基于GPRS的远程监控系统设计

方经理：

你好！用户首先要的是技术性方案，包括视频图片大小，传输方式（GPRS），传送时间及故障处理（如发送失败如何处理等），图像的清晰度，设备工作模式（如白天的工作模式和夜晚的工作模式）；报警的告知（如哪个基站发生报警需要短信提示，或在后端有相应的声音提醒）；整个系统不需要大量存储，只要一台监控主机及相应的管理软件。要求能够对所拍内容进行分时记录并方便调取；用戶需求如下：方案的可行性说明；依据及指导思想；技术原理：详细描述技术工作原理，及流程结构，运行示意图；功能特点及技术指标；运行框架；整个系统的功能描述，还包括哪些额外的东西；

以上需求请尽快设计方案，我们答应客户下周四（四月一日）再去拜访；

谢谢！！基于GPRS的远程报警视频监控系统设计

1引言

目前，对于移动基站多个分散点进行监控主要采用人工巡逻的方式，这种方式存在实时性差、成本高、无法对环境恶劣的地区的基站进行监控等缺点。随着internet与移动通信技术的发展，这种传统的监控方案已无法满足应用要求，亟待开发一种实时性好、可靠性高、价低易用的无线远程监控系统。GPRS能够很好地解决上述问题。GPRS是在充分利用现有GSM网络的基础上，通过添加GGSN和SGSN实现数据的分组传输，从而将移动通信与Internet网络联系起来，是目前无线数据传输应用最广泛的网络。

2系统硬件组成

移动基站监控模块的硬件结构框图如图1所示，系统由远程监控模块和监控中心PC机组成，它们通过GPRS网络进行通信。远程监控节点由ARM模块、GPRS模块和传感器模块组成。其中，GPRS模块主要用于数据的发送、接收以及短消息的接收;ARM模块完成传感器数据的编码和TCP/IP封装，控制GPRS模块将数据发送到监控中心，并接收和执行监控中心发送的控制命令;监控中心为通过以太网卡连人Internet中的一台具有固定IP的计算机，采用VB.NET开发工具调用Winsock控件编写监控软件，用于接收、处理和显示各个监控点发送的数据，并对监控点发送控制命令。

其中，GPRS模块是无线数据传输的核心部分，本文采用西门子公司的MC39i，它提供一个标准的RS232接口用于与外部应用系统连接。

3

系统软件设计

3.1

基于FreeRTOS的系统任务设计

根据嵌入式实时操作系统模块化设计理念，将系统软件设计划分为主控任务MainTask()、与网络连接任务GPRSConctTask()、数据传输任务xDataTrsmtTask()、短消息处理任务xSMSProc-Task()和传感器任务xSensorStatTask()。任务之间采用信号量、队列和邮箱等进行通信，其关系如图2所示，其中MC39iSerialDrv()为串口驱动程序。MC39iSerialDrv()为串口驱动函数，它负责将发送队列xQSendToMC39i里面的数据发送给与MC39i相连接的串口。接收到数据后，将MC39i串口接收到的数据发送到接收队列xQRecdFrom-MC39i中，数据的接收和发送是通过中断服务子程序完成的。

GPRSConctTask()实现MC39i模块与GPRS网络的连接，是远程数据传输的基础和关键。

3.2

基于状态机设计GPRS连接任务

由于网络和信号强弱等原因，可能导致节点与GPRS网络连接的失败。本文采用基于状态机的结构设计方法对各个阶段产生的错误进行处理，保障模块与GPRS网络建立可靠连接。程序状态机如图3所示。3.3

基于uIP协议栈的传输层软件设计

利用GPRS模块进行数据传输时，数据格式须符合互连网络的TCP/IP协议标准。xDataTrsmtTask()任务完成传输层和网络层处理。根据系统状态(UDP或TCP态)，传输层处理方式不同。

TCP提供可靠的数据传输方式，其应用层协议也比较多，被广泛应用于网络通信领域。由于TCP的协议头以及数据传输控制比较复杂，数据的传输效率较低，因而越来越多的实时小数据量的应用，更倾向于使用基于UDP的数据传输协议。

3.3.1

基于uIP的TCP数据传输方式的实现

本文基于uIP

TCP/IP协议栈实现TCP数据传输方式。uIP是由AdamDunkels编写的源代码免费开放的微型TCP/IP协议栈，传输层协议实现了UDP和TCP，链路层PPP协议可以作为uIP下面的设备驱动来实现，uIP系统底层和应用程序之间的关系如图4所示。应用程序必须提供一个回应函数给uIP，数据传输任务周期性调用UIP_AP-PCALL()函数处理事件的发生。进行TCP数据传输之前，首先通过调用uIP协议栈提供的uip_connect()函数与监控中心的监控软件建立一个TCP连接，TCP连接的三次握手均由uIP协议栈的uip_process()函数完成。

