GPRS專網系統環保數據采集通信解決方案

基于GPRS專網系統
環保數據采集通信解決方案
一、 需求分析
GPRS是目前解決移動通信信息服務的一種較完美的業務，它是以數據流量計費、覆蓋范圍廣泛、數據傳輸速度更快。GPRS的推出，為行業和企業用戶開展無線辦公提供了基礎設施平臺，為推動移動辦公的應用和發展創造了有利條件。與有線網絡相比，GPRS網絡具有租用費用低、移動辦公，不受地域制約等優點。GPRS的出現為企業和行業用戶開展無線辦公提供了一種新的選擇。
GPRS通信方式更適合于環保數據采集業務，目前省環保監測站與各采集點采用電話線傳送數據或手工抄錄，實時性差，費用也不便宜。GPRS無線傳輸數據有以下優勢：
1． GPRS用戶可隨意分布和移動自己的網絡點，無須擔心線路的維護或有線在移機時導致的通訊中斷。建設新的營業點無需進行拉線，埋線等工作。較光纖，或專線系統投資較少，設備安裝方便。
2． 終端價格比較低，與DDN相比，較DTU或DDN專線Modem其終端價格便宜很多。
3． 儀器設備反向控制：本系統對符合環保總局制訂的標準數據協議的儀器設備，可以實現儀器設備的時間校正、狀態報告、開關以及其他監測、控制等功能。
4． GPRS資費便宜，計費合理。GPRS 資費包月比有線電話網絡資費還便宜。環保數據采集業務沒有大數據量的信息傳輸，不必要采用資費很高的專線（DDN、幀中繼）。GPRS還可根據通信的數據量和提供的服務質量進行計費。在GPRS網中，用戶只需與網絡建立一次連接，就可長時間的保持這種連接，并只在傳輸數據時才占用信道并被計費，保持時不占用信道不計費。這樣，營業點即不用頻繁建立連接，也不必支付傳輸間隙時的費用。
5． GPRS能最好地支持頻繁的、少量突發型數據業務。通信質量穩定可靠，永不掉線。
6． GPRS網絡接入速度快，提供了與現有數據網的無縫連接。由于GPRS網本身就是一個分組型數據網, 支持TCP/IP、X.25協議，因此無需經過PSTN等網絡的轉接，直接與分組數據網（IP網或X.25網）互通，接入速度僅幾秒鐘，快于電路型數據業務。采用TCP/IP協議，較以前的無線數據網絡（集群，雙向傳呼，GSM短信息）而言，網絡接入更加直接方便。
7． 覆蓋較好，比較很多無線數據網絡（集群，雙向傳呼，CDPD，CDMA）而言，其網絡覆蓋是最好的。
二、解決方案
1．系統結構圖

