一种基于GPRS技术的无线监控系统

张小强 杨放春

　　（北京邮电大学交换技术与通信网国家重点实验室 北京100876）

　　摘 要 移动通信与实际的应用相结合，可以在为用户提供灵活高效的服务。GPRS技术广泛的应用，为中国走向数字化时代提供解决方案。本文在分析了多种通信方式的优劣，给出了一种基于GPRS技术的无线监控系统方案，能够较好实现分布式系统的无线监控，同时也给出了一种基于GPRS技术的无线增值应用模式。

　　关键词 GPRS GSM CDPD 无线监控系统

　　1 前言

　　近年来，我国移动通信业获得了极大的发展。基于无线新技术的增值服务悄然地改变着城市的面貌、改变着人民的生活方式。无线应用不仅美化了城市、增添了生活现代感、而且能改善投资环境、增加安全性，为我们带来巨大的社会、经济效益；另外，无线应用也是展现一个城市现代化、国际化水平的重要标志。无线应用现已成为城市生活中一个不可缺少的重要组成部分。

　　目前，整个基于无线系统的监控管理还停留在一个较低的水平，多是采用发传真，打电话的形式通过人工来控制，只有部分控制点使用了定时器装置。在这种模式下，出现故障不能及时发现，存在隐患不能及时排除，导致整个系统运行效率低下，不便管理，而且这种模式也无法解决迅速部署灵活监控的现代监控管理的要求。

　　采用先进的GPRS技术的无线监控管理系统，集计算机、通信、机电、自动控制等多种先进技术于一体，成功实现了对无线分布式系统的实时监控管理和灵活部署，解决了传统控制由于没有通讯功能，无法实现集中监控的问题，将运行维护人员从大量繁琐的工作中解放出来，提高无线系统的运行质量，增强无线的可靠性和可控性，能及时发现定位无线系统故障，大大减少了系统停用带来的不良影响。

　　2 用于监控系统的通信方式及其比较

　　目前国内监控系统产品有多种，其本质上的差异是由它们所采取的不同通信方式决定的。随着电信技术的迅猛发展，可用于监控管理的通讯方式有多种，一般可分为有线通讯方式，无线集群通信方式，GSM短消息通信方式，CDPD通信方式和GPRS通信方式。

　　下面分别对这几种通信方式作进行分析比较：

　　2.1 有线通讯方式

　　有线通讯方式只适应于小范围小区域的监控系统，对大城市的全局监控管理采用有线通讯方式几乎是不可能的，可以想象在一个大城市里布放一套监控传输通讯网络将是一件多么费钱费力费时的事，其固定性又无法解决城市布局迅速发展变化的要求。

　　考虑到有线方式的现实不可行性，目前国内有些城市多采用无线集群通讯方式、GSM短消息通讯方式或CDPD通讯方式。但随着GPRS新技术的出现，以上这些通讯方式必将逐渐地被市场淘汰，究其原因，无非是因为其自身存在的先天不足和GPRS不可比拟的先进性及对它们的完全可替代性。

　　2.2 无线集群通讯方式

　　无线集群通讯方式与GPRS通讯方式相比，存在几个致命缺点：

　　（1）集群移动通信系统属于专用移动通信网，需要大量的建设资金投入，建设周期较长，保养与维护不便，这是它的最大缺点；

　　（2）由于专网的覆盖范围有限，不利于全局整体控制；

　　（3）集群通信系统主要的服务业务是无线用户与无线用户之间的通信，对无线用户与有线用户之间的通信业务有较大的限制。

　　2.3 GSM短消息通讯方式

　　GSM短消息通讯方式能充分利用移动公网资源，相对集群通讯方式而言，它可以大大节约建设投资，降低维护成本，但它有几个较大的缺点：

　　（1）GSM短消息通讯方式为半双工通信方式，不能同时双向收发数据。

　　（2）相对GPRS而言，它的平均传输时延较大；

　　（3）在重大活动或重大节日等通信高峰期，容易发生信道堵塞，导致通信不畅。

　　2.4 CDPD短消息通讯方式

　　CDPD（Cellular Digital Packet Data，蜂窝式数字分组数据），是由美国移动通信公司（AMCI）等8大公司联合推出的一种无线数据通信技术规范。它是以数字分组数据技术为基础，以蜂窝移动通信为组网方式的移动无线数据通信技术。GPRS与CDPD都可以提供数据业务服务，与GPRS相比较，CDPD有以下几个缺点：

