通信工程毕业论文-GSM无线通信网络技术应用研究

GSM无线通信网络技术应用研究摘要数字移动通信系统（GlobalSystemForMobileCommunications，GSM）网络在我国发展迅速。随着国民经济的改善，用户对移动网络性能的要求越来越高。当前，中国通信行业面临的最大问题是通信热点的增加以及如何实现综合覆盖服务，解决这两个问题的需要要求对GSM技术及其正确的应用和推广方法有正确的理解。随着中国电力工业的飞速发展，旧式手动抄表的弊端越来越明显，不能适应时代的发展要求。手动抄表的缺点，例如费时，费力，准确性不高，及时性差，无法抑制窃电和抄表稳定性差，使得在电网系统中获得的线损数据很高，极大地限制了电力行业的发展与运行。因此，基于现有的GSM网络，目前广泛使用诸如无线远程抄表系统之类的GSM无线通信网络远程抄表系统。本文通过介绍通信网络技术及其发展历史，进一步介绍GSM无线网络通信技术，专注于GSM无线通信网络结构，关键通信技术和网络优化过程方法。然后，以国家电网河北省电力公司的GSM无线远程抄表系统为例，详细介绍了各链路的实现方法。该系统基于GSM网络通信平台，使用通信模块和GSM网络技术来控制电表数据的收集、实时传输、监视管理等问题。关键词：通信网络技术；GSM；远程抄表系统

目录引言 页共21页引言移动通信网络及其优化技术，是指通过正式投入运营的网络的数据收集和数据分析，找出影响网络运行质量的原因，并通过调整系统参数和调整系统设备配置来实现。达到最佳运行状态，使现有的网络资源可以获得最大的收益。同时，为网络的未来维护和规划提出了合理的建议。对于移动通信运营商而言，随着中国加入世界贸易组织（WTO）[1]，其业务发展和推广应用范围的重要性不言而喻。当前，全球移动通信系统（GlobalSystemforMobileCommunications，GSM）移动通信网络相对成熟和稳定，大规模扩容已接近尾声。如何充分利用其关键技术，扩大其应用范围，是具有巨大经济效益和企业发展的重要课题。GSM数字移动通信系统由欧洲主要电信运营商和制造商组成的标准委员会设计。它是在蜂窝系统的基础上开发的。第一个系统于1991年在欧洲开放。与此同时，谅解备忘录（MOU）组织设计并注册了该系统修改的商标，并将GSM重命名为“全球通信系统”。同年，移动工作队还完成了1800MHz频段公共电信服务规范的制定，即DCS1800系统。该系统具有与GSM900相同的基本功能。目前，中国移动和中国联通建立的GSM已覆盖全国，其他运营商也达成共识，促进GSM技术应用和服务应用，以提高企业的竞争力和用户满意度。

第一章GSM无线网络通信系统简介1.1GSM系统结构GSM主要分为交换部分和无线部分。其中，交换部分与公共交换电话网（PSTN）非常相似，而无线部分是GSM网络所独有的。它是由无线专用移动线路，复杂性以及不良传播条件导致的衰落直接导致的。影响无线通信的质量，因此无线部分是优化的重点。一个完整的GSM蜂窝系统主要包括：移动站（MS），基站子系统（BSS），交换网络子系统（NSS），操作支持子系统（OSS），这四个主要组成部分，GSM系统的结构如图1-1所示。图1.1GSM系统结构1.1.1移动台MS是GSM系统中用户可以访问的唯一设备。它分为两个部分：移动终端（MT）和用户身份模块（SIM）。SIM也称为用户识别卡，主要用于识别用户的身份，账单等功能。1.1.2基站子系统它由两个实体组成：一个基站发送站（BTS）和一个基站控制器（BSC）。一个BSC可以控制数十个BTS。BTS可以直接连接到BSC，也可以通过远程控制连接方法通过基站接口设备（BIE）连接到BSC。BTS属于BSS的无线部分，主要负责接收和发送信息。它由BSC控制。