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摘要：本文提供了一種基于GPRS網絡的氣象信息采集系統原理和實現方案，簡要介紹了GPRS技術的基本知識，描述了GPRS無線傳輸應用于氣象信息采集系統的實現方法。通過實際應用，獲得了理想的效果.
關鍵詞：GPRS；DTU；Internet；氣象；GPRS DTU
一、項目背景
氣象信息采集系統利用實時采集的氣象資料，對末來一定時段內的氣象情況作出較為精確的預測和報警，包括進行短期的降雨預報、中期降水預報和洪水的預警預報，是防汛工作中非常重要的環節。
某省氣象局氣象信息的采集由各氣象觀測站利用氣象采集設備自動完成采集，通過DDN或者電話線向氣象中心傳送氣象數據，氣象局利用氣象信息處理程序對各氣象觀測站采集的氣象數據進行加工處理和分析，進而可對短期的降雨和中期降水進行預報，并通過防汛系統向防汛辦報送資料，為洪水預報和防汛提供可靠的決策支持。
目前，某省氣象局現已在全省范圍內建立了300多個氣象觀測信息采集點，各氣象采集點按照設定的時間間隔采集區域內的各種氣象信息資料，包括溫度、氣壓、濕度等，測量結果通過DDN或者PSTN電話線向氣象中心傳送氣象數據。采用DDN可充分保證數據傳輸暢通，完整，但缺點是月租費太高；采用PSTN電話線傳輸數據，按時間計費，費用也不便宜。
目前，該省氣象局正考慮建立GPRS氣象信息采集數據傳輸系統試點。在試點中選擇20多個氣象采集點，采用GPRS無線數據通信方式傳輸氣象資料。在試點中，各氣象采集點通過GRPS與中心站主機保持實時連接，自動觀測設備將獲得的氣象信息通過GPRS傳給氣象中心主機，氣象中心主機對信息進行處理，形成氣象預報信息。
二、GPRS方案的優勢
中國移動GPRS系統可提供廣域的無線IP連接。在移動通信公司的GPRS業務平臺上構建氣象信息采集傳輸系統，實現氣象信息采集點的無線數據傳輸具有可充分利用現有網絡，縮短建設周期，降低建設成本的優點，而且設備安裝方便、維護簡單。經過比較分析，我們選擇中國移動的GPRS系統作為氣象信息采集傳輸系統的數據通信平臺。
1、覆蓋范圍。構建氣象信息采集傳輸系統要求數據通信覆蓋范圍廣，擴容無限制，接入地點無限制，能滿足山區、鄉鎮和跨地區的接入需求。由于氣象信息采集點數量眾多，分布在全省范圍內，部分氣象信息采集點位于偏僻地區，而且地理位置分散。
另外，還必須考慮今后系統擴充的可能，必須具有良好的可擴展性。由于目前GPRS已覆蓋省內絕大部分地區，能夠滿足氣象信息采集傳輸系統對覆蓋范圍的要求。
2、數據傳輸速率高。每個氣象信息采集點每次數據傳輸量在10Kbps之內，目前GPRS實際數據傳輸速率在40Kbps左右，完全能滿足本系統數據傳輸速率（≥10Kbps）的需求。
3、系統的傳輸容量大。氣象中心站要和每一個氣象信息采集點實現實時連接。由于氣象信息采集點數量眾多，系統要求能滿足突發性數據傳輸的需要，而GPRS技術能很好地滿足傳輸突發性數據的需要。
4、通信費用低。采用傳統的有線方式建立氣象信息采集傳輸系統，必須租用專線或電話線進行連接。由于氣象信息采集點必須與中心隨時保持連線狀態，而每次數據發送的數據量很小（在幾K至10K之間），線路資源利用率很低，平均每一個氣象信息采集點每月的線路費用為800～1200元。而如果采用GPRS通信方式，由于GPRS采用按數據流量計費的方式，資源利用率高，月通信費用將在200元之內。
5、良好的實時響應與處理能力。與短消息服務比較，由于GPRS具有實時在線特性，系統無時延，可很好的滿足系統對數據采集和傳輸實時性的要求。
三、解決方案介紹
（一）系統結構
1、氣象信息采集點：采用廈門才茂的GPRS無線數據采集傳輸終端，通過RS232串口與計算機相連，接入移動公司為氣象局提供的專用的GPRS網絡。氣象信息采集點的計算機運行系統軟件和應用軟件。網絡對氣象信息采集點的接入地點、時間、數量沒有限制，可以隨時增減。可以滿足山區、偏遠地區和跨地區接入的需求。
2、氣象中心站：采用省移動通信公司提供的DDN專線，與GPRS網絡相連。由于DDN專線可提供較高的帶寬，當氣象信息采集點數量增加，中心不用擴容即可滿足需求。
3、GPRS傳輸
氣象站采用移動提供的線路和接口。各氣象信息采集點使用移動通信公司統一的STK卡，同時氣象中心對各點進行登記，保存相關資料以便識別和維護處理。氣象信息采集點使用的STK卡只能用于與氣象信息采集系統的數據通信功能。各氣象信息采集點運行原有的系統軟件和應用軟件，支持24小時實時在線，實現氣象信息采集點24小時傳送采集的氣象信息數據。
凡省級氣象局授權的氣象信息采集點均可以使用本系統：
1、氣象信息采集點必須使用移動統一的STK卡，用戶使用本卡只能用于與氣象站數據通信功能。
2、使用的終端設備用飛旗科技提供的GPRS移動終端設備。
3、用戶登記：符合省級氣象局的規定。
（二）產品特性