系統需求圖
2、系統方案
GPRS環保污染源在線監控系統方案：
(1)監控終端部分：
A 如果采用工控機，監控儀器通過環保智能數據集中器與工控機端軟件連接，通過通用型GPRS調制解調器建立無線數據連接；如:SARO-1000/1000E
B 如果不采用工控機，監控儀器通過環保智能數據集中器直接與智能型GPRS數據傳輸終端連接，由其建立無線數據連接；如:SARO-1000P/1000EP
(2)移動網絡部分：利用中國移動現有的GPRS/GSM網絡，監控點和監控中心系統的所有交換信息通過中國移動的數據通信網關進行加密數據傳輸；
(3)環保監控中心部分：監控中心服務器申請配置固定IP地址，申請配置專線或VPN與移動的數據通信網關連接，監控中心服務器上安裝無線GPRS環保污染源在線監控系統軟件。
3、系統組成
(1) <通用型GPRS調制解調器>
通過無線GSM/GPRS網絡進行數據傳輸；如:SARO-1000/1000E
(2) <智能型GPRS數據傳輸終端>
應用嵌入式處理器進行數據處理、協議TCP/IP封裝，通過無線GSM/GPRS網絡進行數據傳輸；如:SARO-1000P/1000EP
(3) <環保智能數據集中器>
環保智能數據集中器功能強大，可支持多種通用接口方式，實現計量數據的存儲、預處理、傳輸等多種功能。環保智能數據集中器可直接通過標準接口連接到監控儀器，完成對監控參數的采集或進行控制操作。產品既可支持單個儀器設備，也可以同時支持多個儀器設備。(多家環保設備公司有成熟產品)
(4) <無線GPRS環保污染源在線監控系統軟件>
無線GPRS環保污染源在線監控系統軟件包括通信服務器、監控中心服務器、數據庫服務器、WEB服務器四個部分。(提供產品動態連接庫,軟件包根據客戶要求二次開發)
A 通信服務器負責實現行業數據通信協議、數據代理轉發、通信設備狀態監控等功能；
B 監控中心服務器實現數據分析、存儲、反控等功能；
C 數據庫服務器進行數據存儲、備份；
D WEB服務器實現實時監控、數據管理、業務管理等功能。
具體實現時通信服務器、監控中心服務器、數據庫服務器、WEB服務器可以安裝在一臺服務器中，也可以安裝在不同服務器中。如果行業客戶要求對終端進行終端IP綁定，需要安裝RADIUS服務器，為系統提供AAA認證和IP綁定功能。
推薦省級監控中心通過公網使用VPN接入到移動GPRS網，這種方式成本比較低，安全性比較高，而且速度和網絡服務質量都保障；也可以通過GPRS專線接入到移動GPRS網，這種方式成本高，安全性高、穩定可靠。
各級監控中心相互之間通過VPN相連。
各監控點使用用GPRS終端，通過移動的網絡與監控中心相連。
GPRS無線業務與其他網絡業務的性價比較
方案名稱 通信方式 建設成本 運營成本 監控范圍 傳輸速度 操作方式 實時性 反控性
電話線MODEM監控 電話線撥號 高 較低 窄 56KBPS 輪尋 差 差
ADSL監控 ADSL 高 較高 窄 512KBPS 輪尋 高 一般
SMS方式監控 SMS 較低 較高 較寬 160字節/包 并行 差、不穩定 差
GSM撥號監控 CSD/GSM 較低 很高 較寬 14.4KBPS 并行 差 差
GPRS在線監控 GPRS/GSM/SMS 較低 較低 較寬 21.4---85.6 KBPS 并行 高 良好
用于GPRS網絡的無線數據傳輸
經過數年多的建設，中國移動GPRS網實現了沿海地區的全面覆蓋和山區地區的地市覆蓋，并且于2002年5.17正式向用戶提供服務。GPRS業務的高速數據傳輸、“永遠在線”、“流量計費”和“全國漫游”的特性以及中國移動的優質網絡，滿足了不同層次客戶的需求，也為發展行業應用奠定了堅實的基礎。
4．專線APN傳輸方式
根據企業對網絡安全的特殊要求，廈門桑榮科技發展有限公司設計了基于GPRS網絡的數據傳輸方案，采用了多種安全措施，主要包括：
通過一條2M&#61548; 專線接入移動公司GPRS網絡，雙方互聯路由器之間采用私有IP地址進行廣域連接，在GGSN與移動公司互聯路由器之間采用GRE隧道。
為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請該APN。用于GPRS專網的SIM卡僅開通該專用APN，限制使用其他APN。&#61548;
客戶可自建一套RADIUS服務器和DHCP服務器，GGSN向RADIUS服務器提供用戶主叫號碼，采用主叫號碼和用戶賬號相結合的認證方式；用戶通過認證后由DHCP服務器分配企業內部的靜態IP地址。&#61548;
端到端加密：移動終端和服務器平臺之間采用端到端加密，避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。&#61548;
雙方采用防火墻進行隔離，并在防火墻上進行IP地址和端口過濾。&#61548;