BTS主要由基带单元，载波频率单元，控制单元和天线馈电单元组成。BSC属于BSS的控制部分，主要负责各种借口的管理，并且负责无线资源和无线参数的管理。BSC由连接到移动交换中心（MSC）的A端口或带有转码开关的Ater接口的数字中继部分，Abis接口的BTS部分或由BTS训练的BS接口以及公众处理部分组成[2]。1.1.3网络子系统NSS主要包括GSM系统的交换功能和支持数据以及移动性管理和安全性管理所需的数据库功能。它在GSM移动用户之间以及GSM移动用户与其他通信网络用户之间的通信中发挥作用，NSS由一系列功能实体组成。（1）移动业务交换中心移动交换中心（MSC）是网络的核心，它提供交换功能和其他面向系统的实体：BSS，归属位置注册（HLR）和身份验证中心（AUC），设备标识注册（EIR），运行维护中心（OMC）和面向固定网络的接口功能将移动用户和移动用户，移动用户和固定网络用户连接起来。（2）访问用户位置寄存器访客位置寄存器（VLR）在其控制区域内为移动用户提供服务，并存储与进入其控制区域的注册移动用户有关的信息，从而为注册移动用户建立呼叫连接提供了必要条件。VLR从移动用户获得HLR并存储必要的数据。一旦移动用户离开VLR的控制区域，它将再次在另一个VLR中注册，并且原始VLR将取消临时记录的移动用户数据。因此，VLR可以被视为动态用户数据库，VLR功能始终集成在每个MSC中[3]。（3）归属用户位置寄存器HLR是GSM系统的中央数据库，并存储由HLR控制的所有现有移动用户的相关数据。HLR可以控制多个移动交换区域和整个移动通信网络。移动用户的所有重要静态数据都存储在HLR中，这包括诸如移动用户标识号、访问功能、用户类别和补充服务之类的数据。HLR还存储并向MSC提供有关移动用户实际漫游的MSC区域的动态信息数据，这样，任何来电都可以立即路由到所选路径上的被叫用户。（4）认证中心GSM系统采用特殊的安全措施，例如用户身份验证、语音、数据和无线接口上的信号信息的机密性。因此，AUC存储身份验证信息和加密密钥，用于防止未经授权的用户访问系统并确保通过无线接口进行移动用户通信的安全性。AUC属于HLR的功能单元部分，专门用于GSM系统的安全管理。（5）行动装置识别码EIR存储移动设备的国际移动设备识别码（IMEI）。通过检查白名单、黑名单或灰名单的三种形式，该表列出了准许使用的、出现故障需监视的、失窃不准使用的移动设备的IMEI识别码[4]。1.1.4操作支持子系统OSS需要完成许多任务，包括移动用户管理、移动设备管理以及网络运营和维护。移动用户管理可以包括用户数据管理和呼叫计费，用户数据管理通常由作为NSS功能实体之一的HLR完成，用户识别卡SIM的管理也可以视为用户数据管理的一部分。但是，作为用户识别卡SIM卡的相对独立的管理，还必须根据管理部门对SIM卡管理的要求和模型，由专用的SIM卡个性化设备来完成此操作。呼叫计费可以由移动用户访问的每个移动业务交换中心MSC和GMSC分别处理，或者可以通过HLR或独立的计费设备来处理集中计费数据。移动设备管理由移动设备标识寄存器（EIR）执行，EIR和NSS的功能实体通过SS7信令网络的接口互连。因此，EIR也是NSS的一部分。网络运维是为了完成GSM系统的BSS和NSS的运维管理任务，完成网络运维管理的设施称为运维中心（OMC）[5]。1.2GSM网络接口在实际的GSM通信网络中，由于不同的网络规模，不同的工作环境和不同的设备制造商，上述各部分可能具有不同的配置方法。为了使各个制造商生产的设备通用，各部分的连接必须严格遵守规定的接口标准和相应的协议。1.2.1GSM系统主要接口GSM系统的主要接口是A接口、Abis接口和Um接口。