GPRS专网系统环保数据采集通信解决方案

分类：解决方案日期：2009-07-20 08:32:03 来源：厂商

基于GPRS专网系统
环保数据采集通信解决方案
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通信方式更适合于环保数据采集业务，目前省环保监测站与各采集点采用电话线传送数据或手工抄录，实时性差，费用也不便宜。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，较DTU或DDN专线Modem其终端价格便宜很多。
3．仪器设备反向控制：本系统对符合环保总局制订的标准数据协议的仪器设备，可以实现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。
4． 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。环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。
5． 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。
6． 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。
7．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．系统结构图

系统需求图
2、系统方案
GPRS环保污染源在线监控系统方案：
(1)监控终端部分：
A 如果采用工控机，监控仪器通过环保智能数据集中器与工控机端软件连接，通过通用型GPRS调制解调器建立无线数据连接；如:SARO-1000/1000E
B 如果不采用工控机，监控仪器通过环保智能数据集中器直接与智能型GPRS数据传输终端连接，由其建立无线数据连接；如:SARO-1000P/1000EP
(2)移动网络部分：利用中国移动现有的GPRS/GSM网络，监控点和监控中心系统的所有交换信息通过中国移动的数据通信网关进行加密数据传输；
(3)环保监控中心部分：监控中心服务器申请配置固定IP地址，申请配置专线或VPN与移动的数据通信网关连接，监控中心服务器上安装无线GPRS环保污染源在线监控系统软件。
3、系统组成
(1) <通用型GPRS调制解调器>
通过无线GSM/GPRS网络进行数据传输；如:SARO-1000/1000E
(2) <智能型GPRS数据传输终端>
应用嵌入式处理器进行数据处理、协议TCP/IP封装，通过无线GSM/GPRS网络进行数据传输；如:SARO-1000P/1000EP
(3) <环保智能数据集中器>
环保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。环保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。(多家环保设备公司有成熟产品)
(4) <无线GPRS环保污染源在线监控系统软件>
无线GPRS环保污染源在线监控系统软件包括通信服务器、监控中心服务器、数据库服务器、WEB服务器四个部分。(提供产品动态连接库,软件包根据客户要求二次开发)
A 通信服务器负责实现行业数据通信协议、数据代理转发、通信设备状态监控等功能；
B 监控中心服务器实现数据分析、存储、反控等功能；
C 数据库服务器进行数据存储、备份；
D WEB服务器实现实时监控、数据管理、业务管理等功能。
具体实现时通信服务器、监控中心服务器、数据库服务器、WEB服务器可以安装在一台服务器中，也可以安装在不同服务器中。如果行业客户要求对终端进行终端IP绑定，需要安装RADIUS服务器，为系统提供AAA认证和IP绑定功能。
推荐省级监控中心通过公网使用VPN接入到移动GPRS网，这种方式成本比较低，安全性比较高，而且速度和网络服务质量都保障；也可以通过GPRS专线接入到移动GPRS网，这种方式成本高，安全性高、稳定可靠。
各级监控中心相互之间通过VPN相连。
各监控点使用用GPRS终端，通过移动的网络与监控中心相连。
GPRS无线业务与其他网络业务的性价比较
方案名称通信方式建设成本运营成本监控范围传输速度操作方式实时性反控性
电话线MODEM监控电话线拨号高较低窄 56KBPS 轮寻差差
ADSL监控 ADSL 高较高窄 512KBPS 轮寻高一般
SMS方式监控 SMS 较低较高较宽 160字节/包并行差、不稳定差
GSM拨号监控 CSD/GSM 较低很高较宽 14.4KBPS 并行差差
GPRS在线监控 GPRS/GSM/SMS 较低较低较宽 21.4---85.6 KBPS 并行高良好
用于GPRS网络的无线数据传输
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。
4．专线APN传输方式
根据企业对网络安全的特殊要求，厦门桑荣科技发展有限公司设计了基于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。

5．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。
6、安全方案
第一级：安全的网络接入层
使用移动公司分配的专门的APN进行无线网络接入；
分配特定的手机号：手机主叫号在移动GSM交换机生成，已经进行了加密，资深的网络黑客也是很难伪造手机号的。
移动在网络侧HLR网元给手机号和APN做了绑定，只有属于行业的手机号才能访问专用APN。黑客拿着其他手机号的GPRS终端根本无法呼叫专门的APN。
第二级：安全的终端认证
数据中心可以给每个GPRS终端分配特有的用户ID和密码，交换机资深黑客即使伪造了合法的手机号，但是数据中心分配给GPRS终端的用户ID和密码没有，依然与数据中心建立不了呼叫，而数据中心可以周期性命令各电表数据采集点将用户ID和密码改掉。
第三级：安全的防火墙过滤
第四级：安全的应用系统
业务数据在传输前进行加密压缩，保障数据在传输过程中的安全性。
应用系统提供强大的分级权限管理，保障数据在使用过程中的安全性。
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
商务套餐 200 不限量使用
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2000-2800元之间。

