一、需求分析
在人類生存環(huán)境日益惡化的今天，建立完整的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是非常必要的，處理分布在各處的環(huán)境
檢測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸問題一直是建立環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的難點(diǎn)，建立獨(dú)立的無線擴(kuò)頻系統(tǒng)和使用專線都有龐大的建設(shè)、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用問題。
GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service)的英文簡(jiǎn)稱，是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)
展起來的一種承載業(yè)務(wù)，目的是為GSM用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS拋棄了傳統(tǒng)的獨(dú)占電路交換模式，采用分組交換技術(shù)，每個(gè)用戶可同時(shí)占用多個(gè)無線信道，同一無線信道又可以由多個(gè)用戶共享， 有效地利用了信道資源，帶寬最高可達(dá)171.2Kb/s。目前中國移動(dòng)的GPRS覆蓋范圍在中心城市幾乎達(dá)到了100%，在邊遠(yuǎn)地區(qū)也達(dá)到了80%以上，實(shí)際應(yīng)用帶寬大約在20-40Kb/s，特別適合像金融交易、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)等行業(yè)的通信需求，完全取代過去傳統(tǒng)的有線MODEM、X.25、數(shù)傳電臺(tái)、短信等通信方式。
GPRS通信方式更適合于環(huán)保數(shù)據(jù)采集業(yè)務(wù)，目前各省環(huán)保監(jiān)測(cè)站與各采集點(diǎn)采用電話線傳送數(shù)據(jù)
或手工抄錄，實(shí)時(shí)性差，費(fèi)用也不便宜。GPRS無線傳輸數(shù)據(jù)有以下優(yōu)勢(shì)：
1）GPRS用戶可隨意分布和移動(dòng)自己的網(wǎng)點(diǎn)，無需擔(dān)心線路維護(hù)或有線在移機(jī)時(shí)導(dǎo)致的通訊中斷。
建設(shè)新的監(jiān)測(cè)點(diǎn)無需進(jìn)行拉線、埋線等工作。較光纖或?qū)＞€系統(tǒng)投資較少，設(shè)備安裝方便。
2）終端價(jià)格比較低。與DDN相比，較DTU或DDN專線Modem其終端價(jià)格便宜很多。
3）GPRS資費(fèi)便宜，計(jì)費(fèi)合理。GPRS 資費(fèi)包月比有線電話網(wǎng)絡(luò)資費(fèi)還便宜。環(huán)保數(shù)據(jù)采集業(yè)務(wù)沒
有大數(shù)據(jù)量的信息傳輸，不必要采用資費(fèi)很高的專線（DDN、幀中繼）。GPRS還可根據(jù)通信的數(shù)據(jù)量和提供的服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行計(jì)費(fèi)。在GPRS網(wǎng)中，用戶只需與網(wǎng)絡(luò)建立一次連接，就可長(zhǎng)時(shí)間的保持這種連接，并只在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)才占用信道并被計(jì)費(fèi)，保持時(shí)不占用信道不計(jì)費(fèi)。這樣監(jiān)測(cè)點(diǎn)既不用頻繁建立連接也不必支付傳輸間隙時(shí)的費(fèi)用。
4）GPRS能最好地支持頻繁的、少量突發(fā)型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。通信質(zhì)量穩(wěn)定可靠，永不掉線。
5）GPRS網(wǎng)絡(luò)接入速度快，提供了與現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)的無縫連接。由于GPRS網(wǎng)本身就是一個(gè)分組型數(shù)據(jù)網(wǎng), 支持TCP/IP、X.25協(xié)議，因此無需經(jīng)過PSTN等網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)接，直接與分組數(shù)據(jù)網(wǎng)（IP網(wǎng)或X.25網(wǎng)）互通，接入速度僅幾秒鐘，快于電路型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。采用TCP/IP協(xié)議，較以前的無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（集群，雙向傳呼，GSM短信息）而言，網(wǎng)絡(luò)接入更加直接方便。
6）比較很多無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（集群，雙向傳呼，CDPD，CDMA）而言，其網(wǎng)絡(luò)覆蓋是最好的。
二、解決方案
在環(huán)保系統(tǒng)中，常常需要對(duì)眾多的污染排放點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，大部分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)發(fā)送到管理
中心的后端服務(wù)器進(jìn)行處理。由于監(jiān)測(cè)點(diǎn)分散，分布范圍廣，而且大多設(shè)置在環(huán)境較惡劣的地區(qū)，通過電話線傳送數(shù)據(jù)往往事倍功半。利用GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸，成為環(huán)保部門選擇的通信手段亮點(diǎn)之一。污染監(jiān)測(cè)設(shè)備將采集到的污染數(shù)據(jù)和告警信息，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)，及時(shí)發(fā)送到環(huán)保監(jiān)察部門，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)排污單位或個(gè)人的及時(shí)管理，大大提高了工作效率，為環(huán)境保護(hù)提供了嶄新方式。