A接口定义为网络子系统（NSS）与基站子系统（BSS）之间的通信接口，该接口发送的信息包括移动台管理、基站管理、移动性管理、连接管理等。Abis接口定义了BSS中BSC和BTS之间的通信标准，并用于远程互连，该接口支持提供给用户的所有服务，并支持BTS无线设备的控制和射频分配。Um接口是空中无线接口，其实现了移动站与BTS之间的通信，它用于移动台与GSM系统固定部分之间的通信，它的物理连接是通过无线电波实现的。这三个主要接口的定义和标准化可以确保将不同制造商生产的移动台，基站子系统和网络子系统设备整合到同一GSM移动通信网络中进行操作和使用。主界面示意图如图1-2所示。图1-2主要接口示意图1.2.2网络子系统内部接口网络子系统的内部接口包括B、C，D和E接口。B接口被定义为拜访VLR和MSC之间的内部接口，并且被MSC用来向拜访VLR询问MS的当前位置信息或向拜访VLR通知移动台的位置更新信息。C接口定义为HLR与MSC之间的接口，用于传递路由和管理信息。D接口定义为HLR和访问VLR之间的接口，它用于交换有关移动台位置和用户管理的信息，提供给移动用户的主要服务是确保移动台可以在整个服务区域建立和接收呼叫。E接口定义为控制相邻区域的不同MSC之间的接口，该接口用于在切换过程中交换切换信息，以启动和完成切换。

第二章GSM无线网络关键技术2.1切换技术所谓切换，是指移动台在通话过程中从一个基站的覆盖范围移动到另一个基站的覆盖范围，或者当通话质量由于外部干扰而降低时，它必须改变原始语音通道并切换到新的空闲语音通道，以保持通话。切换是移动通信系统中非常重要的技术，它满足了移动通信中不间断通信，减少干扰和平衡流量的要求。但是，现有网络中有许多因素会影响MS的正常切换过程，并对用户呼叫产生不利影响。因此，解决切换中的问题并提高切换成功率是网络优化的关键点之一[6]。在移动通信中，用户经常在通话过程中不断移动，速度可以快也可以慢。当用户离开当前小区的信号覆盖区域并到达另一个小区覆盖区域时，原始服务小区的信号电平和信号质量将会有所下降，甚至严重到足以影响通话质量，这会直接影响用户的心情。为了确保服务质量和连续通信，移动台MS不断测试周围的信号电平，生成测量报告，然后通过BTS将其上传到BSC[7]，以及用于无线链接控制的质量等级信息。这确保了新的服务小区接管原始服务小区的服务，并且每个小区形成一个无缝网络。2.1.1切换的种类根据切换的条件和发生的次数，将切换分为紧急切换、负载切换、普通切换和快速移动切换。在紧急切换中，它分为太大的紧急切换，质量差的紧急切换（BQ切换），快速的电平下降切换和干扰切换。质量差切换中链路的传输质量由误码率（BitErrorRati，BER）来衡量，BER较高的原因可能是信号功率太低或信道干扰。干扰切换是指当服务小区的接收水平仍然良好，但是接收质量已经下降到一定程度（仍然可以保持通话）时，网络启动切换算法，使MS能够维持一定的通信。质量。干扰切换通常考虑小区内切换。干扰切换和质量切换差之间的区别，质量恶化尚未达到影响呼叫的水平，并且接收水平仍然很高。在路试中可以发现，当发生干扰切换时，该级别通常大于80DBm，质量高于4级，质量差时解码成功率很低，切换时该级别低，测试手机的语音质量非常差，无法拨打普通电话。如图2-1所示。负载切换为了允许上层小区和相邻小区分担部分负载并实现小区间负载均衡，需要采用业务负载切换策略。目的是将负载较重的小区的部分业务负载切换到负载较轻的小区，并使其成为负载[8]。相邻小区的负载不应尽可能地切换到该小区，可以在不同层的小区之间执行此操作，但是只能在同一BSC内执行负载共享。当负载大于或等于服务小区的负载激活阈值并且负载大于或等于相邻小区的负载接收阈值时，启动该切换类型。