基于 GSM 網絡的電能量遙測系統及協議描述

電能量的遙測測試系統是電力網自動化技術的重要組成部分及發展的必然方向，本文提出并研究設計了基于 GSM 網絡的電能量遙測系統。系統通過 GSM 模塊連接整個 GSM 網絡，再通過 GSM 網絡進行信息的傳遞。整個系統具有高可靠性，高穩定性的特點。本文在介紹整個系統的總體結構及功能基礎上，詳細的敘述了整個系統中對點對點、短消息協議的改進，更好的體現 GSM 網絡的優點，并給出了實際測試及運行結果。

　　電能量遙測系統是電力網自動化技術及計算機技術發展到一定程度的產物，是整個電力系統自動化工程中的重要一環。其主要應用于一定范圍內的多功能電表進行遠程參數設置和電能采集，同時實現在主站對采集得到的數據進行分析統計。目前實現電量遙測系統的版本很多，基于的媒介亦有很多，比如基于局域網、公共電話網、專用的通訊網、光纖或是無線。我們提出的電能量遙測系統是基于目前應用廣泛的 GSM 網絡，采用短消息及點對點的方式傳輸數據。

1 GSM 數據業務、短信通訊的簡介

1.1 數據業務概述

　　GSM （ Global System for Mobile Communications ）意為全球移動通信系統。移動數據通信是在數據通信基礎上發展起來的一種通信方式。以往的數據通信依賴于有線傳輸，因此只適合于固定終端或計算機之間的通信，而移動數據通信是通過無線電波來傳送數據的，因而有可能實現移動狀態下的數據通信。作為數據通信網絡媒介，實現了跨省市區全國性的數據雙向實時通信。狹義地說，移動數據通信就是計算機間或計算機與人之間的無線通信。它通過與有線數據網互連把有線數據網路的應用擴展到移動和便攜用戶。

1.2 短信業務概述及特點

　　GSM 短信息數字通信平臺利用 GSM 短消息進行遠程無線通信，其最大的特點是利用了我國覆蓋面最廣、功能最強、用戶最多的 GSM 數字蜂窩移動通信網。 GSM 短信息作為通信方式，具有通訊成本低，不受通信線路及地區限制等特點，并可進行中、英文兩種短信息的通信，使用方便、靈活，通訊快捷。此外 GSM 通信還具有保密性高、可靠性高、抗干擾能力強等特點，保證了數據傳輸的準確性和穩定性，并提供雙方完備的通信協議，使用戶在此通信平臺上的開發簡單易行。

2 系統總體規劃

2.1 系統綜述

如圖 1 所示，本系統由位于電力局的主站（包括前置控制機、多個工作站和數據庫服務器）和位于大用戶的終端兩部分組成。

圖 1 　系統結構

　　主站系統在 PC 機上，基于 Windows2000 操作系統，在 Delphi5.0 平臺下開發。終端系統通過 RS485 串口通信同大用戶的電能表進行通信，上抄電量、功率等數據；通過紅外通信口同 PDA 進行通信，上傳電量、功率等數據給 PDA ；另一方面，通過 GSM 網絡以短消息通信方式，同位于電力局的主站通信。位于電力局的主站系統一方面通過 GSM 網絡以短消息通信方式，同位于大用戶的終端系統通信，實現遠方設置終端系統各種參數和上抄電量、需量等數據；另一方面，用已有的 MIS 網絡數據庫（ ORACLE 、 SYBASE 等）作后臺數據庫。這樣不但用電計劃部門可方便地利用該數據庫進行各種平衡分析、線損分析和各種電量分析統計，還可共享給電力局的其它部門。

2.2 功能規劃

　　整個系統中，主站根據功能可分成兩：一是對數據進行分析統計，其中包括終端及表計參數記錄的設置及編輯，對采集得到的電量、定義量進行分析統計；另一個是與終端的通訊。而終端同樣也可分成兩部分：一個是 485 通訊，即終端與表計的熊市，根據主站下傳的參數或命令進行抄表的動作；另一個則是通過 GSM 網絡與主站的通訊，將從表計抄得的電量上送到主站。其中，主站對終端及其表計參數的設定過程是點對點撥號，通過 GSM 網絡的數據業務實現的，保證了參數傳輸的實時貹和可靠性。主站下送抄表命令，和終端上送電量則均是通過短消息業務實現的。如圖 2 所示。