默认情况下，uIP协议栈的发送和接收共用一个缓冲区，当uIP处理缓冲区内数据时，必须关中断，为了提高系统实时性，我们将其改为双缓冲区模式。系统每个时钟节拍分别对发送和接收缓冲区进行扫描，如发现缓冲区非空时，由uIP协议栈处理。接收数据时，uip_process()对接收缓冲区内数据进行TCP和IP协议头解析，并将应用数据发送到In-Buffer[]中。发送数据时，由uip_process()完成发送缓冲区OutBuffer[]中数据的TCP/IP封装，再调用uIP驱动程序PPPSendData()进行链路层PPP协议头的封装，并将封装的数据发送到发送队列xQSendToMC39i中。

3.3.2

UDP数据传输的实现和改进

设计中采用对数据包进行编码和增加握手的方式实现UDP数据传输可靠性的改进。通过给每个UDP数据包加上一个顺序增加的ID号，区别各个不同的数据包，利用它来对丢包的检测。握手过程如图5所示。设计中采用UDPIDProc()函数完成握手功能，发送的数据备份在一个缓冲区中，每次接收到确认包后将对西安利友安、

概述为了适应通信的迅猛发展，加强竞争能力，提高劳动生产率和网络维护水平，促进维护体制的深化改革，迫切需要解决通信环境监控安防问题。通信公司环境监控安防问题是对分散、面广的各个独立的基站机房环境参数进行遥测、遥信、遥控和遥调，监视设备的运行状态，监视机房环境状态，记录和处理有关数据，及时侦测安防告警并通知相关人员处理，从而实现移动交换局和移动通信机房动力及环境的少人或无人值守，提高通信设备的安全性。为了解决上述问题，我公司设计了一套基于GSM/GPRS/CDMA平台的安防解决方案。

在解决方案中，通过GSM/GPRS/CDMA的话音、短信通道将各分散通信点的警告信息上传到中心的相关运维人员，从而使告警信息得到及时处理，提高通信网络的可靠性。目前已经覆盖的警类包括：门磁报警（出入口控制）、温度报警、湿度报警、停电报警、空调被盗报警、剪线报警、红外报警、图像、烟感等等。从而可实现对室内通信环境的安全保护和室外变压器被盗报警、空调被盗报警的及时处理。由此可见，这一解决方案，已经渗透到了通信管理的各个环节，使得各项管理工作更加高效、科学，为外维人员日常的工作带来便捷和安全。二、

解决方案需求分析良好的机房环境也是通信网络正常运行的重要保证，因此通信网络维护部门必须加强对机房环境的维护管理，以确保移动通信网络的安全。解决方案主要特点如下：

1．通信站点的分布点多面广，采用传统的人工巡检维护模式，无法有效保证设备维护工作质量和时效性。

2．由于GSM/CDMA网络的迅速扩展，每个员工承担的工作量越来越大，给维护工作带来了很大的压力。

3．大部分通信站点交流电源供电条件较差，空调均为家用分体空调设备，运行故障时有发生，而且基本不具备来电自启动功能和远程开关机功能。一旦发生市电故障，通信设备的运行环境条件很难保证，需临时派人赶赴现场处理。

4．通信站点分布于城乡，周边地理环境差异极大，基站的安全问题如防火、防盗、防水等就不能得到有效保证，设备运行安全得不到保障。三、

解决方案的原理、组成（一）原理：通过基于GSM、GPRS/CDMA平台的话音、短信，实现将通信站点告警信息（包括烟火警、剪线警、水警、空调失窃警、高温警、门警或入人警、停电警等）通知到中心机房及相关的领导及维护人员并做出处理。发生警情时将鸣响警笛报警，同时通过GSM/GPRS/CDMA移动通讯网自动循环拨打预先设定的3组报警电话，智能识别工作人员是否接警，一旦接警，不再拨打该号码；并发送中英文短信到预先设定的工作人员手机上，通过短信内容识别报警基站，同时接警中心联网报警，中心机房可通过软件及电话进行远程布防、撤防、监听现场。（二）组成：包括：GSM/GPRS/CDMA终端报警平台和接警中心1、GSM/GPRS/CDMA终端报警平台：主机1部+遥控器2个+警笛1个+稳压电源1个+门磁（出入口控制）1个+温度报警1个+湿度报警1个+停电报警1个+断线报警3个，（其中报警器可根据客户要求增加或减少，其他包括红外报警、图像、烟感等等）。2、接警中心：中心接警机1部，接警中心软件一套四、

方案功能特点（一）为了您更好地理解和使用该系统，需要熟悉以下术语：1、防区：指与室内外某一特定的区域或某一种保护类型相关的一个或一组探头。如防盗防区（用于监视非法入侵的防区）；防火防区（连接一个或多个烟感探头的防区）；防止煤气泄露、溢水的防区。防区分为有线及无线防区。2、接警号码：在系统出现警情时，通过短信（手机号码）或以拨叫方式将报警信息送出的所有号码。（二）