氣象信息采集傳輸系統采用廈門才茂通信技術有限公司CM3150P GPRS DTU。CM3150P GPRS DTU采用ARM9高性能工業級嵌入式處理器，以實時操作系統為軟件支撐平臺,超大內存,內嵌自主知識產權的TCP/IP協議棧。為用戶提供高速，穩定可靠，數據終端永遠在線，多種協議轉換的虛擬專用網絡。針對網絡流量控制的用戶，產品支持語音，短信，數據觸發上線以及超時自動斷線的功能。同時也支持雙數據中心備份，以及多數據中心同步接收數據等功能。公司產品已廣泛應用于金融，水利，環保，電力，郵政，氣象等行業。
無線參數:
支持EGSM900/GSM1800無線網絡
GPRS multi-slot class 10
編碼方案：CS1~CS4
符合SMG31bis技術規范
Compliant to GSM phase 2/2+
支持數據、語音、短信和傳真
硬件系統:
CPU:工業級ARM9 CPU，200MPS,16K Dcache，16K Icache(業內最高級CPU)
FLASH：8MB（可擴展至32MB）(業內最大內存容量)
SDRAM：64MB（可擴展至256MB）
接口：
1個RS232串口。串口速率110~230400bits/s
指示燈：具有電源、通信及在線指示燈。
天線接口：標準SMA陰頭天線接口，特性阻抗50歐。
SIM卡接口：3V/5V標準的推桿式用戶卡接口。
電源接口：標準的3芯火車頭電源插座。
語音接口：標準的耳機麥克風接口。
供電：
外接電源：DC 9V 500mA
寬電壓供電：DC 5-35V
通信電流：350mA
待機電流：35mA
工業級無線模塊:
GRPS模塊：Simens MC39i
尺寸:
外形尺寸：92.7x61.3x23 mm（不包括天線及固定件）
其他參數:
工作環境溫度 -25~+65ºC
儲存溫度 -40~+85ºC
相對濕度 95%(無凝結)
軟件功能:
智能防掉線，支持在線檢測，在線維持，掉線自動重撥，確保設備永遠在線。
支持RSA，RC4加密算法
支持虛擬值守VWM（Virtual Man Watch）功能，確保系統穩定可靠
支持虛擬數據專用網（APN）
透明數據傳輸與協議轉換，支持多種工作模式
支持數據中心動態域名和IP地址訪問
支持雙數據中心備份
支持多數據中心
支持主從模式
支持短信、語音、數據等喚醒方式以及超時斷開網絡連接。
支持短消息備份及告警。
多重軟硬件看門狗
數據包傳輸狀態報告。
標準的AT命令界面
可以用做普通撥號MODEM
支持telnet功能。
支持遠程配置，遠程控制
通過串口軟件升級
同時支持LINUX和WINDOWS操作系統
（三）安全措施
本系統需要極高的系統安全保障和穩定性。安全保障主要是防止來自系統內外的有意和無意的破環，網絡安全防護措施包括信道加密、信源加密、登錄防護、訪問防護、接入防護、防火墻等。穩定是指系統能夠7×24小時不間斷運行，即使出現硬件和軟件故障，系統也不能中斷運行。
數據中心可通過公網使用VPN接入到移動GPRS網，采用VPN方式成本比較低，企業不用租用專線，還可以利舊使用原有的VPN設備，移動終端需要安裝具有VPN二次虛擬撥號的功能的軟件。通過VPN方式，客戶端在連接應用服務器前，要經過Ｒａｄｉｕｓ服務器的認證整個數據傳送過程得到了加密保護，安全性比較高，可充分保障速度和網絡服務質量。
另外，數據中心也可以采用APN接入方式，租用專線接入到移動公司的GGSN設備上，這種成本高，安全性高、穩定可靠。
對于安全性要求非常高的系統，可考慮在專用APN接入的基礎上再加上VPN接入方式的混合接入方式，進一步提高系統的安全性。
1、VPN虛擬專網模式：企業內部網絡中配置VPN服務器，移動終端加載具有VPN二次虛擬撥號的功能的客戶端軟件。采用VPN安全技術，用戶通過接入企業內部虛擬專網的方式與Internet進行隔離，可對 整個數據傳送過程進行加密保護，有效避免非法入侵。
2、利用SIM卡的唯一性，對用戶SIM卡手機號碼進行鑒別授權，在網絡側對SIM卡號和APN進行綁定，劃定用戶可接入某系統的范圍,只有屬于指定行業的SIM卡手機號才能訪問專用APN，移動終端與數據中心采用中國移動分配的專門的APN進行無線網絡接入，普通手機的SIM卡號無法呼叫專門的APN。
3、對于特定用戶，可通過數據中心分配特定的用戶ID和密碼， 其他沒有數據中心分配的用戶ID和密碼的用戶將無法登錄進入系統，系統的安全性進一步增強。
4、數據加密：通過VPN對整個數據傳送過程進行加密保護。
5、網絡接入安全鑒定機制：采用防火墻軟件，設置網絡鑒權和安全防范功能，保障系統安全。
四、結論
采用GPRS構建氣象信息采集系統，不僅能很好地滿足氣象信息采集的需求，而且，做為網絡運營商的移動通信公司也將因此獲得業務穩定的集團用戶，隨著用戶數量的增加，移動通信公司的營收也隨之增加，調動了運營商的積極性，符合網絡建設和網絡應用同步發展的要求。
對于氣象局等用戶來說，由于通信費用較低，享受到了實惠。另外，由于接入設備可以移動，當氣象觀測站和氣象信息采集點搬遷時設備可隨之遷移并可繼續使用，可以保護用戶原有投資，適合于氣象采集工作的特點。
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