（计算机应用技术专业论文）基于gsm网络的智能监测系统.pdf

东北大学硕士学位论文 摘要 基于g s m 网络的智能监测系统 摘要 我国地域广阔，目前有很大部分地区通讯条件还比较落后，使得大部分无通 信条件下的数据采集和监测为离线测定，少数为在线测定，自动化程度低，无法 与计算机联网。测得的数据上报、统计与分析工作量大，更难以对被测对象进行 控制。基于g s m 移动通信网络的远程数据监测系统利用了嵌入式技术、g s m 技术、 网络技术和数据库技术实现了对没有有线通信条件而具有手机信号地点的数据 采集和数据监测问题，很好地解决了这个问题。 本系统由终端监测点、区域监控系统和管理中心系统三部分组成。终端监测 点负责数据的采集并通过g s m 模块将数据发送给上级区域监控系统，执行区域监 控系统发送的控制指令；区域监控系统由g s m 网络与区域内各个终端监测点通 讯，完成区域内的各监测点的数据统计、预测、报警和控制；管理中心系统利用 广域网与各个区域监控系统进行通讯，完成全网的监控信息的统计、处理、分析 和控制。系统完成的功能有：数据采集功能、数据信息查询及统计报表功能、数 据的分析预测功能、w e b 发布功能、数据的存储功能、报警功能、异常控制功能 等。 系统工作过程为终端监测点的数据采集部分定时对传感器信号进行采集与 编码处理，按照要求的时间间隔以s m s 方式发送给区域监控系统，区域监控系统 接收的s m s 信息首先经过解码，按照规定的格式放入数据库中，然后对其进行统 计、分析处理，对结果进行显示和打印，并通过广域网发送给管理中心系统。当 区域监控系统发现异常后，由控制信息发送部分向相应的终端监测点发送相应的 控制信息，终端监测点接收到控制信息后执行相应的控制过程，同时可以向系统 管理员的手机中发送包含报警信息的短消息。 系统有技术先进、适用范围广、运行成本低的特点。只要在g s m 网络覆盖的 范围之内，就可以利用g s m 进行远程数据的传输，无需昂贵的无线网络架设投资， 可以大大降低成本。系统较好地利用了g s m 网络系统覆盖范围广，通信误码率低， 费用少等特点，实现了一个经济、高效的智能监测系统平台。 关键词网络数据库智能监测g s m 短消息预测算法 i i 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h e i n t e l l i g e n td e t e c t i n gs y s t e m b a s e do n g s mn e t w o r k a b s t r a c t f h er e g i o no fo u rc o u n t r yi sw i d e t h e r ea r ev e r ym o s ta r e at h a tc o m m u n i c a t i o ni s s t i l lr e l a t i v e l yb a c k w a r da tp r e s e n t ，m a k em a j o r i t yd a t ao fc o m m u n i c a t i o na r eo f f - l i n e ， m i n o r i t ya r eo n l i n e ，t h ea u t o m a t i cd e g r e ei sl o w , u n a b l et o1 i n kw i t hc o m p u t e r w h i c h m a k i n gd a t ac o m m u n i c a t i o n c o u n ta n da n a l y s eb ed i m c u l ta n dt h es a m et oc o n t r 0 1 t h el o n g r a n g ed a t am o n i t o r i n gs y s t e mo nt h eb a s i so fg s mh a v eu t i l i z e dt e c h n o l o g y o ft h ee m b e d d e dt e c h n o l o g y , g s mt e c h n o l o g y , n e t w o r kc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y a n dd a t a b a s et e c h n o l o g yr e a l i z et h ed a t ac o m m u n i c a t i o nw i t ht h ep l a c ew h i c ho n1 i n e c o m m u n i c a t i o ni sb a c k w a r da n di th a sm o b i l et e l e p h o n es i g n a l a n dt h ev e r yg o o do n e h a ss o l v e dt h i sp r o b l e m t h i ss y s t e mi sm a d eu po ft