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    1. 20240703
      關(guān)注中國自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先行者!
      工業(yè)智能邊緣計算2024年會(huì )
      2024
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      案例頻道

      基于GPRS專(zhuān)網(wǎng)系統油井監測系統通信解決方案
      • 企業(yè):山東力創(chuàng )科技有限公司     領(lǐng)域:工廠(chǎng)信息化     行業(yè):石油天然氣    
      • 點(diǎn)擊數:1363     發(fā)布時(shí)間:2008-10-11 12:09:35
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      一、需求分析
        GPRS是目前解決移動(dòng)通信信息服務(wù)的一種較完美的業(yè)務(wù),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(yè)和企業(yè)用戶(hù)開(kāi)展無(wú)線(xiàn)辦公提供了基礎設施平臺,為推動(dòng)移動(dòng)辦公的應用和發(fā)展創(chuàng )造了有利條件。與有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )相比,GPRS網(wǎng)絡(luò )具有租用費用低、移動(dòng)辦公,不受地域制約等優(yōu)點(diǎn)。GPRS的出現為企業(yè)和行業(yè)用戶(hù)開(kāi)展無(wú)線(xiàn)辦公提供了一種新的選擇。
        
           GPRS通信方式更適合于油井監測系統的通信業(yè)務(wù)。在油田的生產(chǎn)、開(kāi)采過(guò)程中有大量的數據需要工作人員及時(shí)的采集、記錄,以供管理部門(mén)及時(shí)的做出決策,管理生產(chǎn)。如果這些數據都要人工采集、記錄的話(huà)勢必給工作人員巨大的工作量,而且效率不高,于是我公司根據油田的實(shí)際工作情況設計了一套完整的油井監測管理通信解決方案。
        
           GPRS無(wú)線(xiàn)傳輸數據有以下優(yōu)勢:
        
        1.GPRS用戶(hù)可隨意分布和移動(dòng)自己的網(wǎng)絡(luò )點(diǎn),無(wú)須擔心線(xiàn)路的維護或有線(xiàn)在移機時(shí)導致的通訊中斷。建設新的營(yíng)業(yè)點(diǎn)無(wú)需進(jìn)行拉線(xiàn),埋線(xiàn)等工作。較光纖,或專(zhuān)線(xiàn)系統投資較少,設備安裝方便。
        
        2.終端價(jià)格比較低,與DDN相比,基帶Modem(DDN專(zhuān)線(xiàn)Modem)其終端價(jià)格便宜很多。
        
        3.GPRS資費便宜,計費合理。GPRS 資費包月比有線(xiàn)電話(huà)網(wǎng)絡(luò )資費還便宜。醫保數據采集業(yè)務(wù)沒(méi)有大數據量的信息傳輸,不必要采用資費很高的專(zhuān)線(xiàn)(DDN、幀中繼)。GPRS還可根據通信的數據量和提供的服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行計費。在GPRS網(wǎng)中,用戶(hù)只需與網(wǎng)絡(luò )建立一次連接,就可長(cháng)時(shí)間的保持這種連接,并只在傳輸數據時(shí)才占用信道并被計費,保持時(shí)不占用信道不計費。這樣,營(yíng)業(yè)點(diǎn)即不用頻繁建立連接,也不必支付傳輸間隙時(shí)的費用。
        
        4.GPRS能最好地支持頻繁的、少量突發(fā)型數據業(yè)務(wù)。通信質(zhì)量穩定可靠,永不掉線(xiàn)。
        
        5.GPRS網(wǎng)絡(luò )接入速度快,提供了與現有數據網(wǎng)的無(wú)縫連接。
        
        由于GPRS網(wǎng)本身就是一個(gè)分組型數據網(wǎng), 支持TCP/IP、X.25協(xié)議,因此無(wú)需經(jīng)過(guò)PSTN等網(wǎng)絡(luò )的轉接,直接與分組數據網(wǎng)(IP網(wǎng)或X.25網(wǎng))互通,接入速度僅幾秒鐘,快于電路型數據業(yè)務(wù)。采用TCP/IP協(xié)議,較以前的無(wú)線(xiàn)數據網(wǎng)絡(luò )(集群,雙向傳呼,GSM短信息)而言,網(wǎng)絡(luò )接入更加直接方便。
        
        6.覆蓋較好,比較很多無(wú)線(xiàn)數據網(wǎng)絡(luò )(集群,雙向傳呼,CDPD,CDMA)而言,其網(wǎng)絡(luò )覆蓋是最好的。
        
      二、解決方案
        1.特點(diǎn)
        
