3G/4G無線網絡數據監控系統方案介紹

一、網絡簡介

3G/4G無線網絡是目前解決移動通信信息服務的一種較完美的業務，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。3G/4G的推出，為行業和企業用戶開展無線數據傳輸提供了基礎設施平臺，為推動移動辦公的應用和發展創造了有利條件。與有線網絡相比，3G/4G無線網絡具有租用費用低、移動辦公，不受地域制約等優點。3G/4G的出現為企業和行業用戶開展無線辦公提供了一種新的選擇。

3G/4G無線通信方式更適合于監控數據采集業務，目前監控中心與各數據采集點大部分采用有線交互傳輸，甚至有些偏遠采集點要有線網絡接入成了不可能。月租費太高，用電話線傳送數據按時間計費，帶來諸多不便，費用也不便宜。

3G/4G網絡優點

    1、覆蓋范圍。

    2、數據傳輸速率高。

3、系統的傳輸容量大。

4、通信費用控制靈活。

5、良好的實時響應與處理能力。

二、產品特點介紹

  廈門才茂2G/3G/4G DTU是一款工業級無線數據傳輸設備，支持電信、移動、聯通三大運營商的無線網絡，支持無線網絡有：GPRS/CDMA/WCDMA/TD-SCDMA/EVDO/LTE-FDD/LTE-TDD；設備為用戶提供TCP透明無線遠距離數據傳輸或者UDP透明無線遠距離數據傳輸的功能。

  設備支持串口RS232接口、RS485接口、RS422接口、TTL接口或者USB接口，設備可以直接客戶的上述接口設備直接相連，把客戶的PLC設備、工控設備的數據透明傳輸到客戶的數據中心，實現對客戶端末設備的數據采集、數據傳輸、設備控制等功能。

  該產品采用ARM9工業級高性能嵌入式處理器，以實時操作系統為軟件支撐平臺,超大內存,內嵌自主知識產權的TCP/IP協議棧；設備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；設備提供在線維持技術，保持數據終端永久在線，保存數據鏈路任何時候暢通，實現高速、穩定、可靠的TCP/UDP透明數據傳輸功能。針對網絡流量和產品功耗比較敏感的客戶，本產品支持語音、短信、數據觸發上線以及超時自動斷線的功能，降低流量降低產品功耗，實現低功耗功能。

  該產品擁有ARM9工業級處理器和智能三級保護，它不但通過電力3000V電擊測試，還擁有專利技術，產品性能穩定可靠。

  該產品已廣泛應用于電力集中抄表、水表集中抄表、熱網監控、燃氣監控、水利監控、環保檢測、氣象檢測、地震監測，交通控制等等行業。

三、解決方案

1、系統綜合拓撲圖： 

 2、系統組成

本數據采集系統由控制中心；監控告警設備、和saro 3150P DTU組成。

1) 終端設備

終端器件組成: 才茂CM510 DTU、SIM卡、PLC、監控告警設備等。

u 首先對DTU進行設置，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或采集設備通過RS232接口和DTU相連，DTU上電之后根據事先設置好的中心IP和端口進行連接，成功連接到中心軟件后即可雙向傳輸數據。

u 監控開關量：蓄電池欠壓告警、負載故障（關斷、過載、短路）告警、子陣輸入故障告警、控制器故障告警、組件被盜告警、油機啟動信號、油機故障告警、風力機輸入故障告警；蓄電池過壓告警、蓄電池過溫告警、控制器過溫告警等數據通過DTU實時傳輸到監控中心。

目的：建立監控中心與采集點之間的信息網絡，完整、及時、準確采集告警數據，實現控制中心對采集點的管理、統計、分析，同時支持采集點基本日常業務管理，提高管理部門和采集點的工作效率。

2) 監控中心部分：寬帶網絡、服務器、PC、組態軟件或其它中心軟件。

u 首先用某臺能上網的PC機，條件必須能讓外網訪問的到，如運行中心軟件的PC機在局域網里面，那要在局域網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中心DEMO或組態軟件，開放一個端口，運行軟件等待DTU的連接。

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

目的:主要是監控中心對所有采集數據的集成。并且通過網絡將各個采集數據和中心監控部門聯系起來，及時的反饋數據采集點各類信息，提供管理部門制訂計劃。

通道建立成功后，DTU串口實時監控采集器的數據，只要串口有數據過來，DTU將全透明進行實時傳輸。如果數據量小，或需要定時傳輸數據的，DTU可選數據激活、電話呼叫或短信激活等模式，或根據實際應用也可考慮修改軟件來實現數據傳輸的需要。這樣就可靈活應用不同的數據傳輸需求來采取不同的傳輸方式，以減少及節約不必要的傳輸費用。

