中國移動GPRS路燈監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

一、概述

隨著時代的發(fā)展，城市現(xiàn)代化建設(shè)步伐不斷加快，對城市道路照明及城市亮化工程需求也更大，而能源的供需矛盾也越來越突出，節(jié)電節(jié)能、綠色照明的要求越來越迫切，越來越高?，F(xiàn)在再采用那些傳統(tǒng)的手控、鐘控城市照明系統(tǒng)的方法已不能滿足要求。如何充分利用高科技手段解決上述矛盾也就成為當(dāng)前照明控制領(lǐng)域一個新的和緊要的課題。城市道路照明自動化控制和智能化管理作為城市現(xiàn)代化的標(biāo)志之一，它所帶來的經(jīng)濟(jì)和社會效益是十分顯著的，它的推廣和實(shí)施也將是市政工程建設(shè)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

照明自動監(jiān)控與管理系統(tǒng)能夠靈活開/關(guān)燈，隨時了解運(yùn)行參數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)故障，將傳統(tǒng)的人工“巡燈”制度改為“值班”制度，極大地提高照明系統(tǒng)的管理效率。系統(tǒng)能將采集到的數(shù)據(jù)自動進(jìn)行存儲、統(tǒng)計，并能隨時進(jìn)行查詢和打印，極大地提高管理水平，同時還能通過全夜燈、半夜燈和智能調(diào)壓等手段，降低能耗，提高設(shè)備使用壽命，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

二、GPRS傳輸方案優(yōu)點(diǎn)

中國移動GPRS系統(tǒng)可提供廣域的無線IP連接。在移動通信公司的GPRS業(yè)務(wù)平臺上構(gòu)建油井?dāng)?shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)路燈的無線遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制具有可充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，縮短建設(shè)周期，降低建設(shè)成本的優(yōu)點(diǎn)，而且設(shè)備安裝方便、維護(hù)簡單。經(jīng)過比較分析，我們選擇中國移動的GPRS系統(tǒng)作為環(huán)保信息采集傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信平臺。

GPRS路燈監(jiān)控系統(tǒng)具備如下特點(diǎn)： 

1、穩(wěn)定性高：

與SMS短信息方式相比，GPRS DTU采用面向連接的TCP協(xié)議通信，避免了數(shù)據(jù)包丟失的現(xiàn)象，保證數(shù)據(jù)可靠傳輸。中心可以與多個監(jiān)測點(diǎn)同時進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，互不干擾。GPRS網(wǎng)絡(luò)本身具備完善的頻分復(fù)用機(jī)制，并具備極強(qiáng)的抗干擾性能，完全避免了傳統(tǒng)數(shù)傳電臺的多機(jī)頻段“碰撞”現(xiàn)象。

2、實(shí)時性強(qiáng)：

GPRS具有實(shí)時在線的特性，數(shù)據(jù)傳輸時延小，并支持多點(diǎn)同時傳輸，因此監(jiān)控中心可以多個監(jiān)控點(diǎn)之間快速，實(shí)時地進(jìn)行雙向通信，很好地滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸實(shí)時性的要求。目前GPRS實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸速率在30Kbps左右，完全能滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率（≥10Kbps）的需求。

3、廣泛應(yīng)用：

GPRS網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)全國范圍內(nèi)覆蓋，并且擴(kuò)容無限制，接入地點(diǎn)無限制，能滿足城市路燈的監(jiān)控需求。

4、低成本建設(shè)：

由于采用GPRS公網(wǎng)平臺，無需建設(shè)網(wǎng)絡(luò)，只需安裝設(shè)備就即可，建設(shè)成本低；也免去了網(wǎng)絡(luò)維護(hù)費(fèi)用。 

