GPRS数据监控系统方案

第一部分   GPRS网络简介
GPRS是目前解决移动通信信息服务的一种较完美的业务，它是以数据流量计费、或大数据的包月包年计费。覆盖范围广泛、数据传输速度更快。GPRS的推出，为行业和企业用户开展无线数据传输提供了基础设施平台，为推动移动办公的应用和发展创造了有利条件。与有线网络相比，GPRS网络具有租用费用低、移动办公，不受地域制约等优点。GPRS的出现为企业和行业用户开展无线办公提供了一种新的选择。
GPRS通信方式更适合于监控数据采集业务，目前监控中心与各数据采集点大部分采用有线交互传输，甚至有些偏远采集点要有线网络接入成了不可能。月租费太高，用电话线传送数据按时间计费，带来诸多不便，费用也不便宜。
GPRS网络优点
1、覆盖范围。构建采集传输系统要求数据通信覆盖范围广，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。由于采集点数量众多，分布在全省范围内，部分采集点位于偏僻地区，而且地理位置分散。另外，还必须考虑今后系统扩充的可能，必须具有良好的可扩展性。由于目前GPRS已覆盖省内绝大部分地区，能够满足数据传输系统对覆盖范围的要求。 
　2、数据传输速率高。目前GPRS实际数据传输速率在40Kbps左右，完全能满足监控数据传输速率的需求。
3、系统的传输容量大。数据控制中心要和每一个采集点实现实时连接。由于采集点数量众多，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。
4、通信费用控制灵活。采用传统的有线方式建立数据传输系统，必须租用专线或电话线进行连接。由于采集点必须与中心随时保持连线状态，而每次数据发送的数据量很小，线路资源利用率很低，平均每一个采集点每月的线路费用为800～1200元。而如果采用GPRS通信方式，由于GPRS采用按数据流量计费的方式，资源利用率高，月通信费用将在200元之内，如果数据量很大的情况下也可按包月或包年计费。
5、良好的实时响应与处理能力。与短消息服务比较，由于GPRS具有实时在线特性，系统无时延，可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。

第二部分 F2103特点介绍
F2103 GPRS DTU技术规范

F2103 GPRS DTU采用高性能嵌入式处理器，以实时操作系统为软件支撑平台，内嵌自主知识产权的TCP/IP协议栈。为用户提供高速，稳定可靠，数据终端永远在线，多种协议转换的虚拟专用网络。针对网络流量控制的用户，产品支持语音，短信，数据触发上线以及超时自动断线的功能。同时也支持双数据中心备份，以及多数据中心同步接收数据等功能。公司产品已广泛应用于金融，水利，环保，电力，邮政，气象等行业。

一、无线参数
1、支持EGSM900/GSM1800无线网络
2、GPRS multi-slot class 10 
3、编码方案：CS1~CS4
4、符合SMG31bis技术规范
5、Compliant to GSM phase 2/2+
6、支持数据和短信功能

二、硬件系统
1、高性能RISC 嵌入式处理器，主频100M，512K FLASH。
2、接口：
同时支持RS232/RS485串口。串口速率110~230400bits/s。
       指示灯：具有电源、通信及在线指示灯。
       天线接口：标准SMA阴头天线接口，特性阻抗50欧。
       SIM卡接口：3V/1.8V标准的推杆式用户卡接口。
       电源接口：标准的3芯火车头电源插座。
3、供电：
外接电源：DC 12V 500mA
宽电压供电：DC 5-35V
通信电流：<250mA (12V)
4、无线模块
采用高性能工业级GPRS无线模块
5、尺寸
       外形尺寸：91x58.5x22 mm（不包括天线及固定件） 
6、其他参数:
工作环境温度-25~+65ºC
储存温度-40~+85ºC
相对湿度 95%(无凝结)

三、软件功能
1.智能防掉线，支持在线检测，在线维持，掉线自动重拨，确保设备永远在线。
2.支持RSA，RC4加密算法
3.支持虚拟数据专用网（APN）
4.透明数据传输与协议转换，支持多种工作模式
5.支持数据中心动态域名和IP地址访问
6.支持双数据中心备份
7.支持多数据中心
8.支持短信、语音、数据等唤醒方式以及超时断开网络连接。
9.支持短消息备份及告警。
10.多重软硬件看门狗
11.数据包传输状态报告。
12.标准的AT命令界面
13.可以用做普通拨号MODEM
14.支持telnet功能。
15.支持远程配置，远程控制
16.通过串口软件升级
17.同时支持LINUX和WINDOWS操作系统





