流量测量和远程监控系统的发展现状 - 通信人家园

流量测量技术的发展，直接关系到整个国民经济的发展。工业现场的流量测量通常设置了多个测量节点，如对水、石油和天然气等流体的测量，这些测量节点作为实现流量资源工作调度的节点，在整个监控系统中起着重要的作用。对测量节点的运行状况进行监控，是掌握流量分配情况和流体资源使用总量的手段，也是进行资源优化调度和自动化管理的依据。对测量节点流量监测不仅要以安全可靠和功能完善为基础，还要力求做到无人值守和远程控制。随着通信技术和互联网技术的快速发展，远程监控系统已成为当前研究领域的一大热点，并为流量测量提供了一种有力可靠的远程测控方法。远程监控系统主要由现场监控模块、通信系统和监控中心组成。现场监控模块一般包含传感器和微控制器，处于远离监控中心的各监控点，负责完成信息的采集和响应监控中心发出的控制命令。通信系统负责传输监测数据和命令，随着通信方式的不同，通信系统的组成有很大差异。监控中心是整个系统运作的核心，负责收集各监控模块上传的监控信息，发送各种操作命令以控制监控模块的行为。监控中心一般由信息处理能力较强的计算机组成，运行专门的图形化监控软件，将各监控点的状态形象地显示出来，同时对监测数据进行处理，为决策提供重要参考。目前对水、石油和天然气等流体资源的测量，对水库大坝、水闸、供水系统的远程监控，对河流水系洪水的监测，对引水闸、排灌站和船闸站的监控及定期收集数据等，大都采用人工操作，现场记录数据汇总后，定时向管理中心报告。管理中心根据这些数据进行决策。这种方法劳动力成本高，受人为因素影响大。在建立了带有无线数据采集模块的自动监测系统后，就可及时获取现场数据，并定时将现场监测数据传送到管理中心，这样不但节约成本、维护简单，更重要的是管理中心能及时监测全局的数据，形成精确数据分析系统，预测发展趋势，从容应对各种紧急情况。用于流量测量的流量远程监控系统离不开通信技术，它的性能、传输速率和稳定性都直接影响到整个系统的运行效率。因此，先进的通信方式的选择对整个系统将有着重要作用。远程监控系统的通信方式分为有线和无线两种，有线方式适用于位置固定、传输距离较近的场合；无线方式适用于移动性大、距离较远的场合。常用的有线通信方式有RS232、RS485、CAN总线等技术，主要用于工业现场通信，这种通信技术抗干扰能力强，设备简单，但传输的距离较短，一般在几十米到几百米。适合通信距离较短的监控领域。有线通信还包括基于 PSTN（公共交换电话网）和 ADSL（非对称数字用户环路）的广域网通信方式。PSTN是用Modem和电话线拨号上网，是一种很普遍的通信方法，优点是覆盖范围广，连接容易，成本较低，缺点是数据传输率较低。ADSL 是在普通电话线上传输高速数字信号的技术，它的数字通信和语音通信使用不同的频段，因而两者可以互不干扰，同时进行。可用于远程监控的无线通信主要有以下几种方式： [1] 数传电台：数传电台出现较早，应用很广泛，是一种不错的无线数传方式，数传电台信号传输实时性好，运行费用低，但是建网初期投资巨大，传输范围有限，而且容易受到空间无线信号的干扰。 [2] GSM：GSM（Global System for Mobile communication）全球移动通信系统是世界上最大的通信网络。GSM网络的通信方式为时分多址，以电路交换模式进行数据传输，在整个连接期内，用户无论是否传送数据都将独自占有无线信道。如要满足监控系统的实时性要求，数据中心与监控终端要一直保持电路上的链接，费用较高，而且中心只能保持对系统中的一个监控终端链接。 [3] 短信息：短信息是在GSM网络的空闲信道里传输的，当GSM网络比较空闲时，短消息的实时性很好，一般在几秒内即可到达。但如果 GSM 网络繁忙，短消息的延时就会达到几小时甚至更久，实时性很差。因此，短消息这种通信方式不适合实时监控系统。 [4] WAP：一个完整的WAP（Wireless Application Protocol，无线应用协议）系统由WAP 移动终端、WAP 协议网关和WEB信息服务器组成。WAP传输的 2 数据是WML（Wireless Markup Language，无线标记语言）格式的网页，因此 WAP 移动终端必须能够解析WML语言。用WAP 来构建远程监控系统，软件编制量较大，监控中心要架设WAP网关，增加了系统的复杂度[5]。 [5] CDMA：CDMA（Code Division Multiple Access，码分多址）无线通信技术是在扩频通信技术上发展起来的一种无线通信技术。在技术先进性、实际数据传输速度和使用资费上，CDMA都比GPRS要胜上一筹，但CDMA由于是一个全新的网络系统，目前开通的地方有限，信号覆盖的范围远没有 GPRS 广，而远程监控系统有时要分布在比较偏远的地区，基于这点考虑，GPRS 比 CDMA更有优势。 [6] GPRS：GPRS（General Packet Radio Service，通用分组无线业务）是建立在 GSM 网络之上[6]，为用户提供高速分组数据业务的新的网络。它使用与 GSM相同的无线接口，但传输的是网络协议数据报。它使移动设备和笔记本电脑能够无线接入互联网，实现网页浏览、收发电子邮件、FTP下载等各种网络应用。GPRS 采用分组交换方式传输数据，可以灵活分配网络资源，仅在数据传送时才使用无线信道，这样多个用户可以共享一条无线信道，大大提高资源利用率。GPRS技术是GSM向3G过渡的关键技术，与GSM相比具有传输速率高，接入时间短，支持IP协议，网络安全性高等新的特点。总的来说，有线传输方式高速稳定，能够满足监控点相对集中、距离较近的监控系统的需要。但是，有线传输一般需要铺设专门线路，工程量大，投资相对较大，易受到城市建设的干扰。无线传输方式速率一般低于有线方式，但使用更加灵活、便捷，只要在无线信号的覆盖范围内，就可以进行通信。

（1）GPRS 概念 GPRS（General Packet Radio Service，通用分组无线业务）是第二代移动通信技术GSM（2G）向第三代移动通信（3G）演进的过渡技术，因此也称2.5G 通信技术，是由英国BTCellnet公司在1993年提出的，是GSM Phase2+（1997 年）规范实现内容之一，是一种基于 GSM 的移动分组数据业务，面向用户提供移动分组的IP或者X.25的链接。 3 GPRS 在现有的GSM网络基础上叠加了一个新的网络，同时在网络上增加了一些硬件设备和软件升级，形成了一个新的网络逻辑实体，提供端到端的、广域的无线IP链接。GPRS采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可以由多个用户共享，资源被有效的利用。GPRS 技术传送速度几乎能让无线上网达到公网ISDN的效果，实现“随身携带互联网”。使用 GPRS，数据实现分组发送和接收，用户永远在线而且按流量计费，降低了运行的成本。通俗的讲，GPRS是意向高速数据处理的科技，它以分组交换技术为基础，在移动用户和数据网络之间提供一种链接，给移动用户提供高速无线IP和X.25 服务，用户通过 GPRS 可以在移动状态下使用各种高速数据业务，包括收发 E-mail、进行Internet 浏览等。（2） GPRS 的网络结构 GPRS 网络是基于现有的GSM网络来实现的[8]。在现有的GSM网络中需要增加一些节点：网关GPRS支持节点GGSN（Gateway GPRS Supporting Node）和服务GPRS