五、厦门桑荣科技有限公司产品简介
厦门桑荣科技有限公司

1. 概述
GPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Server)的英文简称，是在现在GSM系统上发展出来的一种承载业务，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和X.25服务。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。从而降低了服务成本。
随着无线通信技术的发展，GPRS产品在数据传输领域的应用日益广泛。尤其是GPRS模块的出现，更加促进了这种应用的发展。但普通的GPRS 模块在使用时有些局限性，它没有内嵌TCP/IP协议栈，需要用户提供TCP/IP的支持。没有实现TCP/IP协议解析的终端将不能直接使用GPRS无线模块实现GPRS数据通信。一般中小规模CPU系统的资源较宝贵，在中小CPU系统实现TCP/IP协议栈，一是费时费力，二是系统的负荷太大，甚至难于胜任。针对中低端CPU系统实际情况，桑荣公司专门设计出一款带TCP/IP协议处理的无线MODEM GPRS-1000EP。桑荣GPRS-1000EP是一款带TCP/IP协议转换功能的无线GPRS MODEM，它提供一个DB9-M的RS232接口，可适用于所有带串口的终端设备，为不具备TCP/IP协议处理的终端提供GPRS通信的能力。
2. 系统功能与特点
A、该款MODEM的功能：
1. 标准的AT 命令界面,方便程序设计（AT命令参见附录一和附录二）
2. TCP/IP Internet 内嵌的协议栈，轻松互联
3. RS232接口方式，更加简便的通讯方式
4. 可通过串口升级程序
B、性能：
1. 使用低功耗高性能的CPU做处理器，16位内部数据总线，128KBSRAM，512KB FLASH，可高速处理协议和大量数据。
2. 使用CLASS 10无线模块，下行4个通道，上行2个通道
3. 支持TCP、IP、PPP、ICMP、UDP、TELNET、HTTP协议栈
4. 一个符合ISO7816-3IC卡标准的SIM卡座，支持符合GSM11.11和GSM11.10规范SIM卡。
5. 简化的接口设计，使用通用的232接口和简单的AT命令交互界面。
6. 供了更方便的电源接口，即可使用外挂电源。又可从串口直接取电。
7. 整机功耗小于3W。
8. GPRS-1000EP电路板尺寸10cm*6cm
9. 同时更具嵌入式系统要求，可提供内置式模块（不带外壳，可通过插针与嵌入式直接系统相连）
3. 技术指标
音频/短消息
支持通话或紧急呼叫
支持全速率、增强全速率和半速率
支持双音频（DTME）
支持中、英文短消息
支持G3传真
支持完善的AT命令
GPRS数据
GPRS Class 10
编码方案：CS1 CS4
符合SMO31bis技术规范
接口
天线接口：50Ω 5MA（阴天）
SIM卡：3V/5V，自动检测
接收灵敏度：-104dbm
发射功率：CLASS4 (2W)/GSM(900)
CLASS1(1W)/GSM(1800)
频率误差：<=0.1ppm
用户数据接口：
RS-232串口数据接口
接口端子：20Pin
波特率：300~115,200 bits/s
电源
电压：DC 4.5V~40V
功耗：通信时平均电流400mA，空闲时35mA
其他参数
尺寸
Saro-1000EP：100*60（嵌入式电路板尺寸
可根据用户需求定制）
Saro-1000EP：110*75（不包括天线）
重量：150g
工作环境
工作湿度：-20~50度
工作频段： 湿度范围：0-95%,非冷凝 
GSM900 TX:880—915MHZ
RX :925—960MHZ
DCS1800:TX:1710－1785MHZ
RX:1805—1880MHZ
4. 典型应用
GPRS无线数据传输系统有很广泛的应用范围，几乎所有低速率的数据传输服务都可以应用，如城市配电网络的自动化、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、环保、彩票等领域。
工业遥信、遥测、遥控
无人值班机房监控和远程维护（如移动基站、微波、光纤中继站等）
城市配电网自动化系统数据传输
自来水管道、闸门、泵站与水厂监控
煤气管道、闸门、与加压站监控
供热系统实时监控
水文监控
环境监控
其他无人值班站点（如仓库、办公室等）监控
金融、零售行业
车载移动银行
POS机联网、自动柜元机（ATM）
公安交通行业
公安移动性数据查询
交通监控与城市路口交通信息发布
移动车输监控调度系统
公安、110、交警车输监控调度
银行运钞车、邮政运输车监控调度
出租车、公交车管理调度

网络连接图
通信处理流程：
1) 设置参数
2) 登陆GPRS网路
3) 建立TCP链路
4) 数据传输
5) 挂断TCP连接
6) 断开GPRS连接
5. 无线MODEM扩展AT命令
FUNCTIONS AT COMMANDS DETAILS 返回码
设置IP地址 AT+IP= 设置远端系统的IP地址
以w.x.y.z的格式 IPOK/IPER
设置端口号 AT+PORT= 设置远端系统的端口号 PORTOK
定义PDP CONTEXT AT+CGDCONT＝设置APN OK/ER
拨号命令 ATD 拨打电话号码 OK / BUSY /
NO CARRIER / CONNECT
关闭GPRS功能 AT+CLOSE 关断TCP/IP连接功能 OK/ER