基于GPRS專網(wǎng)系統(tǒng)油井監(jiān)測系統(tǒng)通信解決方案

一、需求分析
　　　　GPRS是目前解決移動通信信息服務(wù)的一種較完美的業(yè)務(wù)，它是以數(shù)據(jù)流量計費、覆蓋范圍廣泛、數(shù)據(jù)傳輸速度更快。GPRS的推出，為行業(yè)和企業(yè)用戶開展無線辦公提供了基礎(chǔ)設(shè)施平臺，為推動移動辦公的應(yīng)用和發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。與有線網(wǎng)絡(luò)相比，GPRS網(wǎng)絡(luò)具有租用費用低、移動辦公，不受地域制約等優(yōu)點。GPRS的出現(xiàn)為企業(yè)和行業(yè)用戶開展無線辦公提供了一種新的選擇。
　　
　　　　GPRS通信方式更適合于油井監(jiān)測系統(tǒng)的通信業(yè)務(wù)。在油田的生產(chǎn)、開采過程中有大量的數(shù)據(jù)需要工作人員及時的采集、記錄，以供管理部門及時的做出決策，管理生產(chǎn)。如果這些數(shù)據(jù)都要人工采集、記錄的話勢必給工作人員巨大的工作量，而且效率不高，于是我公司根據(jù)油田的實際工作情況設(shè)計了一套完整的油井監(jiān)測管理通信解決方案。
　　
　　　　GPRS無線傳輸數(shù)據(jù)有以下優(yōu)勢：
　　
　　1．GPRS用戶可隨意分布和移動自己的網(wǎng)絡(luò)點，無須擔(dān)心線路的維護(hù)或有線在移機(jī)時導(dǎo)致的通訊中斷。建設(shè)新的營業(yè)點無需進(jìn)行拉線，埋線等工作。較光纖，或?qū)＞€系統(tǒng)投資較少，設(shè)備安裝方便。
　　
　　2．終端價格比較低，與DDN相比，基帶Modem（DDN專線Modem）其終端價格便宜很多。
　　
　　3．GPRS資費便宜，計費合理。GPRS資費包月比有線電話網(wǎng)絡(luò)資費還便宜。醫(yī)保數(shù)據(jù)采集業(yè)務(wù)沒有大數(shù)據(jù)量的信息傳輸，不必要采用資費很高的專線（DDN、幀中繼）。GPRS還可根據(jù)通信的數(shù)據(jù)量和提供的服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行計費。在GPRS網(wǎng)中，用戶只需與網(wǎng)絡(luò)建立一次連接，就可長時間的保持這種連接，并只在傳輸數(shù)據(jù)時才占用信道并被計費，保持時不占用信道不計費。這樣，營業(yè)點即不用頻繁建立連接，也不必支付傳輸間隙時的費用。
　　
　　4．GPRS能最好地支持頻繁的、少量突發(fā)型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。通信質(zhì)量穩(wěn)定可靠，永不掉線。
　　
　　5．GPRS網(wǎng)絡(luò)接入速度快，提供了與現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)的無縫連接。
　　
　　由于GPRS網(wǎng)本身就是一個分組型數(shù)據(jù)網(wǎng),支持TCP/IP、X.25協(xié)議，因此無需經(jīng)過PSTN等網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)接，直接與分組數(shù)據(jù)網(wǎng)（IP網(wǎng)或X.25網(wǎng)）互通，接入速度僅幾秒鐘，快于電路型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。采用TCP/IP協(xié)議，較以前的無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（集群，雙向傳呼，GSM短信息）而言，網(wǎng)絡(luò)接入更加直接方便。
　　
　　6．覆蓋較好，比較很多無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（集群，雙向傳呼，CDPD，CDMA）而言，其網(wǎng)絡(luò)覆蓋是最好的。
　　
　　二、解決方案
　　1．特點
　　
　　我公司設(shè)計的這套油井監(jiān)測管理方案具有配置靈活、實施方便、可靠性高、數(shù)據(jù)采集及時準(zhǔn)確等特點。
　　
