基于GPRS的電力監(jiān)控終端網(wǎng)絡(luò)接入方案

李國盛

[摘? ? 要]時代和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步推動無線通信技術(shù)的廣泛運用，利用GPRS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，促使電力監(jiān)控系統(tǒng)建立科學(xué)有效地連接，其主要是運用GPRS中的無線模塊和信道作為接口設(shè)置，并以此為基礎(chǔ)，利用PPP協(xié)議建立數(shù)據(jù)連接，然后運用相關(guān)的協(xié)議，形成對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)和傳輸層，進(jìn)一步結(jié)合相關(guān)的協(xié)議規(guī)定，制定終端接入點方案，從而提高網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)水平和質(zhì)量。該方案主要是運用不同的軟件來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，因而具有成本低、配置較為靈活等特點。文章將分析基于GPRS電力監(jiān)控終端網(wǎng)絡(luò)接入方案具體方法和工作流程。

[關(guān)鍵詞]GPRS;電力終端;監(jiān)控網(wǎng)絡(luò);接入方案

[中圖分類號]TP277 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）10–0–02

Network Access Scheme of Power Monitoring Terminal Nased on GPRS

Li Guo-sheng

[Abstract]The times and the progress of science and technology promote the wide application of wireless communication technology. GPRS network technology is used to promote the power monitoring system to establish a scientific and effective connection. It mainly uses the wireless module and channel in GPRS as the interface setting， and on this basis， uses PPP protocol to establish data connection， and then uses relevant protocols， Form the corresponding network and transmission layer， and further formulate the terminal access point scheme in combination with the relevant protocol provisions， so as to improve the level and quality of the network monitoring system. The scheme mainly uses different software to realize network connection， so it has the characteristics of low cost and flexible configuration. This paper will analyze the specific method and workflow of power monitoring terminal network access scheme based on GPRS.

[Keywords]GPRS; power terminal; monitoring network; access scheme

在電力系統(tǒng)中，為了保證整體運作的穩(wěn)定和安全，加強(qiáng)對系統(tǒng)的監(jiān)控，針對電力調(diào)度、系統(tǒng)負(fù)荷、遠(yuǎn)程抄表等工作，應(yīng)建立有效的監(jiān)測和管控系統(tǒng)。而GPRS是在原有的系統(tǒng)基礎(chǔ)上，利用無線網(wǎng)絡(luò)來建立數(shù)據(jù)連接系統(tǒng)，結(jié)合智能化終端和互聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的分組和傳輸，因而其速度較快且效率高，能夠滿足各種數(shù)據(jù)的傳輸，從而為電力監(jiān)控相關(guān)工作提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，以便及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運行穩(wěn)定和安全問題。

1 GPRS電力終端網(wǎng)絡(luò)接入方案

1.1 終端硬件平臺

主要是運用美國一家公司中的16位單片機(jī)。其在運行時，功率和能源消耗較少且是一種混合信號的控制設(shè)備，在其內(nèi)部會設(shè)置看門狗定時、溫度傳感、寄存器以及通信接口等設(shè)備，運行時狀態(tài)較為穩(wěn)定，且能夠?qū)崿F(xiàn)在線編程。還有在平臺中運用的無線調(diào)制解調(diào)器，它有標(biāo)準(zhǔn)、無線、內(nèi)存接口，并且在功能上進(jìn)行了升級，其工作信號質(zhì)量好，但是沒有協(xié)議棧，需要另外建立連接。

1.2 通信協(xié)議棧在終端的實現(xiàn)

在電力監(jiān)控終端中，利用GPRS和互聯(lián)網(wǎng)建立連接，在這具體的運行過程直接中，主要包含5個方面的內(nèi)容：物理、數(shù)據(jù)、傳輸、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用層。

