（农业电气化与自动化专业论文）基于gprs通信方式的自动抄表管理系统研究.pdf

广西大学学位论文原创性声明和使用授权0 姜i i q l 1 1 11 7 i i l 3 i7 i i l l 9 1 1 1 1 1 0 11 1 6 i i i l i 原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得 的成果和相关知识产权属广西大学所有。除已注明部分外，论文中不包含其 他人已经发表过的研究成果，也不包含本人为获得其它学位而使用过的内 容。对本文的研究工作提供过重要帮助的个人和集体，均已在论文中明确说 明并致谢。 敝作者撕：儒垆 w 。年f 月7 日 学位论文使用授权说明 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使用本论文的研究内容；。 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本； 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务： 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 清选择发布时间： 口即时发布口解密后发布 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定) ：踏，协雠：团鼍媾日 一，3翟童v曹y， 萎 ，+ ：， 基于g p r s 通信方式的自动抄表管理系统研究 摘要 本课题依据广西电网公司制定的电力需求侧管理系统数据传输规 约，研究基于g p r s 通信方式的自动抄表管理系统的终端硬件设备选取、 通信网络组建、服务器中心软件开发和整体系统调试，具体内容如下： 采取g p r s 网络和i n t e m e t 作为信息资料传输通道；选用一台微机和厦门 桑荣公司生产的s a r 0 3 1 5 0 e pg p r sd t u ，作为服务器中心和数据采集终端； 围绕v i s u a lc + + 6 0 和a c c e s s ，研究开发自动抄表管理系统的软件平台和信息 资料存储系统。 本课题研究的自动抄表管理系统，实现的主要功能包括：( 1 ) 终端设备 的地址设置，测量点基本参数和限值参数、定时发送1 类2 类数据任务的停 止及其启动、谐波限值等参数的设置；( 2 ) 控制终端设备的电容器( 9 组和1 6 组) 投切除；( 3 ) 查询终端地址参数、终端设备的电压电流模拟量配置参 数、功率因数分段限值等；( 4 ) 请求有关相电压、相电流、零序电流、有功 功率、无功功率以及电能示值的l 类数据和2 类数据；( 5 ) 最后，通过数据库 管理系统，存储有关参数设置功能的数据和源自终端设备的上行数据。 基于g p r s 通信方式的无线信息资料获取和处理的自动抄表管理系统， 扩大了抄表的范围、大幅度削减了硬件成本和管理成本，并且还拥有实时 性和稳定性等优点，对于自动抄表管理系统在社会生产中的应用，有了一 定程度的参考价值。 l 壹 ； 一 r “ r e s e a r c ho fa u t o m a t i cm e t e rr e a d i n gm a n a g e m e n t s y s t e mb a s e do n g p r s a b s t r a c t a c c o r d i n gt ot h ed a t at r a n s m i s s i o np r o t o c o lo fd s ms y s t e mo fg u a n g x i p o w e r c o r p o r a t i o n ，t h e a u t o m a t i cm e t e r r e a d i n gm a n a g e m e n ts y s t e m ( a m r m s ) o f g p r si sm a k eas t u d yo ft e r m i n a lh a r d w a r ed e v i c e ss e l e c t e d , c o m m u n i c a t i o nn e t w o r kf o r m e d ，s o 脚a r eo fs e r v e rc e n t e rd e v e l o p m e n t e da n d s y s t e md e b u g g e d ，t h ed e t a i l sa r ea sf o l l o w s ； i nt h i sa m r m s ，t h eg p r sa n di n t e r n e ta r