在华为切换算法中，即使未激活负载激活开关，在满足上述条件时仍会触发负载切换。图2-1质量差引起的频繁切换普通交换包括边缘交换、层间交换和PBGT交换。边缘交换是基于级别的交换，属于抢救交换的一种。当触发边缘切换时，要求目标小区的电平高于服务小区并且至少高于迟滞值（小区间切换迟滞）。PBGT切换，也称为更好的小区切换，是基于路径损耗的切换。它也是华为切换算法中唯一基于路径损耗L准则进行决策切换的算法。PBGT切换算法实时搜索是否存在路径损耗较小且满足系统某些要求的小区，并确定是否需要切换。它与其他切换算法之间的最大区别在于，它使用路径损耗而不是接收到的功率作为切换的触发条件。当相邻小区的路径损耗小于服务小区路径损耗的某个阈值，并且在一定的统计时间内满足P/N准则时，触发PBGT切换。PBGT切换仅在相同级别和级别的单元之间发生。在边缘移交，PBGT和其他移交中，使用了诸如平均滤波和P/N决策之类的方法，这些方法对短期快速下降的电平不敏感，这与紧急移交不同[9]。快速移动的切换基于MS的相对速度，以减少切换次数和掉话率。例如火车上的通讯，高速公路上的通讯等等。MS相对于微小区快速移动，为了减少切换数量并反映呼叫的连续性，MS被迫切换到宏小区。原理如下：如果移动站相对于微小区快速移动，则将其移交到宏小区。为了防止在宏小区中注册的快速移动台进入微小区，对微小区施加了时间损失。同时对多个单元执行P/N统计，以确定它们是否满足快速移动条件。2.1.2切换的算法Locating算法是确定切换的软件算法。它在BSC中实现，以为活动的或连接的MS提供备用小区组。定位根据MS使用的载波强度，信号质量和时间提前来提供用于切换的候选小区的排队列表。如果队列中的第一个小区是服务小区，则不执行切换，否则触发切换。当前实现定位功能的算法包括Ericsson1和Ericsson3。在对单元进行排名时Ericsson1算法需要同时考虑信号强度和路径损耗，而在对单元进行排名时，Ericsson3算法仅需要考虑信号强度。Ericsson1算法具有良好的通用性和兼容性，目前已被广泛使用。Ericsson3算法将接收电平用作特定BSC的对齐标准，可以减少不必要的强信号切换，从而减少切换和切换呼叫的总数。当前，K算法基本上用于爱立信设备的现有网络中的切换小区的队列选择[10]。K算法的简要说明如下：（1）最低级别算法（M算法）：最低级别算法是小区成为切换候选小区的必要的第一条件。具体算法为：SS_DOWNn≥MSRXMINn与SS_UPn≥BSRXMINn注意：通常在现有网络中设置MSRXMINn=102和BSRXMINn=150，即满足目标小区的下行链路的最小信号强度。（MSRXMINn）大于或等于-102dBm，并且目标小区的最小小区上行信号强度（BSRXMINn）大于或等于-150dBm，则该小区可以进入切换候选小区列表。（2）K算法：K算法是单元排队的主要算法。根据信号强度，它计算出最适合候选小区的邻居列表。具体算法如下：服务单元格K算法：K_DOWNS=SS_DOWNS-MSRXSUFFSK_UPS=SS_UPS-BSRXSUFFS①候选单元格K算法：K_DOWNn=p_SS_DOWNn-MSRXSUFFnK_UPn=p_SS_UPn—BSRXSUFFn②最终的K细胞排队算法为：服务单元格K_RANKS=分钟（K_DOWNS，K_UPS）相邻单元格K_RANKn=min（K_DOWNn，K_UPn）-KOFFSETS，n-KHYSTSn注意：MSRXSUFFS是切换算法的下行链路信号阈值。通常，当前网络设置为0；否则，设置为0。BSRXSUFFn是切换算法的上行链路信号阈值。通常，当前网络设置为150。