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GPRS无线DDN系统与应用
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1. 概述
GPRS(General Packet Radio Service)是通用分组无线业务的英文简称，是一种基于GSM的移动分组数据业务,面向用户提供移动分组的IP或者X.25连接。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，因此在现有的基站子系统(BSS)增加功能插板和升级相关软件就可提供全面的GPRS覆盖。
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，GPRS理论带宽可达171.2Kbps，实际应用带宽大约在20~40Kbps。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。
基于GPRS网络无线DDN业务是以中国移动的GSM/GPRS网络为通信平台，采用GPRS、SMS、CSD、USSD等承载方式，通过无线DDN终端设备，服务于行业用户的数据传输业务。
2. GPRS无线DDN网络的构成
2.1 网络构成
GPRS无线DDN通信系统为行业用户提供永远在线、透明数据传输的虚拟专用数据通信网络。可以提供点对点、外围设备间、外围设备与中心节点之间的通信方式，适用于信息互传、远程数据采集等行业应用。下面是GPRS无线DDN系统几种典型的组网结构。
点~点数据传输：
满足两点之间数据传输要求。
－应用业务数据
...移动网传输数据(应用业务数据+控制数据)
图1a 点～点数据传输网络结构
中心~多点数据传输：
满足中心对多点的数据传输。
－应用业务数据
...移动网传输数据(应用业务数据+控制数据)
图1b 中心～点数据传输网络结构
多点网络传输：
满足多点对多点之间的数据传输。
－应用业务数据
...移动网传输数据(应用业务数据+控制数据)
图1c图1b 中心～点数据传输网络结构
2.2 网络接入方式
数据终端(DTU)的接入：
目前，中国移动GPRS网络用户可以选择CMNET和APN两个网络接入，CMNET通常用于公众用户接入Internet，APN针对相关行业用户使用。APN用户通常在一个组内，需要设定用户名和密码，具有更好的安全性，适用于行业用户。此外，APN用户可以申请绑定移动内网的固定IP地址。
数据中心(DSC)的接入：
数据中心的接入有多种方式，结合GPRS承载网络的特点和GPRS应用领域的具体要求进行组网。组网形式的选择主要由业务数据量、时延、可靠性要求、数据保密性、网络状况决定。
图2 数据中心的接入方式示意图
方案一：GPRS接入，适合总数据带宽需求不太大的应用，例如使用Polling传输协议的数据采集系统；全部数据在GPRS网内运行；要求所有GPRS终端之间可以直接通讯，所有终端接入到同一个专有APN；数据中心的GPRS数据终端接入点绑定固定IP地址(即至少提供一个绑定移动内网固定IP地址的SIM卡)。
方案二：Internet接入方式，GRE隧道与RADIUS可选。GRE 两端地址、RADIUS SERVER 地址和企业路由器端口地址都必须是公有的。考虑到IP地址广播，企业端的路由器端口地址，GRE 隧道端地址，RADIUS Server 地址应由为该企业提供Internet连接的ISP提供；不存在跨区域的问题，企业数据中心服务器与中国移动GGSN服务器不必在同一城市。
方案三：专线接入，适合电力、金融、证券、工业监控等行业使用；企业通过专线接入中国移动的路由器，移动为用户提供公有或移动私有IP地址。数据安全性好，稳定可靠，传输延迟小。
方案四：直接接入，适用于没有接入Internet、而且对安全要求极高的企业。适合电力、金融、证券等行业使用；企业在运营商一端放置GRE路由器，路由器不经过GPRS防火墙直接接入GPRS内部网络。
数据中心与用户应用程序接口：
数据中心与应用系统的应用软件接口有两种方式，即动态连接库(DLL)和虚拟串行口的方式。动态连接库方式需要进行接口程序的编程与开发。对于不希望对原有系统应用软件进行改动的应用方式通常可采用虚拟串行口(VSP)的连接方式：