        我公司設計的這套油井監測管理方案具有配置靈活、實(shí)施方便、可靠性高、數據采集及時(shí)準確等特點(diǎn)。
        
        A.配置靈活:用戶(hù)可以根據自己的實(shí)際情況靈活的選擇多種數據傳輸方式,比如:采集到的數據可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式傳輸到井隊控制處,也可以通過(guò)線(xiàn)纜直接連接方式傳輸;井隊采集的數據可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、專(zhuān)線(xiàn)、GPRS 無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)上報到總部。
        
        B.實(shí)施方便:由于該方案中大理使用了無(wú)線(xiàn)傳輸方式的GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)方式傳輸數據,所有用戶(hù)無(wú)須布線(xiàn),只要安裝數據采集端、數據接收端、GPRS Modem 等設置即可。
        
        C.可靠性高:由于我公司開(kāi)發(fā)的LQ8100系列 GPRS的無(wú)線(xiàn)傳輸模塊具有傳輸穩定可靠、通信速率高、接收靈敏度高、抗干擾能力強、功耗低等特點(diǎn),所以可以保證油井監測數據的可靠采集、傳輸。
        
        D.數據采集及時(shí)準確:用戶(hù)可以自定義數據采集的時(shí)間間隔,系統自動(dòng)定時(shí)采集,自動(dòng)傳輸到井隊管理處,并可以自動(dòng)將數據上報到總部管理處。
        
        2、三種無(wú)線(xiàn)通信方式特點(diǎn)比較
        
        根據油井在油田的分布特點(diǎn),實(shí)現站點(diǎn)間數據傳輸的技術(shù)有:無(wú)線(xiàn)超短波、GSM 短信(SMS)、GPRS。
        
        無(wú)線(xiàn)超短波:可用于點(diǎn)對點(diǎn)或點(diǎn)對多點(diǎn)的工作環(huán)境,提供標準接口,可直接與計算機、RTU、PLC 等連接,實(shí)現透明傳輸,傳輸速率為1200-19.2K,頻點(diǎn)間隙為25K,采用工業(yè)頻段230MHZ或400MHZ,接收靈敏度較高,技術(shù)成熟.組網(wǎng)時(shí)需要根據實(shí)際環(huán)境架設天線(xiàn),中心站一般要求20-30米,分站在10米左右,超短波受電臺數量的限制,適合小規模應用(比如各個(gè)采油隊的監控)。采用這種方式時(shí)采油隊與礦之間需要架設微波網(wǎng)絡(luò ),實(shí)現大容量的數據傳輸。
        
        GSM 短信(SMS):利用GSM 網(wǎng)絡(luò )實(shí)現數據采集設備、手機終端和監控中心之間的通訊接口。采用這種方式,用于數據流量較小或只在異常情況下需要告警時(shí),費用低。
        
        GPRS:一種分組交換系統,有實(shí)時(shí)在線(xiàn),按量計費,快捷登錄、高速傳輸等特點(diǎn)。這種方式傳輸數據實(shí)時(shí)性好,傳輸速率高,不受地形或地域的限制,按數據流量計費,平均費率低,適合大規模應用。
        

       
        3.系統結構圖
        

        
        4.產(chǎn)品安裝圖片
        

        
        GPRS無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)與其他網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)的性?xún)r(jià)比較
        
        
        5.系統組成
        1    終端設備
        用戶(hù)端:
        
        油井智能數據集中器
        油井智能數據集中器功能強大,可支持多種通用接口方式,實(shí)現計量數據的存儲、預處理、傳輸等多種功能。油井智能數據集中器可直接通過(guò)標準接口連接到監控儀器,完成對監控參數的采集或進(jìn)行控制操作。產(chǎn)品既可支持單個(gè)儀器設備,也可以同時(shí)支持多個(gè)儀器設備。同時(shí)連接先進(jìn)的流量傳感器和溫度傳感器等設備
        
        GPRS無(wú)線(xiàn)設備采用廈門(mén)桑榮科技發(fā)展有限公司的GPRS-DTU通信模塊,采用串口和油井智能數據集中器相連,完成用戶(hù)系統的構成。
        
        ● GPRS設備采用山東力創(chuàng )科技LQ系列GPRS-DTU傳輸設備,核心模塊采用SIMCOM、摩托羅拉G20、愛(ài)立信GR47、德國西門(mén)子
        
         MC35I無(wú)線(xiàn)GPRS模塊, 強大功能如下:
        
       ?。?)串口通訊輸率有6種工作速率,分別是1200、2400、4800、9600、19200、57600Bps,串口速率可以通過(guò)配置軟件設置。串口通訊的模式是8位數據位、1位停止位、無(wú)奇偶校驗、無(wú)硬件流控。為了使用方便,數據態(tài)時(shí)實(shí)現數據透明傳輸。通過(guò)透明傳輸模式,將透明傳輸設備和工業(yè)上應用的數據采集設備通過(guò)串口將數據進(jìn)行無(wú)線(xiàn)數據傳輸及控制。
        
