基于GPRSGPRSS的电力负荷管理系统通信性能分析及解决方案

崔正湃，王思彤，叶 辛

（1.华北电力科学研究院有限责任公司，北京 100045；2.华北电网有限公司，北京 100051）

基于GPRSGPRSS的电力负荷管理系统通信性能分析及解决方案

崔正湃1，王思彤1，叶 辛2

（1.华北电力科学研究院有限责任公司，北京 100045；2.华北电网有限公司，北京 100051）

探讨了GPRS技术在电力负荷管理系统数据传输中的应用，相比于传统的通信网络，GPRS的网络覆盖和运行成本更加适合于电力负荷管理系统的应用。重点介绍了GPRS技术的特点、网络结构及实施方案，特别是对GPRS网络在使用过程中存在的问题及其解决方案进行了详细的说明。

GPRS；电力负荷管理系统；应用问题；解决方案

GPRS通信技术是目前解决移动通信信息服务的一种较为完美的业务，它根据数据流量计费，具有覆盖范围广泛、数据传输速度快等特点。与有线网络相比，他具有租用费用更低，移动办公、不受地域制约等优点。从综合成本、工程安装、通信实时性等方面考虑，GPRS通信技术应该是当前比较合适应用于电力负荷管理系统的远程通信方式。

但在实际应用中经常会出现诸如终端登录主站困难，登录后经常“掉线”以及通信费用超支等情况，本文就应用中的一些常见问题提出解决方案。

1 GPRS通信技术特点

GPRS理论上可提供高达171 kb/s的传输速率，实际应用中大约为20～40 kb/s［1］，比GSM电路型数据传输的最大速率（一般为9.6 kb/s）高出许多。

GPRS初次登录时与常用有线modem相似，只要完成一次登录后，数据通道即可建立连接。一旦发生数据交换马上就进入分组交换进程，分组接入时间少于1 s，可以提供快速即时连接。

GPRS通信技术采用了基于IP地址的寻址方式［2］，这意味着终端每次登录互联网后，都可以获得一个随机分配的IP地址，一旦脱离网络，地址随即释放为它人所用，须得重新登录再次分配地址。对于一个稳定的通信系统而言，动态分配IP地址方式不确定性较多，无法保证可靠的点对点传输。但是一个系统全部采用固定IP地址可能性也不大，所以一般要求主站设备必须是具有固定IP地址的互联网接入设备，而终端采用随机分配IP地址的方式。通过软件设定，终端每一次上网获得临时IP地址后，都要立即向固定的IP地址（主站）汇报，主站只要收到登录信息，就可以建立起数据链路。

2 终端与主站通信过程

GPRS数据传输应用系统组建方案示意图如图1所示。

基于GPRS无线公网数据传输的负荷管理终端和主站之间链路传输过程如下：两者按照规定的平衡传输过程执行，终端可以工作在主动上报或主站召测的工作模式下，其数据远程传输信道的连接方式应该能够同时适应永久在线模式和被动激活模式，适应固定IP和动态IP的网络结构，支持TCP和UDP通信协议［3］。

GPRS网络终端工作在永久在线模式，终端工作过程如下：

（1）终端上电后根据APN设置（或虚拟专网用户名、密码）自动连接到GPRS网络，并从网络获得分配的IP（固定或动态）地址。

（2）终端随即根据主站IP地址和端口号主动与主站建立TCP连接会话，向主站发送登录报文，收到主站确认报文后保持TCP会话连接，第一次测试登录成功。

（3）其后在每次“心跳”或数据传送结束后的“心跳”时间间隔期到时，均进行一次“心跳”测试连接。

主站工作方式如下：

（1）在每个终端作为“TCP Client”连接到主站后，响应其登录申请，主站作为“TCP Server”保持和所有终端的连接，动态记录当前在线终端状态，刷新记录终端最新通信时刻。

