供熱系統(tǒng)GPRS/CDMA無線數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用方案

分類：解決方案日期：2010-07-16 14:00:39

GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)化應(yīng)用解決了供熱系統(tǒng)對供熱管網(wǎng)控制系統(tǒng)的通信需求，相比于傳統(tǒng)的專用網(wǎng)絡(luò)，其覆蓋性和成本更加適合于工業(yè)應(yīng)用

一、概述

隨著社會與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各種管網(wǎng)（熱、水、電、油、煤氣等）越來越多，管網(wǎng)測點數(shù)據(jù)的采集和及時傳輸是管網(wǎng)穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的保證，要求計算機(jī)管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)必須能夠在較低費(fèi)用的前提下提供及時、準(zhǔn)確的信息。然而，在使用的過程中，傳統(tǒng)有線、部分無線的管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的不足之處逐漸凸現(xiàn)出來。采用電話線傳輸數(shù)據(jù)，不能保證實時性；采用無線電臺，解決誤碼率和波特率的矛盾尤其抗干擾是一個令人頭疼的問題；采用專線電路，不可能對所有大面積分散的數(shù)據(jù)采集子站進(jìn)行專線鋪設(shè)，更不能承擔(dān)高昂的運(yùn)行費(fèi)用。

針對這些問題，通過采用成熟的GPRS/CDMA無線數(shù)傳設(shè)備（GPRS/CDMA DTU），依托穩(wěn)定、可靠的GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)，在保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r、準(zhǔn)確的前提下，將管網(wǎng)現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用也降低到了最低；同時通信鏈路是由專業(yè)的運(yùn)營商來維護(hù)，這就避免了用戶在使用監(jiān)控系統(tǒng)的同時，還需要耗費(fèi)很大精力去維護(hù)通信線路等問題；節(jié)約了用戶的初期建設(shè)投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。

二、系統(tǒng)特點

GPRS、CDMA無線監(jiān)控系統(tǒng)具備如下特點：

1、良好的實時響應(yīng)與處理能力。與短消息服務(wù)比較，由于GPRS/CDMA具有實時在線特性，系統(tǒng)無時延，系統(tǒng)能夠同時實時收取、處理多個/所有監(jiān)測點的各種數(shù)據(jù)，無需輪巡就可以同步監(jiān)測點的時鐘可很好的滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸實時性的要求。

2、遠(yuǎn)程儀器設(shè)備控制：由于采用GPRS/CDMA雙向傳輸系統(tǒng)，監(jiān)控中心可以反向?qū)崿F(xiàn)對儀器設(shè)備的時間校正、狀態(tài)報告、開關(guān)以及其他監(jiān)測、控制等功能；

3、建設(shè)成本低：可充分利用現(xiàn)有GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備安裝即接通，而采用超短波通信時需要充分考慮現(xiàn)場環(huán)境，還需要配備天線鐵架等附屬設(shè)備。

4、安裝調(diào)試簡單，建設(shè)周期短：利用現(xiàn)有成熟GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)投入運(yùn)行時基本不需要調(diào)試，安裝簡捷。采用超短波通信時安裝調(diào)試工作量大，要先進(jìn)行現(xiàn)場信號測試，天線鐵架架設(shè)，天線方向角度調(diào)試等工作。

4、覆蓋范圍廣。構(gòu)建供水調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)通信覆蓋范圍廣，擴(kuò)容無限制，接入地點無限制，能滿足山區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求。由于管網(wǎng)監(jiān)控點數(shù)量眾多，分布在全市范圍內(nèi)，部分管網(wǎng)監(jiān)控點位于偏僻地區(qū)，而且地理位置分散。采用超短波通訊方式，覆蓋范圍只有30多公里；而采用GPRS、CDMA方式，理論上在無線GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍之內(nèi)，都可以實現(xiàn)監(jiān)控。

5、數(shù)據(jù)傳輸速率高。GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送速率理論上可達(dá)171.2kbit/s，實際應(yīng)用時數(shù)據(jù)傳輸速率在40Kbps左右，而目前一般的超短波數(shù)傳電臺傳送速率多為2.4kbit/s或更低。

6、系統(tǒng)的傳輸容量大。監(jiān)控中心站要和每一個管網(wǎng)監(jiān)控點實現(xiàn)實時連接。由于管網(wǎng)監(jiān)控點數(shù)量眾多，系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?，而GPRS技術(shù)能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要。

7、通信費(fèi)用低，可按時間和流量進(jìn)行收費(fèi)

