基于GPRS气象信息采集系统应用方案

　　摘要：本文提供了一种基于GPRS网络的气象信息采集系统原理和实现方案，简要介绍了GPRS技术的基本知识，描述了GPRS无线传输应用于气象信息采集系统的实现方法。通过实际应用，获得了理想的效果.
　　关键词：GPRS；DTU；Internet；气象；
一、项目背景
　　气象信息采集系统利用实时采集的气象资料，对末来一定时段内的气象情况作出较为精确的预测和报警，包括进行短期的降雨预报、中期降水预报和洪水的预警预报，是防汛工作中非常重要的环节。 某省气象局气象信息的采集由各气象观测站利用气象采集设备自动完成采集，通过DDN或者电话线向气象中心传送气象数据，气象局利用气象信息处理程序对各气象观测站采集的气象数据进行加工处理和分析，进而可对短期的降雨和中期降水进行预报，并通过防汛系统向防汛办报送资料，为洪水预报和防汛提供可靠的决策支持。
　　目前，某省气象局现已在全省范围内建立了300多个气象观测信息采集点，各气象采集点按照设定的时间间隔采集区域内的各种气象信息资料，包括温度、气压、湿度等，测量结果通过DDN或者PSTN电话线向气象中心传送气象数据。采用DDN可充分保证数据传输畅通，完整，但缺点是月租费太高；采用PSTN电话线传输数据，按时间计费，费用也不便宜。 目前，该省气象局正考虑建立GPRS气象信息采集数据传输系统试点。在试点中选择20多个气象采集点，采用GPRS无线数据通信方式传输气象资料。在试点中，各气象采集点通过GRPS与中心站主机保持实时连接，自动观测设备将获得的气象信息通过GPRS传给气象中心主机，气象中心主机对信息进行处理，形成气象预报信息。
二、GPRS方案的优势
　　中国移动GPRS系统可提供广域的无线IP连接。在移动通信公司的GPRS业务平台上构建气象信息采集传输系统，实现气象信息采集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。经过比较分析，我们选择中国移动的GPRS系统作为气象信息采集传输系统的数据通信平台。
　　1、覆盖范围。构建气象信息采集传输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。由于气象信息采集点数量众多，分布在全省范围内，部分气象信息采集点位于偏僻地区，而且地理位置分散。 另外，还必须考虑今后系统扩充的可能，必须具有良好的可扩展性。由于目前GPRS已覆盖省内绝大部分地区，能够满足气象信息采集传输系统对覆盖范围的要求。
　　2、数据传输速率高。每个气象信息采集点每次数据传输量在10Kbps之内，目前GPRS实际数据传输速率在40Kbps左右，完全能满足本系统数据传输速率（≥10Kbps）的需求。
　　3、系统的传输容量大。气象中心站要和每一个气象信息采集点实现实时连接。由于气象信息采集点数量众多，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。采用传统的有线方式建立气象信息采集传输系统，必须租用专线或电话线进行连接。由于气象信息采集点必须与中心随时保持连线状态，而每次数据发送的数据量很小（在几K至10K之间），线路资源利用率很低，平均每一个气象信息采集点每月的线路费用为800～1200元。而如果采用GPRS通信方式，由于GPRS采用按数据流量计费的方式，资源利用率高，月通信费用将在200元之内。
　　5、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，可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。

三、解决方案介绍
（一）系统结构
　　1、气象信息采集点：采用厦门才茂的GPRS无线数据采集传输终端，通过RS232串口与计算机相连，接入移动公司为气象局提供的专用的GPRS网络。气象信息采集点的计算机运行系统软件和应用软件。网络对气象信息采集点的接入地点、时间、数量没有限制，可以随时增减。可以满足山区、偏远地区和跨地区接入的需求。
　　2、气象中心站：采用省移动通信公司提供的DDN专线，与GPRS网络相连。由于DDN专线可提供较高的带宽，当气象信息采集点数量增加，中心不用扩容即可满足需求。