h r e ep a r t s ：t e r m i n a lw a t c hp o i n t ，r e g i o n a lm o n i t o r i n g s y s t e ma n dt h es y s t e mo fa d m i n i s t r a t i v ec e n t e r t e r m i n a lw a t c hp o i n t ，r e s p o n s i b l ef o r m e a s u r i n gt h ec o l l e c t i o no ft h ed a t aa n ds e n d i n gt h ed a t at or e g i o n a lc o n t r o ls y s t e m s o fh i g h e ra u t h o r i t i e st h r o u g hg s mm o d u l ei nt h es i t e c a r r yo u tt h ec o n t r o lo r d e rt h a t t h er e g i o n a lm o n i t o r i n gs y s t e ms e n d s ；r e g i o n a lm o n i t o r i n gs y s t e m ，e a c ht e r m i n a l c h e c kp o i n tc o m m u n i c a t i o nw i t hg s mn e t w o r k f i n i s he v e r yd a t as t a t i s t i c so fc o n t r o l l p o i n to fa r e a ，p r e d i c t ，s e n da l a r mi n f o r m a t i o na n dc o n t r o l ，e t c ；t h es y s t e mo f a d m i n i s t r a t i v ec e n t e r u t i l i z ew a na n de a c hr e g i o n a lm o n i t o r i n gs y s t e m c o m m u n i c a t i o n ，f i n i s hs t a t i s t i c s ，p r o c e s s i n g ，a n a l y s i sa n dc o n t r 0 1o f t h ei n f u r m a t i o no f t h ew h o l en e t w o r k t h ef u n c t i o n st 1 1 a tt h es y s t e mf i n i s h e sa r et h a tg a t h e r i n gd a t a t h e i n f o r r n a t i o ni n q u i r yo ft h ed a t aa n ds t a t i s t i c a lr e p o r t 。a n a l y s i sa n dp r e d i c t i o n ，t h ed a t a i s s u ei n 、b ，p r o n u n c i a t i o ns e r v i c ef u n c t i o n ，t h em e m o r yf i m c t i o no ft h ed a t a ， w a m i n gf u n c t i o n ，u n u s u a l l yc o n t r o le t c t h ew o r k i n gc o u r s eo ft h es y s t e mi s ：t e r m i n a lp o i n tg a t h e r i n gs o m ed a t ao f s e n s o ra n dc o d eo nr e g u l a r l y , t h et i m ei n t e r v a la sr e q u e s t e di ss e n tt ot h er e g i o n a l m o n i t o r i n gs y s t e mb yw a yo fs m s r e g i o n a ls m sm e s s a g et h a tm o n i t o r i n gs y s t e m r e c e i v ed e c o d ef i r s ta n d 口u ti n t ot h ed a t a b a s ea c c o r d i n gt of i x e df o r m ，t h e nc o u n t ， a n a l y s ea n dp r o c e s s s h o wa n dt y p em er e s u l t a n ds e n dt o t h e s y s t e mo f a d m i n i s t r a t i v ec e n t e rt h