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摘要：本文提供了一種基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的氣象信息采集系統(tǒng)原理和實現(xiàn)方案，簡要介紹了GPRS技術(shù)的基本知識，描述了GPRS無線傳輸應(yīng)用于氣象信息采集系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。通過實際應(yīng)用，獲得了理想的效果.
關(guān)鍵詞：GPRS；DTU；Internet；氣象；GPRS DTU
一、項目背景
氣象信息采集系統(tǒng)利用實時采集的氣象資料，對末來一定時段內(nèi)的氣象情況作出較為精確的預(yù)測和報警，包括進行短期的降雨預(yù)報、中期降水預(yù)報和洪水的預(yù)警預(yù)報，是防汛工作中非常重要的環(huán)節(jié)。
某省氣象局氣象信息的采集由各氣象觀測站利用氣象采集設(shè)備自動完成采集，通過DDN或者電話線向氣象中心傳送氣象數(shù)據(jù)，氣象局利用氣象信息處理程序?qū)Ω鳉庀笥^測站采集的氣象數(shù)據(jù)進行加工處理和分析，進而可對短期的降雨和中期降水進行預(yù)報，并通過防汛系統(tǒng)向防汛辦報送資料，為洪水預(yù)報和防汛提供可靠的決策支持。
目前，某省氣象局現(xiàn)已在全省范圍內(nèi)建立了300多個氣象觀測信息采集點，各氣象采集點按照設(shè)定的時間間隔采集區(qū)域內(nèi)的各種氣象信息資料，包括溫度、氣壓、濕度等，測量結(jié)果通過DDN或者PSTN電話線向氣象中心傳送氣象數(shù)據(jù)。采用DDN可充分保證數(shù)據(jù)傳輸暢通，完整，但缺點是月租費太高；采用PSTN電話線傳輸數(shù)據(jù)，按時間計費，費用也不便宜。
目前，該省氣象局正考慮建立GPRS氣象信息采集數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)試點。在試點中選擇20多個氣象采集點，采用GPRS無線數(shù)據(jù)通信方式傳輸氣象資料。在試點中，各氣象采集點通過GRPS與中心站主機保持實時連接，自動觀測設(shè)備將獲得的氣象信息通過GPRS傳給氣象中心主機，氣象中心主機對信息進行處理，形成氣象預(yù)報信息。
二、GPRS方案的優(yōu)勢
中國移動GPRS系統(tǒng)可提供廣域的無線IP連接。在移動通信公司的GPRS業(yè)務(wù)平臺上構(gòu)建氣象信息采集傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)氣象信息采集點的無線數(shù)據(jù)傳輸具有可充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，縮短建設(shè)周期，降低建設(shè)成本的優(yōu)點，而且設(shè)備安裝方便、維護簡單。經(jīng)過比較分析，我們選擇中國移動的GPRS系統(tǒng)作為氣象信息采集傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信平臺。
1、覆蓋范圍。構(gòu)建氣象信息采集傳輸系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)通信覆蓋范圍廣，擴容無限制，接入地點無限制，能滿足山區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求。由于氣象信息采集點數(shù)量眾多，分布在全省范圍內(nèi)，部分氣象信息采集點位于偏僻地區(qū)，而且地理位置分散。
另外，還必須考慮今后系統(tǒng)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(nèi)絕大部分地區(qū)，能夠滿足氣象信息采集傳輸系統(tǒng)對覆蓋范圍的要求。
2、數(shù)據(jù)傳輸速率高。每個氣象信息采集點每次數(shù)據(jù)傳輸量在10Kbps之內(nèi)，目前GPRS實際數(shù)據(jù)傳輸速率在40Kbps左右，完全能滿足本系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率（≥10Kbps）的需求。
3、系統(tǒng)的傳輸容量大。氣象中心站要和每一個氣象信息采集點實現(xiàn)實時連接。由于氣象信息采集點數(shù)量眾多，系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰鳪PRS技術(shù)能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要。
