動環監控系統無線傳輸組網方案

李加揚 李華軍 楊楚

（1 中國移動通信集團設計院有限公司 北京 100080）

（2 中國移動通信集團北京有限公司 北京 100027）

(3 深圳中興力維技術有限公司 深圳 518067）

1 動環監控系統組網原理

動環監控系統的組網大致可以分成兩類：底端解析和中心解析。在底端解析局站中，有FSU接入開關電源、空調、蓄電池組、環境等設備，由FSU負責對監控數據進行采集，然后通過無線傳輸網絡發給動環監控中心。在中心解析局站中，局站中無FSU，組網時只能接入智能設備，智能設備數據通過無線傳輸網絡透傳到動環監控中心，由中心負責協議和數據分析。如圖1所示。

圖1 動環監控無線組網圖

監控系統的組網對傳輸網絡沒有苛刻要求，只需要其將FSU的數據或智能設備的數據能原封不動的送到動環監控中心就行。相比與固網組網，采用無線組網有著很好的靈活性和可擴展性。在實際應用中，常用的無線傳輸鏈路主要有短信鏈路和GPRS鏈路。

2 無線傳輸單元DTU

在動環監控無線組網中，需要利用一種無線傳輸終端DTU。DTU全稱數據傳輸單元，是專門用于將串口數據轉換為IP數據或將IP數據轉換為串口數據通過無線通信網絡進行傳送的無線終端設備。DTU可以為中心網管和底端局站提供數據通信，利用DTU可以迅速組建網絡，組網方式靈活，成本低， 有很好的抗電磁干擾能力，能在基站等環境下正常穩定工作。

同時，DTU具備數據透明轉發功能，可以自動將串口數據轉發到無線網絡，也可以將無線通信數據轉為串口數據，轉換過程不需要任何數據協議或命令控制，使用簡單方便。而且DTU能配置長連接和短連接兩種連接方式，長連接方式能支持DTU長期在線，保證鏈路穩定，短連接方式DTU可在完成通信后自動下線，節約傳輸資源。

3 短信方式無線組網

圖2 動環監控短信方式組網方案原理圖

短信方式組網需要FSU或智能設備通過AT指令來操作DTU完成數據收發。由于智能設備一般不具備操作AT指令的功能，所以中心解析監控方式不能采用短信方式的無線組網方案。短信組網主要用于底端解析監控，由FSU負責使用AT指令，將數據封裝在短信消息中，通過無線短信網絡，將監控數據發往監控中心前置臺。

在監控中心這端，前置臺有兩種方案進行數據收發。

3.1 DTU短信組網

在該方案中，前置臺和FSU一樣，也是通過AT指令操作短信DTU進行數據收發。該方案組網結構簡單，靈活，成本低，所需的傳輸資源非常少，適合小容量，局站分布很廣的監控系統采用。同時，由于前置臺和DTU采用串口連接，一般只能操作數量很少的DTU，而DTU收發短信的速率有限，但局站稍多，數據量較大時就很容易造成數據堵塞，影響了前置臺的接入量。

3.2 短信網關組網

為了解決上述前置臺接入瓶頸的問題，前置臺可以直接和運營商的短信網關相連，通過短信網關直接從短信網絡中的短信中心收發數據，不用擔心收發短信消息過多，造成堵塞的問題。

短信組網靈活簡單，占用傳輸資源少，建設運行成本低，但由于短信鏈路收發間隔較長，收發速率很低，短信容易丟失，因此對監控的規模和實時性有較大影響。為適當彌補實時性，響應慢的缺陷，在短信組網方案中，多底端主動上報方式上送告警，保證告警上送的實時性。

4 GPRS方式的組網

圖3 動環監控GPRS組網方案原理圖

GPRS組網方式的特點就是FSU和智能設備不必操作DTU來完成數據發送接收，而且收發也不必做特殊處理，GPRS DTU可對FSU和智能設備的采集數據進行透傳。中心網管前置臺的接入方式與普通TCP方式接入相同，只需連接到Internet公網或GPRS網絡，保證底端局站DTU能通過無線GPRS網絡訪問到前置臺即可。

在GPRS組網方案中，監控局站和監控中心間的通信完全以TCP方式通信，組網十分方便。GPRS組網中，DTU在通信時會主動連接GPRS網絡，通過SIM卡獲取網絡IP地址。DTU即可能直接連接“CMNET”或“CMWAP”等公共接入點，也可能連接專門的APN。

