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            NB-IoT終端,4G路由器,GPRS DTU,Router,5G,3G,2G,CDMA,GPRS,DTU,無線數(shù)傳,LTE,串口服務(wù)器,短信服務(wù)器

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            GPRS遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)

            摘    要:本文提出了一種基于GPRS 的無線遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)方案,簡(jiǎn)要介紹了GPRS 技術(shù)的基本知識(shí),描述了GPRS 無線傳輸應(yīng)用于電力數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方法。通過實(shí)際應(yīng)用,獲得了理想的效果。

            關(guān)鍵詞:GPRS;DDN;電力;聯(lián)網(wǎng);抄表系統(tǒng);

            一、背景介紹

            上世紀(jì)80年代末90年代初,中國(guó)開始了自動(dòng)化抄表系統(tǒng)的試點(diǎn)工作。全國(guó)各供電企業(yè)基本建立了無線電電力負(fù)荷控制系統(tǒng),雖然其主要建設(shè)目的是控制負(fù)荷,但也逐漸用于大用戶的電能表抄表。1989年首套跨省網(wǎng)的電量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)在華北電網(wǎng)投入運(yùn)行,北京供電局的電話抄表系統(tǒng)在90年代開始投入運(yùn)行。1994年以色列居民集抄系統(tǒng)進(jìn)入中國(guó),全國(guó)各地供電企業(yè)大多都開展了低壓電力載波技術(shù)試點(diǎn)。90年代中期,國(guó)內(nèi)已有研制成功一批自動(dòng)抄表系統(tǒng)的報(bào)道,2000年經(jīng)全國(guó)電工儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)秘書處召集生產(chǎn)、用戶以及計(jì)量檢測(cè)等20個(gè)成員單位組成《自動(dòng)抄表系統(tǒng)》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)起草工作組,通過標(biāo)準(zhǔn)的制定有效地規(guī)范了市場(chǎng)和引導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展。2004年現(xiàn)場(chǎng)用電管理終端作為負(fù)控和抄表需求的融合產(chǎn)品產(chǎn)生,并陸續(xù)在浙江電網(wǎng)和廣東電網(wǎng)大量推廣使用。2005年國(guó)家電網(wǎng)公司頒布《關(guān)于加強(qiáng)電力營(yíng)銷現(xiàn)代化的建設(shè)意見》的406號(hào)文后,中國(guó)迎來了遠(yuǎn)程抄表發(fā)展的黃金時(shí)期。從2005年N2007年各電力公司基本實(shí)現(xiàn)了發(fā)電側(cè)、供電側(cè)及終端側(cè)315kVA及以上大用戶的電能自動(dòng)抄表,全國(guó)估計(jì)有幾十萬個(gè)采集終端投入應(yīng)用,成為目前世界發(fā)展很快的市場(chǎng)。2007年部分省市電力公司又重新啟動(dòng)居民用戶集中抄表系統(tǒng)工程,中國(guó)將至少具有十年的發(fā)展黃金時(shí)期。

            近年來,隨著我國(guó)住宅產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展,能源消費(fèi)計(jì)量和管理的需要,以及廣大居民生活水平的提高,對(duì)建筑智能化水平的要求越來越高,遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)得到了迅猛發(fā)展。這既是提高能源管理水平的需要,也是電子技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展的必然。


            二、同類方案對(duì)比

            1、電力線載波抄表

            以電力線作為傳輸信道,將數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制為高頻信號(hào)疊加在電力線上進(jìn)行通信。此方式無需另外布線、易施工、成本低、與電網(wǎng)建設(shè)同步。目前國(guó)內(nèi)10kV以上電壓等級(jí)的高壓電力線載波技術(shù)已較成熟,但低壓電力線載波還未能達(dá)到令人滿意的水平,制約了電力線載波抄表在我國(guó)的應(yīng)用。原因在于電力載波信號(hào)存在著脈沖干擾,傳輸距離越遠(yuǎn),信號(hào)衰減越大。低壓電器電磁兼容性的控制尚不十分嚴(yán)格,低壓電力線上存在的電磁污染嚴(yán)重,干擾大,影響載波通信的質(zhì)量;另外,用戶負(fù)載千變?nèi)f化造成網(wǎng)絡(luò)傳輸特性復(fù)雜多變,難以用準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型加以表征。因此,抗干擾是低壓電力線載波技術(shù)必須克服的問題。

