基于GPRS的通信技术在远程抄表中的应用

◆徐 丽徐天奇杨应喻潘基书李 琰

（1.云南民族大学电气信息工程学院 云南 650500; 2.中国能源建设集团云南省电力设计院有限公司 云南 650000）

基于GPRS的通信技术在远程抄表中的应用

◆徐 丽1徐天奇1杨应喻1潘基书2李 琰1

（1.云南民族大学电气信息工程学院 云南 650500; 2.中国能源建设集团云南省电力设计院有限公司 云南 650000）

GPRS 移动通信技术是一种基于GSM的无线高速数据处理分组交换技术。远程抄表简言之就是用于小区的无线水，电，气表智能采集系统，实现分时电价统计，时段电量控制。本文就基于GPRS 的通信技术在远程抄表中的应用，针对其在电力系统中的远程抄表技术作了介绍,分别论述了GPRS系统简介,GPRS 系统特点,GPRS 协议,重点介绍了基于GPRS 技术的远程自动抄表系统设计。

GPRS技术; 远程抄表; 系统设计

0 前言

近年来，随着电力自动化技术的发展，抄表技术在电力系统中尤为重要，电能以其易传输、分配、使用等优点，成为全世界最重要的能源消费形式，供电公司需合理、有效地提高工作效率。没有远程抄表技术之前，住户抄表实施的是人工抄表，这样不仅耗时、耗力，而且工作效率低，有可能让抄表人员因为长时间工作而抄表有误，最后产生不必要的麻烦。抄表结束后，工作人员还得做统一整理，使统计工作效率变得十分低效。所以此时便产生了基于GPRS通信技术在远程抄表中的应用技术[1]。

众所周知，GSM是一个覆盖全国乃至全全球的商业通讯网络，网络可靠，覆盖范围广，无通讯盲点。但也存在不足之处，为解决这个问题，就拓展开发了基于GPRS通讯的电力抄表系统。其原理是利用分组交换功能进行数据传输，提高了数据传输和数据流量[2]。

GPRS系统可提供广域的无线IP连接，在GPRS业务平台上构建电力远程抄表系统，实现了电表数据的无线数据传输，具有可充分利用现有网络资源，降低了建设成本，减少了人力资源，安装方便快捷，维修简单等优点[3]。

1 GPRS系统简介

1.1 GPRS技术概括

GPRS（General Packet Radio Service）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。通俗地讲，GPRS是一项高速数据处理的技术。GPRS作为第二代移动通信技术，GSM是第三代移动公司早在1993年提出的。GPRS网络的技术核心是在GSM网络中传送分组数据业务，它的技术优势主要体现在两方面，即实现了用户数据与无线网络资源的最佳组合，实现了IP协议的透明传送。与原有的GSM比较，GPRS在数据业务的承载和支持上具有非常明显的优势。GPRS采用与GSM同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的调频规则以及同样的TDMA帧结构。

GPRS提供端到端的广域的无线IP连接，采用信道捆绑和增强数据速率改进而实现了高速接入，使无线资源得到充分利用，能够使用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源，从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务[4][5]。

1.2 GPRS系统特点

（1）采用分组交换技术

所谓分组交换技术就是GPRS信息在传输前被分成既是分离又是相关的“数据包”，并在接收端重新组合。因此GPRS特别适合于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶然的大数据传输[6]。

（2）使用范围广

只要有GPRS信号的地方就可以使用，特别适合于野外，郊区等偏远的地方的测量仪表的监控和数据采集。

（3）数据传输速率高

GPRS由于采用了经济高效的数据分组交换技术，数据传输占用GSM的8个时隙，数据封装在分割分组后上网发送，发送后不需要此容量时就立即释放，提供了及时连接和高速接入。

（4）瞬间上网，永远在线

GPRS用户一开机，就始终是附着在GPRS网络上，每次上网，只需要一个激活的过程，仅需要短暂的几秒钟就能上网。通讯网络的建立过程十分迅速，由于GPRS使用了数据分组技术，用户上网就可以避免断网的情况，由此保证GPRS永远在线。

（5）数据吞吐量大

GPRS采用了与GSM不同的信道编码方案，定义了CS-1、CS-2、CS-3、CS-4四种编码方案，支持中、高速率的数据传输，可提供9.05—172.2Kbit/s的数据传输速率。GPRS所提供的数据传输速率取决于所采用哪种编码方式。

（6）性价比高

与有线网络相比，节约了布线所需线路，人工维修，电话资源，节省了资源; 与无线局域网相比，自然也省去了架设天线等设施的投资。

（7）按量计费

GPRS技术是一种面向非连接的技术，用户虽然可以总挂在网上，但是按实际流量来计费的。这种计费方式尤其适合于电表抄表这种间断性数据传输，可以大大降低通信费用[7]。

