GPRS系统应用.doc

GPRS/CDMA无线应用开发系统可行方案示例GPRS/CDMA无线应用开发系统可行性方案示例开发单位： 南京信息职业技术学院工程研发中心 时 间： 2009年10月 1.国内无线应用领域现状国内的无线应用领域用到的无线技术多集中在GPRS和CDMA两种传输方式。这两种传输方式都具有按流量收费、覆盖范围广等优点，适合于组网和无线应用类产品的开发。1.1 GPRS简介GPRS（General Packet Radio Service）是通用分组无线业务的简称，作为移动通信2.5 代的技术和中国移动主推的增值服务,是GSM 移动电话系统向第三代移动通信迈进的一个重要步骤。它突破了GSM网只能提供电路交换的思维方式,通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换,这种改造的投入相对来说并不大,但得到的用户数据速率却相当可观。GPRS 允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据,而不需要利用电路交换模式的网络资源。从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输,也适用于偶尔的大数据量传输。其覆盖范围已经达到全国31个省区市160个城市。随着网络建设的的进一步深入，GPRS的覆盖范围会越来越大。GPRS数据传输具有如下优点： 永远在线：不象传统拨号上网那样,断线后需要重新拨号,才能上网冲浪。客户随时都与网络保持联系,即使没有数据传送时,客户仍然在网上与网络之间还保持一种连接。快速登录：连接时间很快。GPRS 无线终端一开机,就已经与GPRS 网络建立了连接,每次登录互联网,只需要一个激活过程,一般仅需1 到3 秒。高速传输：由于GPRS 网络采取了先进的分组交换技术,数据传输最高理论值可达171.2kb/s。实际数据传输速率受网络编码方式和终端支持的因素影响。现在客户的接入速度大概在30kbps40kbps，如使用数据加速系统后，速率体现大概在60kbps80kbps左右。按量收费：GPRS 网络按照客户接收和发送数据包的数量来收取费用,没有数据流量的传递时,客户即使在线,也不收费。1.2 GPRS应用从上面所述可以看出GPRS具有覆盖范围广、数据传输速度快、通信质量高、永远在线和按流量计费等优点，其业务在无线上网、环境监测、交通监控、移动办公等行业中具有无可比拟的性价比优势。在现阶段，其主要的应用范围除了手机上网所获得的移动商务、移动信息服务等个人服务方面外，大都存在于公用事业上，如工业和民用自来水表、电表、煤气表等计量终端进行监控的系统等，但在其他领域如教学，商业，只能住宅等领域很少或几乎没有GPRS相关产品。所以其发展空间仍十分巨大。公用事业系统具体到系统结构上，可划分为主站系统、通信网络和现场计量终端三个部分，采用GPRS网络作为系统的通信网络，实现终端系统与主站系统的互通互连和数据传输。主站系统通过光纤接入到运营商机房或者是基站，从而实现GPRS无线网络的接入。同时在中国移动的GGSN（网关GSN）网元上，为系统设置一个专用接入点（APN），计量终端与系统主机组成无线虚拟专用网（VPN），这样解决了数据传输过程中的安全性问题，通过在数据传输过程中对数据进行多重加密处理，防止VPN网外用户非法侵入。每个计量终端作为一个现场系统，集成了GPRS通信模块，利用其RS-232标准的接口和单片机连接在一起，构造出一个可利用标准Hayse AT命令集驱动控制的、具有无线收发功能的终端，从而实现了计量终端数据的采集、无线传输等功能。典型公用事业主框架图如图1所示。1.基于GPRS网络的公用事业系统网络拓扑图1.3 CDMA简介CDMA(Code-DivisionMultipleAccess的缩写，全称码分多址)技术的出现源自于人类对更高质量无线通信的需求。