流量测量和远程监控系统的发展现状

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流量测量和远程监控系统的发展现状

流量测量技术的发展，直接关系到整个国民经济的发展。 工业现场的流 量测量通常设置了多个测量节点，如对水、石油和天然气等流体的测量，这些 测量节点作为实现流量资源工作调度的节点，在整个监控系统中起着重要的作 用。对测量节点的运行状况进行监控，是掌握流量分配情况和流体资源使用总 量的手段，也是进行资源优化调度和自动化管理的依据。对测量节点流量监测 不仅要以安全可靠和功能完善为基础，还要力求做到无人值守和远程控制。 随着通信技术和互联网技术的快速发展，远程监控系统已成为当前研究领 域的一大热点，并为流量测量提供了一种有力可靠的远程测控方法。远程监控 系统主要由现场监控模块、通信系统和监控中心组成。现场监控模块一般包含 传感器和微控制器，处于远离监控中心的各监控点，负责完成信息的采集和响 应监控中心发出的控制命令。通信系统负责传输监测数据和命令，随着通信方 式的不同，通信系统的组成有很大差异。监控中心是整个系统运作的核心，负 责收集各监控模块上传的监控信息，发送各种操作命令以控制监控模块的行为。 监控中心一般由信息处理能力较强的计算机组成，运行专门的图形化监控软件， 将各监控点的状态形象地显示出来，同时对监测数据进行处理，为决策提供重要参考。 目前对水、石油和天然气等流体资源的测量，对水库大坝、水闸、供水系 统的远程监控，对河流水系洪水的监测，对引水闸、排灌站和船闸站的监控及 定期收集数据等，大都采用人工操作，现场记录数据汇总后，定时向管理中心 报告。管理中心根据这些数据进行决策。这种方法劳动力成本高，受人为因素 影响大。在建立了带有无线数据采集模块的自动监测系统后，就可及时获取现 场数据，并定时将现场监测数据传送到管理中心，这样不但节约成本、维护简 单，更重要的是管理中心能及时监测全局的数据，形成精确数据分析系统， 预测发展趋势，从容应对各种紧急情况。 用于流量测量的流量远程监控系统离不开通信技术，它的性能、传输速率 和稳定性都直接影响到整个系统的运行效率。因此，先进的通信方式的选择对 整个系统将有着重要作用。                                                                      远程监控系统的通信方式分为有线和无线两种，有线方式适用于位置固定、 传输距离较近的场合；无线方式适用于移动性大、距离较远的场合。 常用的有线通信方式有RS232、RS485、CAN总线等技术，主要用于工业 现场通信，这种通信技术抗干扰能力强，设备简单，但传输的距离较短，一般 在几十米到几百米。适合通信距离较短的监控领域。 有线通信还包括基于 PSTN（公共交换电话网）和 ADSL（非对称数字用 户环路）的广域网通信方式。PSTN是用Modem和电话线拨号上网，是一种 很普遍的通信方法，优点是覆盖范围广，连接容易，成本较低，缺点是数据传 输率较低。ADSL 是在普通电话线上传输高速数字信号的技术，它的数字通信 和语音通信使用不同的频段，因而两者可以互不干扰，同时进行。 可用于远程监控的无线通信主要有以下几种方式： [1] 数传电台：数传电台出现较早，应用很广泛，是一种不错的无线数传 方式，数传电台信号传输实时性好，运行费用低，但是建网初期投资巨大，传 输范围有限，而且容易受到空间无线信号的干扰。 [2] GSM：GSM（Global System for Mobile communication）全球移动通信 系统是世界上最大的通信网络。GSM网络的通信方式为时分多址，以电路交换 模式进行数据传输，在整个连接期内，用户无论是否传送数据都将独自占有无 线信道。如要满足监控系统的实时性要求，数据中心与监控终端要一直保持电 路上的链接，费用较高，而且中心只能保持对系统中的一个监控终端链接。 [3] 短信息：短信息是在GSM网络的空闲信道里传输的，当GSM网络比 较空闲时，短消息的实时性很好，一般在几秒内即可到达。但如果 GSM 网络 繁忙，短消息的延时就会达到几小时甚至更久，实时性很差。因此，短消息这 种通信方式不适合实时监控系统。 [4] WAP：一个完整的WAP（Wireless Application Protocol，无线应用协议） 系统由WAP 移动终端、WAP 协议网关和WEB信息服务器组成。WAP传输的 2 数据是WML（Wireless Markup Language，无线标记语言）格式的网页，因此 WAP 移动终端必须能够解析WML语言。用WAP 来构建远程监控系统，软件 编制量较大，监控中心要架设WAP网关，增加了系统的复杂度[5]。 [5] CDMA：CDMA（Code Division Multiple Access，码分多址）无线通信 技术是在扩频通信技术上发展起来的一种无线通信技术。在技术先进性、实际 数据传输速度和使用资费上，CDMA都比GPRS要胜上一筹，但CDMA由于 是一个全新的网络系统，目前开通的地方有限，信号覆盖的范围远没有 GPRS 广，而远程监控系统有时要分布在比较偏远的地区，基于这点考虑，GPRS 比 CDMA更有优势。 [6] GPRS：GPRS（General Packet Radio Service，通用分组无线业务）是建 立在 GSM 网络之上[6]，为用户提供高速分组数据业务的新的网络。它使用与 GSM相同的无线接口，但传输的是网络协议数据报。它使移动设备和笔记本电 脑能够无线接入互联网，实现网页浏览、收发电子邮件、FTP下载等各种网络 应用。GPRS 采用分组交换方式传输数据，可以灵活分配网络资源，仅在数据 传送时才使用无线信道，这样多个用户可以共享一条无线信道，提高资源 利用率。GPRS技术是GSM向3G过渡的关键技术，与GSM相比具有传输速 率高，接入时间短，支持IP协议，网络安全性高等新的特点。 总的来说，有线传输方式高速稳定，能够满足监控点相对集中、距离较近 的监控系统的需要。但是，有线传输一般需要铺设专门线路，工程量大，投资 相对较大，易受到城市建设的干扰。无线传输方式速率一般低于有线方式，但 使用更加灵活、便捷，只要在无线信号的覆盖范围内，就可以进行通信。