1.3 GPRS的网络结构及协议

1.3.1 GPRS的网络结构

GPRS在现有的GSM网络基础上叠加了一个新的网络，通过增加一些硬件设备并对原有网络升级，形成了一个新的网络逻辑实体，提供端到端、广域的无线IP连接。结构图如图1所示。

从网络侧看，新增SGSN（服务GPRS支持节点）和GGSN（网关GPRS支持节点）这两种网络实体以及Gb、Gn/Gp、Gi、Gr、Gf、Gd、Gs、Gc等接口而形成的移动分组数据网络。因此，GPRS的基本功能是在移动终端与计算机通信网络的路由器之间提供的分组传递业务。GGSN在GPRS网络和公用数据网之间起关口站的作用，它可以和多种不同的数据网络连接，如ISDN和LAN等。SGSN纪录移动台当前位置信息，并在移动台和各种数据网络之间完成移动分组数据的发送和接收，为服务区所有用户提供双向的分组路由。

图1 GPRS网络的逻辑结构图

GPRS移动台与GSM基站通信，如图2所示，与电路交换或数据呼叫不同，GPRS分组是从基站发送到SGSN节点。SGSN与GGSN进行通信，GGSN对分组数据进行相应的处理，再发送到目的网络，如Internet或X.25网络，来自Internet、标识有移动台的IP包，由GGSN接收，再转发到SGSN，继而传送到移动台上。

图2 基站与移动台之间的通信

1.3.2 GPRS的协议

GPRS网络传输平台由一个分层协议结构组成，它可以提供用户信息的传送以及与此相关的信息传输中的过程，比如：流量控制、检错、纠错、及错误恢复等。传输平台通过底层无线接口和网络子系统平台连接，这种独立性是通过保留Gb接口来实现的。在GPRS中使用传输平台。数据包从TE传到MS要经过四个接口：Gi，Gn，Gb，Um。

（1）Gi接口：外网与GGSN之间的接口。

（2）Gn接口：GGSN与SGSN之间的接口。

（3）Gb接口：SGSN和BSS之间的接口。

（4）Um接口：BSS和MS之间的接口。

2 基于GPRS技术的远程自动抄表系统设计

2.1 基于GPRS远程抄表系统组成

基于GPRS的网络远程抄表系统组成如图3所示，系统由电量检测部分，GPRS数据传输部分和监控中心三部分组成[8][9]。

2.2 远程抄表系统工作原理（1）电量检测部分

电量检测部分由电表、采集卡、转发器和微功率无线传输模块组成。其中采集卡和转发器均采用单片机AT89C52及其外围电路实现，采集卡负责读取电表的数据，由采集卡中的微处理器收集电能的计数脉冲，并进行计算和处理得到用电量。采集器和转发器之间的数据传输方式有两种，485总线方式和载波抄表方式。本系统采用485总线方式，每个采集卡最多可以连接八个电表，转发器相当于一台路由器，负责形成自组织网络。每台转发器都带有一个廉价的无线发射模块，通过收集周围邻居的转发器自动来形成一个自组织网络，在每个自组织网络中只有一个GPRS模块，连接在一台转发器上，通过它与GPRS通信网连接，把数据传送给检测中心[10][11]。

（2）GPRS数据传输部分

GPRS支持外部网络与移动台之间的透明传输，在数据传输时，在移动台SGSN，GGSN中把数据包封装起来，根据移动台，SGSN，GGSN中的PDP（分组数据协议）Context选择路由传输数据包，GPRS骨干网利用GPRS隧道协议GTP对TP或X.25分组进行封装，然后将GTP协议数据单元插入TCP PDU或UDP PDU 中，而TCP PDU或UDP PDU又是封装在IP PDU中进行传输。在IP和GTP PDU头部分别包含地址的隧道端点标识符（TD），用他们来唯一确定地址和PDP Context，从而正确地将数据包传输给目的地[12]。

图3 GPRS远程抄表系统组成

（3）监控中心管理部分及管理软件

监控中心管理软件主要功能是：客户信息录入，电费清单的查询，客户的缴费情况，印催费清单及核算清单，制作用户报表等功能[13]。

监控中心管理软件主要包括四个模块：管理设置、客户管理、数据查询、数据管理。○1管理设置模块系统操作权限管理模块，配两组权限，即系统管理员、操作员权限。○2客户管理模块对用电客户进行管理，括客户信息的添加、修改、删除、备份等操作。○3数据查询模块提供完备的数据查询与报表方案，逻辑关系、各种时间组合等查询客户用电信息，有缴费信息、欠费清单等各种报表的打印。

