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气象数据无线传输方案应用介绍
wgb80958126 发表于 2010/7/9 15:31:50 1857 查看 1 回复 [上一主题] [下一主题]
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一、系统概述
原有气象信息系统地面网络建设较早，设备性能低、线路速度低、时延长，已很难满足自动站、沙尘暴、雷达等资料传输的要求，很难满足进行数据综合传输的需求；GPRS无线网络在此系统中的应用解决了卫星网覆盖面小、速度低和有线宽带网受铺设困难维护困难的问题限制。因此，通过GPRS无线网络构建一个更完善、更快捷、更安全的气象无线网络监控平台，更能满足中国气象局大气监测项目建设的要求。
二、系统特点
1、建设周期短，成本低：
GPRS无线网络可为气象数据采集系统提供了简单高效的通信传输手段。中国移动GPRS系统可提供广域的无线IP连接。在移动通信公司的GPRS业务平台上构建电力远程抄表系统，实现气象采集设备的无线数据传输具有可充分利用现有网络，缩短建设周期，降低建设成本的优点，而且设备安装方便、维护简单。
2、实时性强：
由于GPRS具有实时在线特性，系统无时延，无需轮巡就可以同步接收、处理多个/所有数据采集点的数据。可很好的满足系统对数据采集和网络传输实时性的要求。
3、可对气象数据采集设备进行远程控制：
通过GPRS双向通讯系统还可实现对气象数据采集设备进行远程控制，进行参数调整、开关等控制。
4、覆盖范围广：
GPRS覆盖范围广，在无线GPRS网络的覆盖范围之内，都可以完成对气象数据采集设备的控制和管理。扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。
5、系统的传输容量大：
数据监控数据中心要和每一个数据采集点保持实时连接。由于数据采集点数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要。
6、数据传送速率高： 每个电表数据采集点每次数据传输量在10Kbps之内。GPRS网络传送速率理论上可达171.2kbit/s，目前GPRS实际数据传输速率在40Kbps左右，完全能满足本系统数据传输速率（≥10Kbps）的需求。
7、通信费用低：采用包月计费方式，运营成本低。
8、系统易于扩展和维护。
三、系统组成和特点
该系统主要由气象探测设备，GPRS DTU（远程数据传输单元）和气象数据管理中心三部分组成，气象探测设备具有标准的RS232/RS485/RS422串行通信接口通过串口线和GPRS DTU连接。气象探测设备可以实时或定时向气象数据管理中心发送自动气象探测设备采集到的气象数据和气象设备运行状态数据。气象数据管理中心也可以通过GPRS网络将控制命令传送给气象探测设备。这样就可以实现了当前气象数据的查询、收集、气象探测设备的检查和数据中心对前端气象探测设备的控制。
1、气象探测设备
气象探测设备是整个气象数据采集系统中最重要的硬件设备，用于实现气象各种数据的采集。
2、无线通讯部分GPRS DTU
无线通讯部分主要是借助GPRS DTU通过GPRS无线网络进行数据采集端和监控中心之间的数据通讯工作。
DTU是指数据终端设备（Data Terminal unit)，可以理解为下位GPRS发射终端，在进行通信时，在它的作用下对所传信息进行格式转换和数据整理校验。
GPRS DTU全称GPRS数据传输单元，在国内目前实际上对GPRS DTU具有更加明确的约定：GPRS DTU是专门用于将串口数据通过GPRS网络进行传送的GPRS无线设备。
GPRS DTU功能及特点
◆内部集成TCP/IP协议栈
GPRS DTU内部封装了PPP拨号协议以及TCP/IP协议栈并且具有嵌入式操作系统，从硬件上，它可看作是嵌入式PC与无线GPRS MODEM的结合；它具备GPRS拨号上网以及TCP/IP数据通信的功能。
◆提供串口数据双向转换功能
GPRS DTU提供了串行通信接口，包括RS232/RS485/RS422等都属于常用的串行通信方式，而且GPRS DTU在设计上大都将串口数据设计成“透明转换”的方式，也就是说GPRS DTU可以将串口上的原始数据转换成TCP/IP数据包进行传送，而不需要改变原有的数据通信内容。因此，GPRS DTU可以和各种使用串口通信的用户设备进行连接，而且不需要对用户设备作改动。
◆支持自动心跳，保持永久在线