4、通信費用低。采用傳統(tǒng)的有線方式建立氣象信息采集傳輸系統(tǒng)，必須租用專線或電話線進行連接。由于氣象信息采集點必須與中心隨時保持連線狀態(tài)，而每次數(shù)據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)量很小（在幾K至10K之間），線路資源利用率很低，平均每一個氣象信息采集點每月的線路費用為800～1200元。而如果采用GPRS通信方式，由于GPRS采用按數(shù)據(jù)流量計費的方式，資源利用率高，月通信費用將在200元之內(nèi)。
5、良好的實時響應(yīng)與處理能力。與短消息服務(wù)比較，由于GPRS具有實時在線特性，系統(tǒng)無時延，可很好的滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸實時性的要求。
三、解決方案介紹
（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1、氣象信息采集點：采用廈門才茂的GPRS無線數(shù)據(jù)采集傳輸終端，通過RS232串口與計算機相連，接入移動公司為氣象局提供的專用的GPRS網(wǎng)絡(luò)。氣象信息采集點的計算機運行系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。網(wǎng)絡(luò)對氣象信息采集點的接入地點、時間、數(shù)量沒有限制，可以隨時增減。可以滿足山區(qū)、偏遠地區(qū)和跨地區(qū)接入的需求。
2、氣象中心站：采用省移動通信公司提供的DDN專線，與GPRS網(wǎng)絡(luò)相連。由于DDN專線可提供較高的帶寬，當(dāng)氣象信息采集點數(shù)量增加，中心不用擴容即可滿足需求。
3、GPRS傳輸
氣象站采用移動提供的線路和接口。各氣象信息采集點使用移動通信公司統(tǒng)一的STK卡，同時氣象中心對各點進行登記，保存相關(guān)資料以便識別和維護處理。氣象信息采集點使用的STK卡只能用于與氣象信息采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信功能。各氣象信息采集點運行原有的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，支持24小時實時在線，實現(xiàn)氣象信息采集點24小時傳送采集的氣象信息數(shù)據(jù)。
凡省級氣象局授權(quán)的氣象信息采集點均可以使用本系統(tǒng)：
1、氣象信息采集點必須使用移動統(tǒng)一的STK卡，用戶使用本卡只能用于與氣象站數(shù)據(jù)通信功能。
2、使用的終端設(shè)備用飛旗科技提供的GPRS移動終端設(shè)備。
3、用戶登記：符合省級氣象局的規(guī)定。
（二）產(chǎn)品特性
氣象信息采集傳輸系統(tǒng)采用廈門才茂通信技術(shù)有限公司CM3150P GPRS DTU。CM3150P GPRS DTU采用ARM9高性能工業(yè)級嵌入式處理器，以實時操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺,超大內(nèi)存,內(nèi)嵌自主知識產(chǎn)權(quán)的TCP/IP協(xié)議棧。為用戶提供高速，穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)終端永遠在線，多種協(xié)議轉(zhuǎn)換的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)。針對網(wǎng)絡(luò)流量控制的用戶，產(chǎn)品支持語音，短信，數(shù)據(jù)觸發(fā)上線以及超時自動斷線的功能。同時也支持雙數(shù)據(jù)中心備份，以及多數(shù)據(jù)中心同步接收數(shù)據(jù)等功能。公司產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于金融，水利，環(huán)保，電力，郵政，氣象等行業(yè)。
無線參數(shù):
支持EGSM900/GSM1800無線網(wǎng)絡(luò)
GPRS multi-slot class 10
編碼方案：CS1~CS4
符合SMG31bis技術(shù)規(guī)范
Compliant to GSM phase 2/2+
支持數(shù)據(jù)、語音、短信和傳真
硬件系統(tǒng):
CPU:工業(yè)級ARM9 CPU，200MPS,16K Dcache，16K Icache(業(yè)內(nèi)最高級CPU)
FLASH：8MB（可擴展至32MB）(業(yè)內(nèi)最大內(nèi)存容量)
SDRAM：64MB（可擴展至256MB）
接口：
1個RS232串口。串口速率110~230400bits/s
指示燈：具有電源、通信及在線指示燈。
天線接口：標準SMA陰頭天線接口，特性阻抗50歐。
SIM卡接口：3V/5V標準的推桿式用戶卡接口。
電源接口：標準的3芯火車頭電源插座。
語音接口：標準的耳機麥克風(fēng)接口。
供電：
外接電源：DC 9V 500mA
寬電壓供電：DC 5-35V
通信電流：350mA
待機電流：35mA
工業(yè)級無線模塊:
GRPS模塊：Simens MC39i
尺寸:
外形尺寸：92.7x61.3x23 mm（不包括天線及固定件）
