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）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。 
  系統方案組成：
  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.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. 
  GPRS DTU是一款集成了GPRS DTU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。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 DTU，能輕松方便地通過串口接入GPRS網絡，實現遠程無線聯網。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。
  GPRS DTU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 DTU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 DTU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。
  3.監控終端
  監控儀器通過RS232串口直接與GPRS DTU（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，同時中國移動的具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，有非常高的性能價格比。其示意圖如下： 
  4.通訊方案比較 
方案名稱 通訊方式 建設成本 運營成本 監控范圍 傳輸速度 操作方式 實時性
電話線MODEM監控 電話線撥號 高 較低 窄 56KRPS 輪尋  
SMS方式監控 SMS 較低 較高 較寬 160字
節/包 并行 差，不穩定
GSM撥號監控 CSD/GSM 較低 較高 較寬 14.4BPS 并行 差
GPRS在線監控 GPRS/GSM
/SMS 較低 較低 較寬 21.4-85.6K 并行 高
 
  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。
  5. 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。