图3 虚拟串行口接口连接示意图
3. 传输效率与稳定性
一、数据链路传输方式
经过在中国移动的GPRS网络实际测试，网络的数据传输质量和稳定性较好，同时考虑到数据传输的冗余性和效率问题，建议采用UDP方式传输业务数据，对于无冗错处理的文件数据传输可采用TCP方式。
二、传输效率
1） 用户数据传输效率(用户数据占网络层总数据的比例)：
采用不同的组网方式、不同的数据包长度，有不同的传输效率。下面假设当前最长所能支持的最大用户数据包长的情况下，即1024字节包长。
i.仅支持DTU主动发起到数据中心的数据传输：最大传输效率(w) = 97.3%
ii.支持双向主动互传：最大传输效率(w) = 95.9%
2） 传输时延(从发送到接收数据之间的时间)：
不同的数据包长度，传输的时延不同。根据目前移动的网络状况，一般一个包长为100到200字节之间的数据包可以在1秒内互传完毕。大于200字节的数据包平均在1秒到3秒之间可以互传完毕。
三、稳定性
1） 有效率：发送成功数据占总发送数据比例
根据目前在北京移动GPRS网络测试的结果来看，在网络正常的情况下，一般数据包的成功率都在99.9%以上。
2） 稳定性综合参数：有效率x传输效率
网络有效带宽和最大传输单元(MTU)之间存在着极其重要的关系，一般MTU增大到200字节以上不会明显增加带宽，但会增大平均延迟，测试结果表明MTU的最优大小是250字节左右。
3） 链路检测与激活
对于经常性传输和实时性要求较高的数据传输(如电力自动化信息)，通常需要考虑设置心跳功能，以确保电路永远在线并激活，心跳间隔根据网络质量和应用要求进行设置。
4. GPRS无线DDN系统的典型应用
中国移动的GPRS无线DDN系统可向用户提供数据终端与数据中心之间的透明数据通道。在电力系统的可用于大客户抄表、配网/农网自动化数据信息的传输等。
5. 结束语
本文简要介绍GPRS无线DDN系统网络构成、组网和相关技术要点，旨在通过技术交流促进GPRS无线DDN系统在电力系统进行应用与推广，为配电网络综合监测和大客户抄表提供经济、方便、有效、可靠的数据传输通道，补充和延伸电力系统通信网络。
作者：施伟年、凌海宏 来源：《电力系统通信》
GPRS(General Packet Radio Service)是通用分组无线业务的英文简称，是一种基于GSM的移动分组数据业务,面向用户提供移动分组的IP或者X.25连接。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，因此在现有的基站子系统(BSS)增加功能插板和升级相关软件就可提供全面的GPRS覆盖。
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，GPRS理论带宽可达171.2Kbps，实际应用带宽大约在20~40Kbps。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。
基于GPRS网络无线DDN业务是以中国移动的GSM/GPRS网络为通信平台，采用GPRS、SMS、CSD、USSD等承载方式，通过无线DDN终端设备，服务于行业用户的数据传输业务。
2. GPRS无线DDN网络的构成
2.1 网络构成
GPRS无线DDN通信系统为行业用户提供永远在线、透明数据传输的虚拟专用数据通信网络。可以提供点对点、外围设备间、外围设备与中心节点之间的通信方式，适用于信息互传、远程数据采集等行业应用。下面是GPRS无线DDN系统几种典型的组网结构。
点~点数据传输：
满足两点之间数据传输要求。
－应用业务数据
...移动网传输数据(应用业务数据+控制数据)
图1a 点～点数据传输网络结构
中心~多点数据传输：
满足中心对多点的数据传输。
－应用业务数据
...移动网传输数据(应用业务数据+控制数据)
图1b 中心～点数据传输网络结构
多点网络传输：
满足多点对多点之间的数据传输。
－应用业务数据
...移动网传输数据(应用业务数据+控制数据)
图1c图1b 中心～点数据传输网络结构
2.2 网络接入方式
数据终端(DTU)的接入：