       ?。?)遠程/自動(dòng)喚醒功能,實(shí)現遠程模擬量、開(kāi)關(guān)量采集、控制,可隨時(shí)通過(guò)遠程控制或自動(dòng)啟動(dòng)通訊連接,保證了其工作的可靠性。
        
       ?。?)可以實(shí)現TCP、UDP等多種通訊方式,可實(shí)現通訊參數在線(xiàn)配置,實(shí)現數據采集中心的自由切換調保證客戶(hù)系統的穩定運行。
        
       ?。?)針對GPRS按流量計費的客戶(hù),要節約數據流量,在使用TCP方式實(shí)時(shí)自診斷在線(xiàn)數據包采用小數據心跳包并且可以設置發(fā)送心跳包的間隔;當選用UDP方式時(shí),則完全可以根據網(wǎng)絡(luò )自動(dòng)判斷鏈接情況,不產(chǎn)生數據流量大大節省客戶(hù)的流量費用
        
       ?。?)LQ系列GPRS實(shí)現了對主控電路實(shí)時(shí)監控傳輸信號,實(shí)現可靠的斷線(xiàn)監測和掉線(xiàn)重連,實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測,解決了在連接過(guò)程中所出現的假撥號現象。
        
              (6)實(shí)現下位機ID編號,點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對多點(diǎn)的實(shí)時(shí)數據傳輸,結合相應的軟件,便可靈活實(shí)現點(diǎn)~點(diǎn)、點(diǎn)~多點(diǎn)的對等數據傳輸。下位機可不用申請固定IP,以節省固定IP租用費.
        
       ?。?)內嵌了完整的TCP/IP協(xié)議棧,包括 TCP、UDP、FTP、SOCKET、TELNET、HTTP等協(xié)議的開(kāi)發(fā),應用更全面、更廣闊。
        
             (8) 帶自主開(kāi)發(fā)的主控電路和硬件看門(mén)狗,保證電路可靠工作,并可根據需要進(jìn)行軟件串口升級。
        
             (9)支持TTL、RS232/485三種通訊接口,方便了用戶(hù)選擇使用。
        
       ?。?0)可上電即自動(dòng)撥號上網(wǎng),一直在線(xiàn),掉線(xiàn)可自動(dòng)重撥。非常適合無(wú)人職守.的應用。
        
       ?。?1)LQ系列GPRS不僅采用低功耗、低電壓的專(zhuān)用電源管理芯片,更方便嵌入式用戶(hù),同時(shí)還針對外接用戶(hù)所采用的外接產(chǎn)品。
        
              (12)組網(wǎng)簡(jiǎn)單、迅速、靈活, LQ系列GPRS不依賴(lài)于運營(yíng)商交換中心的數據接口設備,通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò )隨時(shí)隨地的構建覆蓋全中國的虛擬移動(dòng)數據通信專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )
        
        2    傳輸網(wǎng)絡(luò )端:
         采用移動(dòng)公司提供的覆蓋全國的GPRS/GSM無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)路和接口。經(jīng)過(guò)數年多的建設,中國移動(dòng)GPRS網(wǎng)實(shí)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(hù)提供服務(wù)。GPRS業(yè)務(wù)的高速數據傳輸、“永遠在線(xiàn)”、“流量計費”和“全國漫游”的特性以及中國移動(dòng)的優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò ),滿(mǎn)足了不同層次客戶(hù)的需求,也為發(fā)展行業(yè)應用奠定了堅實(shí)的基礎。
        
        3     用戶(hù)后臺軟件系統:
        應用服務(wù)
        主要由四層軟件組成:
        
        前端軟件:
        
              前端軟件運行于終端上,支持本地業(yè)務(wù)數據的查詢(xún)及業(yè)務(wù)事務(wù)處理;同時(shí)管理
        
        無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò ),完成撥號、掛斷及狀態(tài)監測;對于事務(wù)處理請求與確認,實(shí)現可靠
        
        的傳輸控制,保證與局端的協(xié)作。
        
        外網(wǎng)服務(wù)軟件:
        
              外網(wǎng)服務(wù)軟件完成與前端軟件的安全認證及加解密,協(xié)同外網(wǎng)查詢(xún)數據庫完成
        
        數據查詢(xún)請求的處理及應答;處理內網(wǎng)服務(wù)器產(chǎn)生的數據同步命令維護外網(wǎng)查詢(xún)數
        
        據庫;為內網(wǎng)服務(wù)軟件與前端軟件提供穿透物理隔離的傳輸,使業(yè)務(wù)處理請求可以
        
        安全有效地到達內網(wǎng)并進(jìn)行處理。
        
        內網(wǎng)服務(wù)軟件:
        
