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GPRS/CDMA数据采集系统若干问题
shensuretek 发表于 2006/8/31 11:45:54 1989 查看 1 回复 [上一主题] [下一主题]
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一、系统简介
环保、市政、热网等行业的用户数据采集、抄送，是一个十分典型的分布式数据采集系统，由于各个用户单位所覆盖的地域范围较广（几公里到几十公里不等），且用户数量会随着时间的推移而发生变化，因而采用GPRS/CDMA无线通信手段完成数据采集已得到业内普遍的认同。
该系统有三大部分组成:
（1） 数据管理中心
各个采集点的数据通过无线通信网络汇总到数据管理中心，在此进行处理、实时显示；中心的服务器通过防火墙连接在Internet上，可供客户端远程访问；根据需要，中央控制室可以设置有模拟屏或投影仪，可实时、清晰地显示各个采集点的相关信息。
如果热网站点不多，中心服务器采用普通的计算机即可。计算机上运行客户的应用软件，对GPRS终端采集上来的数据进行处理。应用软件通过特定的接口接受GPRS终端的数据。我公司的GPRS终端提供了非常灵活的应用接口：
第一种：ActiveX控件，如果用户软件采用VB平台，采用该控件非常方便；
第二种：动态链接库，如果用户软件采用VC，Delphi等平台，可采用该接口；
第三种：组态软件驱动，目前，国内比较有名的组态王、力控均提供了我公司GPRS终端的底层驱动；使用这些组态软件可方便地与我们的GPRS终端连接；
第四种：虚拟串口驱动，任何应用软件均可借助于该驱动与我们的GPRS终端通信，而无须任何更改。
（2） 无线通信系统
指GPRS网络或CDMA网络，采用这种方式通信，有以下优点：
· 实时性好：
由于GPRS或者CDMA永远在线的特性，中央控制室与各个分控点的通信链路可保持永远畅通；
· 网络覆盖好，通信的抗干扰性好：
经过中国移动、中国联通多年的建设和优化，目前，公共无线数字网络的覆盖已无处不在，借助于GSM或者CDMA网络通信，无须考虑建筑物遮挡、盲区等导致通信链路不畅的问题；
· 设备投资小：
无须购置收、发电台、庞大的天线等设备，大大降低系统的投资；
· 运行费用低廉：
由于采用公共网络，无须支付频率使用费，同时，数据传输按照流量计费，且移动、联通公司推出了多种非常灵活的计费方式，如各种包月制的套餐等，整个系统的运行费用可降到很低的水平；
· 工程建设方便、系统的后续维护非常简单
（3） 现场数据采集、传输系统
现场数据采集、传输系统主要包括各种仪表、数据传输终端，用来采集热用户的蒸气温度、压力、流量等数据，并通过无线网络实时传送到中央集控室。
我公司研制的DataFairy 系列无线数据终端，包括：GPRS/CDMA DTU、GPRS/CDMA RTU等是基于GPRS/CDMA网络进行数据传输的工业用设备，它全面集成了工业数据采集的串行接口（RS-232/RS-485）、IO接口、无线接入以及TCP/IP、PPP等网络协议，独特的透明数据网关的设计理念，可以确保将任何仪表及串口终端设备的数据采集到系统中，非常适用于SCADA系统数据采集的要求。
二、系统设备配置
组建该GPRS数据采集系统的主要设备清单如下：
1、GPRS DTU：每个站点一般1台，通过RS232或者RS485与现场仪表等设备连接；如设备本身只提供4～20mA模拟量接口，则需配备模拟量――RS485、或者模拟量――RS232的转换器；
2、SIM卡：每个GPRS DTU 1张，向移动公司购买，可根据实际数据量的大小，选用合适的资费套餐；比如在上海地区，套餐资费见下一节描述。
3、数据中心服务器：也可用一般配置的计算机代替，该计算机要求连接在互联网上，最好有固定的IP地址。
4、应用软件：运行在数据中心服务器上，我们提供免费的通信接口。接口软件的形式见前面描述，根据实际需要选择。
5、如果采用中国移动的VPN业务，对设备本身没有影响，只是GPRS终端接入时，采用移动公司提供的用户名、密码、或者接入点（APN）等。
注意：上述设备清单没有包括现场的PLC、仪表等。
三、运行费用分析
运行费用主要是数据传输的通信费用，交给移动公司。现在各地的移动公司都在大力拓展增值数据业务，这一块优惠的资费政策很多，具体可咨询当地的移动公司。以下是上海移动公司公布的资费标准，供参考：
方案月租费包含流量（MB） 超出后流量资费（元/KB） 自由套餐0 0 0.03 20元套餐20 50 0.01 100元套餐100 800 0.01 200元套餐200 2000 0.01，封顶500元备注：
1、国内漫游不收取漫游费用；
2、国际漫游费用单独收取；
四、关于无线虚拟专网（VPN：Virtual Private Network）
1、何为无线VPN（VPDN）
在组建基于GPRS/CDMA无线数据采集系统时，有些行业的客户对数据的安全性、保密性非常敏感，而一般的GPRS/CDMA数据采集系统，其传输的数据要经过GPRS/CDMA网、Internet网，而后送到数据中心，这些数据在经过这些公共网络时，可能存在安全隐患。