第二次世界大战期间因战争的需要而研究开发出CDMA技术，其思想初衷是防止敌方对己方通讯的干扰，在战争期间广泛应用于军事抗干扰通信，后来由美国高通公司更新成为商用蜂窝电信技术。1995年，第一个CDMA商用系统运行之后，CDMA技术理论上的诸多优势在实践中得到了检验，从而在北美、南美和亚洲等地得到了迅速推广和应用。全球许多国家和地区，包括中国大陆、中国香港、韩国、日本、美国都已建有CDMA商用网络。在美国和日本，CDMA成为国内的主要移动通信技术。在美国，10个移动通信运营公司中有7家选用CDMA。到今年4月，韩国有60%的人口成为CDMA用户。在澳大利亚主办的第27届奥运会中，CDMA技术更是发挥了重要作用。中国联通于2002年1月8日正式开通了CDMA网络并投入商用，2008年10月1日后转由中国电信经营，手机号段为133、153、189及尚未放号的180号段。CDMA所具有的优点：系统容量大：理论上，在使用相同频率资源的情况下，CDMA移动网比模拟网容量大20倍，实际使用中比模拟网大10倍，比GSM要大4-5倍。 系统容量的配置灵活：在CDMA系统中，用户数的增加相当于背景噪声的增加，造成话音质量的下降。但对用户数并无限制，操作者可在容量和话音质量之间折衷考虑。另外，多小区之间可根据话务量和干扰情况自动均衡。 通话质量更佳:CDMA的信道结构最多只能支持4Kb的语音编码器，它不能支持8Kb以上的语音编码器。而CDMA的结构可以支持13kb的语音编码器。因此可以提供更好的通话质量。CDMA系统的声码器可以动态地调整数据传输速率，并根据适当的门限值选择不同的电平级发射。同时门限值根据背景噪声的改变而变，这样即使在背景噪声较大的情况下，也可以得到较好的通话质量。另外，TDMA采用一种硬移交的方式，用户可以明显地感觉到通话的间断，在用户密集、基站密集的城市中，这种间断就尤为明显，因为在这样的地区每分钟会发生2至4次移交的情形。而CDMA系统“掉话”的现象明显减少，CDMA系统采用软切换技术，“先连接再断开”，这样完全克服了硬切换容易掉话的缺点。 建网成本低：CDMA系统有着容量大、工作频点较GSM低，因此，在CDMA规划中，CDMA的站间距一般较GSM稀疏。因此可以更好的节约建网成本。1.4 CDMA应用因为CDMA和GPRS同属于无线传输领域，去除其实现方式的不同。在实际应用中往往根据实际情况进行合理的选择。目前有环保数据采集等无线应用方案。2. GPRS/CDMA无线应用开发系统2.1系统统概述为普及电子和无线电应用技术，经江苏省教育厅批准（苏教基20087号文件），省科协、省无线电管理局和省电子学会联合在全省开展江苏省第八届“青少年电子技师”认定活动暨江苏省首届“电信杯、移动杯”青少年无线电能手大赛。应主办单位要求，我院做为协办单位，为这项赛事研制了无线电能手竞赛平台。此次无线电能手竞赛的平台首次选用了GPRS作为数据通信的主要传输方式。GPRS系统通过在原有的GSM系统中引入分组数据单元来提供无线系统上的数据业务。作为高速承载网络，GPRS系统支持多种业务应用，如增强的SMS（短消息）功能，WAP和IP业务等。其IP业务的“永远在线”、高速传输、按量收费应用优势，以及业务接入无地域限制、组网灵活、建设周期短等特点，是此次竞赛中无线数据通信方式选择的重要参考因素。GPRS/CDMA无线应用开发系统是我院工程技术研究开发中心组织研制生产的，该系统包括数据采集与控制平台、数据中心服务器以及网络配置工作站。该系统具备了无线应用所需要的数据传输平台、数据输入输出控制平台，适合快速构建无线数据传输系统。GPRS/CDMA无线应用开发系统由数据中心服务器、GPRS/CDMA无线应用开发平台、远程工作站以及相应的内嵌式软件构成。系统通过无处不在的公用移动网络，通过GPRS数据通信方式连接各终端用户开发平台。各远程工作站通过互联网既可登录数据中心，管理和监控终端数据采集控制平台。软硬件具体资源及功能详见GPRS/CDMA无线应用开发系统试制总结报告。2.2系统可应用领域本系统可应用领域非常广泛，大致可分为民用、商用、城市监管、教学等。