              內網(wǎng)服務(wù)軟件完成與外網(wǎng)服務(wù)軟件的隔離傳輸,及與前端軟件的安全認證和加
        
        解密,對前端產(chǎn)生的事務(wù)處理請求進(jìn)行解釋、執行,依靠數據庫適配層軟件,將各
        
        業(yè)務(wù)數據庫同步至外網(wǎng)查詢(xún)服務(wù)軟件。
        
        局端數據庫適配層軟件:
        
             局端數據庫適配層軟件對存在于多體系異種數據庫平臺的業(yè)務(wù)數據庫提供抽象
        
        接口,支持內網(wǎng)服務(wù)軟件完成事務(wù)處理及數據同步。
        
      三.移動(dòng)GPRS專(zhuān)線(xiàn)APN傳輸方式
        
               1.根據企業(yè)對網(wǎng)絡(luò )的特殊要求,本公司設計了基于GPRS網(wǎng)絡(luò )的數據傳輸方案,采用了多種安全措施,主要包括:
        
        ·通過(guò)一條2M 專(zhuān)線(xiàn)由信息中心接入移動(dòng)公司GPRS網(wǎng)絡(luò ),雙方互聯(lián)路由器之間采用私有IP地址進(jìn)行廣域連接,在GGSN

      與移動(dòng)公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道。
        
        ·為客戶(hù)分配專(zhuān)用的APN,普通用戶(hù)不得申請該APN。用于GPRS專(zhuān)網(wǎng)的SIM卡僅開(kāi)通該專(zhuān)用APN,限制使用其他APN。
        
        ·客戶(hù)可自建一套RADIUS服務(wù)器和DHCP服務(wù)器,GGSN向RADIUS服務(wù)器提供用戶(hù)主叫號碼,采用主叫號碼和用戶(hù)賬

      號相結合的認證方式;用戶(hù)通過(guò)認證后由DHCP服務(wù)器分配企業(yè)內部的靜態(tài)IP地址。
        
        ·端到端加密:移動(dòng)終端和服務(wù)器平臺之間采用端到端加密,避免信息在整個(gè)傳輸過(guò)程中可能的泄漏。
        
        ·雙方采用防火墻進(jìn)行隔離,并在防火墻上進(jìn)行IP地址和端口過(guò)濾。
        
        2.APN業(yè)務(wù)流程

        GPRS專(zhuān)網(wǎng)系統終端上網(wǎng)登錄服務(wù)器平臺的流程為:
        
        1) 用戶(hù)發(fā)出GPRS登錄請求,請求中包括由移動(dòng)公司為GPRS專(zhuān)網(wǎng)系統專(zhuān)門(mén)分配的專(zhuān)網(wǎng)APN;
        
        2) 根據請求中的APN,SGSN向DNS服務(wù)器發(fā)出查詢(xún)請求,找到與企業(yè)服務(wù)器平臺連接的GGSN,并將用戶(hù)請求通過(guò)

      GTP隧道封裝送給GGSN;
        
        3) GGSN將用戶(hù)認證信息(包括手機號碼、用戶(hù)賬號、密碼等)通過(guò)專(zhuān)線(xiàn)送至Radius進(jìn)行認證;
        
        4) Radius認證服務(wù)器看到手機號等認證信息,確認是合法用戶(hù)發(fā)來(lái)的請求,向DHCP服務(wù)器請求分配用戶(hù)地址;
        
        5) Radius認證通過(guò)后,由Radius向GGSN發(fā)送攜帶用戶(hù)地址的確認信息;
        
        6) 用戶(hù)得到了IP地址,就可以攜帶數據包,對GPRS專(zhuān)網(wǎng)系統信息查詢(xún)和業(yè)務(wù)處理平臺進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。
        
      四、移動(dòng)資費標準及設備費用

        1、該業(yè)務(wù)包括開(kāi)戶(hù)費、安裝調試費、GPRS專(zhuān)網(wǎng)使用費以及使用GPRS 產(chǎn)生流量的資費。
        
        1) 專(zhuān)網(wǎng)開(kāi)戶(hù)費以及安裝調試費(專(zhuān)網(wǎng)應用)
        
        開(kāi)戶(hù)費:1000元
        
        安裝調試費:500元
        
        2)服務(wù)器端GPRS專(zhuān)網(wǎng)使用費(專(zhuān)網(wǎng)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(guò)贈送流量后的流量費(元/KB)
        
        自由套餐 0 0 0.03
        
        經(jīng)濟套餐 20 1 0.01
        
        時(shí)尚套餐 100  20 0.01
        
        力創(chuàng )套餐 60 不限量使用(專(zhuān)用APN)
        
        以上費用各地移動(dòng)公司有不同的優(yōu)惠政策,請和當地移動(dòng)公司具體洽談.
        
        2、設備需要終端路由器一臺在5000元左右(客戶(hù)自行選擇),每個(gè)點(diǎn)配備一臺GPRS無(wú)線(xiàn)MODEM,大概在1000-1500元之間。

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