ed a t at r a n s m i s s i o nc h a n n e l ，o n e c o m p m e r a n ds a r 0 315 0 e pg p r sd t uo fx i a m e ns a r ot e c h n o l o g yc o l t da r e s e r v e rc e n t e ra n dd a t ac o l l e c t i o nt e r m i n a lr e s p e c t i v e l y ，t h es o f t w a r ep l a t f o r m a n dd a t as t o r a g es y s t e ma l eb a s e do nv i s u a lc + + 6 0a n da c c e s sr e s p e c t i v e l y t h em a i nf u n c t i o n so fa m r m s i n c l u d i n g ；( 1 ) a d d r e s ss e t t i n go ft e r m i n a l e q u i p m e n t ，b a s i ca n dl i m i tp a r a m e t e r ss e t t i n go fm e a s u r i n gp o m t ，s t o pa n ds t a r t t h ec a t e g o r y1 c a t e g o r y2b yt i m i n g ，l i m i ts e t t i n go fh a r m o n i ca n ds oo n ，( 2 ) t h e i n p u t r e m o v a lc a p a c i t o r s ( 9 s e r i e sa n d16 s e r i e s ) o ft e r m i n a le q u i p m e n t , ( 3 ) i n q u i r et h et e r m i n a la d d r e s sp a r a m e t e r s ，a n a l o gc o n f i g u r a t i o np a r a m e t e r so f t e r m i n a lv o l t a g e c u r r e n ta n dl i m i tp a r a m e t e r so fp o w e rf a c t o r s e c t i o n ，( 4 ) r e q u e s tt h ec a t e g o r y1 c a t e g o r y2o fp h a s ev o l t a g e c u r r e n t ，a c t i v e r e a c t i v e p o w e ra n dp o w e rv a l u e ，( 5 ) s t o r a g es o m ed a t ao fp a r a m e t e rs e t t i n gf u n c t i o na n d u p l i n kd a t ao ft e r m i n a le q u i p m e m b a s e do ng p r st oo b t a i na n dp r o c e s sw i r e l e s si n f o r m a t i o n ，a m r m s e n l a r g e dt h ea r e ao fm e t e rr e a d i n g ，r e d u c e dt h eh a r d w a r ea n dm a n a g e m e mc o s t s s i g n i f i c a n t l y ，a sw e l la sg o tt h ea d v a n t a g e so fr e a lt i m ea n ds t a b i l i t y ，a n dw i l l g i v es o m er e f e r e n c ev a l u et ot h ea p p l i c a t i o no fa m r m s i ns o c i a lp r o d u c t i o n k e yw o r d s ：a u t o m a t i cm e t e rr e a d i n g ； g p r s ；t e r m i n a le q u i p m e m ； allll月翟； f博，op；l蜇，+；o女，； 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第一章绪论1 1 1 引言。