第三部分 解决方案
1、系统综合拓扑图： 
 2、系统组成
本数据采集系统由控制中心；监控告警设备、和F2103 DTU组成。
1)   终端设备
终端器件组成: F2103 DTU、SIM卡、PLC、监控告警设备等。
首先对DTU进行设置，设置要连接的中心IP和端口及其它必要性的设置，设置好之后PLC或采集设备通过RS232接口和DTU相连，DTU上电之后根据事先设置好的中心IP和端口进行连接，成功连接到中心软件后即可双向传输数据。

目的：建立监控中心与采集点之间的信息网络，完整、及时、准确采集告警数据，实现控制中心对采集点的管理、统计、分析，同时支持采集点基本日常业务管理，提高管理部门和采集点的工作效率。

2)   监控中心部分：宽带网络、服务器、PC、组态软件或其它中心软件。 
   首先用某台能上网的PC机，条件必须能让外网访问的到，如运行中心软件的PC机在局域网里面，那要在局域网路由器做端口映射到本机PC，等这些条件具备之后在本机运行一个中心DEMO或组态软件，开放一个端口，运行软件等待DTU的连接。 
   DTU连接中心后，就可按要求进行传输数据，中心收到数据后，通过系统进行解密、过滤、筛选，最终获得所需要的数据进行分析、统计等工作。 

　　目的:主要是监控中心对所有采集数据的集成。并且通过网络将各个采集数据和中心监控部门联系起来，及时的反馈数据采集点各类信息，提供管理部门制订计划。

　　通道建立成功后，DTU串口实时监控采集器的数据，只要串口有数据过来，DTU将全透明进行实时传输。如果数据量小，或需要定时传输数据的，DTU可选数据激活、电话呼叫或短信激活等模式，或根据实际应用也可考虑修改软件来实现数据传输的需要。这样就可灵活应用不同的数据传输需求来采取不同的传输方式，以减少及节约不必要的传输费用。

3、组网实施
　　方案一： 中心采用公网固定IP
   
　　中心采用ADSL等INTELNET公网连接，采用公网固定IP服务的。
　　此种方案向先INTERNET运营商申请ADSL等宽带业务，中心有公网固定IP的。
　　监控点（无线数传终端）直接向设定好的中心固定IP发起连接。

　　方案二：公网动态IP ＋域名(DNS)解析
      
　　中心采用ADSL等INTELNET公网连接，采用公网动态IP+DNS解析服务的。
　　客户先与DNS服务商联系开通动态域名，监控点(无线数传终端)先采用域名寻址方式连接DNS服务器，再由DNS服务器找到中心公网动态IP，建立连接。也就是说当DTU上线后首先去连接设定好的DNS域名,再通过DNS服务器找到此域名当时在公网的动态IP,之后DTU再去连接这个IP及端口。
　　此种方式可以大大节约公网固定IP的费用，但稳定性受制于DNS服务器的稳定，所以要寻找可靠的DNS服务商。此种方案适合小规模应用。
　　方案三： APN专线
   
　　中心采用APN专线， 所有点都采用内网固定IP 
　　 客户中心通过一条2M APN专线接入移动公司GPRS网络，双方互联路由器之间采用私有固定IP地址进行广域连接，在GGSN与移动公司互联路由器之间采用GRE隧道。 
　　为客户分配专用的APN，普通用户不得申请该APN。用于GPRS专网的SIM卡才能进入专网APN，防止其他非法用户的进入。 
　　用户在内部建立RADIUS服务器，作为内部用户接入的远程认证服务器（或在APN路由器内，启用路由器本地认证功能）。只有通过认证的用户才允许接入，用以保证用户内部安全。
　　用户在内部建立DHCP服务器（或在APN路由器内，启用DHCP功能），为通过认证的用户分配用户内部地址。
　　移动终端和服务器平台之间采用端到端加密，避免信息在整个传输过程中可能的泄漏。
　　双方采用防火墙进行隔离，并在防火墙上进行IP地址和端口过滤。
此种方案无论实时性，安全性和稳定性较前一种方案都有大大提高，适合于安全性要求较高、数据点比较多、实时性要求较高的应用环境。在资金允许的情况下之最佳组网方式。
业务流程 
GPRS专网系统终端上网登录服务器平台的流程为： 

