標題氣象數據采集GPRS無線通訊解決方案

一、系統概述

原有氣象信息系統地面網絡建設較早，設備性能低、線路速度低、時延長，已很難滿足自動站、沙塵暴、雷達等資料傳輸的要求，很難滿足進行數據綜合傳輸的需求；GPRS無線網絡在此系統中的應用解決了衛星網覆蓋面小、速度低和有線寬帶網受鋪設困難維護困難的問題限制。因此，通過GPRS無線網絡構建一個更完善、更快捷、更安全的氣象無線網絡監控平臺，更能滿足中國氣象局大氣監測項目建設的要求。

二、系統特點

1、建設周期短，成本低：

GPRS無線網絡可為氣象數據采集系統提供了簡單高效的通信傳輸手段。中國移動GPRS系統可提供廣域的無線IP連接。在移動通信公司的GPRS業務平臺上構建電力遠程抄表系統，實現電表數據的無線數據傳輸具有可充分利用現有網絡，縮短建設周期，降低建設成本的優點，而且設備安裝方便、維護簡單。

2、實時性強：

由于GPRS具有實時在線特性，系統無時延，無需輪巡就可以同步接收、處理多個/所有數據采集點的數據�？珊芎玫臐M足系統對數據采集和傳輸實時性的要求。

3、可對氣象數據采集設備進行遠程控制：

通過GPRS雙向系統還可實現對氣象數據采集設備進行遠程控制，進行參數調整、開關等控制。

4、覆蓋范圍廣：

GPRS覆蓋范圍廣，在無線GSM/GPRS網絡的覆蓋范圍之內，都可以完成對集抄的控制和管理。而且，擴容無限制，接入地點無限制，能滿足山區、鄉鎮和跨地區的接入需求。

5、系統的傳輸容量大：

配電數據中心要和每一個電表數據采集點保持實時連接。由于電表數據采集點數量眾多，系統

要求能滿足突發性數據傳輸的需要，而GPRS技術能很好地滿足傳輸突發性數據的需要。
6、數據傳送速率高：

每個電表數據采集點每次數據傳輸量在10Kbps之內。GPRS網絡傳送速率理論上可達

171.2kbit/s，目前GPRS實際數據傳輸速率在40Kbps左右，完全能滿足本系統數據傳輸速率（≥10Kbps）的需求。

7、通信費用低：采用包月計費方式，運營成本低。

三、系統組成和特點

  該系統主要由氣象探測設備，GPRS DTU（遠程數據傳輸單元模塊）和氣象數據管理中心三部分組成，氣象探測設備具有標準的RS232串行通信接口和GPRS DTU連接。氣象探測設備可以實時或定時向氣象數據管理中心發送自動氣象探測設備采集到的氣象數據和氣象設備運行狀態數據。氣象數據管理中心也可以通過GPRS網絡將控制命令傳送給氣象探測設備。這樣就可以實現了當前氣象數據的查詢、收集、氣象探測設備的檢查和數據中心對前端氣象探測設備的控制。

1、氣象探測設備

   氣象探測設備是整個氣象數據采集系統中最重要的硬件設備，用于實現氣象各種數據的采集。

2、無線通訊部分

什么是GPRS無線網絡

通用分組無線服務技術（General Packet Radio Service）的簡稱，它是GSM移動電話用戶可用的一種移動數據業務。GPRS可說是GSM的延續。GPRS和以往連續在頻道傳輸的方式不同，是以封包（Packet）式來傳輸，因此使用者所負擔的費用是以其傳輸資料單位計算，并非使用其整個頻道，理論上較為便宜。GPRS的傳輸速率可提升至56甚至114Kbps。