r o u g hw a n c o n t r o li n f o r m a t i o ns e n ds o m ec o r r e s p o n d i n g c o n t r o lm e s s a g et oc o r r e s p o n d i n gt e r m i n a lw a t c hp o i n ta f t e rt h em o n i t o r i n gs y s t e mi n t h ea r e ai sf o u n du n u s u a l ，t h e l lt e r m i n a lw a t c hp o i n tr e c e i v ea n dc a r r yo u tt h e c o r r e s p o n d i n gc o n t r 0 1c o u r s e ，m o n i t o r i n gs y s t e mc a l ls e n dw a r n i n gs h o r tn e w so f m e s s a g et oc o r r e s p o n d i n ga d m i n i s t r a t o rc e l l - p h o n eo fs y s t e ma tt h es a l n et i m e t h es y s t e mh a sm o d e mt e c h n i q u e s s u i t a b l ei ne x t e n s i v er a n g e o p e r a t ew i t h1 0 w c o s t s s ol o n ga sw i t h i nt h er a n g ec o v e r e di ng s mn e t w o r k c a nu t i l i z eg s mt oc a r r y o nt h et r a n s m i s s i o no ft h el o n g r a n g ed a t a , d on o tn e e dt oe r e c te x p e n s i v ew i r e l e s s n e t w o r ka n t e n n a c a nm ni nl o w e rc o s t s s y s t e mu t i l i z eg s mt ob en e t w o r ks y s t e m i n 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t c o v e r a g ew i d ew e l l ，c o m m u n i c a t i o no n ey a r do f r a t e si sl o wb ym i s t a k e ，t h ee x p e n s e s w a i tf o rf e wc h a r a c t e r i s t i c s ，h a sr e a l i z e dae c o n o m y , h i g h e f f i c i e n ti n t e l l e c t u a l m o n i t o r i n gs y s t e mp l a t f o r m k e yw o r d sn e t w o r k ，d a t a b a s e ，t h ei n t e l l i g e n td e t e c t i n g ，g s m ( g l o b a ls y s t e mf o r m o b i l ec o m m u n i c a t i o n ) ，s m s ( s h o r tm e s s a g es e r v i c e ) ，t h ef o r e c a s t i n ga r i t h m e t i c i v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或 撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：磊艾分7 日期：z 卵f 、上t 鼋 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学 位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名；否则视为不同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： 东北大学硕士学位论文 第一章引言 1 1 问题的提出 第一章引言 目前国内对于没有通信条件地点的数据采集和数据监测问题，一直没有一种 廉价、稳定的解决方法。使得大部分无通信条件下的数据采集和监测为离线测定， 少数为在线测定，自动化程度低，无法与计算机联网。测得的数据上报、统计与 分析工作量大，更难以对被测对象进行控制。随着现代通信技术和现代计算机技 术的发展，出现了g s m 数据传输方法，能较好地解决这一问题。