一、需求分析

在人類生存環境日益惡化的今天，建立完整的環境監測系統是非常必要的，處理分布在各處的環境檢測點的數據傳輸問題一直是建立環境監測系統的難點，建立獨立的無線擴頻系統和使用專線都有龐大的建設、運營費用問題。

GPRS是通用分組無線業務(General Packet Radio Service)的英文簡稱，是在現有GSM系統上發展起來的一種承載業務，目的是為GSM用戶提供分組形式的數據業務。GPRS拋棄了傳統的獨占電路交換模式，采用分組交換技術，每個用戶可同時占用多個無線信道，同一無線信道又可以由多個用戶共享，有效地利用了信道資源，帶寬最高可達171.2Kb/s。目前中國移動的GPRS覆蓋范圍在中心城市幾乎達到了100%，在邊遠地區也達到了80%以上，實際應用帶寬大約在20-40Kb/s，特別適合像金融交易、遠程監測等行業的通信需求，完全取代過去傳統的有線MODEM、X.25、數傳電臺、短信等通信方式。

GPRS通信方式更適合于環保數據采集業務，目前各省環保監測站與各采集點采用電話線傳送數據或手工抄錄，實時性差，費用也不便宜。GPRS無線傳輸數據有以下優勢：

1）GPRS用戶可隨意分布和移動自己的網點，無需擔心線路的維護或有線在移機時導致的通訊中斷。建設新的監測點無需進行拉線、埋線等工作。較光纖或專線系統投資較少，設備安裝方便。

2）終端價格比較低。與DDN相比，較DTU或DDN專線Modem其終端價格便宜很多。

3）GPRS資費便宜，計費合理。GPRS 資費包月比有線電話網絡資費還便宜。環保數據采集業務沒有大數據量的信息傳輸，不必要采用資費很高的專線（DDN、幀中繼）。GPRS還可根據通信的數據量和提供的服務質量進行計費。在GPRS網中，用戶只需與網絡建立一次連接，就可長時間的保持這種連接，并只在傳輸數據時才占用信道并被計費，保持時不占用信道不計費。這樣，監測點既不用頻繁建立連接，也不必支付傳輸間隙時的費用。

4）GPRS能最好地支持頻繁的、少量突發型數據業務。通信質量穩定可靠，永不掉線。

5）GPRS網絡接入速度快，提供了與現有數據網的無縫連接。由于GPRS網本身就是一個分組型數據網, 支持TCP/IP、X.25協議，因此無需經過PSTN等網絡的轉接，直接與分組數據網（IP網或X.25網）互通，接入速度僅幾秒鐘，快于電路型數據業務。采用TCP/IP協議，較以前的無線數據網絡（集群，雙向傳呼，GSM短信息）而言，網絡接入更加直接方便。

6）覆蓋較好。比較很多無線數據網絡（集群，雙向傳呼，CDPD，CDMA）而言，其網絡覆蓋是最好的。

二、解決方案

在環保系統中，常常需要對眾多的污染排放點進行實時監測，大部分監測數據需要實時發送到管理中心的后端服務器進行處理。由于監測點分散，分布范圍廣，而且大多設置在環境較惡劣的地區，通過電話線傳送數據往往事倍功半。利用GPRS網絡進行無線數據傳輸，成為環保部門選擇的通信手段亮點之一。污染監測設備將采集到的污染數據和告警信息，通過GPRS網絡，及時發送到環保監察部門，可以實現對排污單位或個人的及時管理，大大提高了工作效率，為環境保護提供了嶄新方式。

2.1 系統結構圖

圖1 GPRS 環保污染源監控系統

2.2 系統方案組成

2.2.1 環保監控中心

監控中心服務器申請配置Internet上固定的IP地址，或申請配置專線，通過光纖、DDN 等數據專線直接和移動中心機房的GPRS 網絡連接。監控中心服務器上安裝相關監控系統軟件。監控系統軟件包括通信服務器、監控中心服務器、數據庫服務器、WEB服務器四個部分。

· 通信服務器負責實現行業數據通信協議、數據代理轉發、通信設備狀態監控等功能；

· 監控中心服務器實現數據分析、存儲、反控等功能；

· 數據庫服務器進行數據存儲、備份；

· WEB服務器實現實時監控、數據管理、業務管理等功能。

· 具體實現時，通信服務器、監控中心服務器、數據庫服務器、WEB 服務器可以安裝在一臺服務器中，也可以安裝在不同服務器中。如果行業客戶要求對終端進行終端IP綁定，需要安裝RADIUS服務器，為系統提供AAA 認證和IP綁定功能。

2.2.2 移動網絡

利用中國移動現有的GPRS/GSM 網絡，監控點和監控中心系統的所有交換信息通過中國移動的數據通信網關進行數據傳輸.