1 1 2 研究任务及其意义o 2 1 3 自动抄表技术的研究状况2 1 3 1 国外研究状况2 1 3 2 国内研究状况4 1 3 3 存在问题6 1 4 本课题主要任务及其基本构架。7 第二章g p r s 网络技术8 2 1g p r s 概述8 2 2g p r s 的网络模型9 l 2 3g p r s 数据传输平面和无线接入点1 1 i 2 3 1 传输平面1 1 2 3 2 无线接入点1 2 2 4g p r s 移动台的管理1 2 2 4 1 概述1 2 2 4 2g p r s 移动台的管理1 3 2 5g p r s 无线网络的主要应用1 5 2 6 小结1 5 第三章g p r s 数据终端单元1 6 3 1d t u 外围硬件组成。1 6 3 2d t u 内部结构1 8 3 3d t u 工作模式2 0 3 4d t u 激活类型。2 1 3 5d t u 系统的主要功能2 5 3 。6d 、结2 6 第四章g p i 塔自动抄表系统的构建及其原理2 7 4 1 g p i 塔自动抄表系统的构建2 7 4 2g p r s 自动抄表系统的原理2 9 4 2 1 系统抄表模式2 9 4 2 2 系统工作原理3 0 4 2 3 系统的特点3 1 4 3 卅、i 墙：；：! 第五章g p r s 自动抄表管理系统软件设计3 3 5 1g p r s 自动抄表系统的数据传输规约分析。3 3 5 1 1 帧数据结构。3 3 5 1 2 帧传输过程3 6 i l l i v 3 8 3 9 4 0 果分析4 1 4 4 果分析4 6 4 7 4 8 51 ! ；：! ! ；：! 5 3 5 4 5 7 8 2 3 5 6 6 广西大国昀页士曹明立兹吁基于g p r s 通1 | 陌亨式的自动抄表管理勇。晓研究 1 1 引言 第一章绪论 近五十年来，风靡世界的互联网技术和数据通信技术、特别是发展速度突飞猛进的 无线数据通信技术，致使人类社会朝着愈发舒适、清洁地生产生活循序渐进的同时，许 许多多的信息采集装置和智能化的设备单元也参与到了社会化大生产的各种领域【l 刃。其 中，数据资料的收发和管理日趋受到相关技术人员和普通民众的重视。例如在电能量的 产生、调节、传送和使用等每一个流程之t 3 1 ，必不可少的是基于信息资料采集和管理 的自动抄表技术的应用。 新世纪伊始，我国民众工作、生活对能源的需求扶摇直上，尤其是每逢盛夏高温时 节，大中型城市对电能的需求节节攀升，而电能需求比较少的村落被间歇性停止供电的 现象则屡见不鲜，所以能否做好电能管理成为电力市场健康运作之中首当其冲的问题【4 j 。 为了增强电网作业的科学性，除了需要对电能量的产生、调节、传送和使用等每一个流 程 3 1 进行科学布局并且采取非常有必要的后备应急预案之外，还需要全天候不间断地掌 握整个电网络的工作状态，以便获取不同时间段电能的消耗量、各区域消耗量，从而合 理地进行电能量调配。 在我国电力部颁布的d l 厂r 6 9 8 1 9 9 91 5 】( 低压抄表技术) 之中，简单地阐述了抄表系 统的基本框架，其大致概括为：指通过专用线路、固定电话线或电力输电线等途径将用 户多功能电能表的工作状态、配置信息采集到主站。该系统主要由用户的多功能电能表、 数据采集单元、数据传送路径和主站等组成。而盛行于新世纪的自动抄表a m r 2 , 6 , 7 1 是在 低压抄表的基础上，大多数的情况下均是凭借互联网和无线信息收发技术对电表、气表 等多功能仪表的工作状态、配置信息进行更加智能化地监测和管理。 目前市场上销售的有关构建自动抄表系统的硬件产品琳琅满目，而其实质的区别也 就是对信息资料的接收和转发方式有所不同而己。通常地来讲，信息资料的接收和转发 方式是指主站与信息资料采集单元之间的链接方式，有些文献资料上也称之为上位机数 据传输【2 ，引，当然也存在着下位机数据传输，就是终端设备的信息采集单元与被采集的对 象( 譬如电表、气表等) 之间通过r s 2 3 2 串口总线或r s 4 8 5 串口总线进行物理线路链接 通信。常见的上位机数据传输方式主要有以下三种【9 , 1 0 】1 固定电话线线路方式，借助电 信公司现有的电话线路进行主站和仪表仪器之间的信息资料调制解调传输；电力线路方 式，依靠现有的电力输电线路( 3 8 0 2 2 0 v 低压、6 k v 1 0 3 k v 和3 5 k v 以上的中高压 类型) ，把经过调制的仪表信息资料通过输电线路进行传输，主站接收到信息资料之后 将其解调，反之亦然，从而完成二者之间的信息采集和监测；专用线路传输方式，此方 式需要铺设专门的信息资料传输线路，其它原理与固定电话线线路方式、电力输电线线 路方式相似，但特别明显的是其成本投入大，假如抄表区域较广，投资之后的收益速度 广西大掌硬士学位铽汶墓于g p r s 通信方式的自动抄表管理系统研究 就会减慢，所以这种专用线路抄表方式在其大规模地普及应用方面受到很大的折扣；最 后是一些无线通信方式的自动抄表技术，譬如g p r s 、自建无线局域网等，在下文中将 对基于g p r s 通信方式的自动抄表管理系统有着详细的研究和阐述。 