第一部分 GPRS網(wǎng)絡(luò )簡(jiǎn)介

    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、或大數據的包月包年計費。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)數據傳輸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通信方式更適合于各類(lèi)數據采集業(yè)務(wù)，目前城市供水管網(wǎng)系統與各采用有線(xiàn)交互傳輸或電臺方式，甚至有些偏遠井道要有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )接入成了不可能。月租費太高，用電話(huà)線(xiàn)傳送數據按時(shí)間計費，帶來(lái)諸多不便，費用也不便宜。、

GPRS網(wǎng)絡(luò )優(yōu)點(diǎn)

    1、覆蓋范圍。構建城市供水管網(wǎng)系統要求數據通信覆蓋范圍廣，擴容無(wú)限制，接入地點(diǎn)無(wú)限制，能滿(mǎn)足城區、鄉鎮和跨地區的接入需求。由于管網(wǎng)檢測點(diǎn)數量眾多，分布在地區的各個(gè)角落，而且地理位置分散。另外，還必須考慮今后系統擴充的可能，必須具有良好的可擴展性。由于目前GPRS已覆蓋省內絕大部分地區，能夠滿(mǎn)足城市供水管網(wǎng)系統對覆蓋范圍的要求。 

    2、數據傳輸速率高。目前GPRS實(shí)際數據傳輸速率在40Kbps左右，完全能滿(mǎn)足供水管網(wǎng)系統數據傳輸速率的需求。

    3、系統的傳輸容量大。城市供水管網(wǎng)系統要和每一個(gè)監測點(diǎn)實(shí)現實(shí)時(shí)連接。由于監測點(diǎn)數量眾多，系統要求能滿(mǎn)足突發(fā)性數據傳輸的需要，而GPRS技術(shù)能很好地滿(mǎn)足傳輸突發(fā)性數據的需要。

    4、通信費用控制靈活。采用傳統的有線(xiàn)方式建立供水管網(wǎng)系統，必須租用專(zhuān)線(xiàn)或電話(huà)線(xiàn)進(jìn)行連接。由于管網(wǎng)監測點(diǎn)必須與中心隨時(shí)保持連線(xiàn)狀態(tài)，而每次數據發(fā)送的數據量很小，線(xiàn)路資源利用率很低，平均每一個(gè)監測點(diǎn)每月的線(xiàn)路費用為800～1200元。而如果采用GPRS通信方式，由于GPRS采用按數據流量計費的方式，資源利用率高，月通信費用將在200元之內，如果數據量很大的情況下也可按包月或包年計費。

    5、良好的實(shí)時(shí)響應與處理能力。與短消息服務(wù)比較，由于GPRS具有實(shí)時(shí)在線(xiàn)特性，系統無(wú)時(shí)延，可很好的滿(mǎn)足系統對數據采集和傳輸實(shí)時(shí)性的要求。

第二部分 概述

    隨著(zhù)我國經(jīng)濟的發(fā)展、城市規模的擴大和現代化程度的不斷提高，城市的供水管網(wǎng)系統也越來(lái)越龐大，且許多供水管線(xiàn)的填埋情況復雜、資料不清，有些管線(xiàn)甚至僅憑當時(shí)施工工人的記憶去尋找，造成諸多設計上的失誤和施工中的事故。 

    采用人工方法，借助圖紙、各類(lèi)卡片來(lái)管理城市供水管網(wǎng)系統，已越來(lái)越難以滿(mǎn)足實(shí)際需要。所以實(shí)現對供水管網(wǎng)管理系統的需求是相當迫切的。業(yè)內眾多有識之士已達成共識：使用計算機，借助無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )系統技術(shù)來(lái)進(jìn)行供水管網(wǎng)的管理、管網(wǎng)設計及數據采集，已是勢在必行。