三、系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由中心站、通訊部分和監(jiān)測站組成，主站負(fù)責(zé)監(jiān)控和管理，監(jiān)測站采用RTU模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、存儲、控制，通訊部分采用GPRS/CDMA DTU進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。

1、監(jiān)測站

監(jiān)測站利用RTU模塊對換熱站的溫度、壓力、流量、水泵的電流、溫度、啟停狀態(tài)等信號進(jìn)行采集及處理，RTU通過RS232/RS485串口和DTU連接。采集到的數(shù)據(jù)RTU通過串口傳給GPRS/CDMA DTU然后再通過GPRS/CDMA無線網(wǎng)絡(luò)傳送到中心站，同時接受中心站傳來的命令對換熱站水泵、調(diào)節(jié)閥等進(jìn)行控制。該系統(tǒng)可以對換熱站進(jìn)行實時自動監(jiān)控，操作人員在主站可以看到各換熱站的各項數(shù)據(jù)，并對換熱站進(jìn)行控制，實現(xiàn)換熱站無人值守。

每個監(jiān)測點需要安裝一個監(jiān)測箱，監(jiān)測箱要求合乎IPC55防護(hù)等級要求。在監(jiān)測箱內(nèi)安裝1臺或者多臺STC-1、STC-2微型RTU和一臺GPRS/CDMA DTU，采用24V供電。箱內(nèi)配一個220V/24VD或者12V的開關(guān)電源，給RTU和GPRS/CDMA DTU、變送器供電。

◆GPRS/CDMA DTU采用CG12或CC12型號。

◆溫度變送器選用PT100的溫度變送器，輸入為3線制，輸出為2線制。

◆壓力變送器選用2線制的設(shè)備，由24V供電。

◆流量計可以選用電磁流量計或者渦輪流量計，輸出可以是4～20mA或者是頻率信號。頻率信號可以接STC-1的開關(guān)量輸入，可以計算單位時間流量，還可以計算總流量。STC-1的繼電器輸出可以控制閥門，應(yīng)用非常方便。

◆對于熱力泵，供水泵，STC-2可以監(jiān)控其工作電壓電流，出口溫度，出口壓力，流量計頻率信號可以接STC-2的開關(guān)量輸入，可以計算單位時間流量，還可以計算總流量。STC-2需要安裝三個電流互感器。

2、無線數(shù)據(jù)通訊部分

無線通訊部分主要是借助GPRS/CDMA DTU通過GPRS/CDMA無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集端和監(jiān)控中心之間的數(shù)據(jù)通訊工作。

GPRS/CDMA 無線數(shù)傳（GPRS/CDMA DTU）是一個可以讓工業(yè)用的RS232/RS485 串口設(shè)備的串口通信立即轉(zhuǎn)換為GPRS/CDMA 無線網(wǎng)絡(luò)通信的雙向轉(zhuǎn)換傳輸設(shè)備。轉(zhuǎn)換器采用透明傳輸?shù)姆绞?，用戶不用知道?fù)雜的GPRS/CDMA 通訊原理和TCP/UDP 協(xié)議，不用更改程序即可實現(xiàn)原有串口設(shè)備的無線網(wǎng)絡(luò)連接，節(jié)省您寶貴的時間和已有投資，可用于長距離通信或控制。廣泛用于樓宇自動化控制、停車場設(shè)備、交通控制、LED 屏幕控制、工廠、車間、礦井、銀行、電氣等遙控領(lǐng)域。能快速實現(xiàn)串口設(shè)備的遙控功能。在兩臺串口設(shè)備之間成對使用串口設(shè)備GPRS/CDMA 無線數(shù)傳的透明傳輸模式，相當(dāng)于延長了串口的通信距離，從而實現(xiàn)串口設(shè)備之間的遙控。

GPRS/CDMA DTU特點：

◆ RS232 串口速率高達(dá)230400 bps

◆ 支持RS232 三線標(biāo)準(zhǔn)或九線標(biāo)準(zhǔn)

◆ 內(nèi)置TCP/IP 協(xié)議棧，支持TCP/UDP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

◆ 數(shù)據(jù)終端永遠(yuǎn)在線

◆ 掉線自動重?fù)芄δ?/DIV>

◆ 通過超級終端類似于AT 指令方式或?qū)Ｓ迷O(shè)置程序來設(shè)置通信參數(shù)

◆ 設(shè)備之間透明傳輸/非通明傳輸

◆ 支持靜態(tài)IP 或域名方式連接遠(yuǎn)程主機(jī)