1.3 具體的工作流程

1.3.1 終端撥號

在進(jìn)行撥號前，應(yīng)該將相關(guān)的無線調(diào)制器附著到對應(yīng)的GPRS網(wǎng)絡(luò)中，然后進(jìn)行圖文轉(zhuǎn)化和激活，在完成后就可以進(jìn)行撥號，并到GGSN中，在其應(yīng)答后就會建立連接，形成物理層通道，在這過程中，運用到了：4個指令，如圖1所示，終端撥號連接指令。

（1）依照先后的順序來執(zhí)行，并在前面三條指令完成，且顯示正常，然后在四條指令結(jié)束時，返回連接，則表示和GGSN載波建立連接，從而形成物理層通道。

（2）GGSN的連接號碼的數(shù)量和接入量，比如*99#依據(jù)實際工作經(jīng)驗，可以得知，通過撥號移動的幾個號碼都可以建立物理連接，但是在后面的PPP鏈路工作中，有的會出現(xiàn)號碼失效的問題。

1.3.2 PPP數(shù)據(jù)連接

在接入相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)后，PPP將與GGSN鑒權(quán)、協(xié)調(diào)、數(shù)據(jù)縫封包建立連接，其具體的規(guī)范，是根據(jù)兩個相同的數(shù)據(jù)實體之間的傳輸路線而設(shè)計的，并依據(jù)對應(yīng)的順序進(jìn)行數(shù)據(jù)包串行和傳遞，利用PPP主要是為了方便和不同的網(wǎng)橋、路由器等建立連接。而相關(guān)的鏈路建立流程如下。

（1）有關(guān)終端與ISP之間建立物理層，利用ADSL撥號，并在ISP應(yīng)答后，來促使形成鏈路，在完成后會立即向數(shù)據(jù)層發(fā)送Up事件，然后在建立連接。

（2）ISP在檢測到載波后，會向終端發(fā)送LCP報文，而終端在收到請求時，向其發(fā)送報文，并進(jìn)行鑒權(quán)配置，然后ISP會再次發(fā)出，有關(guān)內(nèi)容只包含鑒權(quán)配置方法，在否定方式下運用PAP形式進(jìn)行鑒權(quán)。

（3）在重復(fù)發(fā)送報文后，在認(rèn)可請求下，有關(guān)LCP會進(jìn)入到運行狀態(tài)。

（4）終端繼續(xù)發(fā)送報文，并將攜帶的內(nèi)容轉(zhuǎn)化為ACCM配置形式，然后在認(rèn)可請求后，PPP鏈路會跳躍至鑒權(quán)狀態(tài)，同時發(fā)送相關(guān)的驗證碼，包含和用戶名和密碼，然后在8連接到GPRS中時，用戶名和密碼呈現(xiàn)空狀態(tài)。

（5）在收到并確認(rèn)驗證之后，PPP鏈路會再次跳躍到網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議階段，所以終端會立即向其發(fā)送報文，獲取IP地址。在拒絕地址請求后，會為其分配終端IP地址。

（6）終端會繼續(xù)發(fā)送分配的IP地址請求，然后ISP向終端發(fā)送報文，并認(rèn)可地址。在發(fā)送報文時，其實相關(guān)的數(shù)據(jù)層已經(jīng)建立起來。

1.3.3 建立連接路線

主要是利用PPP協(xié)議、終端和GGSN間可以及時接收和發(fā)送IP數(shù)據(jù)，但不能進(jìn)行直接通信，還要在相關(guān)的數(shù)據(jù)流上安置TCP協(xié)議棧才可以實現(xiàn)節(jié)點通信。在相關(guān)的PPP鏈路建立后，要立即進(jìn)行TCP通信連接，運用uIP函數(shù)進(jìn)行主機(jī)的連接，根據(jù)收到主機(jī)帶回的相關(guān)數(shù)據(jù)，運用對應(yīng)的協(xié)議進(jìn)行處理，使得PPP和函數(shù)緩沖區(qū)相同，并在接收到數(shù)據(jù)后，通過全局變量數(shù)值來辨別其數(shù)據(jù)長度，因而uIP就可以獲得對應(yīng)的數(shù)據(jù)內(nèi)容。通過以上的各個工作流程，主機(jī)和終端之間的鏈路就建立好，結(jié)合TCO鏈路連接的建立，運用應(yīng)用層對數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋，然后進(jìn)行程序的編寫。

