無線通信遠(yuǎn)距離輸水工程探討范文

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河北省南水北調(diào)配套工程是指從中線總干渠分水口門至城市自來水廠入口的輸水工程，建設(shè)任務(wù)是通過總干渠40座分水口門，向48個(gè)受水目標(biāo)提供生活、工業(yè)用水，全年引水量為37.69億m3，輸水線路總長961.58km，總投資121.89億元。南水北調(diào)輸水工程建設(shè)了完善的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，有效地保障了輸水工程的穩(wěn)定運(yùn)行。

1南水北調(diào)配套工程通信系統(tǒng)

通信系統(tǒng)是整個(gè)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，是連接監(jiān)控端與信息處理中心的橋梁，是整體監(jiān)控系統(tǒng)的信息傳輸要件。通信系統(tǒng)設(shè)置干渠管理處通信中心和現(xiàn)地監(jiān)測(cè)站通信終端兩層。通信中心負(fù)責(zé)自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，向下采集各現(xiàn)地監(jiān)測(cè)站數(shù)據(jù)信息，采集設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、放水流量及用水計(jì)劃等。現(xiàn)地監(jiān)測(cè)站通信終端層由各管理所、泵站、分水口、閘閥站等組成，完備的通訊系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、圖像、語音無縫傳輸功能。通信系統(tǒng)中通信中心和現(xiàn)地監(jiān)測(cè)的通信采用了以光纖為主通信通道，無線GPRS為備用通道的雙重通信方式。河北省南水北調(diào)配套輸水工程通信系統(tǒng)按傳統(tǒng)方式采用了專網(wǎng)專線的建網(wǎng)模式，以容量大、穩(wěn)定度高、傳輸距離長的16芯單模光纖作為傳輸介質(zhì)。但在實(shí)際的應(yīng)用中，考慮到光纖系統(tǒng)雖然速度快，傳輸穩(wěn)定，但存在著易被破壞的缺點(diǎn)，在光纖布設(shè)中也容易出現(xiàn)由于鋪設(shè)工藝的不完善導(dǎo)致光纖缺損、光纖布網(wǎng)失敗或數(shù)據(jù)通道間斷等情況。在河北省南水北調(diào)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)中，為保證監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行，以建立可靠的通信通道，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃浴８鶕?jù)現(xiàn)有通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用現(xiàn)狀，在現(xiàn)有光纖通信主通道組網(wǎng)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用中國移動(dòng)通信公司GPRS無線網(wǎng)絡(luò)來作為通信系統(tǒng)的備用通道，對(duì)光纖通信系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)建設(shè)，進(jìn)一步確保整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o縫采集、實(shí)時(shí)傳送、準(zhǔn)確處理。

2GPRS無線通信通道建設(shè)思路

2.1GPRS通信網(wǎng)絡(luò)GPRS網(wǎng)絡(luò)是中國移動(dòng)通信公司的第2.75代通信技術(shù)，理論速率172.1kbps，目前實(shí)測(cè)速率150kbps，特別適合遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)等行業(yè)的通信需求，可以取代光纜通信方式。GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò)具有以下優(yōu)勢(shì)：（1）建設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)無需進(jìn)行拉線、埋線等工作，可隨意分布和移動(dòng)通信網(wǎng)點(diǎn)。（2）資費(fèi)便宜，計(jì)費(fèi)合理。傳輸數(shù)據(jù)才計(jì)費(fèi)，占線不計(jì)費(fèi)。（3）網(wǎng)絡(luò)覆蓋較好。通信質(zhì)量穩(wěn)定可靠，永不掉線。（4）網(wǎng)絡(luò)接入速度快，接入速度僅幾秒鐘，快于電路型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