            2、總線抄表

            總線通信是目前國(guó)內(nèi)自動(dòng)抄表系統(tǒng)采用較多的一種通信方式,其數(shù)據(jù)傳輸速度較快,可靠,穩(wěn)定,通信質(zhì)量高。目前使用的總線通信方式有RS-232,RS-485,LonWorks等。但這種方式布線工作量大,通信信道易遭外界因素破壞,信道后續(xù)維護(hù)工作量大。

            3、紅外抄表

            抄表員將錄有用戶信息的紅外手持抄表器拿到居民區(qū)數(shù)據(jù)集中器附近,通過紅外通訊方式集中采集各耗能表的數(shù)據(jù),然后返回主站將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中。這種方式在紅外可視距離內(nèi)能非接觸的讀取儀表數(shù)據(jù),但速率較低,易受外界環(huán)境的影響。

            4、GSM短信息抄表

            GSM短信息抄表系統(tǒng)在用戶端安裝集控器和無線發(fā)射終端,將用戶的耗能數(shù)據(jù)通過GSM網(wǎng)以短信息(SMS)的形式上傳到GSM網(wǎng)的SMS中心,SMS中心將接收到的數(shù)據(jù)通過專線傳遞給能源管理部門。但每條短信息通信容量有限,系統(tǒng)實(shí)時(shí)性及可靠性較差,可能發(fā)生信息擁塞和丟失現(xiàn)象,不適合在業(yè)務(wù)量大的系統(tǒng)中應(yīng)用。

            5、GPRS抄表
            GPRS抄表系統(tǒng)通過GPRS網(wǎng)連接至Intemet網(wǎng)與主站計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。用戶的數(shù)據(jù)經(jīng)過GPRS模塊處理、協(xié)議封裝后發(fā)送出去,由GPRS接收模塊接收經(jīng)Intemet網(wǎng)絡(luò)傳送至主站,實(shí)現(xiàn)用戶耗能數(shù)據(jù)和主站的實(shí)時(shí)在線連接。GPRS以GSM網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ),采用分組交換的傳輸方式,克服了GSM電路變換速率低、資源利用率差等缺點(diǎn),較好地利用了現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)資源。它的傳輸速率高,接入時(shí)間短,用戶保持在線且按流量計(jì)費(fèi),迅速降低了服務(wù)成本,特別適合突發(fā)性小流量數(shù)據(jù)傳輸。

            三、方案優(yōu)點(diǎn) 

            GPRS無線電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)具備如下特點(diǎn):  

            1、建設(shè)周期短,成本低:

            GPRS無線網(wǎng)絡(luò)可為電力系統(tǒng)提供了簡(jiǎn)單的通信傳輸手段。中國(guó)移動(dòng)GPRS系統(tǒng)可提供廣域的無線IP連接。在移動(dòng)通信公司的GPRS業(yè)務(wù)平臺(tái)上構(gòu)建電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)電表數(shù)據(jù)的無線數(shù)據(jù)傳輸具有可充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò),縮短建設(shè)周期,降低建設(shè)成本的優(yōu)點(diǎn),而且設(shè)備安裝方便、維護(hù)簡(jiǎn)單。 

            2、實(shí)時(shí)性強(qiáng): 

            由于GPRS具有實(shí)時(shí)在線特性,系統(tǒng)無時(shí)延,無需輪巡就可以同步接收、處理所有數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的數(shù)據(jù)??珊芎玫臐M足系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集和傳輸實(shí)時(shí)性的要求。

            3、可對(duì)電表設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制: 

            通過GPRS雙向通訊方式還可實(shí)現(xiàn)對(duì)電表設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,進(jìn)行參數(shù)調(diào)整、開關(guān)等控制作用。