1 2 研究任务及其意义 本课题之中所要完成的工作是：了解目前自动抄表技术的发展状况；充分理解g p r s 网络的整体架构和基本工作过程，重点分析g p r s 网络中各个单元的属性和各种数据传 输协议的执行过程；掌握数据采集单元d t u 的外部结构、内部结构和功能特点：最后 根据广西电网公司制定的电力需求侧管理系统数据传输规约，着重从仪表仪器的选 取和使用、信息资料获取与管理的角度，搭建基于g p l 峪通信方式的自动抄表网络，并 进行整个自动抄表管理系统的设计和试验。 采取g p r s 通信方式的自动抄表方式明显优于传统的人工抄表方式，其不仅可以大 大地提高人们的生活质量，降低工作压力和资金投入，也确保了即时、无误地抄表，为 大众生产生活的稳定有序发展带来了又一个保障因素。合理地选取一种自动抄表方式， 不仅可以减少系统开发之时的工作量和降低资金投入，还可以促进智能化产业、自来水 等公共服务公司、房地产行业以及电网络的健康有序进步，进而增强了居民群众工作、 生活的稳定与和谐。坚信在不久的未来g p r s 自动抄表系统将惠及到我国所有居民的生 活生产之中。 1 3 自动抄表技术的研究状况 在上一个世纪中期及其以前，抄表行业的工作人员需要到现场进行人工读表1 6 ，7 ，若 是所要抄读的电能表数目比较少，并且抄读的地理面积不是太大的情况下，亦非难事， 但事实上电能表数目不仅较多，而且其地理分布较广，所以这种略显传统的人工抄表方 式就相形见绌了。进入上一个世纪的后期，自动抄表技术崭露头脚，向着高效率和低成 本的趋势迈进，这些均受惠于互联网技术和通信技术日新月异般地进步。 1 3 1 国外研究状况 目前全球范围内，许多网络辐射面积大的国家和地区普遍采用了自动抄表技术，主 要应用于能源、水利等方面，尤其是电能自动抄表已足足有四十年的历史。自动抄表的 方式也不尽相同，譬如专门线路、局域网网络和固定电话线线路等。这些犹如百家争鸣 般的各种各样抄表方式能够应用于多种领域之中，完全是源于大面积的信息网络辐射、 通信技术推旧换新。直到上个世纪九十年代末，自动抄表这个市场仍然充满着诱人的利 润空间和物质基础，但与此同时行业人士们也清楚地看到，高额的项目研究经费和抄表 过程中数据的不稳定性令许多从事这个行业的企业、科研院所踌躇不前。新世纪伊始， 新兴信息技术应用的大众化和高稳定性信息采集芯片的出炉【2 】，使得抄表过程的稳定性、 2 广西大国臼哽士肖q 盘剖艺墓于g p r s 通瑚防式的自动抄表管理勇统研究 准确性飞速提高和系统开发成本显著下降，所以很多企业又满怀激情地投入到了自动抄 表系统的研究开发工作之中。 在自动抄表行业取得优异成果，首当其冲的就是一部分欧洲和美洲的发达国家。上 世纪八十年代末至九十年代初，位于美国c o l o r a d o 一个专门的公共服务公司成功完成了 大约2 0 多万台电能表、自来水表的自动抄读工作，被誉之为当时全球自动抄表行业的 典范，吸引了一部分业内专家学者奔赴该公司进行交流学习。据纽约( e l e c t d c a lw o r l d ) ) 杂志报道【l l 】，以美国为首的北美洲地区于1 9 9 4 年总计布设3 1 5 万台多功能数字电能表 和4 万多个数据采集单元。新世纪以前，自动抄表技术在美国的应用状况详见下表1 1 。 另外根据有关研究机构对该行业的调查得出如下结论【1 2 】；仅仅1 9 9 8 这一年之中，有将 近8 0 0 个自动抄表项目在美国实施，一年之后就有1 0 0 0 余万台多功能表投入了使用， 到了2 0 0 2 年底，已达到了1 1 亿美元的收益。 表1 1 自动抄表在美国的应用( 万台) t a b l e1 - 1t h e a p p l i c a t i o n so fa m r i nu s a ( t e nt h o u s a n d ) 例如：美国迪进国际有限责任公司的g p r s 自动抄表方案1 1 3 】如图1 1 所示，本方案 主要由供电系统数据服务器、属于供电系统数据服务器的p c 、远方终端的抄表单元和 多功能电表，以及g p r s 和i n t e r n e t 网络组成。具体特点如下： 1 供电系统数据服务器能够通过预先设置的时间间隔，自动凭借g p r s 和i n t e m c t 网络对多功能电表进行间接地无线远距离抄表，然后对获取到的终端设备( 包括多功能 电表和抄表单元) 信息资料进行分析和管理。