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1、 电力系统 GPRS 应用方案 资源世代通信（XX）XX 2003 年 7 月 /9 目 录 一、关键缩略语解释 二、GPRS 技术介绍 1、GPRS 简介 2、GPRS 的优点 3、GPRS 的网络安全性 三、项目需求分析 1、现场人工操作面临的问题 2、电力系统使用GPRS 网络的优越性 3、GPRS 网络与其它方式的应用方案比较 4、GPRS 网络在电力系统应用的可行性 四、方案设计 1、GPRS 在电力系统中部分应用的网络拓扑图 2、连接方案说明 2.1、总体方案说明 2.2、具体方案说明 3、连接方案安全性说明 /9 一、关键缩略语解释 GPRS：通用分组无线业务；X.25：分组交换
2、网内的一种通信协议；DDN：数字数据网；GSM：全球移动通信系统；APN：接入名；MSISDN：移动台国际 SDN；IMSI：国际移动台；PDP：分组数据协议；HLR：本地位置寄存器；DNS：域名服务器。SGSN：网关 GPRS 支持节点；GGSN：网关 GPRS 支持节点；BSS：基站子系统；PSTN：公共网络；Internet：国际互联网；CDMA：码分多址；DMA：时分多址。二、GPRS 技术介绍 1、GPRS 简介 业界通常将移动通信分为三代。第一代是模拟的无线网络，第二代是数字通信包括GSM、CDMA 等，第三代是分组型的移动业务，称为 3G。GPRS（General Packet
3、Radio Service）是通用分组无线业务的缩写,是介于第二代和第三代之间的一种技术，通常称为2.5G，目前通过升级 GSM 网络实现。称之为 2.5G 是比较恰当的，因为它是一个混合体，/9 采用 TDMA 方式传输语音，采用分组的方式传输数据。GPRS 是在目前 GSM 移动通信网络中增加 SGSN、GGSN 两个节点，在基站子系统中增加用于无线分组接入的分组控制单元来实现，从而发展起来的一种新型承载业务，它可以向移动用户以分组交换的形式提供数据业务。GPRS 采用与 GSM 同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的 TDMA 帧结构，这种新的分组数据信
4、道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似。因此，现有的基站子系统(BSS)从一开始就可提供全面的 GPRS 覆盖。GPRS 网络有四种编码方案和八个时隙，且每个时隙都可以为活动用户所共享，在理想环境下理论传输最大速率为 171.2kb/s，而目前实际应用带宽大约在 40100Kbps，在此信道上提供 TCP/IP 连接，可以用于 INTERNET 连接、数据传输等应用。2、GPRS 的优点 A：资源利用率高 用户只在发送或接收数据期间才占用资源，多个用户可高效率地共享同一无线信道；B：传输速率高 可以提供高达 115kb/s 的传输速率(理论值 171.2kb/s)；C：接入时间短 能提供快速
5、及时连接，几秒种就可以注册接入了；D：支持 IP 协议和 X.25 协议 E、无线接入，方便快捷 F、网络覆盖面广 GPRS 网络在全国大部分城市已经覆盖很理想了；G、收费合理，按量计费 实现永远在线，不进行数据交换，就不收取费用，真正实现了按量计费。3、GPRS 的网络安全性 GPRS 系统采用了基于 GSM Phase2 的安全措施，这些安全措施包括：用户的鉴权、/9 用户身份的加密以及在 MS 和 SGSN 之间的业务数据加密。在 GPRS 系统中，用户的鉴权由 SGSN 进行。GPRS 采用了一种适合于分组交换的优化加密算法，它还可以在应用层对不同的应用实施特有的加密算法，网络间的数据
6、安全性与一般数据网类似。三、项目需求分析 1、现场人工操作面临的问题 1、用户数量多，分布面广，工作量大，工作效率低下；2、误差比较大，且带电作业，危险性比较大；3、需要大量人员现场工作，造成人力、物力资源浪费；4、成本高，且不符合目前高科技高速发展的趋势；2、电力系统使用 GPRS 网络的优越性 使用 GPRS 无线终端进行数据传输来实现无线抄表、高压电房无线监控报警、无线路灯监控、高压线路无线监控等，就可以解决人工现场操作所面临的诸多问题。结合 GPRS 无线网络的特点可知：利用 GPRS 网络实现数据传输和远程监控，其网络组建、平台搭设、方案实施都比较方便；并且无需专门布线，投入设备比较
7、少，通信费用合理、低廉，投入资金将不会很大，并且后期升级、维护成本低。“风险小、见效快、网络覆盖好、实施方便快捷”正是选用GPRS 网络来实现数据传输的最大优势所在。3、GPRS 网络与其它方式的应用方案比较 方案 传输距离 传输速度 实时性 差错率 数据量 覆盖 X 围 工程量 线路投资 维护量 通信费用 电力载波 近 中 实时 高 大 中 小 无 大 低 RS485 总线 近 高 实时 无 大 小 大 大 中 低 短信息 远 不确定 非实时 无 小 大 小 无 无 大 有线电视网 远 高 实时 无 大 中 大 租用 小 大 GPRS 远 高 实时 无 大 大 小 无 无 低 /9 4、GP