            4、集抄范圍廣:

            GPRS覆蓋范圍廣,在無線GPRS網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍之內(nèi),都可以完成對(duì)集抄的控制和管理。而且,擴(kuò)容無限制,接入地點(diǎn)無限制,能滿足山區(qū),鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求。 

            5、系統(tǒng)的傳輸容量大: 

            數(shù)據(jù)中心要和每一個(gè)電表數(shù)據(jù)采集點(diǎn)保持實(shí)時(shí)連接。由于電表數(shù)據(jù)采集點(diǎn)數(shù)量眾多,系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?,而GPRS技術(shù)能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要。 

            6、數(shù)據(jù)傳送速率高: 

            每個(gè)電表數(shù)據(jù)采集點(diǎn)每次數(shù)據(jù)傳輸量在10Kbps之內(nèi)。GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送速率理論上可達(dá)171.2kbit/s,目前GPRS實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸速率在40Kbps左右,滿足本系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率(≥10Kbps)的需求。 

            7、通信費(fèi)用低:采用包月計(jì)費(fèi)方式,運(yùn)營(yíng)成本低。 

            8、系統(tǒng)易于擴(kuò)展和維護(hù)。

            由于GPRS通信是基于IP地址的數(shù)據(jù)分組通信網(wǎng)絡(luò),因此監(jiān)測(cè)中心計(jì)算機(jī)需要一個(gè)固定的IP地址或固定的域名,各個(gè)電表數(shù)據(jù)采集點(diǎn)采用GPRS模塊通過IP地址或域名來訪問該主機(jī),從而進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。  

            四、系統(tǒng)組成 

            電表數(shù)據(jù)采集點(diǎn)位于居民小區(qū)的信息中心,居民用戶的用電數(shù)據(jù)由復(fù)費(fèi)率電表首先通過RS485接口通過雙絞線連接到位于小區(qū)信息中心的電表集中器,電表集中器再通過RS232接口與GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端相連。通過GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端內(nèi)置嵌入式處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、協(xié)議封裝后發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡(luò),通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送至電力公司數(shù)據(jù)中心電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)電表數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的實(shí)時(shí)在線連接。電表集中器通過RS485接口直接連接到電表上,既可支持單個(gè)電表,也可以同時(shí)支持多個(gè)電表,實(shí)現(xiàn)對(duì)電表參數(shù)的采集,存儲(chǔ),預(yù)處理或并將采集到的電表數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到配電中心;同時(shí),電表集中器還可將配電中心發(fā)送的遙控指令傳給電表控制模塊,對(duì)電表進(jìn)行控制操作。     

            1、公網(wǎng)接入方案   

            服務(wù)器采用公網(wǎng)方式接入Internet,如ADSL撥號(hào)寬帶上網(wǎng),申請(qǐng)公網(wǎng)固定IP地址;可以實(shí)現(xiàn)中小容量的電表數(shù)據(jù)采集應(yīng)用。   

            2、專網(wǎng)接入方案   

            服務(wù)器采用省移動(dòng)通信公司提供的DDN專線, 申請(qǐng)配置固定IP地址,與GPRS網(wǎng)絡(luò)相連。由于DDN專線可提供較高的帶寬,當(dāng)電表數(shù)據(jù)采集點(diǎn)數(shù)量增加,中心不用擴(kuò)容即可滿足需求,可實(shí)現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)采集應(yīng)用。   

            監(jiān)控中心服務(wù)器接受到GPRS網(wǎng)絡(luò)傳來的數(shù)據(jù)后先進(jìn)行AAA認(rèn)證,后傳送到監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)主機(jī),通過系統(tǒng)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行還原顯示,并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,這樣進(jìn)一步增強(qiáng)了系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信安全性能。   

            配電中心計(jì)算機(jī)主機(jī)可進(jìn)行業(yè)務(wù)管理和計(jì)費(fèi)管理,對(duì)電力數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)、計(jì)算、存儲(chǔ)、分析、管理等,可對(duì)異常情況進(jìn)行告警,同時(shí)對(duì)用戶使用情況實(shí)時(shí)監(jiān)控,保證電力局的合法收益。   、

