摘要：本文提供了一種基于GPRS網絡的電力自助繳費查詢系統無線接入的原理和實現方案，簡要介紹了GPRS術的基本知識，描述了GPRS無線傳輸應用于電力自助繳費查詢系統無線接入的實現方法。通過實際應用，獲得了理想的效果.
關鍵詞：GPRS；DTU；Internet；電力自助繳費查詢；
一． 前言
電力行業是關系國計民生的行業，其客戶群龐大無比，現在客戶繳費一般都是到電力營業廳或銀行網點辦理，每到繳費高峰，給電力營業廳的收費工作或銀行代收服務帶來巨大的壓力，經常是人滿為患，客戶也需要很長的時間排隊等待，從而抱怨電力公司，影響電力公司的企業形象。同時，快節奏的生活方式，致使很多人工作日沒有時間繳納費用，而電力公司目前恰恰就只在工作日進行繳費服務。借鑒其他相關行業經驗，在電力系統內采用帶有現金、銀聯繳費及IC卡充值售電方式的自助繳費機是一個很好的解決方法，其對繳費人群的分流效果極其顯著，能大大改善電力行業繳費難的問題。而自助終端繳費機目前多數還使用有線接入的方式，成本較大，維護較難，廈門才茂通信科技有限公司在此基礎上推出了借助GPRS移動數據通信平臺實現電力自助查詢繳費網點無線接入的解決方案。
二．GPRS網絡介紹
GPRS是目前解決移動通信信息服務的一種較完美的業務，它是以數據流量計費、覆蓋范圍廣泛、數據傳輸速度更快。GPRS的推出，為行業和企業用戶開展無線辦公提供了基礎設施平臺，為推動移動辦公的應用和發展創造了有利條件。與有線網絡相比，GPRS網絡具有租用費用低、移動辦公，不受地域制約等優點。GPRS的出現為企業和行業用戶開展無線辦公提供了一種新的選擇。該系統采用先進成熟的GPRS 無線數據終端為遠程傳輸模塊，依托穩定、可靠的中國移動GPRS 網絡，系統運行可靠，數據采集實時性強。該系統有效的解決了其他通信方式存在的各種問題。在保證數據傳輸的及時、準確的前提下，將系統運行費用也降低到了最低；同時，通信鏈路由專業的運營商來維護，避免了用戶在使用監測系統的同時，還需要耗費很大精力去維護通信線路等問題；節約了用戶的初期建設投資和運行維護費用。GPRS無線傳輸數據有以下優勢：
1．覆蓋地域廣，目前移動通信網在全國的覆蓋率95%以上，非邊遠地區覆蓋率幾乎100%。GPRS 用戶可隨意分布和移動自己的網絡點，無須擔心線路的維護或有線在移機時導致的通訊中斷。建設新的監控點無需進行拉線，埋線等工作。較光纖，或專線系統投資較少，設備安裝方便。通信距離遠，在任何場合都可以設中心站。覆蓋較好，比較很多無線數據網絡（集群，雙向傳呼，CDPD，CDMA）而言，其網絡覆蓋是最好的。
2．終端價格比較低，與DDN相比，較DDN專線Modem其終端價格便宜很多。
3．GPRS資費便宜，計費合理。GPRS 資費包月比有線電話網絡資費還便宜。公交IC卡充值數據采集業務沒有大數據量的信息傳輸，不必要采用資費很高的專線（DDN、幀中繼）。GPRS還可根據通信的數據量和提供的服務質量進行計費。在GPRS網中，用戶只需與網絡建立一次連接，就可長時間的保持這種連接，并只在傳輸數據時才占用信道并被計費，保持時不占用信道不計費。這樣，營業點即不用頻繁建立連接，也不必支付傳輸間隙時的費用。
4．GPRS能最好地支持頻繁的、少量突發型數據業務。通信質量穩定可靠，永不掉線。
5．GPRS網絡接入速度快，提供了與現有數據網的無縫連接。由于GPRS網本身就是一個分組型數據網, 支持TCP/IP、X.25協議，因此無需經過PSTN等網絡的轉接，直接與分組數據網（IP網或X.25網）互通，接入速度僅幾秒鐘，快于電路型數據業務。采用TCP/IP協議，較以前的無線數據網絡（集群，雙向傳呼，GSM短信息）而言，網絡接入更加直接方便。
三．廈門才茂GPRS路由器簡介
CM 3150R GPRS Router無線路由器采用高性能的工業級ARM9通信處理器，以嵌入式實時操作系統為軟件支撐平臺，系統集成了全系列從邏輯鏈路層到應用層通信協議，支持靜態及動態路由，PPP server及PPP client，VPN（包括PPTP和IPSEC）,DHCP server及DHCP client，DDNS，防火墻，NAT，DMZ主機等功能。為用戶提供安全，高速，穩定可靠，各種協議路由轉發的無線路由網絡。本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
1. 支持GSM/GPRS 900/1800MHz雙頻和800/900/1800/1900MHz四頻可選；GPRS multi-slot class 10
2. 編碼方案：CS1~CS4
3. 符合SMG31bis技術規范
4. Compliant to GSM phase 2/2+
5. 支持數據、短信
6. 支持13K QCELP音頻編解碼