如图2所示。图2 GPRS系统应用领域图示按应用方式可以分为基于平台和由平台衍生出的产品和系统。基于平台即在不改变现有平台软硬件结构的情况下进行上层的开发，即通过增加外围电路如传感电路、控制电路等进行数据的采集或者一些特殊设备的控制。因为本系统本身在可控性、外部接口等方面都经过实际检测。对于上层开发人员来说，只需关注所需要完成的任务即可，软硬件的平台经过短时间的学习就可以上手。所以可以极大地缩短开发周期和实际成本。由平台衍生即在现有平台的基础上，由专业技术人员进行再次开发，如硬件电路的改进或缩减，上层软件的再次开发或重开发。这中开发方式需要开发人员有比较高的专业基础，主要面向高端的用户和工厂研发时的平台。如研发机构在现有的平台基础上进行硬件或者软件的研发和测试阶段中，可以先在本平台上进行产品研发，当产品功能完成后，再调整硬件电路，进行实际制板，这样对于产品的成功率必然有所升高，缩减研发经费，同时对于研发周期也会相应的减少。上述系统应用主要针对研发人员，其实对于教学来说，CDMA/GPRS作为典型的无线通讯方式，MSP430作为低功耗、高性能的单片机产品，软件系统作为B/S、C/S混合架构的典型模式都可以作为教师在教学过程中最直观的教学元素。另外还可以让学生自己动手做一些外围电路进行实际的操作，对于学生专业知识动手能力等综合素质的提高有良好的促进作用。综上，本系统应用方式综合成如下两点：A 利用现有的软硬件平台进行方案设计，可在一定程度上减轻开发人员的压力。作为教学平台使学生直观认识，提高动手能力。B 懂得软硬件开发的人员可以在本系统硬件上进行改进，在软件上进行更新。 3.可行方案介绍3.1目前市场已有无线应用方案l 智能远传水表2009年3月4日，徐州康宏供水公司施工人员开始在绿地四期安装新型无线远传水表。这种智能水表不仅可让供水部门随时掌握用户的用水情况，而且计量更加准确，用户消费更加透明。这种水表较以前有很大优势。轻点鼠标 一目了然在康宏供水公司，抄表员小王打开电脑，点击远传抄表系统，滨湖花园小区每户居民的用水情况一目了然。无线远传水表系统在使用过程中，水表每3小时会自动将用水信息发送到中继器，然后通过基站发送到网络系统。抄表员只需登录设定的管理平台，即可调取用户用水信息，并进行数据处理。智能抄表 省时省力原一直普遍采用传统机械指针水表，全市70余名抄表员要负责24万户水表的抄表工作。因为工作量大，且漏抄、估抄水表现象十分普遍。而使用无线远传水表后，抄表员坐在电脑前就可以掌握所有用户的用水情况。此外，使用这一系统，供水部门可以随时掌握各户的用水情况，一旦出现管道爆裂用水量激增，或用水大户用水量过低等现象，系统就会及时向抄表员发出提醒，方便供水部门及时了解信息。随时查阅 透明方便与传统水表相比，无线远传水表计量更加精确，使用寿命更长。无线远传水表投入使用后，不仅抄表员可以随时掌握用户的用水情况，避免错收、多收现象；用户也可以随时通过登录供水公司查询系统，查询自家的用水信息，消费更加透明。目前，徐州康宏供水公司正在完善无线远程水表查询系统。该系统完善后，市民不仅可以清楚掌握自家用水情况，还可以通过网上银行及时缴纳水费。l 工业监控方案生产型大型工业企业(如:冶金、化工、石油、煤炭、制造等)存在规模巨大,部门人员众多,作业点分散,设备多,价值高,各种管线、阀门较多,其中相当一部分设备工作在户外的特点,因此,对各种设备的运行状态、温度、压力、流量等指标要做到时实监控,一旦出现情况能及时进行报警并可以在远程进行指挥调度和调整；而且一般工业控制系统跨越地域较大,监测点数量多,要求通讯系统速率要高,轮询响应时间要快；同时,一些作业点分散于野外,环境恶劣,需要无人职守远传控制。l 环保数据采集环境监测部门作为国家环境保护系统的技术部门，是环境管理工作的重要基础。随着市民环境意识的增强，越来越多的人开始关心所处环境质量的好坏，要求环境保护工作透明化；上级主管部门也需要数量大、种类多、更新快的信息。