有投资，适合于卫星发射机监控工作的特点，能很好地满足卫星发射机监控的需求，而且，做为网络运营商的移动通信公司也将因此获得业务稳定的集团用户，随着用户数量的增加，移动通信公司的营收也随之增加，调动了运营商的积极性，符合网络建设和网络应用同步发展的要求。
某从事卫星通讯服务的公司要通过北京昆仑通态MCGS组态软件组建一个以一（主站）对多（从站）模式的远程监控网络，用于监控各卫星发射机工作情况。各发射机信号通过康拓板卡采集，使用研华工控机作为从站，软件采用MCGS通用版（嵌入版），一台有固定IP的服务器作为主站，软件采用MCGS网络版。从站用嘉复欣GF-2000W无线GPRS Modem拨号通过GPRS网络和连接在Internet上的主站通讯并传输数据。
从站可以随时通过MCGS和嘉复欣GF-2000W无线GPRS Modem拨号上网与主站建立起用于传输数据的TCP/IP链接，将自己检测到的实时数据或历史数据传送到主站，主站也可以通过此TCP/IP链接发送命令修改从站上MCGS变量的值，以达到对现场设备进行简单控制的作用。
对于GPRS网络、互联网、TCP/IP链接在数据通讯过程中出现的TCP/IP链接中断，通讯超时，网络连接中断等异常情况MCGS软件中的驱动程序都进行了相应的处理。使被异常中断的数据通讯能自动恢复到正常通讯状况。
二．GPRS简介
GPRS 是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的英文简称，是在现有GSM 系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM 用户提供分组形式的数据业务。GPRS 采用与GSM 同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的TDMA 帧结构，这种新的分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似。因此，现有的基站子系统(BSS)从一开始就可提供全面的GPRS 覆盖。GPRS 允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。GPRS 理论带宽可达171.2Kb/s，实际应用带宽大约在10~70Kb/s，在此信道上提供TCP/IP 连接，可以用于INTERNET 连接、数据传输等应用。
GPRS 是一种新的移动数据通信业务，在移动用户和数据网络之间提供一种连接，给移动用户提供高速无线IP。GPRS 采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可以由多个用户共享，资源被有效的利用，数据传输速率高达160Kbps。使用GPRS技术实现数据分组发送和接收，用户永远在线且按流量计费，迅速降低了服务成本。GPRS 移动数据传输系统有很大的应用范围，几乎所有中低速率的数据传输业务都可以应用，如城市配电网络自动化、自来水、煤气管道自动化、商业POS 机、INTERNET 接入、个人信息、股票信息、金融、交通、公安等。
三．方案选择
经过比较分析，选择中国移动的GPRS系统作为卫星发射机监控系统的数据通信平台。目前，GSM网络经过电信部门的多年建设，覆盖范围不断扩大，已成为成熟、稳定、可靠的通信网络，特别是中国移动新推出的GPRS数据业务。GSM/GPRS系统可提供广域的无线IP连接。在移动通信公司的GPRS业务平台上构建卫星发射机监控系统，实现管网监控点的无线数据传输具有可充分利用现有网络，缩短建设周期，降低建设成本的优点，而且设备安装方便、维护简单。
GPRS无线监控系统具备如下特点：
1、良好的实时响应与处理能力。与短消息服务比较，由于GPRS具有实时在线特性，系统无时延，系统能够同时实时收取、处理多个/所有监测点的各种数据，无需轮巡就可以同步监测点的时钟可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。