当终端设备出现不正常工作现象的时候， 抄表单元能够把故障信息上传到供电系统数据服务器，或者及时发出报警信号。 2 与多功能电表物理连接的、具有嵌入式特点的抄表单元能够保存一定容量的数 据资料，并且在一旦出现故障断电的情形下，其数据资料不会迅速地丢失。所以，供电 系统数据服务器既能够对终端的电表进行定时即时抄表，也可以抄读前一段时间内的 数据信息。 3 凭借着g p r s 网络和i n t e r a c t 的发展愈发地完善、稳定，数据资料在终端单元与 供电系统数据服务器单元之间进行传输的期间，其整体的结构框架发生畸变、丢失的状 况微乎其微。 3 质量。无独有偶，由欧洲共同体发展起来的欧盟地区也拥有了他们自己的自动抄表协会 ( e i 瓜a m r a ) 。另外，总部设在日内瓦的国际电工协会制作了关于自动抄表的数据传 输规约。林林总总的自动抄表系统不断地更新升级，势必给这个新兴的市场带来新的技 术革新。 1 3 - 2 国内研究状况 有关国内电能量抄表的方式主要有以下两种：第一种是流行于上世纪九十年代以前 的人工手动抄表，这种抄表方式最常见于乡村或比较偏远的小镇，需要两名工作人员互 相配合完成抄表工作，一名工作人员借助梯子攀爬到钉挂在高处( 建筑物) 的电表箱旁 边，读出电表的数据，另一名工作人员在下面记录数据，完成数据的抄录之后，回到电 业管理所进行进一步地处理。另一种抄表方式就是自动抄表，在有些参考文献之中称之 为远程抄表方式【1 4 1 ，亦服务器中心依靠各种各样的信道( g p r s 网络、固定电话线路等) 获取远方终端的多功能电表数据资料。就目前国内的抄表状况而言，大部分地区仍采用 传统的人工手动抄表，但这丝毫阻碍不了企业和研究院所对自动抄表技术的研究、开发 兴趣。 4 广西大曹明页士掌位键吁羞- 2 f - g p i t s 通憎陌亨式的自动抄表管理系统研究 上世纪九十年代中期以后，国内自动抄表行业逐步取得了一定量的经济利润和社会 影响。例如苏州银河龙芯有限公司、厦门桑荣科技有限公司和上海拓兴通讯科技公司等 私营企业，已经具备了自动抄表系统工程的实施能力，并在一定程度上获得了抄表行业 相关人士的认可。其中，上海拓兴通讯科技公司的基于g p r s 方式的自动抄表方案 2 0 l 如下图l - 2 所示。 该方案的信息资料传送路径是基于中国移动通信集团的g p i 述网络为主，i n t e m e t 为辅。g p r s 网络的稳定性高、网络辐射面积广，所以该方案之中，无线信息资料传送 电中心服务器对多功能电能表终端进行信息采集和管理的需求。本方案适合于电网络、 大型河流和湖泊流域的水利资源等方面的远距离监测遥控。 图1 - 2 上海拓兴通讯科教有限公司g p r s 自动抄表方案 f i g 1 - 2t h eg p r sa m rp r o g r a mo fs h a n g h a it u o x i n gc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yc o l t d ， 一；，一 如上图1 2 所示，该公司与美国迪进公司的自动抄表框架大体上相似，其核心硬件 是由搭建于i n t e r a c t 和g p r s 网络端的服务器中心和终端设备构成。另外，r s 2 3 2 串口 线连接于g p r s 抄表终端单元和多功能电度表之间，以及服务器中心及其终端单元之间。 当然，也可以使用r s 4 8 5 串口线作为以上设备之间的信息资料交换通道。该公司的自动 抄表方案优势如下： 1 实时性强 中国移动通信集团的g p r s 网络具有全天候不问断运行的特点，而g p r s 网络没有 响应滞后的弊端( 除非出现数据拥堵或者网络系统受损的现象) ，可以同时接收、处理、 转发分组数据信息资料，满足了自动抄表系统对多功能电表的信息资料进行实时采集和 即时处理的需求。 2 具有远距离监测和遥控功能 g p r s 网络的数据传送是双向的，所以服务器中心能够通过i n t e m e t 和g p r s 网络 达到对g p r s 抄表终端单元和多功能电表进行远距离监测和遥控的目的，譬如对终端设 备的参数设置和工作状态查询等操作。 5 广西大粤幽炙士学位论文 基于g p r s 通l t 方式的自动抄表管理系统研究 3 系统铺设成本较低 相对于传统的人工抄表方式来讲，本方案的构建成本当然较高。但是，综合考虑效 率、可靠性、人力消耗等因素而言，g p r s 自动抄表系统的建设成本是较低的，主要原 因就是其利用了中国移动集团的g p r s 网络平台，系统开发人员只要成功地安装了终端 和主控中心设备，合理进行通信布局和软件开发就可以了。