    基于GPRS網(wǎng)絡(luò )平臺的無(wú)線(xiàn)數據技術(shù)自2002年在中國正式商用以來(lái)，以“實(shí)時(shí)在線(xiàn)、按流量計費、覆蓋率廣”等優(yōu)勢在各行業(yè)取得廣泛應用，隨著(zhù)信息化的發(fā)展，DTU已經(jīng)完全取代了以往的各種有線(xiàn)接入。而以往的有線(xiàn)連接必須依賴(lài)于網(wǎng)絡(luò )布線(xiàn)、固定電話(huà)線(xiàn)路，對于發(fā)展移動(dòng)性的服務(wù)、增設新的服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)、增設臨時(shí)性的窗口常會(huì )受到有線(xiàn)連接的困擾。同時(shí)布線(xiàn)還需要昂貴的費用和鋪設時(shí)間，對已有的網(wǎng)絡(luò )也會(huì )有影響，所以有線(xiàn)連接已經(jīng)嚴重限制了目前各種信息化應用的主要原因。

GPRS與其它通迅方式綜合比較表：

第三部分 產(chǎn)品介紹

F2100 GPRS DTU技術(shù)規范

    F2100 GPRS DTU采用高性能嵌入式處理器，以實(shí)時(shí)操作系統為軟件支撐平臺，內嵌自主知識產(chǎn)權的TCP/IP協(xié)議棧。為用戶(hù)提供高速，穩定可靠，數據終端永遠在線(xiàn)，多種協(xié)議轉換的虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )。針對網(wǎng)絡(luò )流量控制的用戶(hù)，產(chǎn)品支持語(yǔ)音，短信，數據觸發(fā)上線(xiàn)以及超時(shí)自動(dòng)斷線(xiàn)的功能。同時(shí)也支持雙數據中心備份，以及多數據中心同步接收數據等功能。公司產(chǎn)品已廣泛應用于金融，水利，環(huán)保，電力，郵政，氣象等行業(yè)。

1、 無(wú)線(xiàn)參數

1、支持EGSM900/GSM1800無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )

2、GPRS multi-slot class 10 

3、編碼方案：CS1~CS4

4、符合SMG31bis技術(shù)規范

5、Compliant to GSM phase 2/2+

6、支持數據和短信功能

2、 硬件系統

1、高性能RISC 嵌入式處理器，主頻100M，512K FLASH。

2、接口：

同時(shí)支持RS232/RS485串口。串口速率110~230400bits/s。

指示燈：具有電源、通信及在線(xiàn)指示燈。

天線(xiàn)接口：標準SMA陰頭天線(xiàn)接口，特性阻抗50歐。

SIM卡接口：3V/1.8V標準的推桿式用戶(hù)卡接口。

電源接口：標準的3芯火車(chē)頭電源插座。

3、供電：

外接電源：DC 9V 500mA

寬電壓供電：DC 5-35V

通信電流：<350mA (9V)

待機電流：<35mA (9V)

4、無(wú)線(xiàn)模塊

采用高性能工業(yè)級GPRS無(wú)線(xiàn)模塊

5、尺寸

外形尺寸：91x58.5x22 mm（不包括天線(xiàn)及固定件） 

6、其他參數:

工作環(huán)境溫度 -25~+65?C

儲存溫度 -40~+85?C

相對濕度 95%(無(wú)凝結)

3、 軟件功能

1. 智能防掉線(xiàn)，支持在線(xiàn)檢測，在線(xiàn)維持，掉線(xiàn)自動(dòng)重撥，確保設備永遠在線(xiàn)。

2. 支持RSA，RC4加密算法

3. 支持虛擬數據專(zhuān)用網(wǎng)（APN）

4. 透明數據傳輸與協(xié)議轉換，支持多種工作模式

5. 支持數據中心動(dòng)態(tài)域名和IP地址訪(fǎng)問(wèn)