p_SS_DOWNn和p_SS_UPn分别为SS_DOWNn和SS_UPn，减去相应的位置损失和层间损失。K_RANK值越大，单元队列越靠前。2.2跳频技术跳频技术实际上起着干扰平均和频率分集的作用。相对而言，它提高了系统的抗干扰能力。最后，它可以达到提及频率复用和增加系统容量的目的。根据实际经验，当Rxqual为5或更高时，没有跳频的系统的通话效果较差，通话可能会掉线，但仍然可以在跳频网中进行通话。GSM系统提供两种跳频方法，一种是基带跳频（BBH），另一种是合成器FH（SFH）。2.2.1基带跳频这种跳频方法的最重要特征是每个载频单元具有固定的频率。跳频是通过在不同载波频率的相同突发序列（时隙）之间跳频来实现的。在某个载波频率的某个时隙中建立呼叫后，一个脉冲串的间隔（约577ms）将跳至另一载波频率的相同时隙。因为每个载波频率都不同，所以不同载波频率之间的跳跃意味着频率跳跃。这样，多少个频率参与跳频将具有相同数量的载波频率。应该注意的是，尽管信息是在不同的载波频率上传输的，但是它的控制功能是由建立呼叫的载波频率的数字部分来执行的[11]。BCCH载波频率中的BCCH时隙不能参与跳频，其余时隙可以参与跳频。BBH具有以下特征：（1）载波频率单元的数量等于跳频序列的频率的数量；（2）每个载频单元具有固定频率；（3）在相同的基础帧上以不同的载波频率发送呼叫。2.2.2合成器跳频合成器跳频的最大优点是，频率的数量和载波频率的数量不再相互限制以确定载波频率的数量，载波频率最多可以跳到64个频率。在可以基于服务的频率模式下，载波频率每隔一个突发时间更改一次频率，但是每个呼叫始终以载波频率为单位。在该跳频模式下，跳频频率的数量可以大于载波频率的数量。同时，如果广播信道（BroadcastingChannel，BCCH）的载波频率参与跳频，并且BCCH频率也包含在跳频中，那么在空中瞬间不会有BCCH频率信号，直到BCCH频率再次回到BCCH载波频率传输，此处包含以下两个含义：（1）如果BCCH载波频率参与跳频，则BCCH频率包含在跳频序列中，则载波频率中的其余时隙将不再能够发送语音信息，而成为向BCCH信息发送的空闲突发。空气中的顺序。（2）如果BCCH载频不参与跳频，则BCCH载频中除BCCH时隙外的其他时隙可以发送语音信息。一般来说，在此模式下，不允许BCCH参与跳频。SFH具有以下特征：（1）载波频率连续跳到新频率；（2）参与跳频的频率数目不受载波频率数目的限制；（3）呼叫只能在一个载波频率上完成。下面解释该模式下相关参数的含义：（1）跳频序列（移动分配MA）定义了用于跳频的频率序列。（2）跳变序列号HSN也称为跳频算法。它定义了64种类型的跳跃方法。当HSN=0时，为循环跳，HSN=1〜63为随机跳[12]。（3）移动分配索引偏移MAIO是起飞频率编号，它定义跳频首先开始的频率编号。（4）跳频指示（FHI）用于定义跳频系统，它基于MAGSM和HSN，范围是0到3。

第三章GSM网络在远程电费抄表系统中的应用电能表远程抄表系统是一个集成系统，结合了现代计算机技术，网络技术和通信技术来监视和调节电网中的电能表。本文中的示例是基于GSM网络的国家电网河北省电力公司电能表的远程抄表系统，它可以将河北省电力公司公司辖区的小区、工厂、农排等主要电力负荷的电能测量实时的传输到公司总部的计量中心室，从而节省了大量的人力物力，大大提高了测量数据的准确性[13]。图3-1远程抄表系统图3.1系统概述远程抄表系统是指一种新兴的管理系统，它使用现代通信网络来实现远程抄表数据管理。该系统使用现有的GSM网络，可以快速建立广泛的远程抄表系统，用户的电表或其他电表使用信息将传输到管理公司，以进行综合处理，这是现代管理的发展趋势之一。在城镇，可以完全保证工厂和物业社区基于GSM网络的抄表工作。