GSM与GPRS技术在水文无线监测中的比较

武 建，于淼淼，钱继兵

(山东省水利勘测设计院，山东 济南 250013)

水文监测的主要任务是测定江河湖库降雨量、水位、流量等水文要素自然变化情况，是一项基础、前期的工作，是防汛抗旱的耳目和参谋，其质量和精度将直接影响水情的实时性和准确性，影响防汛抗旱决策的科学性，因此，强化水情采集、传输、存储工作，提高水情测报质量成为当务之急。

1 无线监控系统

无线数据传输技术是通过无线电波传送数据信息的一种通信技术。无线传输方式有多种，在此，只讨论目前技术较为成熟且应用于水文行业中较为可行的实施方案。

1.1 GSM系统

GSM系统即全球移动通信系统 （Global System for Mobile Communication，GSM），也称“全球通”，是第二代无线数字蜂窝移动通信网络标准，根据这一标准，世界上首次出现了对数字调制方式、网络层结构和业务内容作了规定的蜂窝移动通信系统——GSM数字移动通信系统。

GSM系列主要有 GSM900、DCS1800和 PCS1900三部分，三者之间的主要区别是工作频段的差异。

1.2 GPRS系统

GPRS是通用分组无线业务 （General Packet Radio Service）的英文简称，是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接，它采用GSM数字蜂窝移动通信网，通过与GSM相同的频段、频带宽度、突发结构、无线调制标准、跳频规则以及相同的TDMA帧结构实现多点双向通信。

GPRS基本原理是，当用户上传或下载互联网数据时，系统不是利用当时承载服务所采用的电路连接，而是利用分组将数据在网络中传送，达到多用户间对网络资源的共享。另外，数据传送使用GPRS，而语音传送使用GSM，使下载资料和通话可以同时进行。为此，它不但可以为GPRS用户提供GSM移动电话通信的所有功能，更为突出的是为GPRS用户提供了一种更快捷、更方便、更便宜、更持久的移动上网方式。GPRS目前被认为是移动通信从第二代向第三代过渡的重要一环。

2 无线监控应用于水文监测工作的必要性

我国水文事业发展至今，从传统的人工干预监测技术来看，尚存在若干问题：1)记录方式以模拟方式为主，通常采用传统媒体作为记录载体；2)数据处理基本靠人工处理判断，费时易错；3)水文信息的采集、传输、处理的实时性和准确性较差，无法适应现代水文事业的需求。因此，要用自动化技术促进水文监测自动化的发展。

基于移动通信公司的通信平台，构建水文信息采集传输系统，从而将无线监控应用于水文监测工作中，一方面可以加强报汛站测报基础设施建设，加快水情信息及时、准确采集，保证安全传输，提高水文测报和防洪减灾能力；另一方面，基于GSM/GPRS公网信道的现代化监测系统，安装方便、维护简单，并能够有效面对各种复杂地形，提高报汛的时效性，增加了洪水预报的有效预见期和预报精度，从而取得防汛的主动权。

3 基本技术比较与选择

3.1 技术复杂度与成熟度比较

基于GSM的系统相对简单一些，通信双方只需通过GSM模块联接GSM网络即可。通信方既可以是现场终端，也可以是手机或PC等数据中心（既可以是移动设备也可以是固定设备）。

基于GRPS的系统一般均由数据中心和GPRS终端组成。数据中心可通过GPRS Modem或互联网与移动公司连接，主要完成采集、接收数据、信息，进行解包处理并存入数据库进行管理；GPRS终端一般连接仪表等现场设备，一台GPRS终端一般可以连32台仪表（若采取适当的增强措施可以连接更多）。一旦GPRS终端上电，便与数据中心进行通信，数据中心从接收到的数据包中可获得与对方通信必需的信息，这样两者就建立了可相互通信的链路，可以随时进行无线数据采集。在常用的GPRS业务中，GPRS网就相当于Internet的一个局域网，因此通信刚开始时，GPRS终端要先发起连接数据中心，数据中心从接收到的数据包中获得通信必需的信息后才能访问GPRS终端。

GPRS终端与基站是通过空中接口连接的。数据中心的连接方式在实际应用中多种多样，常用的方式有两种:1)数据中心通过GPRS modem拨号上GPRS网，这种拨号上网获得的IP地址可以是动态的，也可以是静态的，这种方式在实际中用的不多；2)数据中心接入因特网（Internet），可以充分利用因特网的许多成熟技术，如动态域名、端口映射等，还可以把数据采集系统直接架构在公司原有的网络上。