GPRS通信网络的优点之一就是支持GPRS终端设备永久在线，因此典型的GPRS DTU在设计上都支持永久在线功能，这就要求DTU包含了上电自动拨号、采用心跳包保持永久在线（当长时间没有数据通信时，移动网关将断开DTU与中心的连接，心跳包就是DTU与数据中心在连接被断开之前发送一个小数据包，以保持连接不被断开）、支持断线自动重连、自动重拨号等特点。
◆支持参数配置，永久保存
GPRS DTU作为一种通信设备，其应用场合十分广泛。在不同的应用中，数据中心的IP地址及端口号，串口的波特率等都是不同的。因此，GPRS DTU都应支持参数配置，并且将配置好的参数保存内部的永久存储器件内（一般为FLASH或EEPROM等）。一旦上电，就自动按照设置好的参数进行工作。
◆支持用户串口参数设置
不同用户设备的串口参数有所不同，GPRS DTU连接用户设备的串口时，要根据用户设备串口的实际参数对GPRS DTU端进行相应设置，保证用户设备的正常通信和可靠数据传输。
◆符合工业化设计适应恶劣环境能力更强
◆ RS232 串口速率高达230400 bps
◆ 支持RS232 三线标准或九线标准
◆ 内置TCP/IP 协议栈，支持TCP/UDP 网络协议
◆ 数据终端永远在线
◆ 掉线自动重拨功能
◆ 通过超级终端类似于AT指令方式或专用设置程序来设置通信参数
◆ 设备之间透明传输/非通明传输
◆ 支持静态IP 或域名方式连接远程主机
◆ 供电：+5V，可根据客户需要定制宽电压输入+5V~ +40V
◆ 耗电：待机状态230~330mA；上网状态450~460mA；传输状态460~470mA
◆ 工作温度：-40℃ ~ +70℃
◆ 储存温度：-50℃ ~ +85℃
◆ 支持RS232/RS485/RS422串口进行通讯
3、气象管理中心
气象数据管理中心软件包括通信软件，数据分发软件，监控分系统，气象数据处理系统和用户查询系统。监控中心主要作用是气象数据包的解包、气象数据分类入库、数据库自动更新和自动维护，当有数据时，气息数据处理软件就进行数据解读，按各种气象要素（风向、风速、温度、雨量、湿度、气压等）进行分类处
本系统需要极高的系统安全保障和稳定性。安全保障主要是防止来自系统内外的有意和无意的破坏，网络安全防护措施包括信道加密、信源加密、登录防护、访问防护、接入防护、防火墙等。稳定是指系统能够7×24小时不间断运行，即使出现硬件和软件故障，系统也不能中断运行。
数据中心可通过公网使用VPN接入到移动GPRS网，采用VPN方式成本比较低，企业不用租用专线，还可以利旧使用原有的VPN设备，移动终端需要安装具有VPN二次虚拟拨号的功能的软件。通过VPN方式，客户端在连接应用服务器前，要经过Ｒａｄｉｕｓ服务器的认证整个数据传送过程得到了加密保护，安全性比较高，可充分保障速度和网络服务质量。
另外，数据中心也可以采用APN接入方式，租用专线接入到移动公司的GGSN设备上，这种成本高，安全性高、稳定可靠。
对于安全性要求非常高的系统，可考虑在专用APN接入的基础上再加上VPN接入方式的混合接入方式，进一步提高系统的安全性。
1、VPN虚拟专网模式：企业内部网络中配置VPN服务器，移动终端加载具有VPN二次虚拟拨号的功能的客户端软件。采用VPN安全技术，用户通过接入企业内部虚拟专网的方式与Internet进行隔离，可对整个数据传送过程进行加密保护，有效避免非法入侵。
2、利用SIM卡的唯一性，对用户SIM卡手机号码进行鉴别授权，在网络侧对SIM卡号和APN进行绑定，划定用户可接入某系统的范围,只有属于指定行业的SIM卡手机号才能访问专用APN，移动终端与数据中心采用中国移动分配的专门的APN进行无线网络接入，普通手机的SIM卡号无法呼叫专门的APN。
3、对于特定用户，可通过数据中心分配特定的用户ID和密码， 其他没有数据中心分配的用户ID和密码的用户将无法登录进入系统，系统的安全性进一步增强。
4、数据加密：通过VPN对整个数据传送过程进行加密保护。
5、网络接入安全鉴定机制：采用防火墙软件，设置网络鉴权和安全防范功能，保障系统安全。
五、总结
建成后的整个气象GPRS信息传输系统实现了互联互通与共享，为气象信息体系的完善打下了坚实的基础，同时也将在减灾脱贫及促进人与自然和谐共处等诸多方面发挥着重要的作用。
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sendbow 发表于 2011/2/16 7:11:58
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引用 sendbow 2011/2/16 7:11:58 发表于2楼的内容
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