而且本方案收益较快、方便 后期的设备升级和维护等工作，这是许多投资商和开发商所期望的。 4 数据采集范围广 目前，中国移动集团的g p r s 在我国民众居住区的网络基本辐射率已经达到9 5 以 上，g p r s 在我国3 4 个省级行政区的3 0 0 多个大城市均有非常稳定的辐射，2 0 0 9 年3 g 网络也已经从各大城市向周边区域蔓延。只要有g p r s 网络稳定辐射的地方，系统开发 人员就可以完成基于g p r s 通信方式的远距离自动抄表工作，所以能满足该方案在乡镇、 跨地区和跨省使用g p r s 网络，从而实现该抄表系统能够大面积数据采集的目的。 5 数据传送能力大 该自动抄表系统一旦稳定运行，其服务器中心与每一个终端设备( 包含g p r s 抄表 终端单元和多功能电能表) 必须时刻地保持无线链接状态，假如服务器中心同时采集多 个终端设备的信息资料，这就对整个抄表系统的信息资料传送能力有一个较高的要求， 而g p r s 网络的优势就在于其分组交换技术的使用，使之成为多个终端设备可以同时使 用的空间资源。每一个终端设备的信息传输量大约是9 k b i t s ，而g p r s 网络分组信息 传送速率是5 0 晒豇s 左右，有充裕能力满足本系统信息传送率( l o k b i t s ) 的丞求。 所以，选择g p r s 网络作为本方案的信息通讯路径，是合理的、科学的。 6 g p r s 数据通信费用低 2 0 0 4 年以前，g p r s 网络流量收取费是相当高的，加之某些地市的收取不太规范， 2 0 0 5 年中国移动通信集团在很多省区市推出了五个层次的g p r s 套餐，( 5 块钱3 0 m b 、 2 0 块钱1 5 0 m b 、5 0 块钱5 0 0 m b 、1 0 0 块钱2 g b 、2 0 0 块钱5 g b ；若是网络流量超越 所定制的层次，超越的部分按照o 0 1 元k b 收取，并且施行5 0 0 块钱封顶) 。有些地市 的g p r s 网络流量收取费更低，这让g p r s 网络的企业消费者和个人消费者体验到了前 所未有的“实惠”。只要和移动运营商协商好g p r s 网络的使用费用问题，g p r s 自动抄 表系统的运营成本相对于专门线路和固定电话线线路方式来讲，是低廉的。 1 3 3 存在问题 在我国，自动抄表系统的软硬件合理搭建是工程技术人员必须面对的难题。首先是 硬件问题，目前市场上充斥着各种各样的g p r s 数据采集模块，譬如成电先锋s g 2 0 0 0 系列、厦门桑荣科技有限公司s a r 0 3 1 5 0 和s a r o l 0 0 系列、上海飞旗科技公司的飞旗 w t e 0 6 0 1 g 系列等等，挑选一款合适的g p r s 数据采集模块是非常有必要的，这样可以 节省设计人员的时间和精力；其次就是软件方面，可以开发自动抄表系统的程序语言有 6 广西大昔明嗄士学位谈吁 墓于g p i 乇s 通信方式的自动抄表管理曩0 晓研究 s u a lc h 、蚴lb 鹤i c 、d e l p l l i 和j a v a 等，数据库有a c c e s s 、s q l 2 0 0 0 和o r a c l e 等， 有些自动抄表系统没有考虑计算机语言的移植性和有些数据库软件的局限性，导致后期 系统升级困难等问题的发生；最后是信息资料传送期间没有强有力的安全保障，信息资 料的结构畸变、丢损现象时有发生，譬如信息资料在g p i 述网络之中进行无线传送没有 考虑到u d p 和t c p 的区别。如果不能够合理解决以上的种种问题，自动抄表行业前进 的步伐必将受到限制，同时也会给居民生产生活带来不便。 1 4 本课题主要任务及其基本构架 本课题主要任务是通过对g p r s 网络和数据采集单元d t u 的学习，掌握自动抄表 过程中数据信息的接收和发送流程；结合有关数据信息通信规约，掌握数据信息收发过 程中的数据格式；构建基于g p i 峪通信方式的自动抄表网络，着重凭借计算机程序语言 v i s u a lc + + 与数据库a c c e s s 的结合，研究开发基于g p r s 通信方式的自动抄表管理系统； 通过系统调试和试验，提高本方案在具体实施之后的利润产出和社会效益，力求达到可 以应用于工程实践并得到规模化应用。 本课题的大致内容由如下几部分构成： 第一章概述了有关自动抄表技术的历史、特点及其作用，着重阐述了近年来自动 抄表的发展规模和实际应用的状况，初步提出了我国现阶段一部分自动抄表存在的问 题，简要地阐明了本课题研究任务及其意义。 第二章针对g p r s 的自身构架、信息资料流经的各个单元、移动台的管理，以及 g p r s 的应用，作了简明扼要的分析、论述，增强对g p i 峪的内在理解。 