　　A.配置靈活：用戶可以根據(jù)自己的實際情況靈活的選擇多種數(shù)據(jù)傳輸方式，比如：采集到的數(shù)據(jù)可以通過無線方式傳輸?shù)骄牽刂铺?，也可以通過線纜直接連接方式傳輸；井隊采集的數(shù)據(jù)可以通過互聯(lián)網(wǎng)、專線、GPRS無線公網(wǎng)上報到總部。
　　
　　B.實施方便：由于該方案中大理使用了無線傳輸方式的GPRS無線網(wǎng)方式傳輸數(shù)據(jù)，所有用戶無須布線，只要安裝數(shù)據(jù)采集端、數(shù)據(jù)接收端、GPRSModem等設(shè)置即可。
　　
　　C.可靠性高：由于我公司開發(fā)的LQ8100系列GPRS的無線傳輸模塊具有傳輸穩(wěn)定可靠、通信速率高、接收靈敏度高、抗干擾能力強、功耗低等特點，所以可以保證油井監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠采集、傳輸。
　　
　　D.數(shù)據(jù)采集及時準(zhǔn)確：用戶可以自定義數(shù)據(jù)采集的時間間隔，系統(tǒng)自動定時采集，自動傳輸?shù)骄牴芾硖?，并可以自動將?shù)據(jù)上報到總部管理處。
　　
　　
　　
　　2、三種無線通信方式特點比較
　　
　　根據(jù)油井在油田的分布特點，實現(xiàn)站點間數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)有：無線超短波、GSM短信（SMS）、GPRS。
　　
　　無線超短波：可用于點對點或點對多點的工作環(huán)境，提供標(biāo)準(zhǔn)接口，可直接與計算機(jī)、RTU、PLC等連接，實現(xiàn)透明傳輸，傳輸速率為1200-19.2K,頻點間隙為25K,采用工業(yè)頻段230MHZ或400MHZ,接收靈敏度較高,技術(shù)成熟.組網(wǎng)時需要根據(jù)實際環(huán)境架設(shè)天線,中心站一般要求20-30米,分站在10米左右,超短波受電臺數(shù)量的限制,適合小規(guī)模應(yīng)用（比如各個采油隊的監(jiān)控）。采用這種方式時采油隊與礦之間需要架設(shè)微波網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)大容量的數(shù)據(jù)傳輸。
　　
　　GSM短信（SMS）：利用GSM網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集設(shè)備、手機(jī)終端和監(jiān)控中心之間的通訊接口。采用這種方式，用于數(shù)據(jù)流量較小或只在異常情況下需要告警時，費用低。
　　
　　GPRS：一種分組交換系統(tǒng)，有實時在線，按量計費，快捷登錄、高速傳輸?shù)忍攸c。這種方式傳輸數(shù)據(jù)實時性好，傳輸速率高，不受地形或地域的限制，按數(shù)據(jù)流量計費，平均費率低，適合大規(guī)模應(yīng)用
　　3．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
　　4．產(chǎn)品安裝圖
　　GPRS無線業(yè)務(wù)與其他網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的性價比較
　　5．系統(tǒng)組成
　　1）終端設(shè)備
　　用戶端：
　　
　　油井智能數(shù)據(jù)集中器
　　油井智能數(shù)據(jù)集中器功能強大，可支持多種通用接口方式，實現(xiàn)計量數(shù)據(jù)的存儲、預(yù)處理、傳輸?shù)榷喾N功能。油井智能數(shù)據(jù)集中器可直接通過標(biāo)準(zhǔn)接口連接到監(jiān)控儀器，完成對監(jiān)控參數(shù)的采集或進(jìn)行控制操作。產(chǎn)品既可支持單個儀器設(shè)備，也可以同時支持多個儀器設(shè)備。同時連接先進(jìn)的流量傳感器和溫度傳感器等設(shè)備
　　
　　GPRS無線設(shè)備采用廈門桑榮科技發(fā)展有限公司的GPRS-DTU通信模塊，采用串口和油井智能數(shù)據(jù)集中器相連，完成用戶系統(tǒng)的構(gòu)成。
　　
　　●GPRS設(shè)備采用山東力創(chuàng)科技LQ系列GPRS-DTU傳輸設(shè)備，核心模塊采用SIMCOM、摩托羅拉G20、愛立信GR47、德國西門子
　　MC35I無線GPRS模塊，強大功能如下：
　　