（4）数据管理模块列出上月数据缺少的用户列表，保证用户数据的完整性，执行数据残缺分析、统计分析和用电量等级分析等各种数据分析处理[14][15]。

2.3 基于GPRS远程抄表系统的软件设计。

基于GPRS技术的抄表系统主体上可以分为主站和抄表终端两大部分。主站由应用服务器，数据库服务器和通信前置机三部分组成，相应的系统软件分为终端软件和系统软件两部分。

（1）终端软件

终端软件分为：与主站交互，数据采集，数据存储，巡检异常处理，远程加载。其中远程加载主要负责通过GPRS通信，从主站获得监控软件的更新版本并更新有关软件，这样就避免了现场操作所带来的人力和物力的消耗[16]。

（2）主站软件

主站软件运行在PC上，包括相应数据库系统，主要完成从抄表终端汇总数据，通过相应命令控制终端运行，存储各抄表终端上传的数据，还可与用电营销MIS系统结合，实现电费管理、实际损耗计算、负荷监管调控等功能。

3 总结

社会在发展，经济在提升，不言而喻地带给我们的是技术的提高，虽说现在正在普及4G，4G时代的到来，让我们体验着网络的便捷与网络的多彩，但是这些都离不开2G的基础。GPRS作为第二代移动通信技术GSM向第三代通信技术过渡的技术，属于2.5G的移动通信技术，并没有被人们忽视，它在通信领域仍然占有很高的地位。本篇论述主要阐述了该技术在电力系统中远程抄表的应用，GPRS技术总的概括为具有资源利用率高，接入时间短等优点。当然也会存在发生GPRS包丢失现象，实际速率比理论值低等缺点，但总的来说，GPRS技术在电力，水利等领域都有广泛运用。GPRS是实现无线数据业务的最佳承载方式。使用GPRS移动通信技术使电力系统远程抄表技术迈出了新的一步。该技术实时在线，接入快速，传输速率高，网络的稳定性好，具有与其他通讯方式不一样的特点。该技术应用于电力系统中，大大解决了抄表费时、费力的难处，而且做到了高效抄表，数据传输，按量计费的优点，对于整个电网公司，其大大降低了系统投资和运行成本。对于用户来说，也变得便捷了许多，而且保证了用户变压器的实时在线监控，提供了供电可靠性和安全性，是一种高效安全的通信技术。远程抄表的通信技术会朝着智能化、高效化、准确化、全面化的方向发展，更大程度地为人们提供方便快捷的服务。

4 致谢

本文研究工作得到国家自然科学基金项目（61461055）的资助，谨此致谢！

[1]曹莉，徐中华.基于GPRS网络的数据无线传输的实现接口[J].现场总线与网络技术，2006.

[2]李涛，付永生.基于 GPRS 的数据传输[J].今日电子，2004.

[3]蔡锐丹，许少云，甘义成; GPRS无线数据传输系统的设计与应用[J].电子质量，2004.

[4]李建东，郭梯云，邬国扬.移动通信.西安：西安电子科技大学出版社，2006.

[5]李华.现代移动通信新技术-GPRS系统[M].华南理工大学出版社，2001.

[6]钟章队，蒋文怡.GPRS通用分组无线业务[M].北京：人民邮电出版社，2001.

[7]杨菁，余成波，胡晓倩; GPRS技术及其应用探析[J];重庆工学院学报，2004.

[8]周强，张石清.基于GPRS的无线抄表系统[J]，2009.

[9]袁冰，李涛.基于GPRS无线技术的自动抄表系统[J].电力系统自化，2004.

[10]金福宝，曹军.基于GPRS网络远程抄表系统的设计[J].电测与仪表， 2006.

[11]唐伟，张建波，范文宾.基于GPRS技术的远程抄表系统设计[J].电力系统通信，2004.

[12]粟玉霞，徐建政，刘爱兵.GPRS技术在自动抄表系统中的应用[J].电力自动化设备，2003.

[13]牛斗，曲广强等.基于GPRS的电力系统远程监控设计与研究[J].电子测量技术，2006.

[14]王函韵，温云波.基于GPRS技术的配电网通讯解决方案[J].电力科学与工程，2003.

[15]陶永明.远程抄表系统中各种数据通信方式的原理及应用研究[J].通信电源技术，2007.

[16]赵羡龙，赵东艳，田世明.基于GPRS的用电管理系统及其智能终端介绍[A]，2005.