　　（1）在GSM网络中每发展一个用户的成本约为2000元，GPRS用户的成本是根据网络规模决定的，现在GPRS网络的覆盖能力已经相当规模。而CDPD在建网初期基站数不会很多，加上必须的交换机与网管的投资，平摊到每个用户的成本约为2500-3000元左右。

　　（2）GPRS通信所能达到的传输速度要比CDPD通信高，尽管GPRS通信是以牺牲信道资源为代价。

　　（3）CDPD是工作在AMPS频段，只有1MHz频段，而GPRS可用频段要宽的多，因此在GPRS每个小区内可用于数据的信道数远大于CDPD，容易满足组件公网对信道数的需要。

　　综上所述，GPRS与以上几种无线通讯方式相比更为先进，基于GPRS的无线监控系统是目前最先进最稳定的无线监控管理系统，概括起来，基于GPRS的无线监控系统具有以下显著优点：

　　（1）相对其它通讯方式来说，采用GPRS技术可以充分利用中国移动公网资源，将极大节约建设成本，缩短建设周期, 整个系统的性能价格比高，系统建设投资与建无线专网的投资相比估计可节约50%以上。

　　（2）数据传输速率与其它通讯技术相比最快，最高可达171.2Kb/s，通信传输时延较小，最长不超过3 秒；

　　（3）监控覆盖范围广阔，系统规模扩展快速，例如整个北京市区和郊区的主要区域都处于移动通讯网的有效覆盖范围之内；

　　（4）系统建成后，通信资费根据实际数据通信流量计算，通信费用低廉，每个控制点的月通信费用可控制在百元以内。

　　（5）通信服务质量安全可靠，服务质量等级可根据用户的不同应用需求与运营商协商确定。

　　（6）整个系统维护方便，系统升级简单快速。

　　（7）为了确保通讯畅通无阻，无线监控系统还可采用GSM短消息通讯方式作为GPRS通讯万一中断后的备用手段。在正常情况下，无线监控系统采用GPRS通讯方式，当GPRS通信万一中断后，立即切换成GSM短消息通讯方式。

　　3 基于GPRS的无线监控系统

　　3.1 GPRS系统简介

　　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。GSM现有的基站子系统(BSS)从一开始就可提供全面的GPRS覆盖。GPRS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。

　　3.2 无线监控系统的物理结构

　　无线监控管理系统主要由采集控制模块、GPRS模块、传输网络（GPRS网和公共数据网）、监控中心组成。此外在采集控制部分和监控中心中都应该包含相应的数据管理模块，满足数据安全性地要求，在关键监控终端是临时存储，以备万一网络中断或监控中心故障时不致丢失数据。其中监控中心可根据用户需求，扩展成多级监控网络，一个一级监控中心可同时管理几个二级监控中心（如图1所示）。

　　其中，采集控制模块主要由数据采集设备（内置带TCP/IP协议的单片机）、控制设备、以及数据采集程序、照明控制程序、远程通信程序等软硬件组成。

　　GPRS模块是一个GPRS网络终端设备，它可以通过诸如RS232串口与采集控制模块相连。

　　传输网络主要是指承担数据传输任务的GPRS网络，这里是指公共数据网网络。

　　监控中心实际上是一个局域网（LAN），主要由路由器，防火墙、代理服务器、监控台、查询台、数据库服务器以及相应的监控软件、查询软件和数据库管理程序等构成。

　　与采集控制模块和监控中心相关的数据管理模块主要负责与网络无关的数据存储的实现，即在数据提交和数据传递和数据存储两两功能点中间加一个数据暂存机制，可以一般化到采集终端和监控中心上来。