　　3、GPRS传输 气象站采用移动提供的线路和接口。各气象信息采集点使用移动通信公司统一的STK卡，同时气象中心对各点进行登记，保存相关资料以便识别和维护处理。气象信息采集点使用的STK卡只能用于与气象信息采集系统的数据通信功能。各气象信息采集点运行原有的系统软件和应用软件，支持24小时实时在线，实现气象信息采集点24小时传送采集的气象信息数据。
　　凡省级气象局授权的气象信息采集点均可以使用本系统：
　　1、气象信息采集点必须使用移动统一的STK卡，用户使用本卡只能用于与气象站数据通信功能。
　　2、使用的终端设备用飞旗科技提供的GPRS移动终端设备。 3、用户登记：符合省级气象局的规定。
（二）产品特性
　　气象信息采集传输系统采用厦门才茂通信技术有限公司CM3150P GPRS DTU。CM3150P GPRS DTU采用ARM9高性能工业级嵌入式处理器，以实时操作系统为软件支撑平台,超大内存,内嵌自主知识产权的TCP/IP协议栈。为用户提供高速，稳定可靠，数据终端永远在线，多种协议转换的虚拟专用网络。针对网络流量控制的用户，产品支持语音，短信，数据触发上线以及超时自动断线的功能。同时也支持双数据中心备份，以及多数据中心同步接收数据等功能。公司产品已广泛应用于金融，水利，环保，电力，邮政，气象等行业。
　　无线参数: 支持EGSM900/GSM1800无线网络 GPRS multi-slot class 10 编码方案：CS1~CS4 符合SMG31bis技术规范 Compliant to GSM phase 2/2+ 支持数据、语音、短信和传真 硬件系统: CPU:工业级ARM9 CPU，200MPS,16K Dcache，16K Icache(业内最高级CPU) FLASH：8MB（可扩展至32MB）(业内最大内存容量) SDRAM：64MB（可扩展至256MB） 接口： 1个RS232串口。串口速率110~230400bits/s 指示灯：具有电源、通信及在线指示灯。 天线接口：标准SMA阴头天线接口，特性阻抗50欧。 SIM卡接口：3V/5V标准的推杆式用户卡接口。 电源接口：标准的3芯火车头电源插座。 语音接口：标准的耳机麦克风接口。 供电： 外接电源：DC 9V 500mA
　　宽电压供电：DC 5-35V 通信电流：350mA 待机电流：35mA 工业级无线模块: GRPS模块：Simens MC39i 尺寸: 外形尺寸：92.7x61.3x23 mm（不包括天线及固定件） 其他参数: 工作环境温度 -25~+65ºC 储存温度 -40~+85ºC 相对湿度 95%(无凝结) 软件功能: 智能防掉线，支持在线检测，在线维持，掉线自动重拨，确保设备永远在线。
　　支持RSA，RC4加密算法 支持虚拟值守VWM（Virtual Man Watch）功能，确保系统稳定可靠 支持虚拟数据专用网（APN） 透明数据传输与协议转换，支持多种工作模式 支持数据中心动态域名和IP地址访问 支持双数据中心备份 支持多数据中心 支持主从模式 支持短信、语音、数据等唤醒方式以及超时断开网络连接。 支持短消息备份及告警。 多重软硬件看门狗 数据包传输状态报告。 标准的AT命令界面 可以用做普通拨号MODEM　支持telnet功能。 支持远程配置，远程控制 通过串口软件升级 同时支持LINUX和WINDOWS操作系统
（三）安全措施
　　本系统需要极高的系统安全保障和稳定性。安全保障主要是防止来自系统内外的有意和无意的破环，网络安全防护措施包括信道加密、信源加密、登录防护、访问防护、接入防护、防火墙等。稳定是指系统能够7×24小时不间断运行，即使出现硬件和软件故障，系统也不能中断运行。 数据中心可通过公网使用VPN接入到移动GPRS网，采用VPN方式成本比较低，企业不用租用专线，还可以利旧使用原有的VPN设备，移动终端需要安装具有VPN二次虚拟拨号的功能的软件。通过VPN方式，客户端在连接应用服务器前，要经过Ｒａｄｉｕｓ服务器的认证整个数据传送过程得到了加密保护，安全性比较高，可充分保障速度和网络服务质量。 另外，数据中心也可以采用APN接入方式，租用专线接入到移动公司的GGSN设备上，这种成本高，安全性高、稳定可靠。
对于安全性要求非常高的系统，可考虑在专用APN接入的基础上再加上VPN接入方式的混合接入方式，进一步提高系统的安全性。
　　1、VPN虚拟专网模式：企业内部网络中配置VPN服务器，移动终端加载具有VPN二次虚拟拨号的功能的客户端软件。采用VPN安全技术，用户通过接入企业内部虚拟专网的方式与Internet进行隔离，可对 整个数据传送过程进行加密保护，有效避免非法入侵。
　　2、利用SIM卡的唯一性，对用户SIM卡手机号码进行鉴别授权，在网络侧对SIM卡号和APN进行绑定，划定用户可接入某系统的范围,只有属于指定行业的SIM卡手机号才能访问专用APN，移动终端与数据中心采用中国移动分配的专门的APN进行无线网络接入，普通手机的SIM卡号无法呼叫专门的APN。
　　3、对于特定用户，可通过数据中心分配特定的用户ID和密码， 其他没有数据中心分配的用户ID
和密码的用户将无法登录进入系统，系统的安全性进一步增强。
　　4、数据加密：通过VPN对整个数据传送过程进行加密保护。
　　5、网络接入安全鉴定机制：采用防火墙软件，设置网络鉴权和安全防范功能，保障系统安全。
四、结论
　　采用GPRS构建气象信息采集系统，不仅能很好地满足气象信息采集的需求，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。 对于气象局等用户来说，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，当气象观测站和气象信息采集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，适合于气象采集工作的特点。