◆ 供電：+5V，可根據(jù)客戶需要定制寬電壓輸入

◆ 耗電：待機(jī)狀態(tài)230~330mA；上網(wǎng)狀態(tài)450~460mA；傳輸狀態(tài)460~470mA

◆ 工作溫度：-30℃ ~ +70℃

◆ 儲存溫度：-40℃ ~ +85℃

◆ 支持RS232/RS485/RS422串口進(jìn)行通訊

3、監(jiān)控中心

主站采用PC計算機(jī)，連接互聯(lián)網(wǎng)或無線專網(wǎng)，主站向從站發(fā)送數(shù)據(jù)，并接收從站發(fā)來的數(shù)據(jù)。主站接收從站傳來的各自信號，處理后顯示輸出，如果有異常情況發(fā)生，可進(jìn)行聲音報警，提醒操作人員采取措施，防止事故發(fā)生。系統(tǒng)有在線組態(tài)功能，根據(jù)整個熱力系統(tǒng)的狀況，自動對各從機(jī)在線組態(tài)，控制整個系統(tǒng)自動運(yùn)行。主機(jī)可自動生成各種報表，并設(shè)有值班檢查功能及定時打印、隨機(jī)打印功能，實現(xiàn)對整個熱力系統(tǒng)自動化管理。

監(jiān)控中心監(jiān)測軟件采用通用編程工具開發(fā)，具有靈活性好、針對性強(qiáng)的特點，可以對采集來的現(xiàn)場數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、保存、入庫，制作輸出報表、繪出各種曲線，從而實現(xiàn)整個系統(tǒng)的遠(yuǎn)程抄表、實時監(jiān)測及自動化管理功能。界面友好、操作簡單方便，真正實現(xiàn)了高效率和辦公自動化?？赏瑫r兼容多個二次儀表廠家的通信協(xié)議，也可根據(jù)用戶的要求增加用戶自己的通信協(xié)議。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫使網(wǎng)絡(luò)化管理變得簡單易行。對于傳輸過程中通訊協(xié)議可以調(diào)用集智達(dá)的動態(tài)庫。

四、安全措施

數(shù)據(jù)中心可通過到中國聯(lián)通CDMA網(wǎng)中數(shù)據(jù)網(wǎng)(VPDN)接入，采用VPDN方式成本比較低，安全性比較高，可充分保障速度和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。

網(wǎng)中數(shù)據(jù)網(wǎng)（VPDN）業(yè)務(wù)提供方案如下圖所示。

按照上述網(wǎng)中數(shù)據(jù)網(wǎng)的示意圖，聯(lián)通網(wǎng)中數(shù)據(jù)網(wǎng)可以提供5級業(yè)務(wù)安全保障，從而

充分保證網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的安全。

第一級安全保證：CDMA網(wǎng)絡(luò)本身的安全性

目前世界上使用的移動通信網(wǎng)絡(luò)主要有兩種：GPRS和CDMA。CDMA本來就是起源軍事保密技術(shù)，在戰(zhàn)爭期間廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，具有抗干擾、安全通信、保密性好的特性。進(jìn)行移動手機(jī)信號的竊聽一般使用以下三種方法。首先，需要捕捉到通信信號。在空間中充滿了各種各樣的無線電波，用戶手機(jī)信號就混雜在其中。要想竊聽某一個用戶的通話，首先必須捕捉到這個用戶手機(jī)發(fā)出的特定的電磁波。由于CDMA系統(tǒng)采用擴(kuò)頻技術(shù)，經(jīng)過擴(kuò)頻以后的有用信號的頻譜被大大地展寬了，用戶信號隱蔽在互不相關(guān)的信號中，要想捕捉到這一有用信號非常困難。因此，竊聽器捕捉不到，也無法識別出哪些是CDMA手機(jī)用戶的通信信號，哪些是噪音。其次，竊聽器必須鎖定手機(jī)用戶通信的信號，繼而才能分析和破解信息。而CDMA采用快速切換功率控制技術(shù)，即便是竊聽設(shè)備捕捉到了用戶手機(jī)信號，也不能鎖定快速功率切換下的有用信號，因此，快速功率切換讓CDMA信號很難鎖定。第三，需要破解用戶信息編碼。而CDMA采用偽隨機(jī)碼技術(shù)，用長達(dá)42位的偽隨機(jī)碼來標(biāo)識區(qū)分用戶，每次通話都有4.4萬億種可能的排列，竊聽器很難破譯出CDMA的編碼。所以CDMA技術(shù)本身就很安全。