無線通訊部分主要是借助GPRS DTU通過GPRS無線網絡進行數據采集端和監控中心之間的數據通訊工作。

GPRS 無線數傳（GPRS DTU）是一個可以讓工業用的RS232/RS485 串口設備的串口通信立即轉換為GPRS 無線網絡通信的雙向轉換傳輸設備。轉換器采用透明傳輸的方式，用戶不用知道復雜的GPRS 通訊原理和TCP/UDP 協議，不用更改程序即可實現原有串口設備的無線網絡連接，節省您寶貴的時間和已有投資，可用于長距離通信或控制。廣泛用于樓宇自動化控制、停車場設備、交通控制、LED 屏幕控制、工廠、車間、礦井、銀行、電氣等遙控領域。能快速實現串口設備的遙控功能。在兩臺串口設備之間成對使用串口設備GPRS 無線數傳的透明傳輸模式，相當于延長了串口的通信距離，從而實現串口設備之間的遙控。

GPRS DTU特點：

◆ RS232 串口速率高達230400 bps

◆ 支持RS232 三線標準或九線標準

◆ 內置TCP/IP 協議棧，支持TCP/UDP 網絡協議

◆ 數據終端永遠在線

◆ 掉線自動重撥功能

◆ 通過超級終端類似于AT 指令方式或專用設置程序來設置通信參數

◆ 設備之間透明傳輸/非通明傳輸

◆ 支持靜態IP 或域名方式連接遠程主機

◆ 供電：+5V，可根據客戶需要定制寬電壓輸入

◆ 耗電：待機狀態230~330mA；上網狀態450~460mA；傳輸狀態460~470mA

◆ 工作溫度：-30℃ ~ +70℃

◆ 儲存溫度：-40℃ ~ +85℃

◆ 支持RS232/RS485/RS422串口進行通訊

3、氣象管理中心

  氣象數據管理中心軟件包括通信軟件，數據分發軟件，監控分系統，氣象數據處理系統和用戶查詢系統。監控中心主要作用是氣象數據包的解包、氣象數據分類入庫、數據庫自動更新和自動維護，當有數據時，氣息數據處理軟件就進行數據解讀，按各種氣象要素（風向、風速、溫度、雨量、濕度、氣壓等）進行分類處理。

示意圖1

四、安全可靠性

本系統需要極高的系統安全保障和穩定性。安全保障主要是防止來自系統內外的有意和無意的破環，網絡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。穩定是指系統能夠7×24小時不間斷運行，即使出現硬件和軟件故障，系統也不能中斷運行。

數據中心可通過公網使用VPN接入到移動GPRS網，采用VPN方式成本比較低，企業不用租用專線，還可以利舊使用原有的VPN設備，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，客戶端在連接應用服務器前，要經過Ｒａｄｉｕｓ服務器的認證整個數據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絡服務質量。

另外，數據中心也可以采用APN接入方式，租用專線接入到移動公司的GGSN設備上，這種成本高，安全性高、穩定可靠。

對于安全性要求非常高的系統，可考慮在專用APN接入的基礎上再加上VPN接入方式的混合接入方式，進一步提高系統的安全性。

1、VPN虛擬專網模式：企業內部網絡中配置VPN服務器，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，用戶通過接入企業內部虛擬專網的方式與Internet進行隔離，可對 整個數據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，在網絡側對SIM卡號和APN進行綁定，劃定用戶可接入某系統的范圍,只有屬于指定行業的SIM卡手機號才能訪問專用APN，移動終端與數據中心采用中國移動分配的專門的APN進行無線網絡接入，普通手機的SIM卡號無法呼叫專門的APN。

3、對于特定用戶，可通過數據中心分配特定的用戶ID和密碼， 其他沒有數據中心分配的用戶ID和密碼的用戶將無法登錄進入系統，系統的安全性進一步增強。

4、數據加密：通過VPN對整個數據傳送過程進行加密保護。

5、網絡接入安全鑒定機制：采用防火墻軟件，設置網絡鑒權和安全防范功能，保障系統安全。

六、總結

建成后的整個氣象GPRS信息傳輸系統實現了互聯互通與共享，為氣象信息體系的完善打下了堅實的基礎，同時也將在減災脫貧及促進人與自然和諧共處等諸多方面發揮著重要的作用。