2 GPRS技術(shù)的特點和優(yōu)勢分析

其實GPRS是通用無線分組業(yè)務(wù)，它采用的頻段、寬度、結(jié)構(gòu)、無線調(diào)制解調(diào)器、跳頻形式以及ADMA幀結(jié)構(gòu)和GSM大致相同，具有電路少、系統(tǒng)簡單信號強(qiáng)、質(zhì)量高等特點。但是其網(wǎng)絡(luò)還存在一定的不穩(wěn)定性，通過使用協(xié)議處理，運用關(guān)過過程較為復(fù)雜。GPRS技術(shù)的優(yōu)勢在于以下幾點。

2.1 及時性

它主要是利用實時在線同步接收和多個數(shù)據(jù)的處理，沒有延時性，能夠滿足數(shù)據(jù)收集和傳遞的要求。

2.2 可遠(yuǎn)程控制

主要是運用系統(tǒng)的雙向性，對相關(guān)的設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測、開關(guān)控制等，還可以通過遠(yuǎn)程進(jìn)行系統(tǒng)的升級處理，大幅度提高工作效率。

2.3 擴(kuò)展性好

當(dāng)前GPRS的覆蓋面較廣，因而可以通過系統(tǒng)對大部分地區(qū)全面在線監(jiān)控。

2.4 傳送速度快，容量大

結(jié)合其數(shù)據(jù)收集和處理，并結(jié)合監(jiān)測的突發(fā)數(shù)據(jù)，進(jìn)行快速傳遞。

2.5 通信成本低

運用包月的形式進(jìn)行計費，實際運營成本少，由于其實及時性和快速性，能夠滿足各種數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊螅褂梅奖恪?/p>

3 嵌入式電力監(jiān)控通信系統(tǒng)的實現(xiàn)方法

它主要由單片機(jī)、GPRS、內(nèi)存卡座、外接口、數(shù)據(jù)存儲等內(nèi)容組成，利用單片機(jī)來控制GPRS接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，運用標(biāo)準(zhǔn)串口和外界控制設(shè)備來進(jìn)行通信連接，并結(jié)合相關(guān)軟件的使用，來完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

3.1 單片機(jī)

主要是運用指令來完成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的初始化，并將其附著在GPRS上，然后獲得動態(tài)分配的IP地址，使得和終端建立有效穩(wěn)定的連接。然后將標(biāo)準(zhǔn)串口和數(shù)據(jù)采集設(shè)備建立連接，依據(jù)對應(yīng)的協(xié)議進(jìn)行控制和通信，并將串口和GPRS模塊中的接口分別連接，利用軟件來對單片機(jī)進(jìn)行初始化，同時控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。

3.2 擴(kuò)展數(shù)據(jù)處理

單片機(jī)中的FLASH存儲器，在進(jìn)行嵌入時，具體的系統(tǒng)操作和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議需要一定的空間，所以可將其作為程序處理器，并結(jié)合地址鎖存和外部數(shù)據(jù)器來保證程序的順利運行。

3.3 無線數(shù)據(jù)傳輸

主要是將單片機(jī)中傳遞過來的IP或者分組數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后在向外轉(zhuǎn)發(fā)。無線調(diào)制器包含F(xiàn)LASH、基帶處理、電源、插座等內(nèi)容，其中的基帶處理是其核心部分，主要運用為協(xié)議處理，利用串口進(jìn)行指令的下發(fā)，而有關(guān)天線則是對信號進(jìn)行調(diào)解和處理，并將外頻信號和內(nèi)部的基帶處理進(jìn)行信號轉(zhuǎn)化。而電源主要是在處理射頻時所需要的能源。

