标题气象数据采集GPRS无线通讯解决方案

一、系统概述

原有气象信息系统地面网络建设较早，设备性能低、线路速度低、时延长，已很难满足自动站、沙尘暴、雷达等资料传输的要求，很难满足进行数据综合传输的需求；GPRS无线网络在此系统中的应用解决了卫星网覆盖面小、速度低和有线宽带网受铺设困难维护困难的问题限制。因此，通过GPRS无线网络构建一个更完善、更快捷、更安全的气象无线网络监控平台，更能满足中国气象局大气监测项目建设的要求。

二、系统特点

1、建设周期短，成本低：

GPRS无线网络可为气象数据采集系统提供了简单高效的通信传输手段。中国移动GPRS系统可提供广域的无线IP连接。在移动通信公司的GPRS业务平台上构建电力远程抄表系统，实现电表数据的无线数据传输具有可充分利用现有网络，缩短建设周期，降低建设成本的优点，而且设备安装方便、维护简单。

2、实时性强：

由于GPRS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/所有数据采集点的数据。可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。

3、可对气象数据采集设备进行远程控制：

通过GPRS双向系统还可实现对气象数据采集设备进行远程控制，进行参数调整、开关等控制。

4、覆盖范围广：

GPRS覆盖范围广，在无线GSM/GPRS网络的覆盖范围之内，都可以完成对集抄的控制和管理。而且，扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。

5、系统的传输容量大：

配电数据中心要和每一个电表数据采集点保持实时连接。由于电表数据采集点数量众多，系统

要求能满足突发性数据传输的需要，而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要。
6、数据传送速率高：

每个电表数据采集点每次数据传输量在10Kbps之内。GPRS网络传送速率理论上可达

171.2kbit/s，目前GPRS实际数据传输速率在40Kbps左右，完全能满足本系统数据传输速率（≥10Kbps）的需求。

7、通信费用低：采用包月计费方式，运营成本低。

三、系统组成和特点

  该系统主要由气象探测设备，GPRS DTU（远程数据传输单元模块）和气象数据管理中心三部分组成，气象探测设备具有标准的RS232串行通信接口和GPRS DTU连接。气象探测设备可以实时或定时向气象数据管理中心发送自动气象探测设备采集到的气象数据和气象设备运行状态数据。气象数据管理中心也可以通过GPRS网络将控制命令传送给气象探测设备。这样就可以实现了当前气象数据的查询、收集、气象探测设备的检查和数据中心对前端气象探测设备的控制。

1、气象探测设备

   气象探测设备是整个气象数据采集系统中最重要的硬件设备，用于实现气象各种数据的采集。

2、无线通讯部分

什么是GPRS无线网络

通用分组无线服务技术（General Packet Radio Service）的简称，它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务。GPRS可说是GSM的延续。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包（Packet）式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。GPRS的传输速率可提升至56甚至114Kbps。

无线通讯部分主要是借助GPRS DTU通过GPRS无线网络进行数据采集端和监控中心之间的数据通讯工作。

GPRS 无线数传（GPRS DTU）是一个可以让工业用的RS232/RS485 串口设备的串口通信立即转换为GPRS 无线网络通信的双向转换传输设备。转换器采用透明传输的方式，用户不用知道复杂的GPRS 通讯原理和TCP/UDP 协议，不用更改程序即可实现原有串口设备的无线网络连接，节省您宝贵的时间和已有投资，可用于长距离通信或控制。广泛用于楼宇自动化控制、停车场设备、交通控制、LED 屏幕控制、工厂、车间、矿井、银行、电气等遥控领域。能快速实现串口设备的遥控功能。在两台串口设备之间成对使用串口设备GPRS 无线数传的透明传输模式，相当于延长了串口的通信距离，从而实现串口设备之间的遥控。

GPRS DTU特点：

◆ RS232 串口速率高达230400 bps

◆ 支持RS232 三线标准或九线标准

◆ 内置TCP/IP 协议栈，支持TCP/UDP 网络协议

◆ 数据终端永远在线

◆ 掉线自动重拨功能

◆ 通过超级终端类似于AT 指令方式或专用设置程序来设置通信参数

◆ 设备之间透明传输/非通明传输

◆ 支持静态IP 或域名方式连接远程主机

◆ 供电：+5V，可根据客户需要定制宽电压输入

◆ 耗电：待机状态230~330mA；上网状态450~460mA；传输状态460~470mA

◆ 工作温度：-30℃ ~ +70℃

◆ 储存温度：-40℃ ~ +85℃

◆ 支持RS232/RS485/RS422串口进行通讯

3、气象管理中心

  气象数据管理中心软件包括通信软件，数据分发软件，监控分系统，气象数据处理系统和用户查询系统。监控中心主要作用是气象数据包的解包、气象数据分类入库、数据库自动更新和自动维护，当有数据时，气息数据处理软件就进行数据解读，按各种气象要素（风向、风速、温度、雨量、湿度、气压等）进行分类处理。

示意图1

四、安全可靠性

本系统需要极高的系统安全保障和稳定性。安全保障主要是防止来自系统内外的有意和无意的破环，网络安全防护措施包括信道加密、信源加密、登录防护、访问防护、接入防护、防火墙等。稳定是指系统能够7×24小时不间断运行，即使出现硬件和软件故障，系统也不能中断运行。

数据中心可通过公网使用VPN接入到移动GPRS网，采用VPN方式成本比较低，企业不用租用专线，还可以利旧使用原有的VPN设备，移动终端需要安装具有VPN二次虚拟拨号的功能的软件。通过VPN方式，客户端在连接应用服务器前，要经过Ｒａｄｉｕｓ服务器的认证整个数据传送过程得到了加密保护，安全性比较高，可充分保障速度和网络服务质量。

另外，数据中心也可以采用APN接入方式，租用专线接入到移动公司的GGSN设备上，这种成本高，安全性高、稳定可靠。

对于安全性要求非常高的系统，可考虑在专用APN接入的基础上再加上VPN接入方式的混合接入方式，进一步提高系统的安全性。

1、VPN虚拟专网模式：企业内部网络中配置VPN服务器，移动终端加载具有VPN二次虚拟拨号的功能的客户端软件。采用VPN安全技术，用户通过接入企业内部虚拟专网的方式与Internet进行隔离，可对 整个数据传送过程进行加密保护，有效避免非法入侵。

2、利用SIM卡的唯一性，对用户SIM卡手机号码进行鉴别授权，在网络侧对SIM卡号和APN进行绑定，划定用户可接入某系统的范围,只有属于指定行业的SIM卡手机号才能访问专用APN，移动终端与数据中心采用中国移动分配的专门的APN进行无线网络接入，普通手机的SIM卡号无法呼叫专门的APN。

3、对于特定用户，可通过数据中心分配特定的用户ID和密码， 其他没有数据中心分配的用户ID和密码的用户将无法登录进入系统，系统的安全性进一步增强。

4、数据加密：通过VPN对整个数据传送过程进行加密保护。

5、网络接入安全鉴定机制：采用防火墙软件，设置网络鉴权和安全防范功能，保障系统安全。

六、总结

建成后的整个气象GPRS信息传输系统实现了互联互通与共享，为气象信息体系的完善打下了坚实的基础，同时也将在减灾脱贫及促进人与自然和谐共处等诸多方面发挥着重要的作用。