无线抄表系统是在有线抄表系统的基础上开发的。但是，由于使用了无线通信技术，可以解决有线抄表系统距离有限、组网困难、建设维护成本高、功耗大的问题。其基本原理如图3-1所示。GSM网络远程抄表系统主要包括三部分：业务控制中心、数据传输部分和用户终端、抄表系统图。服务控制中心的主要工作是进行监视、控制、发送和接收等，以分析、存储、处理和设置数据并将其发送到抄表终端。数据传输部分采用GSM无线传输协议来实现数据传输，主要包括集中器和收集器。集中器可以连接到多个收集器进行数据通信，并且其收集器通过其地址来区分。用户收集的诸如电流、电压、电功率和无功功率之类的数据随时以短消息的形式通过移动基站发送到集中器，并且集中器正在转发到服务控制中心。用户终端主要收集用户的功耗，并通过RS485串行通讯将电流、电压、电功率，无功功率等数据传输到集电极，以实现对功率的及时采集、分析和处理，如图3-2所示。图3-2GSM网络的远程抄表系统结构图数据采集​​模块和数据集中器均使用STM32F103VCT6作为核心处理器，二者均使用CC2500射频收发器芯片在Zigbee无线通信模式下进行数据交换。数据采集​​模块通过RS485串行端口直接连接到智能电表。对于数据采集模块，智能电表的RS485通讯是下游通讯。RS485接口是一种半双工通信方法，可以在两端进行发送并在两端进行接收。该信号采用差动平衡传输，抗干扰能力强，传输速率高，传输距离长，非常适合电磁环境复杂的工作环境。整个系统的具体工作过程如下：系统使用外部5V稳压电源，并通过内部电路将其转换为3.3V，以为模块的每个部分供电。数据集中器收到主机发送的采集命令后，通过Zigbee无线传输方式将配置参数发送给数据采集器。数据收集器接收到配置参数后，将根据标准的Modbus通信协议数据帧格式控制软件，并生成相应的命令帧并将其发送到智能电表。接收到智能电表发回的响应帧后，收集的数据将返回到上级集中器，将收集的数据收集到上位机进行显示和存储[14]。在硬件实现方面，SP3485芯片的RS485收发器用于数据收集器与智能电表之间的硬件连接。SP3485芯片的RO和DI端是接收器的输出和驱动器的输入，连接到主控制芯片STMSTM32F103VC时，USART3引脚用作RS485数据接口。RE和DE端子分别用作使能和接收端子，当RE为低电平时，芯片处于接收状态；当DE为高电平时，芯片处于发送状态，这两个接口分别由PC6和PC7引脚控制。硬件连接如图3-3所示。图3-3RS485硬件接口设计在软件实现方面，数据采集模块接收到数据采集模块发送的采集命令后，必须首先初始化命令帧，并将接收到的数据包中的协议参数重新封装为标准的Modbus数据帧，以便与智能电表进行数据传输。根据Modbus协议的帧格式，地址位也是此处要收集的仪器地址，并且功能代码为寄存器03的读取。数据位是不同的寄存器地址，并且要存储的数据所占的寄存器数量根据不同的采集参数收集。RTU模式下的Modbus协议使用CRC校验，无论邮件是否具有奇偶校验，都将执行此检查。初始化命令帧时将计算CRC值，并遵循低字节然后高字节的顺序附加在邮件末尾。当仪表收到准确的命令帧时，它将立即返回相应的响应帧，并且采集模块开始接收数据帧。定时器Time1的切换状态用于控制接收过程，以确保接收的实时性能。数据采集​​模块成功接收到响应帧后，它将分析协议。它首先从接收缓冲区读取响应帧，从中提取地址位，功能码和CRC校验码，然后进行判断。当地址位，功能码和校验码都正确时，表明接收到正确的数据帧，并且可以从数据帧的数据位中读取要收集的数据。在读取数据时，还需要根据上位机配置的数据存储方式，即big-endian方式，确定数据的具体存储方式。