5、運(yùn)營成本低：

采用GPRS公網(wǎng)通信，全國范圍內(nèi)均按統(tǒng)一費(fèi)率計費(fèi)，省去昂貴的漫游費(fèi)用，GPRS網(wǎng)絡(luò)可按數(shù)據(jù)實(shí)際通信流量計費(fèi)，（1分-3分/1K字節(jié)），也可以按包月不限流量收費(fèi)，從而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的低成本通信。

6、集中控制：

通過GPRS數(shù)據(jù)監(jiān)控中心，可實(shí)現(xiàn)對路燈的遠(yuǎn)程控制，例如：遠(yuǎn)程開關(guān)控制，遠(yuǎn)程狀態(tài)查詢等。

7、系統(tǒng)的傳輸容量，擴(kuò)容性能好：

路燈監(jiān)控中心要和每一個路燈監(jiān)控器實(shí)現(xiàn)實(shí)時連接。由于路燈監(jiān)控器數(shù)量眾多，系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?，而GPRS技術(shù)能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要；由于系統(tǒng)采用成熟的TCP/IP通信架構(gòu)，具備良好的擴(kuò)展性能，一個監(jiān)控中心可輕松支持幾千個路燈監(jiān)控器的通信接入。
 
三、解決方案介紹 

由于GPRS通信是基于IP地址的數(shù)據(jù)分組通信網(wǎng)絡(luò)，因此監(jiān)測中心計算機(jī)需要一個固定的IP地址或固定的域名，各個數(shù)據(jù)采集點(diǎn)采用GPRS模塊通過IP地址或域名來訪問該主機(jī)，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1、路燈控制點(diǎn)： 

路燈監(jiān)控器通通過RS232或RS485接口與GPRS DTU終端相連，監(jiān)控中心的控制命令通過GPRS DTU終端的傳送給路燈監(jiān)控器，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，路燈監(jiān)控器采集的信息通過GPRS DTU內(nèi)發(fā)送到GPRS無線網(wǎng)絡(luò)。

2、控制中心站： 

a）公網(wǎng)接入方案 

服務(wù)器采用公網(wǎng)方式接入Internet，如ADSL撥號/電信專線寬帶上網(wǎng)等，申請公網(wǎng)固定IP地址；可以實(shí)現(xiàn)中小容量的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用。

b）專網(wǎng)接入方案

服務(wù)器采用省移動通信公司提供的DDN專線，申請配置固定IP地址，與GPRS網(wǎng)絡(luò)相連。由于DDN專線可提供較高的帶寬，當(dāng)監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量增加，中心不用擴(kuò)容即可滿足需求，可實(shí)現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)采集應(yīng)用。

監(jiān)控中心RADIUS服務(wù)器接受到GPRS網(wǎng)絡(luò)傳來的數(shù)據(jù)后先進(jìn)行AAA認(rèn)證，后傳送到監(jiān)控中心計算機(jī)主機(jī)，通過系統(tǒng)軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行還原顯示，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，這樣進(jìn)一步增強(qiáng)了系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信安全性能。

3、GPRS/GSM移動數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)：

路燈監(jiān)控器的數(shù)據(jù)經(jīng)GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)空中接口功能模塊同時對數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼處理，轉(zhuǎn)換成在公網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送的格式，通過中國移動的GPRS無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，最終傳送到監(jiān)控中心IP地址。

（二）系統(tǒng)方案

各路燈監(jiān)控點(diǎn)使用夢網(wǎng)科技公司的MRM6155 DTU透明數(shù)據(jù)傳輸終端，通過移動GPRS網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心相連。各監(jiān)控點(diǎn)使用移動通信公司的GPRS普通數(shù)據(jù)卡或APN專用數(shù)據(jù)卡，同時監(jiān)控中心對各點(diǎn)GPRS終端編號進(jìn)行登記，并與路燈點(diǎn)信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)，以便識別和維護(hù)處理。路燈控制中心運(yùn)行監(jiān)控軟件，實(shí)現(xiàn)路燈信息監(jiān)控。