圖 2 　系統功能流程

3 主站與終端通訊方式及協議

　　GSM 網絡協議是一種全球性的協議，對我們的系統而言是屏蔽，不可見的。為了使主站與終端的通訊更完善、更可知、更穩定以及用戶對其的控制性更好， GSM 網絡外面嵌套上自定義的協議。同時為了對雙方的數據更加方便的判斷分析，在需要傳輸的數據外加上了自定義的幀頭幀尾。如圖 3 所示，在主站和終端處加上自定發送、接收的協議。

點對點協議 點對點協議
對數據幀的封裝
對數據幀的封裝
G100A短信協議 G100A短信協議

　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖 3 　主站與終端通訊協議

3.1 　對數據幀的封裝

　　對數據帖的封裝如圖 4 所示。

68H
幀頭

字節數（2字節）

識別碼（6字節）

68H

消息類型（1字節）


事件類型（1字節）


數據區


校驗字（1字節）


結束碼：0DH

圖 4 　數據幀的封裝

1 ）對收以的數據均以 68H 開頭， 68H 結束來標識幀頭，整個數據以 0D 結尾。主站或終端在接收到數據后，首先對幀頭做判斷，如果符合以 68H 開頭，同時以 ODH 結尾，則繼續做下一步判斷，否則就將該非法數據拋棄。

2 ）幀頭內包括字節數，字節數是指從消息類型到校驗字字節前的字節數。指明傳送數據的字節數，是因為固定的消息類型有固定的字節數。主要目的是為了讓接收方檢查數據的合法性。

3 ）識別碼是由發送方提供的，接收方在收到后，將之原封不動的傳回。識別碼的作用在短消息通訊中得到充分的體現，由于短消息的實時性不高，所以可能產生主站先發的短消息命令終端后收到的可能。終端對任何時候收到的抄表命令都會進行響應，發起抄表計動作，然后將電量上送給主站，而主站對收到的終端短消息都要進行識別碼的判斷，如果該數據的識別碼與剛發送命令的識別碼的判斷一致，那么主站對該數據做處理入庫，否則作為無效數據拋棄。

4 ）消息是用來定義每次發送的短消息類型。對主站，根據消息類型的不同做不同都處理，入不同的數據庫。對終端，根據消息類型的不同，做不同的抄表動作。

5 ）伯類型是用于發送異常事件短信用到的字節，用以標識不同的事情類型。事件類型的功效與消息相似。

6 ）校驗字指從消息到校驗字字節前的數據異或得到的結果。接收方接收到數據之后，需要對從消息類型到校驗字字節前的字節數同樣進行異或，把行到的結果與接收到的校驗字做判斷，判斷收到的數據的正確與否。

　　在實際測試及應用中，不管是點對點通訊過程中傳送的數據或是短消息方式傳送的數據，以此為根據進行判斷和處理，能正確將不同的數據存入響應的數據庫，同時由于有校驗字作保障，可以避免數據在傳輸過程中出現錯誤。同時根據識別碼可以很好的避免短消息延時，或先請求的后到過的情況。

3.2 點對點握手協議　

　　主站下傳參數時需要用到點對點傳輸，同時主站對終端的標時、主站發起換 CT 事件、換表計事件均需要點對點通訊。所以點對點通訊在整修系統中起著關鍵的作用，保證它的可靠行，穩定行是必要的。

　　在系統最初的設計中，等待網絡響應了之后，就開始點對點通過數據業務發送數據，介是在實際的測試中，發現點對點通訊所叫延時明顯，從終端接聽到網絡給予確認信息，通過試驗，平均需要 17 秒的時間，這對于實時性要赯較高的點對點通訊功能存在著弊端。同時在測試中發現，由于地域或設備的差異，主站和終端接收到網絡確認的時間不一致。這就造成數據傳輸與接收的錯誤。

　　根據在測試中遇到的問題，對點對點協議做了修改，具體的流程圖如圖 5 所示。

圖 5 　通 流程程圖

1 ）主站根據需要開始撥號，在得到網絡的確認后，開始與終端握手。在握手成功后，主站開始傳輸數據。 2 ）終端收到主站的數據后，經過判斷確認，發送回應幀。主站根據終端回送的不同響應為，給用戶不同的提示。 3 ）主站在收到終端的回應后，再回送給終端一個響應，告訴終端已收到它的響應，此次通訊完畢，雙方可以掛斷。 4 ）在撥叫無響應超時，或是其他一系列超時后，均繼續撥叫，總共撥叫的次數不大于 3 次。

　　在實際測試中及應用中，在網絡確認后添加的握手協議。很好的避免了由于網絡延時，導致雙發點對點通訊接收數據的不完整，判斷錯誤，而且撥號時間長等一系列問題