6. 支持雙數據中心備份

7. 支持多數據中心

8. 支持短信、語(yǔ)音、數據等喚醒方式以及超時(shí)斷開(kāi)網(wǎng)絡(luò )連接。

9. 支持短消息備份及告警。

10. 多重軟硬件看門(mén)狗

11. 數據包傳輸狀態(tài)報告。

12. 標準的AT命令界面

13. 可以用做普通撥號MODEM

14. 支持telnet功能。

15. 支持遠程配置，遠程控制

16. 通過(guò)串口軟件升級

17. 同時(shí)支持LINUX和WINDOWS操作系統

第三部分 供水管網(wǎng)系統組成

一、系統組成結構及功能要求

供水管網(wǎng)遠程測控調度系統結構圖

如上圖所示供水管網(wǎng)遠程測控調度系統由調度中心、無(wú)線(xiàn)GPRS 網(wǎng)絡(luò )、遠程終端單元（RTU）幾個(gè)部分組成：

l 遠程終端單元（RTU）

    遠程終端單元RTU 分散的分布在供水管網(wǎng)的遙測點(diǎn)上，主要由F2100 GPRS模塊、電源、天線(xiàn)、PLC 的CPU 及各種I/O 模板及后備電池、機箱等幾部分組成。遠程終端單元RTU與現場(chǎng)設備的開(kāi)關(guān)量、模擬量信號相連，進(jìn)行數據采集、處理、存儲并通過(guò)GPRS 網(wǎng)絡(luò )與調度中心傳送數據，接收并執行上位機的命令。

具體功能如下：

RTU 機箱：安裝于遙測點(diǎn)現場(chǎng)，為壁掛式，具有防盜功能（包括GPRS 模塊天線(xiàn)），其固定螺絲置于箱體內，設置門(mén)鎖，箱體內具有220V 交流電（如井下無(wú)條件具備220V電壓，可考慮蓄電池、鋰電池等能滿(mǎn)足終端產(chǎn)品電壓需求的供電裝置），信號輸入輸出接線(xiàn)端子，設置交流進(jìn)線(xiàn)空氣開(kāi)關(guān)，如有條件可配備一220V 交流電插座（檢修時(shí)方便使用）

PLC：使用西門(mén)子、三菱、歐姆龍等知名品牌

提供4 路4-20mA 模擬輸入、6 路開(kāi)關(guān)量輸入、4 路開(kāi)關(guān)量輸出，無(wú)需監控中心控制，可自行進(jìn)行測量，并保存累積數據系統；

具有實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能（可通過(guò)監控中心設定校準），采集到的數據以時(shí)間為順序，以5分鐘/每次的密度，能在RTU 端存儲一天的歷史數據，程序、參數、歷史數據具有掉電保護功能；

定時(shí)上報：把從儀表采集到的數據，以定時(shí)（整5 分鐘報一次）方式上報；

實(shí)現數據點(diǎn)播：可以響應各監控中心發(fā)出的查詢(xún)請求，將實(shí)時(shí)時(shí)刻或歷史時(shí)刻的數據發(fā)給監控中心，數據可發(fā)給多個(gè)監控中心；

輸入信號損壞時(shí)發(fā)出報警信息；

當系統上電復位，或系統運行、通信發(fā)生異常死機復位（看門(mén)狗復位）時(shí)，系統根 據復位類(lèi)型不同進(jìn)行復位處理，保證系統正常工作。

可為一次儀表（兩線(xiàn)制，三線(xiàn)制）提供24V 電源，具有一次表供電功能。

F2100 GPRS模塊：其核心使用SIMEMS MC39I無(wú)線(xiàn)模塊，內嵌TCP/IP協(xié)議，

支持900/1800 MHz系統，提供RS-232或RS-485自選接口，支持各種非TCP/IP終端設備數據的透明傳輸，可上電即自動(dòng)撥號上網(wǎng)，一直在線(xiàn)，自檢測假撥號現象，掉線(xiàn)可自動(dòng)重撥。帶自主開(kāi)發(fā)的主控電路和硬件看門(mén)狗，保證電路的可靠工作，并可根據用戶(hù)需要進(jìn)行遠程在線(xiàn)維護。