經(jīng)授權(quán)的監(jiān)控點(diǎn)均可以使用本系統(tǒng)：

1、監(jiān)控點(diǎn)必須使用移動統(tǒng)一的APN卡，用戶使用本卡只能用于與路燈監(jiān)控中心通信。

2、終端設(shè)備使用夢網(wǎng)科技公司提供的GPRS移動數(shù)據(jù)通信終端。

3、用戶登記：符合市政管理部門的規(guī)定。

（三）產(chǎn)品特性

系統(tǒng)采用MRM6155 DTU無線透明數(shù)據(jù)傳輸終端。產(chǎn)品基于中國移動的GPRS網(wǎng)絡(luò)，具有高性能、高可靠及抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，提供標(biāo)準(zhǔn)RS232/RS485接口，可直接與PC、單片機(jī)系統(tǒng)、RTU測控終端、PLC、GPS接收機(jī)、數(shù)據(jù)集中器等連接，具有遠(yuǎn)程診斷、測試、監(jiān)管功能，滿足各行業(yè)調(diào)度或控制中心與眾多遠(yuǎn)端站點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)采集和控制。

高度集成GPRS和TCP/IP技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)，點(diǎn)對多點(diǎn)等靈活的無線組網(wǎng)方式；

內(nèi)置嵌入式CPU完成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，支持PPP、ICMP、TCP、UDP、DNS等協(xié)議，為用戶數(shù)據(jù)提供透明傳輸通道；

性能穩(wěn)定，保證野惡劣環(huán)境下長期可靠工作，內(nèi)置看門狗電路；

支持永遠(yuǎn)在線模式，用戶可設(shè)置心跳間隔時間和心跳包，保持設(shè)備長期在線；

在網(wǎng)絡(luò)故障或中心關(guān)閉等情況下，DTU具有條件恢復(fù)后自動重連功能；

DTU能夠工作在全透明傳輸方式下保證100%不丟失，除非網(wǎng)絡(luò)故障；

DTU能夠工作在全透明傳輸模式和用戶指令模式，以給DTU傻瓜型和靈活性雙重角色；

支持中心為固定IP方式或動態(tài)IP+動態(tài)域名解析方式；

提供RS232/RS485/RS422通訊接口，波特率可選擇，從300bps到115200bps，開始位/停止位/奇偶校驗(yàn)可選，RTS/CTS流控可選；

支持近端和遠(yuǎn)程參數(shù)配置與訪問；

支持遠(yuǎn)程喚醒；

內(nèi)置FLASH存儲器，能夠長期保存用戶配置的參數(shù)；

支持串口升級固件程序；

支持APN數(shù)據(jù)專網(wǎng)業(yè)務(wù)；

抗干擾設(shè)計，適合電磁環(huán)境惡劣的應(yīng)用場合。 

（四）安全措施 

本系統(tǒng)需要極高的系統(tǒng)安全保障和穩(wěn)定性。安全保障主要是防止來自系統(tǒng)內(nèi)外的有意和無意的破環(huán)，網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)措施包括信道加密、信源加密、登錄防護(hù)、訪問防護(hù)、接入防護(hù)、防火墻等。穩(wěn)定是指系統(tǒng)能夠7×24小時不間斷運(yùn)行，即使出現(xiàn)硬件和軟件故障，系統(tǒng)也不能中斷運(yùn)行。

數(shù)據(jù)中心可通過公網(wǎng)接入，或者到移動專網(wǎng)接入，采用公網(wǎng)接入方式成本比較低，企業(yè)不用租用專線，而使用數(shù)據(jù)專線接入時，GPRS數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備要經(jīng)過Radius服務(wù)器的認(rèn)證，整個數(shù)據(jù)傳送過程得到了加密保護(hù)，安全性比較高，可充分保障速度和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。

1、APN數(shù)據(jù)專網(wǎng)模式：企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中配置APN服務(wù)器，移動終端使用APN數(shù)據(jù)專網(wǎng)，由于采用數(shù)據(jù)專網(wǎng)，服務(wù)器與公網(wǎng)Internet隔離，可以有效避免非法入侵。