第二級安全保證：CDMA網(wǎng)絡(luò)側(cè)的AAA認(rèn)證

AAA是指認(rèn)證（Authentication）、授權(quán)（Authorization）、計費(fèi)（Accounting）三個過程，其中：

認(rèn)證是，用戶在使用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的資源時對用戶身份的確認(rèn)。這一過程，通過與用戶的交互獲得身份信息（像用戶名－口令、生物特征信息等），然后提交給認(rèn)證服務(wù)器；認(rèn)證服務(wù)器對身份信息與存儲在數(shù)據(jù)庫里的用戶信息進(jìn)行核對處理，然后根據(jù)處理結(jié)果確認(rèn)用戶身份是否正確。授權(quán)是，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)授權(quán)用戶以特定的權(quán)限使用其資源，這一過程指定了被認(rèn)證的用戶在接入網(wǎng)絡(luò)后能夠使用的業(yè)務(wù)和擁有的權(quán)限，如授予IP地址，準(zhǔn)許訪問時間等。計費(fèi)是，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)收集、記錄用戶對網(wǎng)絡(luò)資源的使用信息，以便向用戶收取資源使用費(fèi)。以互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)提供商ISP為例，用戶的網(wǎng)絡(luò)接入使用情況可以按流量或者時間準(zhǔn)確地記錄下來。認(rèn)證、授權(quán)和計費(fèi)一起實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對特定用戶的網(wǎng)絡(luò)資源使用情況的準(zhǔn)確記錄。這樣既在一定程度上有效地保障了合法用戶的權(quán)益，又能有效地保障網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行。

CDMA網(wǎng)絡(luò)側(cè)的AAA認(rèn)證過程是對用戶的域名進(jìn)行鑒權(quán)認(rèn)證，網(wǎng)中數(shù)據(jù)網(wǎng)的用戶（VPDN成員）是以username@xxx.133vpdn.qd形式登錄的（用戶在聯(lián)通登記入網(wǎng)時，聯(lián)通分配其一個域名xxx.133vpdn.qd）。CDMA網(wǎng)絡(luò)側(cè)的AAA服務(wù)器對登錄用戶的域名和該用戶的IMSI進(jìn)行綁定審核驗證。驗證通過后，方可接入聯(lián)通CDMA網(wǎng)絡(luò)。

第三級安全保證：CDMA網(wǎng)絡(luò)和用戶網(wǎng)絡(luò)之間的VPN鏈接

CDMA網(wǎng)絡(luò)和用戶網(wǎng)絡(luò)之間可以采用專線鏈接，也可以使用Internet鏈接。使用Internet鏈接必須考慮安全性，因此，可以使用VPN將二者利用Internet鏈接起來。VPN技術(shù)非常復(fù)雜，涉及到通信技術(shù)、密碼技術(shù)和現(xiàn)代認(rèn)證技術(shù)。主要包含兩種技術(shù)：隧道技術(shù)與安全技術(shù)。

VPN是在不安全的Internet上傳輸?shù)?，傳輸?nèi)容可能涉及到企業(yè)的機(jī)密數(shù)據(jù)，因此安全性非常重要。VPN中的安全技術(shù)通常由加密、認(rèn)證及密鑰交換與管理組成。主要有認(rèn)證技術(shù)，加密技術(shù)，秘鑰管理與交換技術(shù)。

第四級安全保證：用戶網(wǎng)絡(luò)側(cè)的安全防火墻（FW）

防火墻技術(shù)是目前用來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全措施的一種主要手段，主要是用來拒絕非法用戶的訪問，阻止非法用戶存取敏感數(shù)據(jù)，同時允許合法用戶順利訪問網(wǎng)絡(luò)資源。防火墻實際上是一種訪問控制技術(shù)，在某個機(jī)構(gòu)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和不安全網(wǎng)絡(luò)之間設(shè)置障礙，阻止對信息資源的非法訪問，也可以使用防火墻阻止保密信息從受保護(hù)網(wǎng)絡(luò)上的非法輸出。用戶網(wǎng)絡(luò)可以選用適合于本單位的防火墻產(chǎn)品來保證自己網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的安全。

第五級安全保證：用戶網(wǎng)絡(luò)側(cè)的AAA鑒權(quán)認(rèn)證

用戶網(wǎng)絡(luò)側(cè)的AAA鑒權(quán)認(rèn)證可以實現(xiàn)對VPDN成員的身份認(rèn)證。與第二級的安全保證不同，本級的AAA服務(wù)器將鑒別VPDN成員的用戶名和密碼的正確性。