因此研制一套 智能g s m 数据监测系统，并以低廉的费用进行运营，将极大地降低数据监测难 度，还能解决移动数据采集问题。系统具有造价低、安装简便、运营成本低的特 点，可以节省大量人力、物力和资金，提高使用单位的经济效益和社会效益。 由于我国地幅辽阔、地形复杂、要求系统低成本的特殊性，使得我国特别需 要此类产品，并且由于采集技术、g s m 技术和计算机网络技术的成熟，使得这 一应用成为现实。随着通信技术和计算机技术的发展，类似的综合应用必将在应 用开发领域得到更为广泛地发展。 本系统的应用可以解决无通讯线路地区的数据采集工作，更重要的是能实现 移动数据采集工作，系统可以随着客户的要求进行裁剪，系统可大可小，虽基本 系统配置可做到5 万元左右，由于系统开发技术的先进性，决定了系统具有较高 的技术附加值，并且有相当大的市场容量，可以取得巨大的经济效益。在社会效 益方面，由于解决了以前无法解决的问题，并且可以广泛应用在环保、交通、金 融、军队等领域，有着广泛和深远的社会效益。本产品可以做成系列产品，并且 可以继续深入发展，可以形成跨行业、跨学科的技术产业。 1 2g s m 智能监测系统概述 g s m ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o l l ) 全球移动通信系统| _ i l 是由北 欧邮政及电信组织于1 9 8 2 年向欧洲邮政电信组织( c e p t ) 所提出的欧洲通讯系 统，由欧洲电信标准所( e u r o p e a nt e l e c o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d si n s t i t u t e ，e t s i ) 负责 制定的，是世界上使用最广、用户数最多、覆盖面积最大、技术上最成熟的移动 东北大学硕士学位论文 第一章引言 通信系统。 本系统及其软件分为三层结构。一是终端监测点，负责监测点的数据采集并 通过g s m 模块将数据发送给上级区域控制系统，执行区域监控系统发送的控制指 令。二是区域监控系统，由g s m 网络与区域内各个终端监测点通讯，完成区域内 的各监测点的数据统计、预测、报警和控制。三是管理中心系统，利用广域网与 筹个区域监控系统通讯，完成全网的监控信息的统计、处理、分析和控制。系统 结构如图1 1 所示： 图1 1 系统结构图 f i g 1 1 t h es t r u c t u r ec h a r t f o rs y s t e m 终端监测点由单片机和g s m 通讯卡组成，完成的主要功能为：设置、采集、 通讯、控制。单片机对采集周期、显示量等进行设置；处理a d 采样数据，对其 进行编码，并将数据存入e e p r o m ，防止断电丢失信息：按设定周期，将采集到 的数据发送出去；通过a t 指令，可对g s m 模块的各种工作方式、j ：作状态、功 能等进行设置。g s mm o d e m 用于接收来自终端监测点的数据和发送控制信息，工 作于p d u 模式下与单片机通过标准的r s 2 3 2 串口进行实时通讯，在通讯过程中， 按照a t 指令来进行短消息的设置、发送、接收、编码、解码及删除等操作：接 收区域监控系统发送的控制信号，根据控制信号，执行相应的控制命令；发送弄 1 接收短消息信息，并对其解码、误码判断，其中发送信息包括对数据采集模块的 采样率、发送时间、发送s i m 卡号、发送信号选择等。管理中心系统和区域监控 系统由p c 机构成，装有操作系统和数据库软件，用来管理监测点采集到的数据。 系统完成的功能有：数据采集功能、数据信息查询及统计报表功能、数据的 东北大学硕士学位论文 第一章引言 分析预测功能、w e b 发布功能、数据的存储功能、报警功能、异常控制功能等。 系统工作过程为：终端监测点的数据采集部分定时对传感器信号进行采集与 编码处理，按照要求的时间间隔以s m s 方式发送给区域监控系统，区域监控系统 接收的s m s 信息首先经过解码，按照规定的格式放入数据库中，然后对其进行统 计、分析处理，对结果进行显不和打印，并通过广域网发送给管理中心系统。当 区域监控系统发现异常后，由控制信息发送部分向相应的终端监测点发送相应的 控制信息，终端监测点接收到控制信息后执行相应的控制过程，同时可以向系统 管理员的手机中发送包含报警信息的短消息。 1 3 本文工作 ( 1 ) 查阅相关的文献。了解g s m 常识，熟悉g s m 网络提供的服务类型和 方式掌握g s m 的协议； ( 2 ) 依据市场需求分析，a 软件理论的基础j _ 二，设计整个系统的总体布局 和框架结构； ( 3 ) 殴计智能预测算法，对数据的未来进行预测分析； ( 4 ) 依据系统设计方案，完成对开发工具的选择、开发过程中变量命名的 规范、前后台技术开发等系统实施工作，并完成系统的详细设计； ( 5 ) 完成系统的具体实现 ( 5 ) 完成系统的具体实现 并分析其结果和使用价值。 并分析其结果和使用价值。 