目前，中国移动GPRS网络用户可以选择CMNET和APN两个网络接入，CMNET通常用于公众用户接入Internet，APN针对相关行业用户使用。APN用户通常在一个组内，需要设定用户名和密码，具有更好的安全性，适用于行业用户。此外，APN用户可以申请绑定移动内网的固定IP地址。
数据中心(DSC)的接入：
数据中心的接入有多种方式，结合GPRS承载网络的特点和GPRS应用领域的具体要求进行组网。组网形式的选择主要由业务数据量、时延、可靠性要求、数据保密性、网络状况决定。
方案一：GPRS接入，适合总数据带宽需求不太大的应用，例如使用Polling传输协议的数据采集系统；全部数据在GPRS网内运行；要求所有GPRS终端之间可以直接通讯，所有终端接入到同一个专有APN；数据中心的GPRS数据终端接入点绑定固定IP地址(即至少提供一个绑定移动内网固定IP地址的SIM卡)。
方案二：Internet接入方式，GRE隧道与RADIUS可选。GRE 两端地址、RADIUS SERVER 地址和企业路由器端口地址都必须是公有的。考虑到IP地址广播，企业端的路由器端口地址，GRE 隧道端地址，RADIUS Server 地址应由为该企业提供Internet连接的ISP提供；不存在跨区域的问题，企业数据中心服务器与中国移动GGSN服务器不必在同一城市。
方案三：专线接入，适合电力、金融、证券、工业监控等行业使用；企业通过专线接入中国移动的路由器，移动为用户提供公有或移动私有IP地址。数据安全性好，稳定可靠，传输延迟小。
方案四：直接接入，适用于没有接入Internet、而且对安全要求极高的企业。适合电力、金融、证券等行业使用；企业在运营商一端放置GRE路由器，路由器不经过GPRS防火墙直接接入GPRS内部网络。
数据中心与用户应用程序接口：
数据中心与应用系统的应用软件接口有两种方式，即动态连接库(DLL)和虚拟串行口的方式。动态连接库方式需要进行接口程序的编程与开发。对于不希望对原有系统应用软件进行改动的应用方式通常可采用虚拟串行口(VSP)的连接方式：
3. 传输效率与稳定性
一、数据链路传输方式
经过在中国移动的GPRS网络实际测试，网络的数据传输质量和稳定性较好，同时考虑到数据传输的冗余性和效率问题，建议采用UDP方式传输业务数据，对于无冗错处理的文件数据传输可采用TCP方式。
二、传输效率
1） 用户数据传输效率(用户数据占网络层总数据的比例)：
采用不同的组网方式、不同的数据包长度，有不同的传输效率。下面假设当前最长所能支持的最大用户数据包长的情况下，即1024字节包长。
i.仅支持DTU主动发起到数据中心的数据传输：最大传输效率(w) = 97.3%
ii.支持双向主动互传：最大传输效率(w) = 95.9%
2） 传输时延(从发送到接收数据之间的时间)：
不同的数据包长度，传输的时延不同。根据目前移动的网络状况，一般一个包长为100到200字节之间的数据包可以在1秒内互传完毕。大于200字节的数据包平均在1秒到3秒之间可以互传完毕。
三、稳定性
1） 有效率：发送成功数据占总发送数据比例
根据目前在北京移动GPRS网络测试的结果来看，在网络正常的情况下，一般数据包的成功率都在99.9%以上。
2） 稳定性综合参数：有效率x传输效率
网络有效带宽和最大传输单元(MTU)之间存在着极其重要的关系，一般MTU增大到200字节以上不会明显增加带宽，但会增大平均延迟，测试结果表明MTU的最优大小是250字节左右。
3） 链路检测与激活
对于经常性传输和实时性要求较高的数据传输(如电力自动化信息)，通常需要考虑设置心跳功能，以确保电路永远在线并激活，心跳间隔根据网络质量和应用要求进行设置。
4. GPRS无线DDN系统的典型应用
中国移动的GPRS无线DDN系统可向用户提供数据终端与数据中心之间的透明数据通道。在电力系统的可用于大客户抄表、配网/农网自动化数据信息的传输等。
5. 结束语
本文简要介绍GPRS无线DDN系统网络构成、组网和相关技术要点，旨在通过技术交流促进GPRS无线DDN系统在电力系统进行应用与推广，为配电网络综合监测和大客户抄表提供经济、方便、有效、可靠的数据传输通道，补充和延伸电力系统通信网络。
作者：施伟年、凌海宏 来源：《电力系统通信》
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