1）用户发出GPRS登录请求，请求中包括由移动公司为GPRS专网系统专门分配的专网APN； 

2）根据请求中的APN，SGSN向DNS服务器发出查询请求，找到与企业服务器平台连接的GGSN，并将用户请求通过GTP隧道封装送给GGSN； 

3）GGSN将用户认证信息（包括手机号码、用户账号、密码等）通过专线送至Radius进行认证； 

4）Radius认证服务器看到手机号等认证信息，确认是合法用户发来的请求，向DHCP服务器请求分配用户地址； 

5）Radius认证通过后，由Radius向GGSN发送携带用户地址的确认信息； 

6）用户得到了IP地址，就可以携带数据包，对GPRS专网系统信息查询和业务处理平台进行访问。

方案四：中心无线路由器接入
此方案在中心无宽带条件接入的情况下采用，但要有GPRS或CDMA网络覆盖。
   1.中心采用无线路由器，采用DNS解析方式，稳定性较差。
   2.中心采用无线路由器，申请固定IP，稳定性好，推荐此方式。
   3.中心采用无线路由器，申请APN专线，稳定性较好，此方式为最佳
备注:如果主站是通过串口接收数据的，那中心主站就要应用转发软件(本公司提供)，也就是说接收到的数据转发到某个串口中(虚拟串口)，具体应用到时另与技术部联系提供资料。

四．总结
以GPRS为基础的无线数据系统有很广泛的应用，GPRS使互联网进入无线领域，一直延伸到手掌上。除了支持传统的互联网应用，GPRS也可使无线终端支持B2B、B2C的电子商务和电子支付、股票交易、银行转帐等应用。GPRS同样可以应用于公司内部网(INTRANET)，基于IP的远程LAN接入，使无线终端成为LAN的延伸，几乎所有低速率的数据传输服务都可以应用，如对电力系统自动化、工业监控、交通管理、气象、金融、环保监测、煤矿、油田、证券等行业领域的应用。

F3120 GPRS ROUTER技术规范

   F3120 GPRS ROUTER采用高性能的工业级ARM9通信处理器，以嵌入式实时操作系统为软件支撑平台，系统集成了全系列从逻辑链路层到应用层通信协议，支持静态及动态路由，PPP server及PPP client，VPN（包括PPTP和IPSEC）,DHCP server及DHCP client，DDNS，防火墙，NAT，DMZ主机等功能。为用户提供安全，高速，稳定可靠，各种协议路由转发的无线路由网络。本产品已广泛应用于金融，水利，环保，电力，邮政，气象等行业。

四、            无线参数
1、支持EGSM900/GSM1800无线网络
2、GPRS multi-slot class 10 
3、编码方案：CS1~CS4
4、符合SMG31bis技术规范
5、Compliant to GSM phase 2/2+
6、支持数据和短信功能
7、支持13K QCELP音频编解码

五、            硬件系统
1、工业级ARM9 CPU，主频200M
2、FLASH：4MB（可扩展至16MB）
3、SDRAM：16MB（可扩展至64MB）
4、E2PROM：64KB
5、接口：
              1个10/100M以太网口
              1个RS232串口。（根据需要，可支持RS422/RS485），串口速率110~230400bits/s
              指示灯：具有“Power”、“Online”、“Alarm”、“System”、“Link/ACT”五个指示灯。
              天线接口：标准SMA阴头天线接口，特性阻抗50欧。
              SIM/UIM卡接口：标准的抽屉式用户卡接口（3V/5V）。
               电源接口：标准的3芯火车头电源插座。
              “Reset”复位按钮，通过此按钮，可将ROUTER的参数配置恢复为出厂值。
6、供电：
外接电源：DC 9V 1.5A
宽电压供电：DC 5-35V
通信电流：<450mA (9V)
待机电流：<35mA (9V)
7、无线模块
       采用高性能工业级GPRS无线模块
8、尺寸
外形尺寸：157x97x25 mm (不包括天线和安装件)
9、其他参数:
工作环境温度-25~+65ºC
储存温度-40~+85ºC
相对湿度 95%(无凝结)

六、            软件功能
1.        支持VPN安全隧道功能,包括PPTP＋MPPE和IPSEC
2.        智能防掉线，支持在线检测，在线维持，掉线自动重拨，确保设备永远在线。
3.        支持IPTABLES防火墙，包过滤功能
4.        支持多种协议：TCP/IP，UDP，ICMP，SMTP，HTTP，POP3，OICQ，TELNET，FTP等。
5.        支持动态路由和静态路由
6.        支持DHCP 功能
7.        支持NAT功能，如SNAT，DNAT
8.        支持动态DDNS
9.        支持DMZ主机
10.    支持路由转发，同时也支持串口数据传输,，数据中心管理
11.    支持APN网络
12.    方便的WEB配置，支持远程WEB管理
13.    支持telnet管理，方便易用的控制台shell交互环境
14.    支持多台终端共享router ppp广域网出口
15.    支持多种无线拨号方式：自动分配，指定IP，指定本地对端IP
16.    支持作为PPP服务器，多种认证方式，支持双向认证
17.    方便易用的COM及SYSLOG系统诊断，调试功能
18.    支持串口本地软件升级
19.    支持TFTP软件远程升级
20.    同时支持LINUX和WINDOWS操作系统