基于GPRS的远程监控系统与串口服务器差异化应用分析

杨全文　韦继德　李军

【摘要】本文介绍基于GPRS网络技术，利用GPRS DTU无线终端传输设备，通过APN专网业务，实现广播发射台站的远程监控，并结合贵州广播电视台交通广播同步网发射台站使用不同型号的串口服务器时，对线序差异的问题提出相应的解决方案。

【关键词】GPRS;远程监控;串口服务器;差异化

根据国家广电总局《广播电视安全播出管理规定》无线发射转播台实施细则第二十四条规定，无人留守的发射台站点，应建立监控系统，对站内播出信号，设备运行电力和环境进行远程监控和管理，具备信号防插播、运行异态实时报警、自动控制和远程控制、监控数据自动记录以及网络化传输管理等功能。为此，本文介绍了GPRS技术原理及特点，利用GPRS DTU无线终端传输设备，通过APN专网业务，实现广播发射台站的远程监控;并结合本人在實际维护工作中，对广播发射台站远程监控终端串口服务器不能通用的问题进行分析和解决。

1. GPRS技术原理及特点

GPRS技术是在现有的GSM网络基础上增加GGSN（Gateway GPRS Support Node）和SGSN（Serving GPRS Support Node）来实现的，增加的这套分组交换系统，与互联网或企业网相连，向用户提供数据业务，使得用户能够在端到端分组方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，特别适用于突发性、频繁的、间断的和点多分散的中小流量数据传输。

2. GPRS数据传输单元

GPRS DTU是GPRS数据传输单元（GPRS Data Terminal Unit）的简称，是通过GPRS网络专门传送串行数据的专用无线设备。从硬件上可将GPRS DTU看作是嵌入式PC与无线GPRS MODEM的结合，其核心功能有：通过内部集成TCP/IP协议栈可以将串行数据转换成GPRS网络数据包在无线通信网络上进行传送，也可以将无线通信网络上的GPRS网络数据包转换成串行数据;支持自动心跳，并通过心跳包保持一直在线;支持参数配置，并且通过串口对参数的配置永久保存等。GPRS DTU是基于GPRS网络远程监控中的关键设备，因为具有TCP/IP协议转换功能，所以不需要用户提供TCP/IP的支持。可适用于所有带串口的终端设备，通过GPRS网络平台实现数据信息的无线和透明传输，为不具备TCP/IP协议处理的终端设备提供了GPRS通信的能力，GPRS DTU特别适用于地理位置分散，监控数据中小流量，适合需要支持应用层协议的工业远程数据监控、传输等领域。

3. APN专网接入

广播发射台站的远程监控系统主要分为两个部分：服务平台和远程监控终端，远程监控终端由串口服务器和GPRS DTU组成。为保障数据传输的安全，需要通过一条2M的APN专线接入通讯公司的GPRS网络，双方互联路由器之间采用私有IP地址进行广域连接，在GGSN与通讯公司互联路由器之间采用GRE（Generic Routing Encapsulation）隧道。

通讯公司为客户分配专用的APN，普通用户不得申请该APN。用于GPRS专网的SIM卡仅开通该专用APN，限制使用其他APN，远程监控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。实现了监控数据中心对多个发射站点的监控。系统网络拓扑图如图1所示：

4. 串口服务器的差异化应用

作为远程监控系统中采集数据的主要设备，串口服务器是以单片机为核心开发的，它能从上联接口接收命令数据包，按自定义协议进行解复用，然后将命令数据发送到对应的下联接口去。同时它接收多路下联接口的采集数据，将数据按自定义协议复用成复用包后传送给GPRS DTU，然后再通过GPRS无线网络把采集的数据传输到连接在APN专网的服务器上，实现数据通信，因使用的串口服务器的内部配置基本一样，不再多述。

本文主要介绍贵州交通广播发射台站远程监控系统终端不同品牌的串口服务器线序，以及差异化的串口服务器之间如何通用进行分析和解决。

以贵州交通广播同步网发射台站为例，发射台站系统设备主要有GPS时钟、音频解码器、数字激励器、功率放大器、环境监控单元、稳压电源、电源监控表头和UPS电源等。系统有些设备使用RS-232的通讯协议，有些设备使用RS-485的通讯协议。其中支持RS-232通信协议协议的设备有：GPS时钟、音频解码器、数字激励器、功率放大器、环境监控单元和稳压电源。支持RS-485通信协议协议的设备有电源监控表头。

因建设分两期完成，前后使用的RJ45水晶头网线的线序、串口服务器等设备品牌不一样，导致在后期的运行维护中串口服务器等设备不能直接通用，需重修改线序和接头，才能监控。串口服务器端网线接口一头为RJ45水晶头，另一头设备接口为DB9头，方便理解，用字母自定义了RJ45水晶头网线的线序位置，线序（正面看左到右）如表1所示：

设备端接口为DB9头，设备端为公头则监控头用母头，反之亦然。设备端是母头设备有功率放大器和稳压电源，监控头用公头;设备端是公头设备有GPS时钟、音频解码器、数字激励器、环境监控等，监控头用母头，DB9头线序如2图所示。（上为公头，下为母头）

交通广播使用了两种品牌的串口服务器，为了区分将某品牌串口服务器定义的串口服务器1，另外品牌串口服务器定义为串口服务器2。串口服务器1为机架式，有8个端口，可用RS232协议或RS485协议，对应通信协议的设备必须接在对应通信协议的端口上，用在交通广播一期工程上，监控监测设备主要有环境监控单元、GPS时钟、音频解码器、数字激励器、功率放大器和稳压电源。其他设备指的是环境监控、GPS时钟、音频解码器、数字激励器等，这些设备的通信线线序如表2所示。

串口服务器2为机架式，有8个端口，可用RS232协议或RS485协议，对应通信协议的设备必须接在对应通信协议的端口上，所用在交广二期工程上，监控监测设备主要有环境监控单元、GPS时钟、音频解码器、数字激励器、功率放大器、稳压电源和电源表头，这些设备的通信线线序如表3所示：

从上面可以看出，两个品牌的串口服务器RJ45水晶头线序不一样，导致不能直接通用，经实际工作中总结和研究，将交通二期的串口服务器2用在交通一期上，在保持原来交通一期RJ45水晶头线序不变的情况下，把接公头发射机和稳压器设备端的DB9接头的2口（A）接至橙白色线序，3口（B）接至橙色线序，5口（F）接至蓝色线序;把DB9接头是母头的其他设备接口2口（A）接至橙白色线序，3口（B）接至橙色线序，5口（F）接至蓝色线序，线序改后即可以用串口服务器2用在交广一期进行监控监测，同理可推，也可以用交广一期串口服务器1用在交广二期上实现监控。

5. 结束语

随着5G时代到来，物联网时代已经开启，将有更多设备入网进行监控，针对特定的监控接口和行业，使用规范统一的线序监控设备，不仅经济还可以提高一线抢修维护人员的工作效率，特别是相对要求严格的广播电视行业，能尽快恢复设备的监控监测显得尤为重要。

参考文献：

[1]国家广电总局《广播电视安全播出管理规定》无线发射转播台实施细则.

[2]李强、陈张伟基于GPRS网络的调频发射机远程监控系统的设计与应用.

[3]陈海广播发射台站远程监控系统设计（一）——基于GPRS技术的发射机远程监控数据中心软件设计.