（2）主站和终端根据各自的需要作为启动站或从动站发送下行或上行的命令或数据。

3 常见问题及解决方案

GPRS无线公网在目前电力系统应用中经常遇到如下一些问题，以下详述其解决方案。

3.1 终端登录主站困难

应用中有时会出现终端无法登录主站的现象，经分析其原因主要可以归纳以下几类：

（1）SIM卡问题：SIM卡与通信模块接触不良，SIM卡本身质量有问题，SIM卡没有开通GPRS通信功能，或此SIM卡欠费。

（2）终端自身问题：APN参数设置不正确，终端处于串口通信状态（部分型号终端处于本地串口通信状态时，其GPRS通信功能无法启用），GPRS模块有问题或模块与终端接触不良。

上述2类问题的解决方法如下，应用中可将终端事先在实验室设置通信参数并安装SIM卡，如果终端可以顺利登录主站，则安装了SIM卡的终端可以送至现场安装，否则需在实验室查找原因。此外通信模块是易失效部件，应要求供货商提供一定的备件，最好能统一规范通信模块接口，则可以收到事半功倍的效果。

（3）网络问题：安装处信号不好（可用诸如手机等测试设备直接进行查看），移动公司分配的地址空间不足，网络中某个基站故障。该类问题的解决需加强与移动运营商的协调沟通。

3.2 终端经常“掉线”

号称“实时在线”的GPRS终端使用中经常会遇到“掉线”现象，给生产应用带来一定的不便，经分析其主要原因如下：

（1）GPRS网络信号电平对终端的使用有着直接关系，当网络信号电平比较低的时候，终端登录网络的过程会变得困难以及登录次数频繁，影响数据发送，数据丢包概率也会增加。因此在设计网络时，需对使用环境的网络信号强度进行测试，并采取相应的措施保证系统的正常运行。

（2）与GPRS终端内部控制方式有关。当GPRS设备在一个较长（规定）的时间内没有与主站发生数据交换，网络运营商的基站就会自动将数传链路挂断。该间隔时间因各地移动运营商不同而异，有的地方可能只允许数分钟的信道占用时间，终端需采取以固定的时间间隔发送“心跳”数据的方式来保持与基站连接。

实际应用中，应合理的选择“心跳”时间，该时间不宜过长，否则会经常“掉线”；也不宜过短，增加无谓的通信费用支出。同时应规定终端“心跳”时间可根据主站下发通信参数进行修改，方便实际应用。

（3）GPRS通信模块低温性能不稳定。安装于中小工商业用户的GPRS终端大都安装于室外，北方地区冬季气温较低，GPRS模块工作于较高频段下，射频部分在低温工况下（特别是在-25℃以下）工作经常不稳定，这也导致终端在低温时节频繁掉线，影响正常使用。

即使制造厂家虽然选用了工业级的芯片，但还是不能可靠保证通信模块低温性能，因此需对GPRS通信模块进行高低温试验和筛选，筛选在-25～70℃环境下可靠稳定工作的通信模块，以保证通信质量。

（4）GPRS终端质量问题。GPRS终端生产制造工艺要求较高，只要某一方面质量存在问题，也经常会出现“掉线”现象。

此外系统中GPRS终端设备一般都安装在户外环境中，地点偏远、分散、无人值守，要求设备必须能在特殊的环境下长期、稳定地工作。故终端必须具备自动拨号、断线重拨功能，在网络状况不稳定时，具有自动恢复通信、保证系统稳定工作的能力。

实际应用中，可以通过采取入网选型试验等手段，筛选合格厂家，保证终端质量。

3.3 系统通信费用超支

GPRS通信网络收费依据数据流量计算，因此运行成本较低。但是电力负荷管理系统实际运行后，发现从每月从移动通信部门查询的数据通信流量远远大于其有效的数据通信流量，运行费用也超出预算。

GPRS数据流量主要有有效通信数据流量、“心跳”数据流量和终端登录主站产生的数据流量等3部分组成。如果终端可以保持长时间不“掉线”，则总流量仅有有效通信数据流量和“心跳”数据流量。实际中可能因为网络原因或主站原因（如关机重新启动），GPRS设备需重新登录，这个过程会产生大量的不可预知的通信数据流量，所以保持GPRS设备与主站可靠连接是减少无效通信流量关键所在。