　　1）串口通訊輸率有6種工作速率，分別是1200、2400、4800、9600、19200、57600Bps，串口速率可以通過配置軟件設(shè)置。串口通訊的模式是8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無奇偶校驗、無硬件流控。為了使用方便，數(shù)據(jù)態(tài)時實現(xiàn)數(shù)據(jù)透明傳輸。通過透明傳輸模式，將透明傳輸設(shè)備和工業(yè)上應(yīng)用的數(shù)據(jù)采集設(shè)備通過串口將數(shù)據(jù)進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸及控制。
　　
　　2）遠(yuǎn)程/自動喚醒功能，實現(xiàn)遠(yuǎn)程模擬量、開關(guān)量采集、控制，可隨時通過遠(yuǎn)程控制或自動啟動通訊連接，保證了其工作的可靠性。
　　
　　3）可以實現(xiàn)TCP、UDP等多種通訊方式，可實現(xiàn)通訊參數(shù)在線配置，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集中心的自由切換調(diào)保證客戶系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
　　
　　4）針對GPRS按流量計費的客戶，要節(jié)約數(shù)據(jù)流量，在使用TCP方式實時自診斷在線數(shù)據(jù)包采用小數(shù)據(jù)心跳包并且可以設(shè)置發(fā)送心跳包的間隔；當(dāng)選用UDP方式時，則完全可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)自動判斷鏈接情況，不產(chǎn)生數(shù)據(jù)流量大大節(jié)省客戶的流量費用
　　
　　5）LQ系列GPRS實現(xiàn)了對主控電路實時監(jiān)控傳輸信號，實現(xiàn)可靠的斷線監(jiān)測和掉線重連,實時自動檢測,解決了在連接過程中所出現(xiàn)的假撥號現(xiàn)象。
　　6）實現(xiàn)下位機(jī)ID編號，點對點、點對多點的實時數(shù)據(jù)傳輸，結(jié)合相應(yīng)的軟件，便可靈活實現(xiàn)點～點、點～多點的對等數(shù)據(jù)傳輸。下位機(jī)可不用申請固定IP,以節(jié)省固定IP租用費.
　　
　　7）內(nèi)嵌了完整的TCP/IP協(xié)議棧，包括TCP、UDP、FTP、SOCKET、TELNET、HTTP
　　
　　等協(xié)議的開發(fā)，應(yīng)用更全面、更廣闊。
　　8）帶自主開發(fā)的主控電路和硬件看門狗，保證電路可靠工作，并可根據(jù)需要進(jìn)行軟件串口升級。
　　9）支持TTL、RS232/485三種通訊接口，方便了用戶選擇使用。
　　
　　10）可上電即自動撥號上網(wǎng)，一直在線，掉線可自動重?fù)?。非常適合無人職守.的應(yīng)用。
　　
　　11）LQ系列GPRS不僅采用低功耗、低電壓的專用電源管理芯片，更方便嵌入式用戶,同時還針對外接用戶所采用的外接產(chǎn)品。
　　12）組網(wǎng)簡單、迅速、靈活,LQ系列GPRS不依賴于運營商交換中心的數(shù)據(jù)接口設(shè)備，通過Internet網(wǎng)絡(luò)隨時隨地的構(gòu)建覆蓋全中國的虛擬移動數(shù)據(jù)通信專用網(wǎng)絡(luò)
　　2）傳輸網(wǎng)絡(luò)端：
　　采用移動公司提供的覆蓋全國的GPRS/GSM無線網(wǎng)絡(luò)線路和接口。經(jīng)過數(shù)年多的建設(shè)，中國移動GPRS網(wǎng)實現(xiàn)了沿海地區(qū)的全面覆蓋和山區(qū)地區(qū)的地市覆蓋，并且于2002年5.17正式向用戶提供服務(wù)。GPRS業(yè)務(wù)的高速數(shù)據(jù)傳輸、“永遠(yuǎn)在線”、“流量計費”和“全國漫游”的特性以及中國移動的優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，滿足了不同層次客戶的需求，也為發(fā)展行業(yè)應(yīng)用奠定了堅實的基礎(chǔ)。
　　3）用戶后臺軟件系統(tǒng)：
　　應(yīng)用服務(wù)
　　主要由四層軟件組成:
　　
　　前端軟件：
　　前端軟件運行于終端上，支持本地業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的查詢及業(yè)務(wù)事務(wù)處理；同時管理
　　
　　無線通訊網(wǎng)絡(luò)，完成撥號、掛斷及狀態(tài)監(jiān)測；對于事務(wù)處理請求與確認(rèn)，實現(xiàn)可靠