硬件系統
1. CPU：工業級ARM9 CPU，200MPS,16K Dcache，16K Icache
2. FLASH：8MB（可擴展至32MB）
3. SDRAM：64MB（可擴展至256MB）
4. 接口：
以太網口：一個 10/100 Base-T 以太網口,
Shielded RJ-45 1,5 kV isolation transformer,
Ethernet IEEE 802-3, 802-2
串口：RS232 serial port, (Support RS422/RS485 if needed)
Rate：110bps~230400bps
Data bits ：7 or 8
Parity:：None, Even, Odd
Stop bits:：- 1 or 2
Flow contro:：None or RTS/CTS
Protection – 15 kV ESD and short circuit
Console ：RS-232, 115200 bps, 8 data bits,1 stop bit, no parity (8N1)
指示燈：具有電源、通信、在線及以太網口LINK/ACT指示燈
天線接口：標準SMA陰頭天線接口，特性阻抗50
SIM/UIM卡接口：3V/1.8V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（預留，可選）
5. 供電：外接電源：DC 9V 1.5A；寬電壓供電：DC 5-32V
6. 尺寸：產品外形尺寸：155*96*23mm；產品包裝尺寸：298*226*60mm
7. 重量：0.69kg
8. 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
1. 支持VPN安全隧道功能,包括PPTP＋MPPE+MPPC和IPSEC+L2TP
2. 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
3. 支持IPTABLES防火墻，包過濾功能
4. 支持多種協議：TCP/IP，UDP，ICMP，SMTP，HTTP，POP3，OICQ，TELNET，FTP等
5. 支持動態路由和靜態路由
6. 支持DHCPD/DHCP 功能
7. 支持NAT功能，如SNAT，DNAT
8. 支持動態DDNS
9. 支持DMZ主機
10.支持路由轉發，同時也支持串口數據傳輸,，數據中心管理
11.支持APN/VPDN網絡
12.方便的WEB配置，支持遠程WEB管理
13.支持telnet管理，方便易用的控制臺shell交互環境
14.支持多臺終端共享router ppp廣域網出口
15.支持多種無線撥號方式：自動分配，指定IP，指定本地對端IP
16.支持作為PPP服務器，多種認證方式，支持雙向認證
17.支持實時時鐘sntp，在線更新時間
18.多種喚醒方式（電話、短信、本地數據）
19.支持上網時間段管理
20.支持DTU功能
21.方便易用的COM及SYSLOG系統診斷、調試功能
22.支持日志查看
23.支持串口本地軟件升級；支持TFTP軟件遠程升級；支持配置的導出導入及web在線更新固件程序
24.支持操作系統 Windows 9x/ME/NT/2000/XP Linux Unix
產品特性
1. 三層系統保護：在原來兩級（軟件保護+CPU內置看門狗保護，外置硬件看門狗保護）系統保護的基礎上，增加一級系統監測保護SWP（System Watch Protect），徹底解決了業內“假在線”，“假死機”，“當機”等疑難問題。
2. 完善的VPN：新款路由器，完善地支持了業內的所有VPN功能（PPTP+MPPE,IPSEC+L2TP）,解決了原來路由器因系統問題無法支持IPSEC功能問題。
3. 超大緩存：可以提供32M的客戶傳輸數據緩存，解決因網絡瓶頸導致的數據丟失
4. 高速處理CPU：采用比原來更為極高速ARM9的工業級CPU，可以更加高速地處理各種協議數據轉換，規避因CPU處理速度慢而導致的數據重傳和丟失等問題。
5. 內存管理MMU：新款CPU 帶內存管理MMU，可以防止系統內存異常問題導致的系統不穩定現象。
6. 實時操作系統：新系統采用實時操作系統RTOS，可以更加快速實時地接收和發送數據，規避了數據丟包問題。
7. 完善的協議棧：新系統加載了完善的TCP/IP協議棧，網絡通信性能優異。
8. 支持實時時鐘：支持實時時鐘sntp協議，在線更新時間。
9. 支持多種喚醒方式：電話、短信、本地數據喚醒。
10.支持上網時間段管理。
EMC性能優異：通過電力3000V電擊測試，特別適合在工業領域環境惡劣下使用，系統穩定可靠。
四．系統網組