（可選的備用冗余功能）調度中心可以設一主一備兩個(gè)中心（即有一主一備兩個(gè)IP地址），平時(shí)RTU端的GPRS模塊只與調度中心主中心（主IP地址）聯(lián)系，當主IP地址聯(lián)系不上時(shí)，RTU端的GPRS模塊能自動(dòng)與備用IP地址聯(lián)系，切換到備用系統進(jìn)行工作，當主IP地址系統恢復正常，關(guān)閉備用IP地址系統時(shí)，能恢復到主IP地址系統進(jìn)行工作（最多可以和5個(gè)中心同時(shí)通信）。

通信工作原理：

u 首先對DTU進(jìn)行設置，設置要連接的中心IP和端口及其它必要性的設置，設置好之后PLC通過(guò)RS232或RS485接口和DTU相連，DTU上電之后根據事先設置好的中心IP和端口進(jìn)行連接，成功連接到中心軟件后即可雙向傳輸數據。

u 終端流量傳感器、水壓傳感器工作時(shí)所產(chǎn)生的數據通過(guò)串口往無(wú)線(xiàn)模塊串口送，無(wú)線(xiàn)模塊檢測到串口的數據后最終數據信息發(fā)送到中心去

l 調度中心

中心條件:首先用某臺能上網(wǎng)的PC機，條件必須能讓外網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)的到，如運行中心軟件的PC機在局域網(wǎng)里面，那要在局域網(wǎng)路由器做端口映射到本機PC，等這些條件具備之后在本機運行一個(gè)中心DEMO，開(kāi)放一個(gè)端口，運行軟件等待DTU的連接。

DTU連接中心后，就可按要求進(jìn)行傳輸數據，中心收到數據后，通過(guò)系統進(jìn)行解密、過(guò)濾、篩選，最終獲得所需要的數據進(jìn)行分析、統計等工作。

注：中心軟件可使用組態(tài)軟件、力控軟件或自行開(kāi)發(fā)軟件（可提供源碼）

組網(wǎng)方案如下：

A、公網(wǎng)方案：

中心用一個(gè)服務(wù)器組作為中心接收，中心采用ADSL 等INTELNET 公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP 或者公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP+DNS 解析服務(wù)。此種方案先向INTERNET 運營(yíng)商申請ADSL等寬帶業(yè)務(wù)。

1) 中心公網(wǎng)固定IP：監控點(diǎn)直接向中心固定IP 發(fā)起連接。運行可靠穩定，推薦此種方案。（當然固定IP 費用比較貴，視客戶(hù)財力決定）

2) 中心公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP+DNS 解析服務(wù)：大部分IP 都是動(dòng)態(tài)的，而且費用相對便宜。

客戶(hù)先與DNS 服務(wù)商聯(lián)系開(kāi)通動(dòng)態(tài)域名，動(dòng)態(tài)域名解析軟件網(wǎng)址如下：（可以先申請免費的二級域名）

88IP解析http://www.88ip.cn

監控點(diǎn)先采用域名尋址方式連接DNS 服務(wù)器，再由DNS 服務(wù)器找到中心公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP，建立連接。此種方式可以大大節約公網(wǎng)固定IP 的費用，但穩定性受制于DNS服務(wù)器的穩定，所以要尋找可靠的DNS 服務(wù)商。

B、專(zhuān)網(wǎng)方案：

根據客戶(hù)內部網(wǎng)對網(wǎng)絡(luò )安全的特殊要求，決定采用中國移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò )的專(zhuān)用APN形式入網(wǎng)，每個(gè)SIM卡綁定固定內部IP，擁有獨立上網(wǎng)APN名，其特點(diǎn)如下：網(wǎng)內分配專(zhuān)用的APN名，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，也限制網(wǎng)外SIM卡使用專(zhuān)網(wǎng)APN。專(zhuān)門(mén)由移動(dòng)公司機房牽出專(zhuān)線(xiàn)聯(lián)接中心服務(wù)器組。這種方案安全性和穩定性大大提高，但費用比較高。