东北大学硕士学位论文 第二章g s m 网络通讯 2 1 概述 第二章g s m 网络通讯 g s m ( g 1 0 b a ls y s t e mf o rm o b i lec o m m u n i c a t i o n ) 全球移动通信系统，是世 抖 ：使用最为广泛的移动通信协议之，是由欧洲e t s i 组织提出的第二代数字 蜂窝移动通信系统标准，采用t d m a f d m a 复用方式，以及数字化语音编码和数字 调制技术，以语音业务为主，也支持无线的数据业务，是世界上使用最广、用户 数最多、覆盖面积最大、技术上最成熟的移动通信系统。g s m 系统具有高频谱效 率、安全性高、稳定性好、集成度高、容量大、开放性的接口、抗噪音性能强和 覆盖范围广等特点，全世界己有1 3 0 多个国家和地区建立了g s m 网络，实现全球 漫游。 2 2g s m 网络构成 g s m 网络系统采用数字蜂窝通信系统，其主要组成部分可分为：网络系统、 基站予系统和移动台 j 。 网络系统由移动交换中心操m s c ，操作中一t l , o m c 和本地位置寄存器h l r ， 访问位置寄存器v l r ，鉴权中心a u c 和设备标志寄存器e r i 等组成。基站子系 统b s 由基站收发台b s t 和基站控制器b s c 组成。移动台m s 即是手机或车载台， g s m 移动台必须配合用户识别模块( s i m 卡) 使用才能合法地接入g s m 通信网络， 进行信息交换。 2 3g s m 的业务 g s m 提供的服务，可以使得人们不受空间、地域的限制，随时随地获取所需 的信息，可以在移动中收发短信、收发e - m a i l 、收发传真、访问i n t e r n e t 等。 2 3 1 短信息系统( s m s ) s m s 是s h o r tm e s s a g es e r v i c e 的缩写，系统的关键部分是短消息业务中心 东北大学硕士学位论文 第二章g s m 网络通讯 作为短消息的存储转发的单元，可实现移动终端间的点对点短消息通信。现在 g s m 的移动通信系统已经提供了短消息服务功能，两个g s m 手机之间可以发送、 接收中英文短消息。移动通信网与i n t e r n e t 相结合，提供了更丰富的业务功能， 如：e - m a i l 到达通知；短消息直接发布在i n t e r n e t 上；短消息发送至传真：手 机和电视的互动，实现聊天功能。 2 3 2 蜂窝数字分组数据( c d p d ) c d p d 全称为c e l l u l a rd i g i t a lp a c k e td a t a ，意为蜂窝状数字式分组数据 交换网络，它是以数字分组数据技术为基础，以蜂窝移动为组网方式的移动无线 数据通信技术。有以下特点：无线广域网；1 9 2 k b p s 的空中信道通信速率；全 双工的通信方式( 它可以同时收发数据) ；无差错的数据传送；基于t c p i p 的开 放系统；移动终端通信编号直接使用i p 地址；安全可靠；支持广播与群呼。 2 3 3 电路型数据业务 电路型数据业务是目前g s m 数据业务的主要承载方式。电路型数据业务是基 于目前的g s m 网络、采用电路交换的业务类型。电路型数据业务包括( ；s m 承载数 据业务和高速电路交换数据业务h s c s d ( h i g hs p e e dc i r c u i ts w i t c hd a t a ) 。 2 3 4 通用分组无线业务( g p r s ) g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) 的产生可以说是g s m 的发展中的革 命。它是g s m 首次采用分组交换的传输技术，有效地利用了无线资源。它的接入 速度快，没有电路交换方式建立连接所带来的时延，g p r s 还具有多种服务质量， 可以灵活支持多种数据应用，数据速率从9 k b i t s 至最高1 7 1 k b i t s 。 2 3 5 第三代移动通信i m t - 2 0 0 0 i m t 一2 0 0 0 的主要业务特征是支持i p 和高速电路型数据业务。i m t 一2 0 0 0 的室 外3 8 4 k b p s 、室内2 m b p s 的接入带宽使得i m t 一2 0 0 0 将可以向用户提供真正的移 动多媒体业务。同时由于i m t 一2 0 0 0 支持业务的上行和下行的非对称传输，支持 以传输数据量作为收费依据，使得无线数据业务得到更为广泛的应用。 东北大学硕士学位论文 第二章g s m 网络通讯 2 4g s m 短消息 2 4 1 符号及端口说明 g s m 短消息所用端口及符号说明【6 1 见表2 1 和表2 2 表2 1 协议端v 1 号说明 t a b l e 2 1t h eg r a d el i s to f t h ee x p l a i nf o rp r o t o c o lp o r t 端口号应用 7 8 9 0 长连接( s p 与网关间) 7 9 0 0 短连接( s p 与网关间或网关之间) 7 9 3 0长连接( 网关之间) 9 1 6 8 短连接( 短信网关与汇接网关之间) 表2 2 符号说明 t a b l e 2 2t h eg r a d el i s to f t h