1.網終拓撲結構
本電力自助繳費查詢系統由主機，充值繳費終端，廈門才茂 GPRS 路由器等設備組成。
如上圖：各個自助終端設備通過以太網口與無線路由器-CM3150R連接,CM3150R上電后向監控中心Internet上的Router發起連接, 實現數據交互，充值繳費終端設備將客戶充值繳費信息數據實時采集后通過以太網口通信方式送往GPRS 路由器，在由路由器通過GPRS網絡把客戶充值信息發送到電力公司數據中心。同時，充值終端設備實時接收由中心通過GPRS 路由器傳輸發來的數據指令完成相應控制功能。
電力公司數據中心通過路由器接收來自各充值網點的信息數據，并對數據進行存儲、歷史趨勢分析、報表打印等信息查詢、統計及打印功能 。
該系統將自助繳納電費、預付費電表卡自助充值、自助歷史記錄查詢、多媒體業務宣傳查詢、自助打印的功能合為一體，為用電客戶提供輕松、方便、快捷、安全、可靠的繳費環境。該系統的實施沒有任何外界條件的限制。
1. 實時接收各充值網點充值數據信息。
2. 根據需要，查詢各充值網點充值數據信息情況，并在屏幕顯示或打印輸出。
3. 實時監視各充值網點工作狀態。
五．系統方案
A. 公網方案
中心用一個服務器組作為中心接收，中心采用 ADSL 等 INTELNET 公網連接，采用公網固定 IP 或者公網動態 IP+DNS 解析服務。此種方案先向 INTERNET 運營商申請 ADSL 等寬帶業務。
1) 中心公網固定IP：監控點直接向中心固定 IP 發起連接。運行可靠穩定，推薦此種方案。（固定 IP 費用比較貴）
2) 中心公網動態 IP+DNS 解析服務：大部分 IP 都是動態的，而且費用相對便宜。客戶先與 DNS 服務商聯系開通動態域名，動態域名解析軟件網址如下：（可以先申請免費的二級域名進行測試）
花生殼域名解析 http://www.oray.net/mian
88IP 域名解析 http://www.88ip.com/
注意：監控點先采用域名尋址方式連接 DNS 服務器，再由 DNS 服務器找到中心公網動態 IP，建立連接。此種方式可以大大節約公網固定 IP 的費用，但穩定性受制于 DNS 服務器的穩定，所以要尋找可靠的 DNS 服務商。
B. 專網方案
1、 根據客戶內部網對網絡安全的特殊要求，決定采用中國移動GPRS網絡的專用APN形式入網：
 通過一條2M專線接入移動公司GPRS網絡，雙方互聯路由器之間采用私有IP地址進行廣域連接，在移動認證路由器與用戶認證路由器之間建立加密隧道。
 為客戶分配專用的APN，普通用戶不能進入該APN。只有GPRS專網卡才能進入該APN網絡，防止其他非法用戶的進入。
 用戶在內部建立RADIUS服務器，作為內部用戶接入的遠程認證服務器（或在APN路由器內，啟用路由器本地認證功能）。只有通過認證的用戶才允許接入，用以保證用戶內部安全。
 用戶在內部建立DHCP服務器（或在APN路由器內，啟用DHCP功能），為通過認證的用戶分配用戶內部地址。
 端到端加密：移動終端和服務器平臺之間采用端到端加密，避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。
 雙方采用防火墻進行隔離，并在防火墻上進行IP地址和端口過濾。
2．APN業務流程 GPRS專網系統終端上網登錄服務器平臺的流程為：
1）用戶發出GPRS登錄請求，請求中包括由移動公司為GPRS專網系統專門分配的專網APN；
2）根據請求中的APN，SGSN向DNS服務器發出查詢請求，找到與企業服務器平臺連接的GGSN，并將用戶請求通過GTP隧道封裝送給GGSN；
3）GGSN將用戶認證信息（包括手機號碼、用戶賬號、密碼等）通過專線送至Radius進行認證；
4）Radius認證服務器看到手機號等認證信息，確認是合法用戶發來的請求，向DHCP服務器請求分配用戶地址；
5）Radius認證通過后，由Radius向GGSN發送攜帶用戶地址的確認信息；
6）用戶得到了IP地址，就可以攜帶數據包，對GPRS專網系統信息查詢和業務處理平臺進行訪問。
第六部分 結束語
以GPRS為基礎的無線數據系統有很廣泛的應用，GPRS使互聯網進入無線領域，一直延伸到手掌上。除了支持傳統的互聯網應用，GPRS也可使無線終端支持B2B、B2C的電子商務和電子支付、股票交易、銀行轉帳等應用。GPRS同樣可以應用于公司內部網(INTRANET)，基于IP的遠程LAN接入，使無線終端成為LAN的延伸，幾乎所有低速率的數據傳輸服務都可以應用，如對電力系統自動化、工業監控、交通管理、氣象、金融、環保監測、煤礦、油田、證券等行業領域的應用。
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