同時，依據實際應用情況，GPRS組網中DTU連接GPRS網絡的方式和在線時長都可能不同。依據DTU是否長期在線，可將GPRS組網分為長連接和短連接兩種。

4.1 長連接方式

在很多應用中，可能對數據的實時性要求較高，需要底端監控長時間在線，采集數據能夠實時上送。在這類情況下，監控局站和監控中心將需采用長連接方式進行通信。

依據DTU在接入GPRS網絡時其IP地址是否固定，可以分為固定IP和動態IP兩類。

4.1.1 固定IP

在DTU長連接方式中，如果DTU的SIM可以綁定固定IP地址，那么采用常規的GPRS組網方案即可。這一組網方案中，可由底端DTU做服務端，前置臺做客戶端，前置臺通過DTU的固定IP地址和DTU進行通信。當中心前置臺能獲取固定IP地址或動態IP+DNS域名時，也可以由前置臺做服務端。

由于SIM卡綁定固定IP的條件要求較高，運營商只會在專網APN中使用。該組網方案要求用戶提供一個獨立的APN專線，該APN擁有足夠的IP地址供DTU獲取，并且能夠支持SIM綁定固定IP地址，允許DTU長時間在線。同時要求DTU能做服務端，服務端口可配，支持數據透傳功能。

該方案雖然對傳輸資源和資金要求較高，但無論實時性，安全性和穩定性都非常高，適合于安全性要求較高、數據點比較多、實時性要求較高的應用環境。

4.1.2 動態IP

如果DTU的SIM不能綁定固定IP地址，其IP地址在聯網時動態進行獲取，那么需要DTU做客戶端，前置機做服務端。DTU在聯網成功后主動連接前置臺，并向前置機注冊，主動發送身份信息。在該組網方案中，連接由DTU發起，需要在DTU中配置前置機的服務IP和端口，需要配置DTU身份識別注冊信息。要求DTU具有上線自動連接，自動注冊的功能。

該組網方案要求用戶能為DTU提供足夠的IP地址空間（公網或APN專線均可），SIM卡不需要綁定IP，但需要能長時間在線。同時要求DTU能做客戶端，能上線后主動服務端，服務端IP地址可配，能主動發起注冊，注冊消息可配置。

4.2 短連接方式

在部分應用情況下，可能無法為所有DTU提供足夠數量的IP，或監控局站傳輸資源有限，無法為DTU提供長期在線的傳輸資源。這種情況下，監控局站將沒有辦法做到長期同時在線，局站通信將不能采用長連接方式，只能使用短連接方式。如圖4所示。

圖4 短連接方式

在DTU短連接方式中，DTU的IP地址也多是動態獲取的，組網方式和DTU長連接的動態IP組網方式基本相同。主要差別在于DTU不會長時間在線，DTU在完成數據通信后會自動下線。當DTU處于下線狀態時，需要由前置臺喚醒DTU，通知DTU重新上線。

一般來說，前置臺喚醒DTU的方法有電話通知和短信通知兩種。相應的，這需要DTU具有收到電話或短信時自動喚醒的功能。

該組網方案不需要用戶提供夠所有DTU同時上線的IP地址，DTU也不用長時間占用傳輸資源。不過由于前置臺需要依次喚醒DTU后才能進行數據通信，喚醒DTU，等待DTU重新上線需要一定時間，當DTU數量較多時前置臺獲取監控數據的周期將會很長。

5 短信+GPRS混合組網

對于短信和GPRS兩種無線組網方案，它們互有優劣。短信組網所需傳輸資源非常低，維護運行成本低，但數據傳輸速率低，監控實時性不高。GPRS網絡傳輸速率高，實時性好，但占用傳輸資源過高，運行成功高。

因此實際應用中，可考慮將兩種組網方式結合起來。以短信為主，GPRS為輔的組網方式，在日常運行維護中，數據通信以短信方式進行通信。當進行部分需要高帶寬高實時性的操作時，可以通過短信方式喚醒DTU的GPRS功能，組網GPRS鏈路，利用高速率的GPRS鏈路進行通信，完成通信后重新進入短信通信方式。

這一組網方案可有效的將短信和GPRS組網的優點結合起來，即具備低運行成本，不占用高傳輸資源的優勢，也能滿足高速率，高實時性的要求。

6 總結

本文介紹了動環監控中常見的短信和GPRS組網方案，利用短信和GPRS鏈路組建無線網絡，組網成本低，組網方式靈活。在很多特殊條件下尤其是偏遠通信基站，有效利用短信和GPRS這兩種很易于獲取的無線鏈路，對于動環監控的靈活組網有著很好的意義。

短信和GPRS兩種無線鏈路各有特點，短信組網成本較低，但傳輸速率較低，難以滿足高實時性要求，GPRS鏈路傳輸速率高，但相應的組網成本較高。對于實際應用，可以依據實際組網要求選擇合適的無線組網方案。

同時，在CDMA無線網絡中，可以采用cdma 1x作為無線鏈路， VPDN作無線專線，其鏈路特性和GSM網絡中的GPRS鏈路類似，只要選用支持cdma 1x的DTU即可采用和GPRS類似的組網方案。