2.2系統(tǒng)工作原理河北省南水北調(diào)配套輸水工程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)有南水北調(diào)管理處通信通道、現(xiàn)地監(jiān)測(cè)站、控制設(shè)備等。管理處通過主光纖通信通道與現(xiàn)地監(jiān)測(cè)站通訊，進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸與匯集，同時(shí)，建設(shè)有GPRS無線通信備用通道系統(tǒng)，做為主光纖通信通道的有效補(bǔ)充。GPRS無線通信系統(tǒng)由通信中心和現(xiàn)地監(jiān)測(cè)站終端兩部分組成。由于GPRS無線通信是基于中國移動(dòng)通信公司IP地址的數(shù)據(jù)分組通信網(wǎng)絡(luò)，通信中心GPRS無線智能終端配置固定的IP地址，可與對(duì)應(yīng)的現(xiàn)地監(jiān)測(cè)站采用GPRS無線智能終端進(jìn)行一對(duì)一通信。現(xiàn)地監(jiān)測(cè)站設(shè)備的數(shù)據(jù)首先由前置機(jī)/數(shù)據(jù)服務(wù)器傳送，經(jīng)處理、存儲(chǔ)后，經(jīng)GPRS無線智能終端進(jìn)行UDP協(xié)議或TCP/IP協(xié)議封包和無線調(diào)制解調(diào)，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)向通信中心發(fā)送。通信中心服務(wù)器的數(shù)據(jù)通過串口服務(wù)器至GPRS無線智能終端，進(jìn)行TCP/IP協(xié)議封包和無線調(diào)制解調(diào)，再通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到現(xiàn)地監(jiān)測(cè)站的RTU。現(xiàn)地監(jiān)測(cè)站的GPRS無線智能終端直接連接在網(wǎng)絡(luò)通訊管理設(shè)備系統(tǒng)上，和光纖通信設(shè)備處于同一局域網(wǎng)絡(luò)的同一層級(jí)，設(shè)置光纖網(wǎng)為主通道、GPRS無線網(wǎng)絡(luò)通信為備用通道。通信中心和現(xiàn)地監(jiān)測(cè)站一對(duì)一的聯(lián)網(wǎng)方式，通信中心使用GPRS無線智能終端通過GPRS網(wǎng)絡(luò)和對(duì)應(yīng)現(xiàn)地監(jiān)測(cè)站的GPRS無線智能終端進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一使用中國移動(dòng)通信公司固定的GPRS網(wǎng)絡(luò)APN，SIM卡綁定固定的IP地址。

2.3系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

2.3.1組網(wǎng)方式GPRS無線通信通道備用系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備、GPRS智能終端、高增益無線天線、電源系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、中國移動(dòng)APN專用網(wǎng)絡(luò)、接收系統(tǒng)、信息處理中心等部分組成。

2.3.2管理處通信中心通信中心使用多個(gè)GPRS無線智能終端分別和各個(gè)現(xiàn)地監(jiān)測(cè)站的GPRS無線智能終端構(gòu)成一一對(duì)應(yīng)的聯(lián)網(wǎng)關(guān)系，建立各自的聯(lián)網(wǎng)通道。無線智能傳輸機(jī)內(nèi)嵌中國移動(dòng)公司的SIM卡，綁定GPRS網(wǎng)絡(luò)專用APN子網(wǎng)接入點(diǎn)的中國移動(dòng)通信公司固定IP地址（地址范圍由當(dāng)?shù)匾苿?dòng)公司網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行部分配）和現(xiàn)地監(jiān)測(cè)站的GPRS無線智能終端進(jìn)行通信。

2.3.3現(xiàn)地監(jiān)測(cè)站（管理所、分水口、各級(jí)泵站）現(xiàn)地監(jiān)測(cè)站的GPRS無線智能終端和光纖接口的路由器處于同一局域網(wǎng)絡(luò)，設(shè)置光纖網(wǎng)為第一通道、GPRS無線網(wǎng)絡(luò)為第二通道，在光纖通信通道出現(xiàn)問題的時(shí)候，數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)會(huì)智能自動(dòng)切換到GPRS通信通道，保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。現(xiàn)地監(jiān)測(cè)站設(shè)備通過RS232接口與GPRS無線智能終端自動(dòng)采集現(xiàn)地監(jiān)測(cè)站自控設(shè)備相連，通過內(nèi)置嵌入式程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理、協(xié)議封裝后發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡(luò)。