（二）GPRS 无线网络

（1）GPRS 概念 GPRS（General Packet Radio Service，通用分组无线业务）是第二代移动通 信技术GSM（2G）向第三代移动通信（3G）演进的过渡技术，因此也称2.5G 通信技术，是由英国BTCellnet公司在1993年提出的，是GSM Phase2+（1997 年）规范实现内容之一，是一种基于 GSM 的移动分组数据业务，面向用户提 供移动分组的IP或者X.25的链接。 3 GPRS 在现有的GSM网络基础上叠加了一个新的网络，同时在网络上增加 了一些硬件设备和软件升级，形成了一个新的网络逻辑实体，提供端到端的、 广域的无线IP链接。GPRS采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线 信道，同一无线信道又可以由多个用户共享，资源被有效的利用。GPRS 技术 传送速度几乎能让无线上网达到公网ISDN的效果，实现“随身携带互联网”。 使用 GPRS，数据实现分组发送和接收，用户永远在线而且按流量计费，降低 了运行的成本。 通俗的讲，GPRS是意向高速数据处理的科技，它以分组交换技术为基础， 在移动用户和数据网络之间提供一种链接，给移动用户提供高速无线IP和X.25 服务，用户通过 GPRS 可以在移动状态下使用各种高速数据业务，包括收发 E-mail、进行Internet 浏览等。                                                                  （2） GPRS 的网络结构 GPRS 网络是基于现有的GSM网络来实现的[8]。在现有的GSM网络中需 要增加一些节点：网关GPRS支持节点GGSN（Gateway GPRS Supporting Node） 和服务GPRS

支持节点SGSN（Serving GPRS Supporting Node）。 GGSN在GPRS网络和公用数据网之间起关口站的作用，它可以和多种不 同的数据网络链接，如ISDN和LAN等。SGSN纪录移动台的当前位置信息， 并在移动台和各种数据网络之间完成移动分组数据的发送和接收，为服务区内 所有用户提供双向的分组路由。系统公用GSM基站，但基站要进行软件更新， 并采用新的GPRS移动台。GPRS要增加新的移动性管理程序，并通过路由器 实现GPRS骨干网互联。图1.1所示为GPRS网络简化模型。

（3）GPRS 在远程监控方面的优势

中国移动的GPRS网络在以下几个方面具有明显的优势：

(1) GPRS 具有多种服质量可灵活支持多种数据应用。 GPRS 对数据传输设置有不同的服务质量参数：优先级、可靠性、时延、 数据速率。其中对于数据速率来说，GPRS 支持四种编码方式 C1、C2、C3、 C4 和多时隙（最多8个时隙）合并传输，使数据速率从9kbps到171kbps。GPRS 可根据应用的类型和网络资源的实际情况和网络质量、灵活选择服务质量参数 为用户提供服务，从而使GPRS能最好的支持频繁的、少量突发型数据业务。 4 图1.1 GPRS 的网络简化模型 ；

(2) GPRS 网络接入速度快，提供了与现有数据网的无线链接。 由于GPRS网本身就是一个分组型数据网，支持TCP/IP、X.25协议，因此 无需经过PSTN等网络的转接，就可以直接与分组数据网（IP网或X.25网） 互通，接入速度仅几秒钟，快于电路型数据业务；

（3）GPRS 资源利用率高，计费更加合理，用户使用更方便。 在GPRS网中，用户只需与网络建立一次链接，就可以长时间保持这种链 接，并只在数据传输时才占用信道并被计费，保持链接但不占用信道时不计费。 GPRS 可根据通信的数据量和提供的服务质量进行计费。这样，监控点不用频 繁建立链接，真正体现出实时性，也不必支付传输间隙时的费用；

（4）移动性能好。 GPRS 用户可随意分布和移动自己的网络点，无须担心线路的维护或有线 在移机时导致的通信中断。 此外，中国移动的GPRS商用较早，相应的技术服务比较到位，而且可以 为企业构建企业级VPN，有助于提高网络的通信质量和数据交换的安全性。