2、远程仪器设备控制：由于采用GPRS双向传输系统，监控中心可以反向实现对仪器设备的时间校正、状态报告、开关以及其他监测、控制等功能；
3、建设成本低：可充分利用现有GSM网络，设备安装即接通，而采用超短波通信时需要充分考虑现场环境，还需要配备天线铁架等附属设备。
4、安装调试简单，建设周期短：利用现有成熟GSM网络，系统投入运行时基本不需要调试，安装简捷。采用超短波通信时安装调试工作量大，要先进行现场信号测试，天线铁架架设，天线方向角度调试等工作。
四．系统特点
1、覆盖范围广。构建卫星发射机监控系统要求数据通信覆盖范围广，扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。
由于管网监控点数量众多，管网监控点分布在大范围位于偏僻地区，而且地理位置分散。采用超短波通讯方式，覆盖范围只有30多公里；而采用GPRS方式，理论上在无线GSM/GPRS网络的覆盖范围之内，都可以实现监控。
2、数据传输速率高。GPRS网络传送速率理论上可达171.2kbit/s，实际应用时数据传输速率在40Kbps左右，而目前一般的超短波数传电台传送速率多为2.4kbit/s或更低。
3、系统的传输容量大。监控中心站要和每一个管网监控点实现实时连接。由于管网监控点数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要。
4、通信费用低。由于GPRS采用包月计费的方式，运营维护成本低，月通信费用将在200元之内。
五。设备简介
嘉复欣GF-2000W无线GPRS Modem介绍
设备型号：GF-2000W（外置无线调制解调器）
生产厂商：北京嘉复欣科技有限公司
相关资料：GF-2000W硬件接口手册、产品使用说明书、用户指南、mc39i_atc_v0102.pdf（AT指令说明）
系统采用GAREFOWL 系列GPRS无线透明数据传输终端。产品基于中国移动的GPRS网络，具有高性能、高可靠及抗干扰能力强等特点，提供标准232数据口可直接与计算机、RTU、PLC、GPS接收机、数码相机、数据终端等连接，传输速率达171Kbps，具有远程诊断、测试、监管功能，满足各行业调度或控制中心与众多远端站之间的数据采集和控制。
1、支持900／1800／1900MHz三频GSM/GPRS。
2、接口： RS232、RS485、RS422。
3、系统理论传输速率171Kbps，实际传输速率40Kbps。
4、支持Windows95/98/200/XP、LINUX操作系统。
5、支持透明数据传输与协议转换。
6、支持VPN安全功能。
7、安装灵活、使用方便、可靠。
MCGS组态软件
北京昆仑通态自动化软件科技有限公司是国内知名的一家高科技企业，公司主要从事专业自动化软件的开发，应用系统的集成，并向用户提供从硬件到软件的总体设计方案。产品遍布石油、化工、冶金、矿山、运输、机械、食品等几十个行业，并应用于全国乃至世界的众多工业控制现场。
六． GF-2000W GPRS使用
A、GF-2000W GPRS Modem安装过程中的注意事项：
在安装GF-2000W GPRS Modem的过程中要注意，除非使用西门子（MC35）专用通讯串口线，否则最好能将GPRS的串口线直接与PC串口相连，这样才能保证GF-2000W GPRS Modem能够获得足够的信号强度，保证拨号成功。
B、GF-2000W GPRS Modem的上网设置过程：
1， 安装GF-2000W GPRS Modem
按以下顺序对GF-2000W GPRS Modem进行设置
控制面板—>电话和调制解调器选项—>调制解调器—>选择添加—>不检测调制解调器—>标准19200bps调制解调器—>选定安装到哪个串口
2， 设置19200调制解调器
假设19200调制解调器被安装到COM1
控制面板—>电话和调制解调器选项—>调制解调器—>属性—>常规—>串口1—>最高速率（57600）—>高级—>额外的初始化命令：
在额外的初始化命令一栏中填写：AT+CGDCONT=1，ip，CMNET
最后：在设置完成后进入