5．業務流程
GPRS專網系統終端上網登錄服務器平臺的流程為：
1） 用戶發出GPRS登錄請求，請求中包括由移動公司為GPRS專網系統專門分配的專網APN；
2） 根據請求中的APN，SGSN向DNS服務器發出查詢請求，找到與企業服務器平臺連接的GGSN，并將用戶請求通過GTP隧道封裝送給GGSN；
3） GGSN將用戶認證信息（包括手機號碼、用戶賬號、密碼等）通過專線送至Radius進行認證；
4） Radius認證服務器看到手機號等認證信息，確認是合法用戶發來的請求，向DHCP服務器請求分配用戶地址；
5） Radius認證通過后，由Radius向GGSN發送攜帶用戶地址的確認信息；
6） 用戶得到了IP地址，就可以攜帶數據包，對GPRS專網系統信息查詢和業務處理平臺進行訪問。
6、安全方案
第一級：安全的網絡接入層
使用移動公司分配的專門的APN進行無線網絡接入；
分配特定的手機號：手機主叫號在移動GSM交換機生成，已經進行了加密，資深的網絡黑客也是很難偽造手機號的。
移動在網絡側HLR網元給手機號和APN做了綁定，只有屬于行業的手機號才能訪問專用APN。黑客拿著其他手機號的GPRS終端根本無法呼叫專門的APN。
第二級：安全的終端認證
數據中心可以給每個GPRS終端分配特有的用戶ID和密碼，交換機資深黑客即使偽造了合法的手機號，但是數據中心分配給GPRS終端的用戶ID和密碼沒有，依然與數據中心建立不了呼叫，而數據中心可以周期性命令各電表數據采集點將用戶ID和密碼改掉。
第三級：安全的防火墻過濾
第四級：安全的應用系統
業務數據在傳輸前進行加密壓縮，保障數據在傳輸過程中的安全性。
應用系統提供強大的分級權限管理，保障數據在使用過程中的安全性。
四、移動資費標準及設備費用
1、該業務包括開戶費、安裝調試費、GPRS專網使用費以及使用GPRS 產生流量的資費。
1） 專網開戶費以及安裝調試費(專網應用)
開戶費：1000元
安裝調試費：500元
2）服務器端GPRS專網使用費(專網應用)
1000元/月或者10000元/年，對終端數目不限；
3） 終端GPRS 流量資費（終端應用）
月租費（元） 贈送的免費流量數（MB） 超過贈送流量后的流量費（元/KB）
自由套餐 0 0 0.03
經濟套餐 20 1 0.01
時尚套餐 100 20 0.01
商務套餐 200 不限量使用
2、設備需要終端路由器一臺在5000元左右（客戶自行選擇），每個點配備一臺GPRS無線MODEM，大概在2000-2800元之間。