针对这个问题，移动公司（GPRS）、联通公司（CDMA）都推出了VPN（联通公司叫做VPDN）业务，它为我们提供了一种通过公用网络，安全地对企业内部专用网络进行远程访问的连接方式。
我们知道：一个网络连接通常由三个部分组成：客户机、传输介质和服务器。VPN同样也由这三部分组成，不同的是VPN连接使用隧道作为传输通道，这个隧道是建立在公共网络或专用网络基础之上的，如：Internet或Intranet。要实现VPN连接，企业内部网络中必须配置有一台基于Windows NT或Windows2000 Server的VPN服务器，VPN服务器一方面连接企业内部专用网络，另一方面要连接到Internet，也就是说VPN服务器必须拥有一个公用的IP地址。当客户机通过VPN连接与专用网络中的计算机进行通信时，先由ISP（Internet服务提供商）将所有的数据传送到VPN服务器，然后再由VPN服务器负责将所有的数据传送到目标计算机。
VPN使用三个方面的技术保证了通信的安全性：隧道协议、身份验证和数据加密。客户机向VPN服务器发出请求，VPN服务器响应请求并向客户机发出身份质询，客户机将加密的响应信息发送到VPN服务器，VPN服务器根据用户数据库检查该响应，如果账户有效，VPN服务器将检查该用户是否具有远程访问权限，如果该用户拥有远程访问的权限，VPN服务器接受此连接。
在GPRS/CDMA无线数据采集系统中，GPRS/CDMA DTU可看作是客户机，每次接入时，VPN服务器需要对它进行身份验证。采用VPN服务时，GPRS/CDMA DTU要使用移动公司或者联通公司提供的专用的SIM卡（GPRS网络）或者UIM卡（CDMA网络），通常，SIM卡和UIM卡还进行了IP地址绑定。所谓IP地址绑定是指：每次DTU拨号上网时，所获得的IP地址是固定的（GPRS网或者CDMA网网内地址）。而如果没有进行IP地址绑定，或者是未采用VPN业务，则GPRS/CDMA DTU每次拨号上网时，获得的IP地址是动态的。绑定了IP地址可以为无线网络设计带来了更多的灵活性。
2、对GPRS/CDMA DTU有何要求
采用VPN，对GPRS/CDMA DTU有一些特殊的要求。
对于GPRS DTU，它在拨号时使用的APN（接入点）不是通常的“CMNET”，而是移动公司提供的专用APN；
对于CDMA DTU，则要使用联通公司提供的用户名、密码进行拨号，而不是通常用的用户名“CARD”、密码“CARD”。
此外，DTU还需要通过PPP协议进行用户身份验证，验证方法包括：PAP协议、CHAP协议、SPAP协议、MS－CHAP等等，比较常用的是PAP和CHAP。以上身份验证由企业的VPN服务器执行。
我公司的GPRS/CDMA DTU完整地支持组建VPN网络所需要的所有功能。
3、无线VPN带来的好处
简单而言，有2个方面：
第一， 增强数据的安全性。VPN采用了身份验证、数据加密等多种手段，可以大大增强GPRS/CDMA数据采集系统的安全性；
第二， 如果同时绑定了IP地址，则可以为无线网络的设计带来更多的灵活性。
五、数据中心的IP地址问题
这个问题在组建GPRS/CDMA数据采集系统时，是所有用户都要面临的问题。数据中心的IP地址问题有以下几种方式：
1、固定IP地址
从系统运行的可靠角度而言，数据中心具有固定IP地址是最好的选择，而且，这对于将来系统增加新的、更强大的功能（比如：无线视频监控）也非常方便，但是，申请固定IP地址需要支付较大的一笔月租费，而且，如果数据采集系统本身规模就不大，这就更不经济了。
2、动态域名解析
也可以通过域名解析解决数据中心的IP地址问题。
用户向ISP（Internet Service Provider）申请一个域名服务，并将此域名配置到GPRS/CDMA DTU中，则每次拨号时，DTU就可以通过域名解析连接到服务器，无须服务器具有固定IP地址了。用户需要向ISP支付域名服务的费用，通常这个费用比申请固定IP地址低得多。但是，采用域名解析，系统的稳定性在很大程度上取决于域名解析服务器的工作状况，而域名服务器通常是由ISP提供的。
3、ADSL拨号，短消息通知IP
客户可以采用价格低廉的ADSL拨号连接Internet，每次拨号连接所获得的IP地址都是动态的，这个IP地址以短消息的方式通知GPRS/CDMA数据采集系统中的每个DTU，DTU接受到短消息后，就以此IP地址进行连接。
采用这种方式就无须支付任何月租费用了。缺点是每次ADSL拨号后，如果要进行数据传输，都需要用短消息通知每个DTU数据中心的IP地址。这种方式特别适用于数据传输不是很频繁、也无须DTU永远在线的情况。
我公司的GPRS/CDMA DTU支持上述的所有方式，客户可以根据实际组网的需要，灵活选择。特别是第三种方式，我公司深入分析了客户的需求，在短消息控制连接上，提供了使用灵活、功能强大的工作方式。比如：短消息启动tcp连接、短消息断开tcp连接、短消息修改密码、短消息修改DTU的ID等等。