2、用SIM卡的唯一性，對用戶SIM卡手機(jī)號碼進(jìn)行鑒別授權(quán)，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)對SIM卡號和APN進(jìn)行綁定，劃定用戶可接入某系統(tǒng)的范圍，只有屬于指定行業(yè)的SIM卡手機(jī)號才能訪問專用APN，移動終端與數(shù)據(jù)中心采用中國移動分配的專門的APN進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)接入，普通手機(jī)的SIM卡號無法呼叫專門的APN。

3、可以為每個GPRS數(shù)據(jù)傳設(shè)備單獨(dú)配置DTU ID號和密碼，通過數(shù)據(jù)中心在其登陸時進(jìn)行應(yīng)用層認(rèn)證，其他沒有數(shù)據(jù)中心分配的DTU ID號和密碼的GPRS的設(shè)備將無法登錄進(jìn)入系統(tǒng)，系統(tǒng)的安全性進(jìn)一步增強(qiáng)。

4、數(shù)據(jù)加密：可對整個數(shù)據(jù)傳送過程進(jìn)行加密保護(hù)。

5、網(wǎng)絡(luò)接入安全鑒定機(jī)制：采用防火墻軟件，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)鑒權(quán)和安全防范功能，保障系統(tǒng)安全。

四、使用該系統(tǒng)帶來的好處： 

1、提高亮燈率

系統(tǒng)投運(yùn)后可以隨時發(fā)現(xiàn)路燈運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，隨時處理，提高亮燈率。

2、節(jié)約能源，減少電費(fèi)支出

在系統(tǒng)投入使用后，可在深夜行人稀少和交通量減少的情況下，執(zhí)行“隔一亮一”或“隔二亮一”的照明方式，既給夜間出行的行人帶來主便又能節(jié)約大量的電費(fèi)支出。在實(shí)現(xiàn)單控后，由于隔盞關(guān)燈進(jìn)行控制一般是通過敷設(shè)雙線電纜實(shí)現(xiàn)的，現(xiàn)在最少還能節(jié)約50%的電纜成本及其施工費(fèi)用。這對現(xiàn)有系統(tǒng)的改造十分方便，無須敷設(shè)額外線纜。

3、延長燈具壽命

采用路燈智能控制終端智能調(diào)壓方式節(jié)能運(yùn)行后，可保持每盞燈電壓相對穩(wěn)定，尤其是在后半夜電壓升高的情況下。據(jù)測試，正常電壓（220V）情況下，鈉燈電壓為100V，電壓升高后（230V-240V），鈉燈電壓可升至120V-150V；正常電壓環(huán)境下降壓節(jié)能運(yùn)行后，鈉燈電壓一般為85V，電壓升高環(huán)境下，鈉燈電壓可保持在100V左右。從理論和實(shí)際使用環(huán)境，采用調(diào)壓控制節(jié)能可以延長路燈使用壽命。因此，調(diào)節(jié)電壓方式具有雙重節(jié)能的效果。

4、節(jié)約人力、物力，提高管理水平

由于可實(shí)時監(jiān)控每盞路燈、每個路段及亮化工程點(diǎn)工作狀態(tài)，計算機(jī)可以及時對故障進(jìn)行匯總，寫入數(shù)據(jù)庫，以便次日進(jìn)行維修；利用動態(tài)實(shí)時模擬顯示屏，監(jiān)視全市路燈，值班員在中央控制室就可以概覽路燈現(xiàn)場運(yùn)行情況，從而減少巡燈的維護(hù)成本和減輕巡檢人員工作強(qiáng)度，大大提高工作效率。另外，在惡劣天氣時，根據(jù)各路燈控制智能終端采集的數(shù)據(jù)情況加以分析，采取相應(yīng)緊急措施，避免重大交通事故的發(fā)生。