2.2.3 GPRS IP Modem

圖2 GPRS IP Modem功能示意圖

GPRS IP MODEM 是一款集成了GPRS MODEM傳輸功能和TCP/IP網絡、路由功能于一體的新型無線移動通信網絡設備。廣域網絡采用GPRS，內部網絡采用標準100BaseT 和串口（包括RS232、RS485 等）連接兩種方式。根據不同的應用環境，物理上的這三個接口能夠靈活運用，采用不同的連接方式，使該設備具備了三大功能：以太網→GPRS 網絡的路由功能；串口→以太網網絡轉換功能；串口→GPRS 網絡轉換功能。

· 以太網→GPRS網絡的路由功能

連接內部局域網絡（LAN）和GPRS 無線廣域網絡（WAN），能通過NAT技術，讓內部的多臺IP 終端設備（如PC）以GPRS無線方式同時共享接入互聯網絡/企業網絡，使用現有的各種Internet 網絡服務，如WEB、EMAIL、FTP等及企業各種應用。

圖3 以太網→GPRS網絡的路由功能示意圖

適用范圍：內部網絡已經是標準的TCP/IP網絡，只是在廣域網絡接入方式上選擇了無線移動GPRS網絡。

· 串口→GPRS網絡轉換功能

由于GPRS是基于TCP/IP協議的網絡，要求接入的設備必須符合TCP/IP規范，而大多數傳統數據終端設備（像金融POS、監測監控采集設備RTU等）均不具有IP功能，這些終端設備借助GPRS IP Modem，能輕松方便地通過串口接入GPRS網絡，實現遠程無線聯網。

圖4 串口→GPRS網絡轉換功能示意圖

適用范圍：金融POS、ATM、監測設備等帶有傳統串口的非IP終端設備通過GPRS實現無線聯網。可以采用GPRS IP Modem特有的透明傳送方式，除了通信網絡采用GPRS外，其他已有網絡結構并不改變，充分利于過去存在的大量設備，快速經濟無線聯網。

· 串口→以太網網絡轉換功能（可去掉無線模塊）

將傳統的非IP終端通過RS232/RS485串口直接轉換為具有標準TCP/IP 100BaseT接口的網絡設備，解決了同一位置有多臺串口終端需要同時通過GPRS聯網的情況。

圖5 串口→以太網網絡轉換功能示意圖

GPRS IP Modem只能提供一個串口解決單臺串口設備接入GPRS問題，對同一地點有多臺串口終端需要接入GPRS的情況，如果每臺設備均通過GPRS IP Modem的串口→GPRS網絡轉換功能接入GPRS無線網絡，干擾較大，并且總體成本方面投入較大。因此可以先采用串口→以太網網絡轉換功能將所有串口終端用局域網絡的方式聯網，最后集中采用一臺GPRS IP Modem的以太網→GPRS網絡路由功能接入GPRS網絡，整體方案具有很高的性能價格比。

2.2.4 監控終端

監控儀器通過RS232 串口直接與GPRS IP Modem（智能型GPRS 調制解調器）連接，并由其建立無線數據連接。原則上，所有提供RS232/485接口的環境監測設備，如污水流量計、COD（含氧量）/BOD（生物耗氧量）測量儀等均能夠用于該系統方案。

監控終端的組網方案因網點的設備數量多少而有較大差異，主要集中為兩種方式：

1）網點為單臺設備，監控終端設備只需要增加一個具有串口的GPRS IP 橋接器就好了。連接方式為上面系統結構圖左邊的三種典型應用。

2）網點為多臺監測設備集群使用。多種監測設備集中在同一物理位置，如果采用為每臺設備均配置GPRS 模塊的方案，不僅初始安裝費用會提高，而且長期營運的使用費用也較高，同時中國移動的GPRS 基站對同一物理位置的多個GPRS 設備接入也有負荷能力限制。所以我們獨家推出以下解決方案，具有非常高的性能價格比。其示意圖如下：

圖6 GPRS集群使用方案

2.3 方案比較

表1 GPRS無線業務與其他網絡業的性價比較

從表1可以看出基于GPRS的環保污染源在線監控方式具有較高的綜合性能價格比。

· 易于網絡采集點的擴展，幾乎不受到網點規模的限制，可以在中國移動的全網覆蓋范圍內使用。跨省份、跨地區的網絡也非常容易組建。

· 可實現集中網絡管理，可用SNMP 協議實現所有網點設備的集中管理。

· GPRS 方案只是通信方式的改變，對上層應用軟件系統幾乎沒有任何影響。同時對現在環保行業大量存在的各種監測設備也不需要更換和進行硬件電路更改。

2.4 GPRS方案的安全性分析

· GPRS 的物理鏈路數據本身已經采用了加密傳送。

· 該方案中如果監控中心直接連接到GPRS 網絡，實質為內網方案，所有數據均與INTERNET 隔離。大大增強了信息的安全性。

· 可以向移動中心申請單獨的APN（網絡接入點名稱），類似于VPN 方案，可以限制非法SIM用戶的登錄。

三、產品具有的優勢

目前CDMA1X網絡設備處于一個新興的蓬勃發展階段。 CDMA1X 網絡產品是在已成熟的寬帶路由器和SNMP 網管設備等產品的基礎上發展起來的全新系列產品，硬件采用全新的32位嵌入式RISC CPU，處理能力及系統資源提高10 倍以上。

軟件上采用完整的嵌入式OS 及TCP/IP 協議包，整體方案和其他競爭對手的產品相比有如下技術優勢：

· 具有100BaseT 網絡接口及完整的IP ROUTER 功能，其他產品均無網絡接口。

· 具有TCP可靠連接方案，專為金融交易應用而設計。

· 內嵌WEB Server 配置方式，方便直觀。

· 強大的網絡管理功能，適合行業應用。

· 為整體解決方案提供所需要的系列網絡設備。

· 支持遠程維護，具有遠程配置、遠程升級和重啟動的功能。