系統(tǒng)方案組成：
1.環(huán)保監(jiān)控中心
監(jiān)控中心服務(wù)器申請(qǐng)配置Internet上固定的IP地址，或申請(qǐng)配置專線，通過光纖、DDN 等數(shù)據(jù)專
線直接和移動(dòng)中心機(jī)房的GPRS 網(wǎng)絡(luò)連接。監(jiān)控中心服務(wù)器上安裝相關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)軟件。監(jiān)控系統(tǒng)軟件包 括通信服務(wù)器、監(jiān)控中心服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、WEB服務(wù)器四個(gè)部分。
通信服務(wù)器負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)行業(yè)數(shù)據(jù)通信協(xié)議、數(shù)據(jù)代理轉(zhuǎn)發(fā)、通信設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控等功能；
監(jiān)控中心服務(wù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、存儲(chǔ)、反控等功能；
數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、備份；
WEB服務(wù)器實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)管理、業(yè)務(wù)管理等功能。
具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，通信服務(wù)器、監(jiān)控中心服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、WEB服務(wù)器可安裝在一臺(tái)服務(wù)器中，
也可以安裝在不同服務(wù)器中。如果行業(yè)客戶要求對(duì)終端進(jìn)行終端IP綁定，需要安裝RADIUS服務(wù)器，為系統(tǒng)提供AAA 認(rèn)證和IP綁定功能。
2.移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)
利用中國移動(dòng)現(xiàn)有的GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)控點(diǎn)和監(jiān)控中心系統(tǒng)的所有交換信息通過中國移動(dòng)的數(shù)據(jù)
通信網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸.
GPRS DTU是一款集成了GPRS DTU傳輸功能和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)、路由功能于一體的新型無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。廣域網(wǎng)絡(luò)采用GPRS，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)準(zhǔn)100BaseT 和串口（包括RS232、RS485 等）連接兩種方式。根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境，物理上的這三個(gè)接口能夠靈活運(yùn)用，采用不同的連接方式，使該設(shè)備具備三大功能：以太網(wǎng)→GPRS網(wǎng)絡(luò)的路由功能；串口→以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換功能；串口→GPRS 網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換功能.
·以太網(wǎng)→GPRS網(wǎng)絡(luò)的路由功能
連接內(nèi)部局域網(wǎng)絡(luò)（LAN）和GPRS 無線廣域網(wǎng)絡(luò)（WAN），能通過NAT技術(shù)，讓內(nèi)部的多臺(tái)IP終端設(shè)備（如PC）以GPRS無線方式同時(shí)共享接入互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)/企業(yè)網(wǎng)絡(luò)，使用現(xiàn)有的各種Internet網(wǎng)絡(luò)服務(wù)， 如WEB、EMAIL、FTP等及企業(yè)各種應(yīng)用。適用范圍：內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)是標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，只是在廣域網(wǎng)絡(luò)接入方式上選擇了無線移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò)。
·串口→GPRS網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換功能
由于GPRS是基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)，要求接入的設(shè)備必須符合TCP/IP規(guī)范，而大多數(shù)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)終端設(shè)備（像金融POS、監(jiān)測(cè)監(jiān)控采集設(shè)備RTU等）均不具有IP功能，這些終端設(shè)備借助GPRS DTU，能輕松方便地通過串口接入GPRS網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線聯(lián)網(wǎng)。適用范圍：金融POS、ATM、監(jiān)測(cè)設(shè)備等帶有傳統(tǒng)串口的非IP終端設(shè)備通過GPRS實(shí)現(xiàn)無線聯(lián)網(wǎng)?？梢圆捎肎PRS IP Modem特有的透明傳送方式，除了通信網(wǎng)絡(luò)采用GPRS外，其他已有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并不改變，充分利于過去存在的大量設(shè)備，快速經(jīng)濟(jì)無線聯(lián)網(wǎng)。