以上可以看出GPRS的配置、安装及技术要求都比GSM要复杂得多，一般需要参考配置手册完成。

3.2 费用以及时间延迟比较

GSM SMS方案的设备费用包括:SIM卡2张，共50元；2个 GSM模块，共 600元；在传输过程中，按照客户端以每分钟一条的频率发送短信数据包，每个数据包包含了当时的参数，每条短信最便宜0.02元，每个小时的费用为60×0.02=1.2元，每月的费用为86元。GPRS方案的设备费用包括:2个GPRS模块共1000元；SIM卡2张，共50元；每张APN卡包月的费用为150元，不限制流量。

测试数据表明，使用GSM短信模块在中国移动网内同一地区和品牌的手机号之间，非短信高峰期，且手机信号强度良好的情况下一条短信的时间延迟至少为11s，最长可达数分钟。而使用GPRS发送平均大小为60B的数据包，平均时间延迟为5s。

对比结果可以看到，在无线监控发动机状态的项目中，GPRS数据传输方案的性价比明显高于GSM短信方案。根据山东省最新GPRS资费显示，对于GPRS业务资费将会进一步减少。

3.3 二者的适用范围界定

GSM的SMS和GPRS技术自身工作原理和特性决定了它们各自的适用场合和系统。通过GSM的SMS进行数据通信，具有无需额外地建立连接、系统组建简单、成本低的特点。但由于短消息长度有限，数字或英文最多只能发送160个，按条数计费，因此只适合于传输数据量较小且通信频率不高的系统，比如安防监控、电表抄表等。而GPRS的工作原理保证了它既能支持间歇的爆发式数据传输，又能支持偶尔的大量数据的传输。数据传输速度快，按流量计费。“永远在线”方式则可以保证通信双方更加快速随时地进行数据交换。因此，基于GPRS的系统适合于这种通信频繁、数据量大、实时性要求较高的复杂系统，比如仪表数据采集等。

3.4 水文行业应用比较

GSM模块中插入中国移动神州行SIM卡；经RS232口连接到计算机。在客户端和服务器端的计算机设置GSM模块的串口参数，在客户端软件设置接收端的手机号码，即可投入使用。

对于 GPRS Modem,需插入 APN的 SIM卡、安装天线、连接RS232电缆到Modem的用户配置端口。运行Windows操作系统的超级终端，设置端口速率为38 400，数据位8，奇偶校验无，停止位1，数据流控无。发送控制命令设置Modem的参数如下:接入点名称APN，服务代码，PPP用户名和密码，数据中心(即服务器接收设备)的设置IP地址、端口号、传输协议、用户串口的波特率、校验、数据位、停止位、流控制。设置完成后退出并重新启动Modem以更新配置。

GSM模块的配置比GPRS Modem的配置要简单很多；只要把GSM Modem的串口和接收号码设置完成即可。而GPRS Modem的配置对普通用户过于复杂；一般需要参考配置手册完成。

4 结 语

综上所述，GSM方案具有设备简单、价廉、部署方便的特点；但时间延迟较大、二次开发复杂、可靠性低、传输速率小。GSM方案适合于数据传送频率小，时延要求低，数据量小的场合，如环境水质监控、粮仓监控等。GPRS方案具有数据传输速度快、稳定性高、安全性强、二次开发简单、永远在线的特点；但是GPRS设备价格高，需要向移动公司申请APN业务，系统部署较复杂。该方案适合于数据量大、实时性要求高、时延小的场合，如空间电场实时远程数据采集、电力变电站的远程抄表和监控、水情报汛等。

虽然长远看来，使用GPRS已经成为一种趋势，但目前的条件，以开发GSM的短信业务为基础的监控系统已经可以满足需要，并且更为容易掌握，可以作为短期的一个过渡。考虑到升级扩展方便，可以选用同时支持SMS和GPRS数据传输的通信模块，如西门子的MC35i等。

[1]李春晋,张伟.GPRS通信技术在温州水文自动遥测系统中的应用[J].吉林水利,2009(07).

[2]陈琦,丁天怀,李成,王鹏.基于GPRS/GSM的低功耗无线远程测控终端设计[J].清华大学学报(自然科学版)网络，2009(02).

[3]王祖印,王树海.关于水利信息化管理平台的设计与研究[J].水利天地,2009(03).