ee x p l a i nf o rs y m b o l 英文缩写英文全称说明 l s m gi n t e m e ts h o r tm e s s a g eg a t e w a y 互联网短信网关 s m p ps h o r tm e s s a g ep e e rt op e e r 短消息点对点协议 c m p pc h i n am o b i l ep e e rt op e e r中国移动点对点协议 s m cs h o r tm e s s a g ec e n t e r短消息中心 g n s g a t e w a yn a m es e r v e r 网关名称服务器( 汇接网关) s ps e r v i c ep r o v i d e r 业务提供者，即信息资源站实体 s p 为收取包月业务费用而向网关发送的消息，网关 s m cs h o r tm e s s a g ec o n t r o l 收到后不送给用户仅产生相应的话单； i s m gi d 网关代码：0 x y z 0 1 0 x y z 9 9 ，其中x y z 为省会区 号，位数不足时左补零，如北京编号为1 的网关代码 为0 0 1 0 0 1 。 s pi d s p 的企业代码：网络中s p 地址和身j 份的标识、地址翻译、计费、结算等 均以企业代码为依据。 s pc o d e s p 的服务代码 s e r v i c el ds p 的业务类型，数字、字母和符号的 组台，由s p 自定，如图片传情可定 为t p c q ，股票查询可定义为1 1 。 6 东北大学硕士学位论文 第二章g s m 网络通讯 2 4 2 网络结构 岛! 囊謦_ i i 骛 叵慕裔董i 、。 # m 月# 目、一一+ + r 习。j j 图2 1 互连网短信网关逻辑网络结构图 f i g 21t h ea r c h i t e c t u r ec h a r to f i s m g 互联网短信网关( i s m g ) 是外部信息资源站实体( s p ) 与移动网内短信中 心之间的中介实体。互联网短信网关一方面负责接收s p 发送给移动用户的信息 和提交给短信中心。另一方面，移动用户点播s p 业务的信息将由短信中心通过 互联网短信网关发给s p 。另外，为了减轻短信中心的信令负荷，互联网短信网 关还应根据路由原则将s p 提交的信息转发到相应的互联网短信网关。互联网短 信网关通过向汇接网关( g n s ) 查询的方式获得网关间的转发路由信息。 2 4 3 短信发送和短信接收 图2 2 短信发送示意图 f i g 2 2t h es k e t c hm a po fs m m o 1 2 2图如作操务业) om驯呛m 舭 1 iel缸e 始 t叮蛳 (送发唐短 ：示所 东北大学硕士学位论文 第二章6 s m 网络通讯 ( 1 ) 手机发出数据请求( 可能是订阅信息或图片点播等) ，被源i s m g 接收； ( 2 ) 源i s m g 对接收到的信息返回响应； ( 3 ) 源i s m g 在本地查询不到要连接的s p ，向g n s ( 汇接网关1 发路由请求信息： ( 4 ) g n s 将路由信息返回； ( 5 ) 源i s m g 根据路由信息将请求前转给目的i s m g ； ( 6 ) 目的i s m g 对接收到的信息返回响应； ( 7 ) 目的i s m g 将请求信息送s p ； ( 8 ) s p 返回响应。 在以上操作中，步骤3 到步骤8 均使用c m p p 协议；在随后的操作中，目 的i s m g 在接收到s p 的响应后将产生m o 状态报告发给源i s m g 。 短信接收( s h o r tm e s s a g em o b i l et e r m i n a t e d ，s m m t ) ，业务操作如图2 3 所示： 图2 3 短信接收示意图 f i g 2 3t h es k e t c hm a po fs m m t ( 1 ) s p 发出数据请求( 可能是短信通知或手机铃声等) ，被源i s m g 接收： ( 2 ) 源i s m g 对接收到的信息返回响应； ( 3 ) 源i s m g 在本地数据库中找不到要目的手机号段所对应网关代码，向g n s l 汇接网关) 发路由请求信息； ( 4 ) 汇接网关将路由信息返回： ( 5 ) 源i s m g 根据路由信息将请求前转给目的i s m g ； ( 6 ) 目的i s m g 对接收到的信息返回响应； ( 7 ) 目的i s m g 将请求信息发送至s m c ； ( 8 ) s m c 向目的i s m g 返回响应。 在上述操作中，步骤( 1 ) 到步骤( 6 ) 均使用c m p p 协议；在随后的操作中， s m c 将通过n 0 7 信令网向移动用户发送信息，移动用户收到后将返回状态报告 ( d e l i v e r y r e c e i p t ) 给短信中心，短信中心将按照m o 操作的流程将状态报告 东北大学硕士学位论文 第二章6 s m 网络通讯 返回给s p ( 如果s p 要求返回状态报告) 。 