其他參數(shù):
工作環(huán)境溫度 -25~+65ºC
儲存溫度 -40~+85ºC
相對濕度 95%(無凝結(jié))
軟件功能:
智能防掉線，支持在線檢測，在線維持，掉線自動重撥，確保設(shè)備永遠在線。
支持RSA，RC4加密算法
支持虛擬值守VWM（Virtual Man Watch）功能，確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠
支持虛擬數(shù)據(jù)專用網(wǎng)（APN）
透明數(shù)據(jù)傳輸與協(xié)議轉(zhuǎn)換，支持多種工作模式
支持數(shù)據(jù)中心動態(tài)域名和IP地址訪問
支持雙數(shù)據(jù)中心備份
支持多數(shù)據(jù)中心
支持主從模式
支持短信、語音、數(shù)據(jù)等喚醒方式以及超時斷開網(wǎng)絡(luò)連接。
支持短消息備份及告警。
多重軟硬件看門狗
數(shù)據(jù)包傳輸狀態(tài)報告。
標準的AT命令界面
可以用做普通撥號MODEM
支持telnet功能。
支持遠程配置，遠程控制
通過串口軟件升級
同時支持LINUX和WINDOWS操作系統(tǒng)
（三）安全措施
本系統(tǒng)需要極高的系統(tǒng)安全保障和穩(wěn)定性。安全保障主要是防止來自系統(tǒng)內(nèi)外的有意和無意的破環(huán)，網(wǎng)絡(luò)安全防護措施包括信道加密、信源加密、登錄防護、訪問防護、接入防護、防火墻等。穩(wěn)定是指系統(tǒng)能夠7×24小時不間斷運行，即使出現(xiàn)硬件和軟件故障，系統(tǒng)也不能中斷運行。
數(shù)據(jù)中心可通過公網(wǎng)使用VPN接入到移動GPRS網(wǎng)，采用VPN方式成本比較低，企業(yè)不用租用專線，還可以利舊使用原有的VPN設(shè)備，移動終端需要安裝具有VPN二次虛擬撥號的功能的軟件。通過VPN方式，客戶端在連接應(yīng)用服務(wù)器前，要經(jīng)過Ｒａｄｉｕｓ服務(wù)器的認證整個數(shù)據(jù)傳送過程得到了加密保護，安全性比較高，可充分保障速度和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。
另外，數(shù)據(jù)中心也可以采用APN接入方式，租用專線接入到移動公司的GGSN設(shè)備上，這種成本高，安全性高、穩(wěn)定可靠。
對于安全性要求非常高的系統(tǒng)，可考慮在專用APN接入的基礎(chǔ)上再加上VPN接入方式的混合接入方式，進一步提高系統(tǒng)的安全性。
1、VPN虛擬專網(wǎng)模式：企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中配置VPN服務(wù)器，移動終端加載具有VPN二次虛擬撥號的功能的客戶端軟件。采用VPN安全技術(shù)，用戶通過接入企業(yè)內(nèi)部虛擬專網(wǎng)的方式與Internet進行隔離，可對 整個數(shù)據(jù)傳送過程進行加密保護，有效避免非法入侵。
2、利用SIM卡的唯一性，對用戶SIM卡手機號碼進行鑒別授權(quán)，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)對SIM卡號和APN進行綁定，劃定用戶可接入某系統(tǒng)的范圍,只有屬于指定行業(yè)的SIM卡手機號才能訪問專用APN，移動終端與數(shù)據(jù)中心采用中國移動分配的專門的APN進行無線網(wǎng)絡(luò)接入，普通手機的SIM卡號無法呼叫專門的APN。
3、對于特定用戶，可通過數(shù)據(jù)中心分配特定的用戶ID和密碼， 其他沒有數(shù)據(jù)中心分配的用戶ID和密碼的用戶將無法登錄進入系統(tǒng)，系統(tǒng)的安全性進一步增強。
4、數(shù)據(jù)加密：通過VPN對整個數(shù)據(jù)傳送過程進行加密保護。
5、網(wǎng)絡(luò)接入安全鑒定機制：采用防火墻軟件，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)鑒權(quán)和安全防范功能，保障系統(tǒng)安全。
四、結(jié)論
采用GPRS構(gòu)建氣象信息采集系統(tǒng)，不僅能很好地滿足氣象信息采集的需求，而且，做為網(wǎng)絡(luò)運營商的移動通信公司也將因此獲得業(yè)務(wù)穩(wěn)定的集團用戶，隨著用戶數(shù)量的增加，移動通信公司的營收也隨之增加，調(diào)動了運營商的積極性，符合網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用同步發(fā)展的要求。
對于氣象局等用戶來說，由于通信費用較低，享受到了實惠。另外，由于接入設(shè)備可以移動，當(dāng)氣象觀測站和氣象信息采集點搬遷時設(shè)備可隨之遷移并可繼續(xù)使用，可以保護用戶原有投資，適合于氣象采集工作的特點。
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