五、廈門桑榮科技有限公司產品簡介
廈門桑榮科技有限公司

1. 概述
GPRS是通用分組無線業務(General Packet Radio Server)的英文簡稱，是在現在GSM系統上發展出來的一種承載業務，目的是為GSM用戶提供分組形式的數據業務。GPRS采用與GSM同樣的無線調制標準、同樣的頻帶、同樣的突發結構、同樣的跳頻規則以及同樣的TDMA幀結構，這種新的分組數據信道與當前的電路交換的話音業務信道極其相似，因此，現有的基站子系統（BSS）從一開始就可提供全面的GPRS覆蓋。
GPRS是一種新的移動數據通信業務，在移動用戶和數據網絡之間提供一種連接，給移動用戶提供高速無線IP和X.25服務。GPRS采用分組交換技術，每個用戶可同時占用多個無線信道，同一無線信道又可以由多個用戶共享，資源被有效的利用。數據傳輸速率高達160Kbps。使用GPRS技術實現數據分組發送和接收，用戶永遠在線且按流量計費。從而降低了服務成本。
隨著無線通信技術的發展，GPRS產品在數據傳輸領域的應用日益廣泛。尤其是GPRS模塊的出現，更加促進了這種應用的發展。但普通的GPRS 模塊在使用時有些局限性，它沒有內嵌TCP/IP協議棧，需要用戶提供TCP/IP的支持。沒有實現TCP/IP協議解析的終端將不能直接使用GPRS無線模塊實現GPRS數據通信。一般中小規模CPU系統的資源較寶貴，在中小CPU系統實現TCP/IP協議棧，一是費時費力，二是系統的負荷太大，甚至難于勝任。針對中低端CPU系統實際情況，桑榮公司專門設計出一款帶TCP/IP協議處理的無線MODEM GPRS-1000EP。桑榮GPRS-1000EP是一款帶TCP/IP協議轉換功能的無線GPRS MODEM，它提供一個DB9-M的RS232接口，可適用于所有帶串口的終端設備，為不具備TCP/IP協議處理的終端提供GPRS通信的能力。
2. 系統功能與特點
A、該款MODEM的功能：
1. 標準的AT 命令界面,方便程序設計（AT命令參見附錄一和附錄二）
2. TCP/IP Internet 內嵌的協議棧，輕松互聯
3. RS232接口方式，更加簡便的通訊方式
4. 可通過串口升級程序
B、性能：
1. 使用低功耗高性能的CPU做處理器，16位內部數據總線，128KBSRAM，512KB FLASH，可高速處理協議和大量數據。
2. 使用CLASS 10無線模塊，下行4個通道，上行2個通道
3. 支持TCP、IP、PPP、ICMP、UDP、TELNET、HTTP協議棧
4. 一個符合ISO7816-3IC卡標準的SIM卡座，支持符合GSM11.11和GSM11.10規范SIM卡。
5. 簡化的接口設計，使用通用的232接口和簡單的AT命令交互界面。
6. 供了更方便的電源接口，即可使用外掛電源。又可從串口直接取電。
7. 整機功耗小于3W。
8. GPRS-1000EP電路板尺寸10cm*6cm
9. 同時更具嵌入式系統要求，可提供內置式模塊（不帶外殼，可通過插針與嵌入式直接系統相連）
3. 技術指標
音頻/短消息&#61550;
支持通話或緊急呼叫
支持全速率、增強全速率和半速率
支持雙音頻（DTME）
支持中、英文短消息
支持G3傳真
支持完善的AT命令
GPRS數據&#61550;
GPRS Class 10
編碼方案：CS1 CS4
符合SMO31bis技術規范
接口&#61550;
天線接口：50Ω 5MA（陰天）
SIM卡：3V/5V，自動檢測
接收靈敏度：-104dbm
發射功率：CLASS4 (2W)/GSM(900)
CLASS1(1W)/GSM(1800)
頻率誤差：<=0.1ppm
用戶數據接口：
RS-232串口數據接口&#61548;
接口端子：20Pin&#61548;
波特率：300~115,200&#61548; bits/s
電源&#61550;
電壓：DC 4.5V~40V
功耗：通信時平均電流400mA，空閑時35mA
其他參數&#61550;
尺寸
Saro-1000EP：100*60（嵌入式電路板尺寸&#61548;
可根據用戶需求定制）
Saro-1000EP：110*75（不包括天線）&#61548;
重量：150g
工作環境
工作濕度：-20~50度&#61548;
工作頻段：&#61548; 濕度范圍：0-95%,非冷凝 &#61548;
GSM900 TX:880—915MHZ
RX :925—960MHZ
DCS1800:TX:1710－1785MHZ
RX:1805—1880MHZ
4. 典型應用
GPRS無線數據傳輸系統有很廣泛的應用范圍，幾乎所有低速率的數據傳輸服務都可以應用，如城市配電網絡的自動化、自來水、煤氣管道自動化、商業POS機、INTERNET接入、個人信息、股票信息、金融、交通、公安、環保、彩票等領域。
工業遙信、遙測、遙控&#61550;
無人值班機房監控和遠程維護（如移動基站、微波、光纖中繼站等）&#61548;
城市配電網自動化系統數據傳輸&#61548;
自來水管道、閘門、泵站與水廠監控&#61548;
煤氣管道、閘門、與加壓站監控&#61548;
供熱系統實時監控&#61548;
水文監控&#61548;
環境監控&#61548;
其他無人值班站點（如倉庫、辦公室等）監控&#61548;
金融、零售行業&#61550;
車載移動銀行&#61548;
POS機聯網、自動柜元機（ATM）&#61548;
公安交通行業&#61550;
公安移動性數據查詢&#61548;
交通監控與城市路口交通信息發布&#61548;
移動車輸監控調度系統&#61550;
公安、110、交警車輸監控調度&#61548;
銀行運鈔車、郵政運輸車監控調度&#61548;
出租車、公交車管理調度&#61548;

網絡連接圖
通信處理流程：
1) 設置參數
2) 登陸GPRS網路
3) 建立TCP鏈路
4) 數據傳輸
5) 掛斷TCP連接
6) 斷開GPRS連接
5. 無線MODEM擴展AT命令
FUNCTIONS AT COMMANDS DETAILS 返回碼
設置IP地址 AT+IP= 設置遠端系統的IP地址
以w.x.y.z的格式 IPOK/IPER
設置端口號 AT+PORT= 設置遠端系統的端口號 PORTOK
定義PDP CONTEXT AT+CGDCONT＝ 設置APN OK/ER
撥號命令 ATD 撥打電話號碼 OK / BUSY /
NO CARRIER / CONNECT
關閉GPRS功能 AT+CLOSE 關斷TCP/IP連接功能 OK/ER

六、客戶服務
廈門桑榮科技有限公司將有專門的客戶代表提供專業的技術咨詢服務，保證在接到投訴后24小時解決問題。