3、組網實施

方案一： 中心采用公網固定IP

中心采用ADSL等INTELNET公網連接，采用公網固定IP服務的。

此種方案向先INTERNET運營商申請ADSL等寬帶業務，中心有公網固定IP的。

監控點（無線數傳終端）直接向設定好的中心固定IP發起連接。

方案二：公網動態IP ＋ 域名(DNS)解析

中心采用ADSL等INTELNET公網連接，采用公網動態IP+DNS解析服務的。

客戶先與DNS服務商聯系開通動態域名，監控點(無線數傳終端)先采用域名尋址方式連接DNS服務器，再由DNS服務器找到中心公網動態IP，建立連接。也就是說當DTU上線后首先去連接設定好的DNS域名,再通過DNS服務器找到此域名當時在公網的動態IP,之后DTU再去連接這個IP及端口。

此種方式可以大大節約公網固定IP的費用，但穩定性受制于DNS服務器的穩定，所以要尋找可靠的DNS服務商。此種方案適合小規模應用。

方案三： APN專線

中心采用APN專線， 所有點都采用內網固定IP

u 客戶中心通過一條2M APN專線接入移動公司GPRS網絡，雙方互聯路由器之間采用私有固定IP地址進行廣域連接，在GGSN與移動公司互聯路由器之間采用GRE隧道。

u 為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請該APN。用于3G/4G無線專網的SIM卡才能進入專網APN，防止其他非法用戶的進入。

u 用戶在內部建立RADIUS服務器，作為內部用戶接入的遠程認證服務器（或在APN路由器內，啟用路由器本地認證功能）。只有通過認證的用戶才允許接入，用以保證用戶內部安全。

u 用戶在內部建立DHCP服務器（或在APN路由器內，啟用DHCP功能），為通過認證的用戶分配用戶內部地址。

u 移動終端和服務器平臺之間采用端到端加密，避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。

雙方采用防火墻進行隔離，并在防火墻上進行IP地址和端口過濾。

此種方案無論實時性，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、數據點比較多、實時性要求較高的應用環境。在資金允許的情況下之最佳組網方式。

業務流程 

3G/4G專網系統終端上網登錄服務器平臺的流程為： 

   1）用戶發出3G/4G無線登錄請求，請求中包括由通信公司為3G/4G專網系統專門分配的專網APN； 

2）根據請求中的APN，SGSN向DNS服務器發出查詢請求，找到與企業服務器平臺連接的GGSN，并將用戶請求通過GTP隧道封裝送給GGSN； 

3）GGSN將用戶認證信息（包括手機號碼、用戶賬號、密碼等）通過專線送至Radius進行認證； 

4）Radius認證服務器看到手機號等認證信息，確認是合法用戶發來的請求，向DHCP服務器請求分配用戶地址；

5）Radius認證通過后，由Radius向GGSN發送攜帶用戶地址的確認信息； 

6）用戶得到了IP地址，就可以攜帶數據包，對GPRS專網系統信息查詢和業務處理平臺進行訪問。

方案四：中心無線路由器接入

此方案在中心無寬帶條件接入的情況下采用，但要有CDMA或者3G/4G無線網絡覆蓋。

   1.中心采用無線路由器，采用DNS解析方式，穩定性較差。

   2.中心采用無線路由器，申請固定IP，穩定性好，推薦此方式。

   3.中心采用無線路由器，申請APN專線，穩定性較好，此方式為最佳

備注:如果主站是通過串口接收軟件的，那中心主站就要應用轉發軟件(本公司提供)，也就是說接收到的數據轉發到某個串口中(虛擬串口)，具體應用到時另與技術部聯系提供資料。

四、總結

以3G/4G無線網絡為基礎的無線數據系統有很廣泛的應用，3G/4G使互聯網進入快速無線領域，一直延伸到手掌上。除了支持傳統的互聯網應用，3G/4G也可使無線終端支持B2B、B2C的電子商務和電子支付、股票交易、銀行轉帳等應用。3G/4G同樣可以應用于公司內部網(INTRANET)，基于IP的遠程LAN接入，使無線終端成為LAN的延伸，幾乎所有低速率的數據傳輸服務都可以應用，如對電力系統自動化、工業監控、交通管理、氣象、金融、環保監測、煤礦、油田、證券等行業領域的應用。