　　3.3 系统主要特点

　　（1）产品领先、技术先进

　　据调查，目前在国内市场上采用GPRS技术作为通讯方式的监控管理系统十分罕见，而无线监控系统采用先进的GPRS技术作为通讯方式，集计算机、通信、机电、自动控制等多种先进技术于一体，结构稳定，扩展性强。

　　（2）实时采集、集中监控

　　监控中心能实时采集各现场控制点的各种实时数据。同时无线监控系统能及时发现各种不同类型的故障，产生告警信息，对故障点进行准确定位，并采取相应的告警处理措施。

　　（3）通信快速、安全可靠

　　无线监控系统采用的GPRS技术是当前应用在我国通信领域中的最强大最先进的移动通讯手段，它的最大传输速率可高达171.2kb/s（采用CS-4信道编码方案），目前中国移动能提供的传输速率为50-60 kb/s，为无线监控系统快速稳定地传输数据提供了有力的保障。基于GPRS的监控管理系统具有双向传输、传输时延小，系统响应快、安全可靠性高等众多优点。另外，无线监控系统为提高通讯的可靠性，还可选用GSM短信息通讯方式作为GPRS通讯中断后的备用手段，使通信可靠性达到99.99%以上。

　　（4）数据准确、信息丰富

　　具备强大的信息存贮能力和查询统计功能，能为客户的科学决策提供准确丰富的数据信息。通过查询界面，用户可自定义查询历史数据库中的历史数据,同时能根据用户的需求快速生成、打印有关统计量的月、季、年统计报表。

　　（5）界面友好、操作简单

　　软件界面设计采用Windows的通用图形界面风格，界面友好，所有控制命令无需用户记忆命令格式，全部采用鼠标点击菜单或窗口实现，整个操作界面使用容易，操作简单。

　　（6）远程浏览、运筹帷幄

　　无线监控系统提供基于Internet的浏览，使用户足不出户就能了解整个无线监控管理系统的实时运行状况，从而在办公室或家中就可科学决策、运筹帷幄，决胜于千里之外。

　　（7）双机备份、安全可靠

　　重要的系统需要加倍的可靠性和安全性支持。无线监控系统除了在设计上努力提高其鲁棒性（健壮性），在实现上还对监控台与数据库服务器等重要软硬件采用双机备份、一主一从工作方式，确保系统安全可靠，关键时刻万无一失。

　　（8）投资较少、性价比高

　　系统利用GPRS网络和IP网络作为传输网络，充分地利用了已有的较为完善的公网资源，极大地节约了建设投资，缩短了建设周期，整个系统的性能价格比较高，本系统建设投资与建无线专网的投资相比可节约40%以上。

　　（9）升级容易、扩展性强

　　系统的设计运用面向对象的方法，使各个模块相对独立，系统各部分的升级可以单独进行，系统易于扩展，功能可积木式增加，能以较低的成本实现整个系统的平滑升级，整个系统的管理体系结构同样很容易从一级管理体系扩展到二级或多级管理体系。

　　4 结束语

　　无线监控管理系统旨在对各种分布设施进行统一管理，实现集中监控，降低整个系统的维护成本，提高整个系统的运行效率，使其可以满足控制方式的多样性和灵活性。通过监控管理系统可以对远程设备进行实时监控，出现故障及时处理；不仅可以节省大量人力物力，还能大大提高系统的整体性能和效率。

　　中国移动GPRS业务运营无疑给城市无线监控管理系统提供了一种十分理想的通讯方式。GPRS网络依附于中国移动原有的GSM网络之上，向用户提供了以分组方式接入数据网络的能力。GPRS非常适合突发数据应用业务，能高效利用信道资源，GPRS信号覆盖范围广阔，特别适合于大范围大区域的远程监控管理系统。

　　综上所述，GPRS通讯方式是目前无线监控系统可采用的最好的通讯方式。

----《中国数据通信》