3系統(tǒng)安全分析

3.1GPRS通信APN網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)地監(jiān)測(cè)站采集的數(shù)據(jù)經(jīng)GPRS無線智能終端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼處理，轉(zhuǎn)換成在GPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送的格式，向中國移動(dòng)發(fā)出GPRS登錄請(qǐng)求，根據(jù)請(qǐng)求中的APN，SGSN向DNS服務(wù)器發(fā)出查詢請(qǐng)求，找到與專用數(shù)據(jù)平臺(tái)連接的GGSN，并將請(qǐng)求通過GTP隧道封裝送給GGSN，GGSN將認(rèn)證信息（包括手機(jī)號(hào)碼、用戶賬號(hào)、密碼等）通過專線送至Radius進(jìn)行認(rèn)證，Radius認(rèn)證通過后，由Radius向GGSN發(fā)送確認(rèn)信息，監(jiān)測(cè)站得到相對(duì)應(yīng)的IP地址，就可以攜帶數(shù)據(jù)包，對(duì)GPRS專網(wǎng)系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行訪問并傳輸數(shù)據(jù)。

3.2GPRS無線智能終端GPRS無線智能終端基于中國移動(dòng)GPRS無線網(wǎng)絡(luò)，具有高性能、高可靠及抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，提供標(biāo)準(zhǔn)RS232接口可直接與計(jì)算機(jī)、智能儀表、數(shù)據(jù)采集設(shè)備等連接，滿足通信中心與現(xiàn)地監(jiān)測(cè)站之間的數(shù)據(jù)采集和控制。GPRS無線智能終端用的RS232/RS485串口設(shè)備的串口通信，轉(zhuǎn)換為GPRS無線網(wǎng)絡(luò)通信的雙向轉(zhuǎn)換傳輸設(shè)備。GPRS無線智能終端內(nèi)嵌CDT、T634、T645等通信規(guī)約，采用透明傳輸?shù)姆绞剑挥弥缽?fù)雜的GPRS通訊原理和TCP/IP、UDP協(xié)議，不用更改程序即可實(shí)現(xiàn)原有串口設(shè)備的無線網(wǎng)絡(luò)連接，可用于長距離通信或控制。能快速實(shí)現(xiàn)串口設(shè)備的遙控功能，直接連接串口設(shè)備使得串口設(shè)備立即具備遙控功能。GPRS無線智能終端集成GPRSMODEM傳輸功能和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)于一體的新型無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，采用32位低功耗單片機(jī)，ARM級(jí)芯片、西門子MC39i芯片，16M緩存。軟件上采用完整的嵌入式OS及TCP/IP協(xié)議包，支持遠(yuǎn)程維護(hù)，具有遠(yuǎn)程配置、遠(yuǎn)程升級(jí)和重啟動(dòng)的功能。

3.3安全性分析通信網(wǎng)絡(luò)傳送的是自動(dòng)化信息、調(diào)度指揮指令、繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置控制信息等重要數(shù)據(jù)，是南水北調(diào)工程自動(dòng)化系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，安全性是網(wǎng)絡(luò)通信的首要要求。GPRS無線網(wǎng)絡(luò)通信只是通信方式的改變，對(duì)上層應(yīng)用軟件系統(tǒng)幾乎沒有任何影響。GPRS的物理鏈路數(shù)據(jù)本身已經(jīng)采用了加密傳送，同時(shí)還時(shí)利用APN虛擬子網(wǎng)的GRE專用通道進(jìn)行加密傳輸，所有數(shù)據(jù)均與Internet物理隔離，大大增強(qiáng)了通信傳輸?shù)陌踩浴?/p>

4結(jié)語

基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的無線通信方式具有較高的綜合性能價(jià)格比，易于網(wǎng)絡(luò)采集點(diǎn)的擴(kuò)展，可實(shí)現(xiàn)集中網(wǎng)絡(luò)管理，幾乎不受到現(xiàn)地監(jiān)測(cè)站點(diǎn)規(guī)模的限制，可以在中國移動(dòng)的全網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)使用。南水北調(diào)工程自動(dòng)化系統(tǒng)通信環(huán)節(jié)設(shè)置光纖網(wǎng)為第一通道、GPRS無線網(wǎng)絡(luò)為備用通道，在光纖出現(xiàn)問題的時(shí)候，通信網(wǎng)絡(luò)可自動(dòng)切換到GPRS通道進(jìn)行通信，建立一條在通信中心和現(xiàn)地監(jiān)測(cè)站的可靠無線通信通道，進(jìn)行無縫切換，保障自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的通信傳輸暢通。

作者：劉長征 耿海菊 武中強(qiáng) 房學(xué)英 劉俊鈺 黃歡 單位：河北省滄州市水利科學(xué)研究所 河北海河工程技術(shù)有限公司 河北省通信建設(shè)有限公司