功能特性1、

可加入最多32个无线配件。具备8个可区分无线防区及6个可区分有线防区；2、

有线防区可独立设置常开/常闭;3、

一路远程控制开关;4、

无线兼容，315MHZ/433MHZ遥控器操作设防、撤防及紧急求教报警；5、

具备5组接警电话号码，自动识别其为移动或固定电话；6、

支持短信和语音报警，用户可自录语音，每个防区的语音类型可由用户自定义；7、

报警信息具报警人识别指示，报警类型指示;8、

支持报警中心，支持ContactId和DTMF4+2协议，所有报警代码可由用户自定义；9、

支持、布撤防中心；10、支持24h，延迟，立即、门铃等四种防区类型，防区类型可由用户自定义；支持旁路防区，支持留守布防、强制布防，支持定时布撤防；11、用户可通过短信（可异地）对系统进行布撤防、监听、鸣响喇叭、设置等操作；12、完备的用户自定义功能，灵活的系统配置方式，可适应各种环境使用；13、内置备用电池，内嵌电源管理功能；14、采用先进的学习码编解码技术，密码操作，能为系统提供极高的安全性.

基站及机房监控系统解决方案随着移动网络无线覆盖的不断增强，基站和机房建设规模日益扩大，维护管理工作日益繁重，实现无人值守、集中化、自动化的基站和机房维护管理将成为一个必然趋势；基站及机房的监控系统是其维护管理的重要支撑和工具，已成为基站和机房建设中的基本配套需求，引入功能齐全、智能化的新一代基站及机房监控系统，对于以下问题的解决有着重要的意义：

路目前仍存在较多的基站和机房尚未部署基本的动力环境监控系统；

路大量基站现在只有基本的干接点监控方式：即只能提供简单的单向开关量告警信息，不能实现遥测、遥控、遥调等功能，无法实现故障分析和诊断；

路农村、市郊等偏远地区基站设施失窃严重，现有系统不能有效预警、阻止和追查盗窃行为；

路运营商运维人力有限，缺乏直观有效的基站和机房代维监管措施，无法有效考核和指导代维人员工作；现有模拟视频监控系统，但不支持分级组网和集中管理，缺乏智能化应用，监管维护需要大量人力；

路缺乏手机WAP/MMS/视频的多媒体联动监控功能，无法实现移动监管。

增强型基站及机房监控系统将动力环境监控和图视频监控整合于一体，针对不同基站及机房的监控需求，提供全面的解决方案。

全面的基站及机房模拟和数据信息监控和采集

ESS监控系统涵盖基站（机房）内所有的动力、环境量，如逆变电源、开关电源、UPS系统、油机、低压配电系统、高压配电系统、空调、蓄电池组、温度、湿度、水浸等；兼容开关量或模拟量，可以实现遥测、摇信、摇调、遥控、遥视五遥功能，监控信息可以双向传输。同时，支持主动上告、广播式轮循、点名等多种数据采集方式，减轻轮询压力和提高监控点数。监控系统在有告警主动上告和用户点名两种方式作保障的前提下，完全可以拉大轮询周期；轮询周期在1分钟到几个小时之间可由操作员自由选择，传统的监控系统一般都通过采用简单的点到点的轮询机制来获取告警信息。

多种告警方式有效防止和杜绝基站及机房设备的盗窃

ESS监控系统可提供视频红外告警、禁区保护、移动侦侧等功能，并支持结合门禁、震动、动力等联动，同时通过SMS/MMS/WAPPush及时预警；支持双向语音喊话告警、视频截图、历史视频存储等，提供现场告警联动和事后侦侧支持。提供全面有效的预警、现场阻止犯罪和事后追查盗贼的功能，做到心理威慑、行动阻止和案发可查，有效防止基站和机房设备盗窃事件。

提供实时多媒体视频确认，彻底消除误告警现象

当监控点由于闯入侦侧、门禁、震动、烟雾、湿度等发生告警时，ESS监控系统会立刻自动切换到联动组内监控点的视频画面；根据实时视频画面再确认是否是误告警，彻底消除误告警现场。另外还可以结合手机WAPPush、MMS、视频浏览等多媒体监控联动，随时随地进行告警确认。

结合视频监管界面，有效管理和指导基站及机房代维人员工作

ESS监控系统结合红外告警、门禁管理等系统，每当代维人员进入基站及机房进行日常现场维护管理工作时，实时视频监管画面就自动激活到移动运维管理人员的监视器前。此外，移动运维管理人员可以实时监管、考核代维人员按时、按照工作流程保质保量完成现场维护工作，并支持结合视频和双向语音对讲指导代维人员工作。

支持基于手机WAP/MMS/视频的联动告警功能

ESS监控系统支持基于手机WAPPush、MMS、视