2 4 4c m p p 协议栈 c m p p 协议以t c p i p 作为底层通信承载，具体结构由图2 4 所示： s p1 s m g i s m gc i n s c h 伊pc n 田3 pc h 伊p c n 伊p t c p t c pt c p t c p i pi p i p i p 底层承栽 底层承栽 底层承栽 底层承栽 2 4 5 通信方式 图2 4c m p p 协议栈 f i g 2 4t h ec h a r to f c m p p s p 与i s m g 之间、i s m g 之间进行信息交互时，可以采用长连接方式，也 可以采用短连接方式【6 l 。所谓长连接，指在一个t c p 连接上可以连续发送多个 数据包，在t c p 连接保持期间，如果没有数据包发送，需要双方发链路检测包 以维持此连接。短连接是指通信双方有数据交互时，就建立一个t c p 连接，数 据发送完成后，则断开此t c p 连接，即每次t c p 连接只完成一对c m p p 消息的 发送。 ( 1 ) 长连接： 通信双方以客户服务器方式建立t c p 连接，用于双方信息的相互提交。当 信道上没有数据传输时，通信双方应每隔时间c 发送链路检测包以维持此连接， 当链路检测包发出超过时间t 后未收到响应，应立即再发送链路检测包，再连 续发送n 1 次后仍未得到响应则断开此连接。参数c 、t 、n 原则上应可配置， 现阶段建议取值为：c = 3 分钟，t = 6 0 秒，n = 3 。 网关与s p 之间、网关之间的消息发送后等待t 秒后未收到响应，应立即重 发，再连续发送n 1 次后仍未得到响应则停发。现阶段建议取值为： i - - 6 0 秒， n = 3 。消息采用并发方式发送，加以滑动窗口流量控制，窗口大小参数w 可配 置，现阶段建议为1 6 ，即接收方在应答前一次收到的消息最多不超过1 6 条。 东北大学硕士学位论文第二章g s m 网络通讯 长连接的操作流程举例如图2 5 所示： 客户端 服务器端 图2 5 长连接一次操作流程图 f i g 2 5t h ec h a r to f o n eo p e r a t i n gi ni o n g j o i n j i n g ( 2 ) 短连接： 通信双方以客户一服务器方式建立t c p 连接，应答与请求在同一个连接中完 成。系统采用客户服务器模式，操作以客户端驱动方式发起连接请求，完成一 次操作后关闭此连接。 网关与s p 之间、网关之间的消息发送后等待t 秒后未收到响应，应立即重 发，再连续发送n 一1 次后仍未得到响应则停发。现阶段建议取值为：t = 6 0 秒， 东北大学硕士学位论文 第二章g s m 网络通讯 n = 3 。 短连接的操作流程举例如图2 6 所示 客户端月务器端 服务器端客户端 竺竺一 一一一一一一一一 一，一一一一 、! 竺竺。 玳脚竺竺竺一7 r 一一一一一 图26 短连接一次操作流程图 f i g 2 6t h ef l o wc h a r to f o n eo p e r a t i n gi ns h o r t j o i n i n g 2 4 6 交互过程中的应答方式 异步交互方式示例如图2 7 所示 s m c1 s m g li s m g 2 s p s m p p 诳求潲息 蛐p 响应消息 c m p p 请求消息 c m p p 响应消旦 c m p p 请求消息。 c m p p 响应消息 图2 7 异步交互方式示意图 f i g 2 7t h ec h a r to fa s y n c h r o n i s mm u t u a lm e t h o d 东北大学硕士学位论文 第二章6 s m 网络通讯 在s p 与i s m g 之间、s m c 与i s m g 之间及t s m g 之间的交互过程中均采用 异步方式，即任一个网元在收到请求消息后应立即回送响应消息。 东北大学硕士学位论文 第三章基于g s m 网络的智能监测系统的系统设计 第三章基于g s m 网络的智能监测系统设计 3 1 系统构成 3 1 1 系统的总体构成 整个系统及其软件分为三层结构。第一层是终端监测点，采用单片机系统， 负责数据的采集和量纲转换并通过g s m 将数据发送给区域监控系统。第二层是 区域监控系统，由p c 机组成，完成区域的各监测点的数据接收和处理，对处理 后的数据进行统计、预测和控制。第三层是管理中心系统，完成全网的监控信息 的统计、处理、分析和控制。其中第一层和第二层之间是通过g s m 短信的方式 进行数据的传输，第二层和第三层是通过广域网( 支持t c p 、i p 的网络) 进行数据 的传输。 其结构如图3 1 所示： 闰3 i 系统结构图 f i g 3 1t h es t r u c t u r ec h a r tf o rs y s t e m 3 1 2 系统的数据流程 系统所要采集的所有信号经过信号交换后，形成0 - 5 v 电压信号，经过a d 东北大学硕士学位论文第三章基于g s m 网络的智能监测系统的系统设计 转换变成数字信号，经过单片机数据滤波处理形成具体数字，通过r s 2 3 2u 变 成串行数据，后经过g s m 传输模块传送到区域监控系统；区域监控系统对数据 进行处理后，通过网络传送到管理中心系统。 