            GPRS移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò):   

            電表集中器采集的數(shù)據(jù)經(jīng)GPRS網(wǎng)絡(luò)空中接口功能模塊同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼處理,轉(zhuǎn)換成在公網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送的格式,通過中國(guó)移動(dòng)的GPRS無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸,傳送到監(jiān)控中心IP地址。各電表使用GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端,通過移動(dòng)的GPRS網(wǎng)絡(luò)與配電中心相連。電表使用GPRS普通數(shù)據(jù)卡或APN專用數(shù)據(jù)卡,同時(shí)監(jiān)控中心對(duì)各點(diǎn)GPRS終端編號(hào)進(jìn)行登記, 并與采集點(diǎn)信息進(jìn)行關(guān)聯(lián),以便識(shí)別和維護(hù)處理。采集中心運(yùn)行數(shù)據(jù)采集中心系統(tǒng)軟件,實(shí)時(shí)采集電表數(shù)據(jù)。   
             

                 圖片關(guān)鍵詞

            (圖一)電力遠(yuǎn)程抄表示意圖

            凡電力局授權(quán)的信息采集點(diǎn)均可以使用本系統(tǒng):   

            電表數(shù)據(jù)采集點(diǎn)必須使用移動(dòng)統(tǒng)一的APN卡,用戶使用本卡只能用于與供電局?jǐn)?shù)據(jù)中心通信。   

            終端設(shè)備使用北京東方訊科技公司提供的CG12 DTU無線透明數(shù)據(jù)傳輸終端。產(chǎn)品基于中國(guó)移動(dòng)的GPRS網(wǎng)絡(luò),具有高性能、高可靠及抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn),提供標(biāo)準(zhǔn)RS232/RS485接口, 可直接與PC、單片機(jī)系統(tǒng)、RTU測(cè)控終端、PLC、GPS接收機(jī)、數(shù)據(jù)集中器等連接,具有遠(yuǎn)程診斷、測(cè)試、監(jiān)管功能,滿足各行業(yè)調(diào)度或控制中心與眾多遠(yuǎn)端站點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)采集和控制。

            高度集成GPRS和TCP/IP技術(shù),可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn),點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)等靈活的無線組網(wǎng)方式內(nèi)置嵌入式CPU完成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,支持PPP,ICMP,TCP,UDP,DNS等協(xié)議,為用戶數(shù)據(jù)提供透明傳輸通道 ?!?  

            用戶登記:符合供電局的規(guī)定。   

            推薦配電中心通過公網(wǎng)使用APN接入到移動(dòng)GPRS網(wǎng),這種方式成本比較低,安全性比較高,而且速度和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量都保障;也可以通過GPRS專線接入到移動(dòng)GPRS網(wǎng),這種方式成本高,安全性高、穩(wěn)定可靠。   

            由于GPRS通信是基于IP地址的數(shù)據(jù)分組通信網(wǎng)絡(luò),配電中心計(jì)算機(jī)主機(jī)配置固定的IP地址,各個(gè)電表數(shù)據(jù)采集點(diǎn)采用GPRS模塊和該主機(jī)進(jìn)行通信。

            五、安全措施

            在系統(tǒng)安全方面,本公司除了采用大型、多用戶的SQL數(shù)據(jù)庫(kù)、系統(tǒng)對(duì)用戶實(shí)現(xiàn)分級(jí)授權(quán)管理和提供防火墻功能及完善的數(shù)據(jù)備份功能外,對(duì)GPRS網(wǎng)絡(luò)無線數(shù)據(jù)監(jiān)控中心還提供了安全技術(shù)解決方案,以確保數(shù)據(jù)可靠。