控制面板—>电话和调制解调器选项—>调制解调器—>属性—>诊断—>查询调制解调器
按上面步骤可以查询GF-2000W GPRS Modem是否正确安装。
3， 建立拨号连接
新建连接—>拨号到专用网络—>标准19200调制解调器—>区号置空，电话号码填： *99***1#
4， 设置拨号连接网络属性
拨号连接—>属性—>网络
服务器类型选择PPP
连接只选用TCP/IP协议
尝试登陆网络：
在设置完毕之后可以试一下登陆网络，双击刚才新建的拨号网络，置空用户名和密码，进行拨号，PPP服务器会检测用户名和密码，通过检测后将注册您的计算机，过后拨号网络的图标会出现在WINDOWS任务栏右下角。
C、服务器/客户端模式的通讯试验（add by xp）
试验环境：
硬件：
服务器：普通pc＋普通Modem，拨号上网。
客户端：普通pc＋GPRS Modem，拨号上GPRS网络。
软件：
MCGS通用版：通用TCPIP父设备＋网络数据同步CE
服务器：通过Modem拨号或通过其他方式连接在Internet上，具有固定IP地址。在客户端软件中设置服务器的IP地址，通过Internet与服务器建立连接。
客户端：在本试验中指连接了GF-2000W GPRS Modem的计算机或设备。通过上述步骤安装了GF-2000W GPRS Modem，并拨上Internet后就具备了实现数据上传（下传）的通讯链路条件。
服务器端设置注意事项：
1、 如果服务器端还存在其他网络（如：局域网）连接，最好将其断开。
2、 通过控制台命令“ipconfig”可以查看服务器端分配到的IP地址。
客户端设置注意事项：
1、 最后断开其他连接
2、 通过ping命令测试网络连接状况。
由于通过GPRS网络速度比较慢，需要加大ping命令的超时时间。具体如下：“ping IP地址 –w 超时时间”。一般超时时间可以设置为2000（ms），通过返回的平均通讯时间判断在MCGS中设置的最小采集周期。如平均返回时间为1200ms，则设置最小采集周期为2000ms比较合适。
D、测试中的其他问题：
1、 设备测试：
由于设备测试端的TimeOut时间比较短，在测试时发现，客户端设备测试发送成功，但是在服务器端没有数据接收到，偶然出现同时收到多个发送数据包的情况。只要确定可以ping通网络，可以进入运行环境进行数据同步。
2、 第一次同步时间比较长。
一般情况下（尤其是设置的采集周期比较短的时候），网络数据同步成功的建立起第一次通讯需要的时间比较长，往往需要20秒左右。当连接建立起来之后，数据同步可以按照设定的采集周期更新数据。所以，在刚刚建立连接的时候需要耐心等待一段时间。
3、 通讯数据量的影响
通讯的数据量和通讯周期有比较密切的关系。如果只有一个数据，可以在1500ms（ping命令的平均返回时间为1200ms）同步数据，而且能够在一两个周期内建立起通讯连接。如果有10个数据同步，一般周期需要设置在2500ms以上，并且建立时间比较长（20s）。
4、 关于固定IP
通过GPRS网路传输数据，服务器端必须要有固定IP地址。在实际的现场应用中，需要通过电信部门申请一个固定IP地址，每一个客户端需要将该IP地址固化在连接的GPRS Modem中，当客户端上电之后自动根据固化的IP地址拨通GPRS网络，在网络上寻找到服务器。
在进行调试试验时，通过Modem拨号获得的只是一个暂时的IP地址，当再次拨号上网后，该地址会重新分配，在应用中需要和用户讲清楚。
七．结论
采用GPRS构建卫星发射机监控系统系统，对于用户来说，由于通信费用较低，享受到了实惠。另外，由于接入设备可以移动，当管网监控点搬迁时设备可随之迁移并可继续使用，可以保护用户原有投资，适合于卫星发射机监控工作的特点，能很好地满足卫星发射机监控的需求，而且，做为网络运营商的移动通信公司也将因此获得业务稳定的集团用户，随着用户数量的增加，移动通信公司的营收也随之增加，调动了运营商的积极性，符合网络建设和网络应用同步发展的要求。
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