·串口→以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換功能（可去掉無線模塊）
將傳統(tǒng)的非IP終端通過RS232/RS485串口直接轉(zhuǎn)換為具有標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP 100BaseT接口的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，
解決了同一位置有多臺(tái)串口終端需要同時(shí)通過GPRS聯(lián)網(wǎng)的情況。
GPRS DTU只能提供一個(gè)串口解決單臺(tái)串口設(shè)備接入GPRS問題，對(duì)同一地點(diǎn)有多臺(tái)串口終端需要接
入GPRS的情況，如果每臺(tái)設(shè)備均通過GPRS DTU的串口→GPRS網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換功能接入GPRS無線網(wǎng)絡(luò)，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(wǎng)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換功能將所有串口終端用局域網(wǎng)絡(luò)的方式聯(lián)網(wǎng)，最后集中采用一臺(tái)GPRS DTU的以太網(wǎng)→GPRS網(wǎng)絡(luò)路由功能接入GPRS網(wǎng)絡(luò) ，整體方案具有很高的性能價(jià)格比。
3.監(jiān)控終端
監(jiān)控儀器通過RS232串口直接與GPRS DTU（智能型GPRS 調(diào)制解調(diào)器）連接，并由其建立無線數(shù)據(jù)連接。原則上，所有提供RS232/485接口的環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備，如污水流量計(jì)、COD（含氧量）/BOD（生物耗氧量）測(cè)量?jī)x等均能夠用于該系統(tǒng)方案。
監(jiān)控終端的組網(wǎng)方案因網(wǎng)點(diǎn)的設(shè)備數(shù)量多少而有較大差異，主要集中為兩種方式：
1）網(wǎng)點(diǎn)為單臺(tái)設(shè)備，監(jiān)控終端設(shè)備只需要增加一個(gè)具有串口的GPRS IP 橋接器就好了。連接方式
為上面系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖左邊的三種典型應(yīng)用。
2）網(wǎng)點(diǎn)為多臺(tái)監(jiān)測(cè)設(shè)備集群使用。多種監(jiān)測(cè)設(shè)備集中在同一物理位置，如果采用為每臺(tái)設(shè)備均配
置GPRS 模塊的方案，不僅初始安裝費(fèi)用會(huì)提高，而且長(zhǎng)期營(yíng)運(yùn)的使用費(fèi)用也較高，同時(shí)中國移動(dòng)的具GPRS 基站對(duì)同一物理位置的多個(gè)GPRS 設(shè)備接入也有負(fù)荷能力限制。所以我們獨(dú)家推出以下解決方案，有非常高的性能價(jià)格比。其示意圖如下：
4.通訊方案比較
方案名稱 通訊方式 建設(shè)成本 運(yùn)營(yíng)成本 監(jiān)控范圍 傳輸速度 操作方式 實(shí)時(shí)性
電話線MODEM監(jiān)控 電話線撥號(hào) 高 較低 窄 56KRPS 輪尋
SMS方式監(jiān)控 SMS 較低 較高 較寬 160字
節(jié)/包 并行 差，不穩(wěn)定
GSM撥號(hào)監(jiān)控 CSD/GSM 較低 較高 較寬 14.4BPS 并行 差
GPRS在線監(jiān)控 GPRS/GSM
/SMS 較低 較低 較寬 21.4-85.6K 并行 高
表1 GPRS無線業(yè)務(wù)與其他網(wǎng)絡(luò)業(yè)的性價(jià)比較
從表1可以看出基于GPRS的環(huán)保污染源在線監(jiān)控方式具有較高的綜合性能價(jià)格比。易于網(wǎng)絡(luò)采集點(diǎn)
的擴(kuò)展，幾乎不受到網(wǎng)點(diǎn)規(guī)模的限制，可以在中國移動(dòng)的全網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)使用?？缡》?、跨地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)也非常容易組建?？蓪?shí)現(xiàn)集中網(wǎng)絡(luò)管理，可用SNMP 協(xié)議實(shí)現(xiàn)所有網(wǎng)點(diǎn)設(shè)備的集中管理。
GPRS方案是通信方式的改變，對(duì)上層應(yīng)用軟件系統(tǒng)幾乎沒有任何影響。同時(shí)對(duì)現(xiàn)在環(huán)保行業(yè)大量
存在的各種監(jiān)測(cè)設(shè)備也不需要更換和進(jìn)行硬件電路更改。
5. GPRS方案的安全性分析：
GPRS 的物理鏈路數(shù)據(jù)本身已經(jīng)采用了加密傳送。該方案中如果監(jiān)控中心直接連接到GPRS 網(wǎng)絡(luò)，
實(shí)質(zhì)為內(nèi)網(wǎng)方案，所有數(shù)據(jù)均與INTERNET 隔離。大大增強(qiáng)了信息的安全性?？梢韵蛞苿?dòng)中心申請(qǐng)單獨(dú)的APN（網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)名稱），類似于VPN 方案，可以限制非法SIM用戶的登錄。