3.4 單片機(jī)通信程序

在系統(tǒng)中所有的軟件統(tǒng)統(tǒng)使用C語言進(jìn)行編寫，并在系統(tǒng)調(diào)試環(huán)境下進(jìn)行編譯，但要注意的是所有的相關(guān)代碼都要經(jīng)過特點的下載后傳入存儲器中，而內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸都要使用相同的協(xié)議處理，才能夠保證網(wǎng)絡(luò)層面的一致性，所以必須要在單片中進(jìn)行編寫程序的嵌入。

3.4.1 協(xié)議嵌入

可以根據(jù)實際的情況，選擇合適的方法完成協(xié)議轉(zhuǎn)化，而相關(guān)的TCP協(xié)議或者是IP協(xié)議，可以采用分層模式進(jìn)行，并在數(shù)據(jù)打包處理時，在每個層面中將對應(yīng)的信息增加到數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，經(jīng)過下層的協(xié)議封裝到數(shù)據(jù)中，然后在數(shù)據(jù)處理器在接收到信息時，會進(jìn)行剝離處理，并將剩下的數(shù)據(jù)作為一個數(shù)據(jù)包對待，然后經(jīng)過GPRS對數(shù)據(jù)的解析，將其傳送給對應(yīng)的用戶。

3.4.2 數(shù)據(jù)處理

所有的數(shù)據(jù)報文都要依賴于IP分組，大多數(shù)情況下，運用PPP協(xié)議進(jìn)行傳送，在網(wǎng)關(guān)報文的發(fā)送時，對會抵達(dá)相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)地址，而相關(guān)的應(yīng)答幀會根據(jù)其IP傳送到相關(guān)的模塊中，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)沒有靜態(tài)的IP地址時，不能進(jìn)行通信連接，監(jiān)控中心必須有固定的IP，在監(jiān)測終端登錄到對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)中時，會快速地找到監(jiān)控中心，在鏈路產(chǎn)生異常問題時，GPRS會自動進(jìn)行連接，數(shù)據(jù)中心和GPRS可以利用協(xié)議進(jìn)雙向通信，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)的科學(xué)傳遞。

3.4.3 監(jiān)控中心

它主要是為了對接收到的GPRS信息進(jìn)行保存，在通信分組下，監(jiān)控中心可以直接進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)訪問，并結(jié)合相關(guān)的軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)幀聽，然后在接收到GPRS分組數(shù)據(jù)包、控制信息、來保證終端和協(xié)議間的正常通信。

4 結(jié)束語

在GPRS網(wǎng)絡(luò)下的電力監(jiān)控終端網(wǎng)絡(luò)接入中，主要是根據(jù)相關(guān)鏈路的建立連接，并在系統(tǒng)5個層面的運行下，促使轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的數(shù)據(jù)接口和處理端，從而保證這個那個系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫艷霞，李國輝.基于GPRS接入Internet的配電網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J].大連交通大學(xué)學(xué)報，2014，35（Z1）：142-144.

[2] 李玉萍，齊志強(qiáng)，張良祖，等.基于GPRS的電力監(jiān)控終端網(wǎng)絡(luò)接入方案[J].測控技術(shù)，2007（3）：56-58.

[3] 林永君，楊春來，常喜茂，等.基于GPRS的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[J].化工自動化及儀表，2011，38（11）：1367-1370.

[4] 丘柳明，胥布工.基于GPRS通信的高精度配電網(wǎng)實時監(jiān)控終端設(shè)計[J].電器與能效管理技術(shù)，2012（11）：33-37.

[5] 曹欲曉，韓磊.基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程無線監(jiān)控終端的研究[J].電腦知識與技術(shù)，2010，6（16）：4391-4392.