所有这一切，给环境监测部门提出了一个应引起重视的问题：如何建立起实用性强、覆盖面广、灵活性好的环保数据采集系统，满足各方面对环境监测信息的需求。在环保系统中，常常需要对众多的污染排放点进行实时监测，大部分监测数据需要实时发送到管理中心的后端服务器进行处理。由于监测点分散，分布范围广，而且大多设置在环境较恶劣的地区，通过电话线传送数据往往事倍功半。通过CDMA 无线网络进行数据传输，成为环保部门选择的通信手段之一。污染源监测设备可将采集到的污染数据和告警信息通过CDMA 网络及时发送到环保监测部门，实现对排污单位或个人的及时管理，可以大大提高环保部门的工作效率。原监测站与各采集点之间的数据通信主要采用现场采集或PSTN 电话线传输。采用电话线传输数据时，每次采集都需要等待建立拨号连接，速度慢，受外界环境影响大，而且费用也较高。同时，由于各监控点分布范围广、数量多、距离远，个别点还地处偏僻，因此需申请很多电话线，而且有些监控点有线线路难以到达。CDMA 无线环保污染源在线监控系统具备如下特点：1、实时性强：与PSTN，短消息服务比较，由于CDMA 具有实时在线特性，系统无时延，无需轮巡就可以同步接收、处理多个/所有监测点的各种数据。可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。2、可对各监测点仪器设备进行远程控制：通过CDMA 双向系统还可实现对仪器设备进行反向控制，如：时间校正、状态报告、开关等控制功能，并可进行系统远程在线升级。3、建设成本少低：由于采用CDMA 公网平台，无需建设无线网络，只需安装好设备就可以，建设成本低；4、监控范围广：构建环保信息采集传输系统要求数据通信覆盖范围广，扩容无限制，接入地点无限制，能满足海洋、山区、乡镇和跨地区的接入需求。由于环保信息采集点数量众多，分布在全市范围内，部分环保信息采集点位于偏僻地区，而且地理位置分散。5、具有良好的可扩展性：由于目前CDMA 网络已覆盖室内绝大部分地区及距海岸线120Km 内的海域，对环保采集点基本不存在盲区，可实现大范围的在线监控，满足环保信息采集传输系统对覆盖范围的要求。6、系统的传输容量大：环保中心站要和每一个环保信息采集点实现实时连接。由于环保信息采集点数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而CDMA 技术能很好地满足传输突发性数据的需要。7、数据传送速率高：每个环保信息采集点每次数据传输对带宽要求在10Kb/s 之内。目前CDMA 实际数据传输速率在80-120Kbps 左右，完全能满足本系统数据传输速率（10Kbps）的需求。8、通信费用低：采用流量计费或包月计费方式，运营成本低。3.2本系统案例示例从上述案例中可以看出无线应用系统具有低成本、高效率、实时性强等优点，通过本系统进行二次开发也可以完成上述方案。其他应用举例如下： 家庭防盗随着人民生活水平的提高，贵重物品也随之增多。但是生活节奏也逐渐加快，所以家庭无人的情况时有发生，给犯罪分子提供了时机，所以如何提高家庭住宅的安全性也成为现代生活中必不可少的考虑因素。通过本系统外接电路如果探查到有不法分子潜入，则在第一时间打开摄像装置，并将编辑短息或电话联系业主进行提醒。还可以通过高音喇叭等方式将实现录入语音进行播放，惊退非法分子。业主可以采取迅速报警或其他措施。这样对于取证等都带来了方便。可以有效的防止用户财产损失。配合其他防盗产品可以达到更佳效果。 汽车防盗伴随着汽车保有量的逐年增加和轿车档次提高及车主的大众化，汽车被盗现象越来越引起人们的关注。采用本系统可以制作成在非正常状况下打开汽车时自动打开提示音提示本车为被盗车辆并闪烁车灯，提醒路人。还可以打电话给车主，车主接到电话后将汽车锁死，被盗车辆将自动熄火。使车主免于损失。 智能远传电表电表的结构和性能一直在不断调整和提高。从最初的机械式电表，到后来的电子式电表，再到后来加入无线输模块，使用车载无线通信模块进行数据才进。但是仍然需要投入比较多的人力物力。如果