            1、IP 過濾技術(shù)由于監(jiān)控中心服務(wù)于GPRS子網(wǎng)用戶,所有訪問客戶的IP必為GPRS子網(wǎng)內(nèi)的IP ,即所有的用戶必須通過CMNET才可能訪問該服務(wù)器。因此,我們?cè)谙到y(tǒng)中采用了IP過濾技術(shù),對(duì)所有接受的數(shù)據(jù)包進(jìn)行過濾,拋棄掉所有的非法IP數(shù)據(jù)報(bào)。這一過程就好像將系統(tǒng)置身于CMNET的防火墻保護(hù)之下,所有的非法用戶只有先穿過了CMNET的安全防護(hù)才有可能訪問到本系統(tǒng),但對(duì)于安全措施非常強(qiáng)大的CMNET網(wǎng)絡(luò)來說,這將是非常的困難。

            2、身份授權(quán)和密碼認(rèn)證體系采用IP過濾技術(shù)盡管可以防止一些非CMNET網(wǎng)段用戶的侵襲,但由于系統(tǒng)處于GPRS子網(wǎng)以外,IP過濾只能起到簡(jiǎn)單的安全防護(hù),對(duì)于那些利用IP偽裝技術(shù)的非法用戶則無法識(shí)別。由于該系統(tǒng)是專業(yè)化的服務(wù)系統(tǒng),訪問客戶是預(yù)先確定的,利用這一特點(diǎn),我們?cè)谙到y(tǒng)中采用了用戶ID和密碼驗(yàn)證技術(shù),系統(tǒng)中存儲(chǔ)了有所客戶端的MAC地址以及密碼,對(duì)通過了IP過濾的數(shù)據(jù)包,再驗(yàn)證其ID號(hào)和密碼。對(duì)于該系統(tǒng)以外的非法用戶,獲取合法的MAC地址和密碼將十分困難,所以極大地增加了系統(tǒng)的安全性。


             圖片關(guān)鍵詞

             

            (圖二) 數(shù)據(jù)安全技術(shù)解決方案示意圖

            3、數(shù)據(jù)安全加密通道系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的SSL數(shù)據(jù)安全通訊協(xié)議在客戶端和服務(wù)器端建立加密數(shù)據(jù)通道,保證私有數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?;系統(tǒng)在應(yīng)用層植入高可靠性的加密算法,使得數(shù)據(jù)在任何網(wǎng)絡(luò)出錯(cuò)時(shí)都可以得到保證的高可靠性;采用MD5算法產(chǎn)生“報(bào)文摘要”已實(shí)現(xiàn)對(duì)所有發(fā)送報(bào)文的數(shù)字簽名,保證了數(shù)據(jù)傳輸過程中的完整性,防止數(shù)據(jù)被篡改。

            4、訪問過程跟蹤系統(tǒng)對(duì)所有的訪問過程進(jìn)行日志記錄,包括用戶身份、IP、時(shí)間、數(shù)字簽名、操作事項(xiàng)等信息,向系統(tǒng)管理人員提供了詳細(xì)、完整、有效的操作證明。

            六、 總結(jié)

            就電力部門來說,遠(yuǎn)程抄表一直是一件非常頭疼的事情,需要投入大量的人力、物力和財(cái)力。因?yàn)閿?shù)量眾多,地理位置分散,給工作人員帶來極大的不便。如今電力公司可利用GPRS移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)對(duì)各重要電力節(jié)點(diǎn)、大用戶電表進(jìn)行監(jiān)控,自動(dòng)讀取相關(guān)數(shù)據(jù)并加以分析,還可進(jìn)一步進(jìn)行遠(yuǎn)程控制或設(shè)備維護(hù),可減少人力資源、縮短修護(hù)時(shí)間并節(jié)省專線建設(shè)成本。

            采用GPRS無線傳輸數(shù)據(jù)通訊方法解決了遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的通訊問題,比起其它有線通訊方式有著不可比擬的優(yōu)越性。隨著GPRS網(wǎng)絡(luò)的逐漸完善和應(yīng)用技術(shù)的不斷成熟,GPRS的應(yīng)用領(lǐng)域也會(huì)越來越廣闊。本文介紹的GPRS無線傳輸系統(tǒng)可推廣至各種金融,水務(wù),環(huán)保,煤氣,交通等行業(yè)應(yīng)用當(dāng)中去。


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