整个采集数据通信协议传输过程的流程图如图3-4所示。3.2GSM网络抄表系统结构基于GSM网络的电能表远程抄表系统包括用户端、管理端和GSM网络。电能表、数据收集器、数据集中器、通信控制模块和用户侧GSM收发器组成用户侧，如图3-2所示。仪表数据收集点位于居民区，采集器将用户的电数据转换为电脉冲进行累加，或直接读取智能电表数据，并将累加的电和数据传输到集中器，集中器负责收集、存储和管理。电表数据连接到通信控制模块，在将电表数据发送到GSM收发器之后，它通过GSM网络发送到管理中心。管理中心通过GSM收发器向通信控制模块发送相应的控制指令，并接收通信控制模块上传的电表数据。管理计算机应用程序管理软件对仪表数据进行分类、存储、检索、分析和处理。GSM网络是中国目前的无线通信网络，其特点是覆盖范围广，技术成熟，安全可靠，无需投入额外的维护费用，节省了成本。图3-4智能电表与数据采集器之间数据通信协议传输过程3.3GSM网络抄表系统工作原理在远程抄表系统中，通信控制模块是整个抄表系统中最关键的模块之一。具有存储量大，集成度高的特点，它可以在GSM数字网络中完成数据、语音和短信发送。由通讯控制模块组成的远程抄表系统由管理端和用户端两部分组成。管理端由GSM收发器、通信控制模块和管理计算机组成，用户端由电表、数据采集模块、集中式模块、通信控制模块和GSM收发器由5部分组成。管理计算机用于监视和控制系统，其主控制程序通过通信控制模块将短消息发送到受控设备。在接收到该短消息之后，用户的通信控制模块经由串行端口RS232经由串行端口RS232将信息发送到数据收集器。收集器处理收到的短信，从中提取控制命令，然后通过串口RS485对用户侧电表进行相应的操作控制。电能表的月度用电量信息也通过用户通信控制模块，通过短消息形式通过GSM数字网络发送到短消息服务中心，然后由短消息服务中心发送到管理终端通信控制模块，最后通过字符串将串行端口RS232发送到管理计算机。计算机收到短信后，可以根据短信内容发回短信进行控制或处理短消息并将相应的抄表数据存储到管理信息系统的数据库中。3.4抄表系统模块分析3.4.1智能电表电能计量是计量工作的重要组成部分，是电能表读取系统的基本环节。智能电表开发的技术水平反映了抄表系统的发展水平和速度，其准确可靠的计量关系到供电公司和广大公众的利益。对于GSM无线网络传输系统，仪表的最低要求是具有通信接口以实现后续数据传输，这也是区分智能电表与普通电表的最重要功能。通常，国家网格系统使用的通信协议是串行485通信。3.4.2数据采集器和集中器电能表数据收集器参与自动联网，并提供载波/无线通道，并通过其自己的RS485接口与电能表RS485接口进行通信。收集相关数据后，数据通过其自己的运营商/无线通道传输到集中器，最后传输到管理中心的抄表系统。根据抄表系统，可以将管理中心的系统指令或参数下载到电表。根据收集形式，电能收集器分为单表收集器和多表收集器。除了收集和处理用户电表的能量信息外，能量收集器还可以通过电表的接口与集中器进行数据通信，并将电表数据发送到集中器[15]。数据集中器是使用微处理技术和通信技术开发和设计的工业测控仪器。它具有大存储容量和高集成度，是集中式抄表系统中的关键设备。通过下行链路，它可以自动复制和存储各种功率数据，例如电表，采集终端和具有载波通信功能的采集模块。同时，您还可以通过悲伤的渠道与管理中心或手持移动设备交换数据。在功能上，除了以固定间隔从收集器接收电表数据外，它还可以与通信控制模块进行通信，并将多个电能表数据共同发送到通信控制模块，以实现多个电表数据的收集。集中器根据地址解析来收集终端，并将其存储在集中器内部的工作芯片中。芯片的ROM和RAM分别用于存储程序和数据。