系统数据流程如图3 2 所示： 终端监测点 一f 一 g s m 网络 区域监控系统 广域网 ， 管理中心系统 图3 2 系统数据流程图 f i g 3 2t h ef l o wc h a r to f s y s t e md a t a 3 1 3 系统的设计环境 ( 1 ) 制作硬件的环境： ( a ) 仿真器； ( b ) d o s 操作系统； ( c ) p r o t e l9 9 ： ( d ) w o r k b e n c h 电路仿真软件。 ( 2 ) 制作软件的环境： ( a ) wjn d o w s2 0 0 0s e r v e r ： ( b ) p o w e rb u i l d e r9 0 ： ( c ) v i s u a c + + 6 0 ： ( d ) s o ls e r v e r2 0 0 0 。 3 2 终端监测点的设计 终端监测点也就是采集模块，负责数据的采集，利用了传感器、单片机和 g s m m o d e m 。传感器传出的信号( 如果是模拟信号，通过a d 转换以后变成数 东北大学硕士学位论文第三章基于g s m 网络的智能监测系统的系统设计 字信号) 传入单片机，再通过r s 2 3 2 串口传送给g s m 卡。采集的数据要根据要 求不同而有所不同，比如机房采集系统可能要包括机房的温度、湿度、电源电压 等数据，而水质监测系统可能要包括水的温度、水压、水的污染度等数据。 采集模块的数据流程如图3 3 所示： 传感器信号 单片机处理 r $ 2 3 2 串口 g s m 卡 图3 3 采集模块数据流程图 f i g 3 3t h ef l o wc h a r to f d a t af o rs m s 3 3 区域监控系统的设计 区域监控系统用来完成从g s m 网络接收数据，对数据进行处理，处理后进 行相应的操作：显示故障、把数据存入数据库、上传数据和监测报警等功能。 功能如图3 4 所示： 图3 4 区域监控系统的功能 f i g 3 4t h ef u n c t i o no f a r e ac o n t r o lc o m p u t e r 数据接收：用来接收终端监测点通过g s m 网络传来的短信，需要一个g s m 模块，此模块由一块可以提供g s m 服务的g s m 卡和相应的驱动程序及c + + 程序 东北大学硕士学位论文第三章基于6 s m 网络的智能监测系统的系统设计 组成，设计成可复用的动态连接库( d y n a m i cl i n kl i b r a r y ) ，所提供的服务包 括：初始化g s m 卡、发送数据、发送文本信息、接收数据和关闭g s m 卡。 数据处理：接收到的数据需要在程序中进行相应的解码分析，如分离出发送 手机的号码，从而确定测点的来源；区分是文本还是= 进制数据，按照事先约定 的规则进行数据的分离，对分离后的数据进行有效性的检验，检验包括两方面： 是数据的有效性；二是数据是否是故障数据。检验后把数据存入数据库中。另 外，数据处理功能还要按照相应的规则，完成与终端监测点进行通信的握手功能， 以保证数据能由髓测点按时准确地送到区域监控系统中。 系统设置：用来设置本系统的相应信息，比如系统用途、采集量内容、采集 周期、用户信息等内容。系统设置还完成的另一个重要功能是对发送来的数据是 酉收到进行的握手协议的初试化工作，采集的数据有可能丢失或延迟，丢失的话， 区域监控系统将通知终端监测点重新发送相应的数据或说明原因，系统设置中设 定多长时间为延迟、多长时间要进行握手。 显示打印：用来显示g s m 上传来的数据，包括正常数据和故障数据，根据要 求可以进行打印功能。 监测报警：如果数据出现故障，立即采取的减少损失的措旋。报警有3 种， 一是p c 机本身进行的声音报警，此时系统主界面会有相应的提示；二是手机短 信的报警，充分利用g s m 短信的方便之处把故障类型发送到指定的管理人员的手 机中；三是重大故障的报警控制，此时系统发送控制命令到终端监测点，进行自 动的异常操作，如减缓采集周期、停止采集数据、关闭系统，甚至是切断电源等 命令，此命令要用g s m 网络，发送短消息到终端监测点，有单片机进行对控制电 路的控制。 数据查询报表：用来管理采集点的数据信息，可以查询出指定采集点的指定 时间段的数据，还可以查询出相应的故障类型、时间、处理方式等内容。查询的 结果除了打印外，允许以报表的形式输出到文件上，以方便管理人员的进行管理、 分析和有效的处理。 数据的预n - 根据以有的数据，进行科学的预测，预测到下一个时间的数据 量，预测到系统可能存在的故障，并及时地进行相应的报警，以采取有效的措施， 减少、避免可能的损失。本模块利用的是人工神经元网络中的b p 算法，并用统 计的方法进行了结果的分析。 数据上传：区域监控系统的数据上传，利用广域网，通过s o c k e t 方式传输， 东北大学硕士学位论文 第三章基于g s m 网络的智能监测系统的系统设计 用来向管理中心系统传输区域监控系统中的数据。 3 4 管理中心系统的设计 管理中心系统用来接收各个区域监控系统传来