8、RS 网络在电力系统应用的可行性 根据 GPRS 网络的特点，它是一种高速、高效的通用分组无线通信系统，允许移动用户经分组方式发送和接收数据，特别适用于间断的、突发的、频繁的和少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。结合电力系统中的电力抄表系统应用、变电房监控报警系统应用和路灯监控系统的应用特点可知，它们都是间断性的、突发的、少量的数据传输，正符合这个技术应用特点的特征，所以，GPRS 网络在电力系统中做数据传输链路的应用是非常适合的。全国很多在电力系统方面应用GPRS 网络的成功案例表明，GPRS 网络在电力系统中的应用已经非常成熟了！四、方案设计 1、GPRS 在电力系统中部分应用的网
9、络拓扑图 /9 2、连接方案说明 2.1、总体方案说明 电力局后台监控中心相应服务器直接通过路由器和防火墙与 DDN 或者 Internet 等相连，服务器具有外部 IP。各客户端相应数据采集终端的 GPRS Modem 登录到 GPRS 网络之后，通过中国移动与其它网络的接入点（DDN、Internet 等）获得外部 IP，建立访问接入点网络的通道。然后，数据采集终端的 GPRS Modem 通过连接通道，连接到电力局后台相应的服务器，电力局后台服务器就可以记录各个数据采集终端设备的连接信息了。至此，各个数据采集终端 GPRS Modem 和电力局后台相应的服务器之间就实现了相互的数据信息传
10、输了。各个数据采集终端的 GPRS Modem 只与电力局后台监控中心相应服务器进行数据传输，各数据采集终端设备之间不相互传输数据。GPRS 网络为各个数据采集终端的 GPRS Modem 分配一个唯一的 MSISDN 和一个 IMSI，可使后台服务器方便识别数据来自于哪个数据采集终端。另外，当电力局后台监控中心服务器与某个采集终端的 GPRS Modem 之间长时间不传送数据时，GPRS 网络仍可保持此 Modem 与监控中心永远在线相连接。在 GGSN 不支持此功能时，要求通信终端在被 GPRS 网络激活后，立即发起 PDP 上下文激活请求2.2、具体方案说明 A、无线抄表应用 GPRS
11、电力抄表系统利用中国移动现有的 GPRS/GSM 网络，电表和后台系统的所有数据交换都通过中国移动的数据通信网关，电力局监控中心申请固定 IP 地址，在电力局建立后台监控中心服务器，所有电表经过集中器和 GPRS Modem 通过 GPRS 网络连至该服务器，实现电表数据和监控中心系统的实时在线连接。居民用户的用电数据由电表传到集中器，集中器将数据传至 GPRS 终端并通过 GPRS 网络传送至电力局后台监控中心服务器系统。这样就实现了远程无线抄表的功能。利用 GPRS 网络进行无线抄表，还可以随时对某个区域、甚至某个电表进行抽样抄取，并且抄表便捷、快速。只需要一个操作员在远端配备一个专用的抄
12、表软件平台，就可以方便、快速地完成之前需要大量人员前往现场花费很长时间才能完成的工作任务！移动通信网络 /9 B、高压电房无线监控报警系统 高压电房内的变压器通过 FTU 配网装置，将采集到的环境参数和电度数据利用GPRS Modem 通过中国移动的 GPRS 网络发送到电力局后台高压电房监控服务器，后台服务器可根据所收到的数据信息的分析结果做出相应的处理操作，包括环境超标报警、非法入侵报警、电力超标报警等。利用 GPRS 网络实现高压电房无线监控报警，就可以对这些变电房进行实时监控，可随时读取某一指定变电房内的环境参数和用电度数，以确定其安全情况和电力使用情况。监控中心配备有报警器，当某一变
13、电房出现故障时，监控中心可出现文字和声音同时报警功能，以便对出故障的变电房及时发现并处理！C、无线路灯监控系统 利用 GPRS 网络进行城市路灯监控时，可以在监控中心方便的修改、配置各个路段路灯的开启、关闭时间，以完成自动控制；并可根据不同情况随时进行远程控制！通过后台服务器软件，还可以方便的查出哪个路灯或者哪个路段的路灯出现了故障，然后派人及时去检修处理。D、高压线路无线监控系统 利用 GPRS 网络对高压线路进行监控时，可以根据不同需求，实现对高压线路进行监视、报警、故障线路查询等功能。不但避免了高压作业的危险，而且还可以更及时、更快速的找出故障所在路断。/9 3、连接方案安全性说明(1)
14、由电力局的防火墙对终端ID 和 IP 地址进行过滤。(2)在各抄表终端发起 PDP 上下文激活请求时，SGSN 可根据 HLR 中 MSISN/IMSI、静态 IP 地址，对抄表终端的 MSISN/IMSI、静态 IP 地址与 HLR 中注册的是否一致进行鉴权，以防止非法用户的入侵。(3)各监控中心服务器可以给每个 GPRS 终端分配特有的用户 ID 和密码，交换机资深黑客即使伪造了合法的手机号，但是没有监控中心分配给GPRS终端的用户ID和密码，依然无法与监控中心建立呼叫，而监控中心可以周期性命令各电表数据采集点将用户 ID和密码改掉。(4)GPRS 系统采用了基于 GSM Phase2 的
15、安全措施，其中包括：用户的鉴权、用户身份的加密以及在 MS 和 SGSN 之间的业务数据加密等。在 GPRS 系统中，用户的鉴权由SGSN 进行。GPRS 采用了一种适合于分组交换的优化加密算法，它还可以在应用层对不同的应用实施特有的加密算法，网络间的数据安全性与一般数据网类似。实际应用 A、企业应用服务器可以直接通过防火墙与 Internet 相连，服务器具有外部 IP。GPRS 无线 DDN 移动终端登录 GPRS 网络后，通过移动的 Internet 接入点获得外部 IP，建立访问 Internet 的通道。B、中国移动可以给企业分配一个 APN，企业可以在自己的企业网内部架设自己的 Radius，各 GPRS 终端设备登录 GPRS 网络后，将由内部 Radius 服务器来分配内部固定 IP 地址。