中心采用APN專(zhuān)線(xiàn)， 所有點(diǎn)都采用內網(wǎng)固定IP

u 客戶(hù)中心通過(guò)一條2M APN專(zhuān)線(xiàn)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固定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。

u 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卡才能進(jìn)入專(zhuān)網(wǎng)APN，防止其他非法用戶(hù)的進(jìn)入。

u 用戶(hù)在內部建立RADIUS服務(wù)器，作為內部用戶(hù)接入的遠程認證服務(wù)器（或在A(yíng)PN路由器內，啟用路由器本地認證功能）。只有通過(guò)認證的用戶(hù)才允許接入，用以保證用戶(hù)內部安全。

u 用戶(hù)在內部建立DHCP服務(wù)器（或在A(yíng)PN路由器內，啟用DHCP功能），為通過(guò)認證的用戶(hù)分配用戶(hù)內部地址。

u 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。

此種方案無(wú)論實(shí)時(shí)性，安全性和穩定性較前一種方案都有大大提高，適合于安全性要求較高、數據點(diǎn)比較多、實(shí)時(shí)性要求較高的應用環(huán)境。在資金允許的情況下之最佳組網(wǎng)方式。

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)。 

l 調度中心功能

公司調度中心通過(guò)網(wǎng)絡(luò )與公司內部網(wǎng)連接，調度中心PC 通過(guò)GPRS 網(wǎng)絡(luò )向RTU 下發(fā)配置信息、控制信息，及接收下位機上報的數據及告警信息，同時(shí)對采集的數據進(jìn)行管理，提供查詢(xún)、統計、報表等功能

調度中心、監控分中心的具體功能如下：

能夠給RTU 下發(fā)組態(tài)信息、控制命令，能夠校準RTU 的時(shí)

RTU 發(fā)送來(lái)的數據自動(dòng)進(jìn)入數據庫，數據庫具備一定的安全措施

處理RTU 的報警信息

數據遙測功能：定時(shí)巡測、手動(dòng)巡測、隨機抽測、分組召測

遙控功能：控制RTU 開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)的開(kāi)、關(guān)狀態(tài)、遙信開(kāi)關(guān)狀態(tài)

參數狀態(tài)管理功能：設置修改各測量數據上、下限值，通訊參數

在線(xiàn)組態(tài)功能：新增RTU 數據采集點(diǎn)等參數通過(guò)組態(tài)定義即可完成。

數據庫管理功能：對測得的數據建庫，對數據進(jìn)行處理，查詢(xún)歷史數據，報表打印

具有數據顯示功能： 能顯示測量的各種數據、遙信開(kāi)關(guān)狀態(tài)、各種系統圖形等

具有圖形功能,模擬顯示管網(wǎng)圖、水廠(chǎng)工藝流程圖等

搶修修理、停水、管網(wǎng)沖洗等數據錄入及統計。

數據共享功能：提供一個(gè)WEB 站點(diǎn)，該WEB 站點(diǎn)使公司寬帶內部網(wǎng)的任意一臺工作站只通過(guò)WEB 瀏覽器就可以登陸查看所有監控點(diǎn)的實(shí)時(shí)數據和存儲的任何時(shí)間段的歷史數據。WEB 站點(diǎn)通過(guò)用戶(hù)身份認證授權方式控制該用戶(hù)可訪(fǎng)問(wèn)那些監控點(diǎn)的實(shí)時(shí)監控數據和存儲的任何時(shí)間段的歷史數據。調度中心系統管理員能增加、刪除可訪(fǎng)問(wèn)用戶(hù)，并對用戶(hù)進(jìn)行不同權限的授權。該WEB 站點(diǎn)應能通過(guò)超鏈接方式聯(lián)入公司統一平臺。

具備一開(kāi)放的實(shí)時(shí)數據庫，DLP 大屏控制器軟件能夠讀取各監測點(diǎn)的實(shí)時(shí)數據。