第三章通过学习、研究厦门桑荣科技公司的s 盯0 3 1 5 0g p r sd t u ，对其外围硬件 组成、内部构架、运行特点和主要功能等有了详尽的认识。 t 第四章根据现有的实验条件和设备，构建了基于g p r s 通信方式的自动抄表管理 系统的信息资料传输网络，研究其总体组网方式和工作原理，并总结了该系统的特点。 第五章整体分析了本课题之中数据收发规约，结合多种有关自动抄表的规约和标 准，全面地阐述了基于g p r s 通信方式的自动抄表管理系统的软件开发过程，以及功能 组成，并反复地进行了源代码调试、系统试验和分析。 第六章总结与展望 7 基于g p r s 通信方式的自动抄表管理系统研究 2 1g p r s 概述 第二章g p r s 网络技术 g p r s 是以流行于上世纪九十年代，风靡世界的全球移动通讯系统( g s m ) 为基甸， 由欧盟的移动通讯机构( 主要由德国、法国组成) 在2 0 0 0 年推出的一种新型无线网络f 2 1 1 ， 如表2 1 所示。当今世界，g s m 网络几乎遍及到了全球的每一个人口生活区域，尤其是 在被喻之为千岛之国的芬兰，其g s m 网络在1 9 9 1 的时候就已经辐射全国了，但g s m 网络也有其不可忽略的局限性：不能方便地被终端单元或者其它网络接入，其功能满足 不了日益增长的现实生产生活需要，而且使用成本高。为了促进人类工作、生活的便捷 智能化和开拓市场获取更大的经济利润，全球最大的g s m 供应商北欧电信新技术( 简 称之为北电新技术) 于1 9 9 4 年组建了e t s i s m g 研发小组 2 2 ，2 3 1 ，专门着手于g p r s 系 统的研发工作，该系统的大部分标准在1 9 9 7 年被欧洲通信部门批准获得通过，研发小 组最终在1 9 9 9 年底全部完成了g p r s 系统的开发工作。 表2 - 1g p r s 系统对g s m 系统的软、硬件升级 t a b l e2 1t h es o f t w a r ea n dh a r d w a r eu p g r a d e so f g p r sb yg s m 截止到2 0 0 8 年底，世界上的g p r s 用户已经达到了2 3 亿。相对于俗称2 g ( 移动通 信技术的第二代) 技术的g s m 而言，g p r s 网络满足了广大终端单元能够通过其接入 i n t e m e t 或者其它网络的需求，使远程无线通信技术跃进了更高的层次，被公认为2 5 g 技术。需要强调的是；虽然g p r s 网络已十分盛行，但g s m 网络还是有其存在的必要 性，所以很多的通信供应商在某些区域或者部门仍布设有g s m 网络。 g p r s 网络的显著特性在于 2 2 1 ：高于g s m 网络1 0 倍的信息传送速度，可以满足人 们更多的工作、生活需求；全天候不间断运行，随时等待着终端单元的申请接入；按照 数据收发的多少进行计费，也就是说即使一直“运行 ，只要没有执行数据的收发任务， 8 广西大国明甄士鲁w 止论文基于g p r s 通翻防式的自动抄表管理勇滋习臼己 消费者就不需要付款，从消费者的角度来讲，这种消费特点显得更加合理一些；智能切 换和分组工作，人们在浏览互联网信息的同时也可以接电话、打电话，真正实现了当初 很多商务人士上网、通话两不误的愿望。目前，中国移动通信集团几乎在我国的每一个 居民生活区和工业生产区都已开通了g p r s 服务，此种状况正适合于居民小区、交通、 大型河流和湖泊流域的水利资源环境监测，以及电气设备运行状态的管理等行业的应 用。另外，g p r s 还可以提供内容丰富多彩、功能强大的以分组业务为基础的无线远程 定位和电子商务等林林总总的应用。 2 2g p r s 的网络模型 g p r s 以g s m 为基甸，着重进行了数据库单元、信号处理和转发、服务支撑等软 件方面的更新和部分基础硬件方面的改动。其中，基础硬件方面的改动显著体现在新添 加了两个重要的支柱单元，分别是服务节点( s g s n ) 和网关节点( g g s n ) 1 1 9 乃j ；至于 软件方面的更新，则针对原有的数据库系统、以及网络数据收发台( 基站) 2 2 2 3 j 等一些 单元作了与基础硬件相互匹配的升级，从而实现了基于t c p 等协议的g p r s 到终端设 备( 或者是终端设备到终端设备) 之间的无线链接。虽然我国的深圳、成都和西安等大 城市在2 0 0 9 年初已经实现3 g 业务的辐射，但是就目前的市场来讲，g p r s 仍不失为一 种有竞争优势的业务。g p r s 无线网络参考模型1 2 2 j 如图2 1 所示： 图2 - 1g p r s 网络参考模型 f i g 2 - 1r e f e r e n c em o d e lo f g p r sn e t w o r k 在图2 1 中，仅仅勾勒出g p r s 系统的新增基本单元、信息资料传送路径及其对应 的参考点，其它原本就归于g s m 系统的设备构件没有完全勾勒出来。