实际应用中，大多数地区如果GPRS信道一段时间内没有数据交互，移动网络就收回信道的使用权，应考虑终端每登录一次主站产生的数据流量远大于发送“心跳”产生的数据通信流量，所以必须采用发送“心跳”方式保持终端与主站持续连接。

其次，如果在网络状况不好的区域，往往会出现一段时间内网络不畅通的情况，由于GPRS重连机制使得终端不停连接主站，重连的频率将会直接影响GPRS通信流量，因此应提供重连时间的设置项，用户或终端供应商可以根据当地网络状况合理选择重连时间。例如对可以对数据传输规约［3］中“参数设置”（AFN=04H）第62项参数“虚拟专网工作方式”进行扩充，增加“与主台建立连接的时间间隔”和“与主台建立连接的次数”等参数，合理限定终端与主台的连接频度和登录次数，合理规避通信流量超支的风险。

此外为了限制终端超通信流量而导致通信费用激增问题，部分地方采取设置日（月）通信流量限值的方法限定终端日（月）通信流量，如果终端自身统计通信流量超过日（月）通信流量限值，则终端向主站发送通信流量超限告警信息后自行下线，直至下个工作日（下月初）再次启动上线。由于终端（系统）与网络运营商在通信流量统计计算模式存在一定差别，终端（系统）无法较为精确的统计本日（本月）通信流量，从而限制了该方法的应用，仅可作为一种辅助手段。

3.4 加强和网络运营商沟通

由于电力负荷管理系统建设运行需借助于GPRS网络，这就造成系统数据通信将会受到网络运营商的制约，虽然目前GPRS网络发展得较为成熟，但也不排除存在网络繁忙或局部地区基站设置偏少等现象，这将会一定程度上造成对数据通信的影响，影响系统的正常使用。建议系统使用方应加强与移动网络管理运营方的沟通，保证系统稳定可靠运行。

4 结束语

随着国家电网公司启动用电信息采集系统建设项目，各地不断推进电力负荷管理系统建设，GPRS技术作为当前较为合适的远程通信方式在电力负荷管理系统得到了广泛的应用。

：

［1］饶克明，张红先.GPRS技术在电力系统状态监测中的应用［J］.湖南电力，2005，25（1）：38-40.

［2］孙晨.对GPRS在电力系统应用的分析［J］.电力系统通信，2003，24（11）：38-41.

［3］Q/GDW 130—2005，电力负荷管理管理系统数据传输规约［S］.北京：北京电力出版社，2005.

Performance analyzing and solving scheme of GPRS⁃based power load management system

CUI Zheng⁃pai1，WANG Si⁃tong1，YE Xin2
（1.North China Electric Power Research Institute Co.，Ltd.，Beijing 100045，China；2.North China Grid Co.，Ltd.，Beijing 100051，China）

This paper discusses the application of GPRS tech⁃nology in power load management system.The network coverage and cost of GPRS are more adaptable to the application in power load management system compared with other kinds of traditional communication modes.This paper emphasizes the characteris⁃tics，network structure and implementation plans of GPRS tech⁃nology，and especially explains the problems and solutions in the application of GPRS network in detail.

GPRS；power load management system；appli⁃cation problems；solving scheme

F407.61

A

1009-1831（2010）01-0037-03

2009-08-09

崔正湃（1980—），男，山西山阴人，硕士研究生，工程师，从事电能计量管理和研究工作；王思彤（1967—），男，陕西西安人，高级工程师，华北电力科学研究院有限责任公司电气测量技术研究所所长，长期从事电测计量管理和研究工作；叶辛（1968—），女，北京人，高级工程师，华北电网有限公司营销部市场开发处处长，从事电力负荷管理系统建设和管理工作。

（

陈 瑜）