采集设备应配备免维护电源，以确保其在断电后可以正常工作，保护数据以及从主机接收并执行命令。最后，通过RS-232串口与GSM模块连接，实现与管理中心的无线通讯。3.4.3通信控制单元通信控制模块单元位于获取子系统的关键部分，并通过AT命令控制GSM收发器的发送和接收。因此，电能数据以短消息的形式发送给管理端，并通过接收到的控制字符采取相应的控制动作。AT是Attention，并且AT指令集是从终端设备（TE）或数据终端设备（DTE）到终端适配器（TA）或数据电路终端设备（DCE）发送的。通过TA和TE，发送AT命令以控制移动站（MobileStation，MS）的功能并与GSM网络服务进行交互。手机制造商诺基亚、爱立信、摩托罗拉和惠普联合开发了一套用于GSM的AT命令，包括短信控制。AT命令是一个以“AT”开头并以字符<CR>结尾的字符串。AT后面的字母和数字表示相应的功能。每条指令是否成功执行都会有相应的返回值。GSM模块和计算机之间的通信协议是一些AT字符串的指令集，而GSM收发器通过接收到的AT指令采取相应的控制动作。对于其他特殊信息，模块将具有相应的信息提示，以便接收端可以进行相应的处理。3.4.4GSM收发器GSM收发器是一种基于GSM无线移动通信技术的具有调制解调功能的数据终端设备，它的主要作用是完成以短消息形式发送和接收电源数据和控制字符。河北省电力公司远程复制系统中使用的GSM收发器是WAVCOME开发的四频GSM收发器，其核心模块是Q24PLUS，如图3-5所示。Q24PLUS模块是WAVCOME新推出的具有GPRS功能的新一代GSM/DCS四频模块，它可以提供标准的AT命令接口，以实现语音和短信等数据信息的高速，可靠传输。该模块是双列直插式结构，通过60针引脚连接到外围电路。GSM模块的电源由VBATT提供，输入电压范围为3.2-4.5V，电压稳定后，由GSM基带处理器和GSM射频使用。图3-5GSM收发器模块该模块为PCB焊接引出垫和RF测试插座提供了两个外部RF接口，提供两个独立的通用异步收发器UART，两个UART串行口用作串行数据接口，用于传输用户业务数据，提供测试和调试通道以及下载升级模块软件；提供音频输入和输出接口，提供两个接收器和两个麦克风接口，但只有一对可以同时执行输入和输出工作；支持1.8V/3VSIM卡，在卡的端口部分有4个引脚；同时还提供网络状态指示灯输出信号。3.5电表数据传输远程抄表系统的整个数据传输过程可以概括为以下四个过程。首先是数据采集/显示模块和数据集中模块之间的数据传输链接。数据采集​​器是电表读取系统的主要设备之一，其功能是收集多个电表的信息并进行记录。它通过RS-485接口与电表通信，并可以与集中器发送和接收各种命令，并将记录的用户表数据和状态发送到集中器。第二是数据集中模块和通信控制模块之间的数据传输链接。当在数据集中模块和通信控制模块之间传输数据时，根据以下流程执行集中模块程序：（1）执行数据传输中断请求。（2）检测是否有发送数据地址的请求，如果没有请求，则进行循环检测；如果有请求，请发送数据地址信息。（3）检测是否存在发送数据信息的请求。如果没有请求，则循环执行该测试；如果有请求，则发送数据位。（4）发送数据后，检查是否已发送六位数据。如果尚未发送数据，请转到下一个数据传输。如果已发送六位数据，请在数据集中模块中结束数据传输过程。第三，通信控制模块和GSM收发器之间的数据传输链接。通信控制模块通过RS-232接口将AT指令发送到GSM收发器以进行数据传输。当响应中断请求发送短消息时，首先保护场景并检测每个标志位，然后根据检测到的标志位调用相应的子程序，最后恢复场景中断返回，如图3-6所示。在接收数据中断服务例程中，首先根据中断服务例程流程对站点进行保护，检测接收到的字符，