与原有的g s m 系 统相比，既然g p r s 网络具有数据分组【7 l 的特性，那么新增的s g s n 就承担了这一功能 9 基于g p r s 通稍陌分式的自动抄表管理系统研究 角色；归属位置寄存器【2 2 1 ( h l r ) 则是为终端设备( 譬如手机、海用无线通信电台等) 提 供信息资料存储和查阅的一个数据服务单元，其能够保留终端设备的状态信息和位置信 息；新增的g g s n 则肩负着与外部多种网络进行互访的任务，并依靠基于m 协议的g n 参考点 2 3 , 2 4 与s g s n ( 也包括分布在其它g p r s 网络的s g s n ) 链接。g p r s 系统的部 分软件更新和新增的基础硬件如下所述； 1 基站【1 9 捌：在g p r s 以g s m 为基甸的升级、改进过程之中，基站内的信息资料 中转单元及其控制单元分别经过了软件升级和硬件调整。基站在信息资料以无线的形式 传送过程之中起到了中心枢纽的角色，终端设备与g p r s 网络或者其它终端设备之间链 接的稳定性与否，与基站的构建是否完善有着瑟其密切的联系。 梅 2 r 参考点 2 2 , 2 3 ：如图2 1 左侧所示，r 参考点属于整个g p r s 网络模型的外围部 分。该参考点除了满足各种各样的信息传送标准和终端设备接口规范之外，还可以与蓝 牙技术相互兼容。结合实际的生产经验，从图中可以清楚地分析到，通过笔记本电脑与 手机链接，就是终端设备能够与移动终端相互链接的一个典型应用。 3 s g s n t l 9 , 2 2 , 2 3 ：终端设备状态的查询、状态的控制以及终端设备与其它单元进行 信息交流和管理的过程之中，s g s n 承担了信息中转的角色。结合上图分析可知，s g s n 是终端设备与和g g s n 之间进行联络的桥梁，肩负着二者之间各种信息的互换。 4 g g s n l l 9 ，2 2 2 3 】：g g s n 是g p r s 能够与其它各种数据网络( 譬如本课题研究之中 选用的i n t e m e t ) 达到链接的支撑点。有的参考文献中，把g g s n 生动地称之为g p r s 能够与其它网络链接的路由单元，例如阿尔卡特和北电的g g s n 分别是基于思科7 2 0 0 系列和b a y 网络的c e s 4 5 0 0 系列路由器开发的，均是凭借路由选择功能把源自于移动网 络的数据信息传送至正确的目的地。若是需要了解终端设备所处的位置信息，g g s n 就 要通过g c 参考点向g p r sh l r 发送需要响应的帧信息。 5 h l r 1 9 捌：该单元是属于g p r s 系统的数据库单元，能够保存终端设备的状态信 息和位置信息。在实际应用中，h l r 还可以提供多种多样丰富多彩的附加业务，譬如呼 叫转移和来电显示等，这些均是每一个手机用户相当熟悉的，使得民众的生活和工作愈 发地便捷、高效。 6 m s t 2 1 , 2 2 2 3 1 ：根据参考模型图2 1 的左侧架构所示，m s 是由两个主要单元构成， 分别是m t ( 移动终端) ，以及t e ( 终端设备) 。当下，拥有生产m s 能力的公司主要有 德国的西门子、法国的阿尔卡特朗讯等。通俗地来讲，移动台就是移动用户使用的能够 进行通信的终端设备，譬如目前已经大众化的手机，以及属于专门机构使用的、用来在 野外或者海上解决通信不顺畅的大型移动台，另外还包括凭借g p r s 网络可以使语音寻 呼更远的对讲机等等。 1 0 广西大曹明| t 士掌位论文基于g p r s 通1 曹巧亨式的自动抄表管理膏。竞研究 通过以上简明扼要地描述，我们可以对图2 1 中左侧的终端设备t e 与右侧的终端 设备t e 二者之间的链接过程有个初步的认识：左侧终端设备首先经过r 参考点接入移 动终端m t ，m t 属于g p r s 网络的外围单元，也是g p r s 网络的直接使用者；m t 有3 种工作模式( 详见2 4 节内容) ，m t 可以选择其中的一种工作模式，然后凭借基站子系 统与s g s n 构成基于帧中继接口形式的链接，把终端设备的状态信息、及其位置信息以 分组的形式传送到s g s n 之中；s g s n 是整个网络结构的支撑点，它既能够把移动终端 传来的状态信息和位置信息存储到h l r 单元里，也可以以分组的形式使移动台和g g s n 建立链接：最后，g g s n 以点到点、m 等等数据信息传送方式的基础上，经过参考点 a ，使图2 1 左侧的终端设备与右侧的终端设备实现联络。综上所述，终端设备之间是 凭借g p r s 经