　　
　　的傳輸控制，保證與局端的協(xié)作。
　　
　　外網(wǎng)服務(wù)軟件：
　　外網(wǎng)服務(wù)軟件完成與前端軟件的安全認(rèn)證及加解密，協(xié)同外網(wǎng)查詢數(shù)據(jù)庫完成
　　
　　數(shù)據(jù)查詢請求的處理及應(yīng)答；處理內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)同步命令維護(hù)外網(wǎng)查詢數(shù)
　　
　　據(jù)庫；為內(nèi)網(wǎng)服務(wù)軟件與前端軟件提供穿透物理隔離的傳輸，使業(yè)務(wù)處理請求可以
　　
　　安全有效地到達(dá)內(nèi)網(wǎng)并進(jìn)行處理。
　　
　　內(nèi)網(wǎng)服務(wù)軟件：
　　內(nèi)網(wǎng)服務(wù)軟件完成與外網(wǎng)服務(wù)軟件的隔離傳輸，及與前端軟件的安全認(rèn)證和加
　　
　　解密，對前端產(chǎn)生的事務(wù)處理請求進(jìn)行解釋、執(zhí)行，依靠數(shù)據(jù)庫適配層軟件，將各
　　
　　業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫同步至外網(wǎng)查詢服務(wù)軟件。
　　
　　局端數(shù)據(jù)庫適配層軟件：
　　局端數(shù)據(jù)庫適配層軟件對存在于多體系異種數(shù)據(jù)庫平臺的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫提供抽象
　　
　　接口，支持內(nèi)網(wǎng)服務(wù)軟件完成事務(wù)處理及數(shù)據(jù)同步。
　　
　　三．移動GPRS專線APN傳輸方式
　　1、根據(jù)企業(yè)對網(wǎng)絡(luò)安全的特殊要求，本公司設(shè)計了基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸方案，采用了多種安全措施，主要包括：
　　
　　·通過一條2M專線由信息中心接入移動公司GPRS網(wǎng)絡(luò)，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有IP地址進(jìn)行廣域連接，在GGSN與移動公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道。
　　
　　·為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請該APN。用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡僅開通該專用APN，限制使用其他APN。
　　
　　·客戶可自建一套RADIUS服務(wù)器和DHCP服務(wù)器，GGSN向RADIUS服務(wù)器提供用戶主叫號碼，采用主叫號碼和用戶賬號相結(jié)合的認(rèn)證方式；用戶通過認(rèn)證后由DHCP服務(wù)器分配企業(yè)內(nèi)部的靜態(tài)IP地址。
　　
　　·端到端加密：移動終端和服務(wù)器平臺之間采用端到端加密，避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。
　　
　　·雙方采用防火墻進(jìn)行隔離，并在防火墻上進(jìn)行IP地址和端口過濾。
　　2．APN業(yè)務(wù)流程
　　GPRS專網(wǎng)系統(tǒng)終端上網(wǎng)登錄服務(wù)器平臺的流程為：
　　
　　1）用戶發(fā)出GPRS登錄請求，請求中包括由移動公司為GPRS專網(wǎng)系統(tǒng)專門分配的專網(wǎng)APN;　　
　　2）根據(jù)請求中的APN，SGSN向DNS服務(wù)器發(fā)出查詢請求，找到與企業(yè)服務(wù)器平臺連接的GGSN，并將用戶請求通過GTP隧道封裝送給GGSN；
　　3）GGSN將用戶認(rèn)證信息（包括手機(jī)號碼、用戶賬號、密碼等）通過專線送至Radius進(jìn)行認(rèn)證；
　　4）Radius認(rèn)證服務(wù)器看到手機(jī)號等認(rèn)證信息，確認(rèn)是合法用戶發(fā)來的請求，向DHCP服務(wù)器請求分配用戶地址；
　　5）Radius認(rèn)證通過后，由Radius向GGSN發(fā)送攜帶用戶地址的確認(rèn)信息；
　　6）用戶得到了IP地址，就可以攜帶數(shù)據(jù)包，對GPRS專網(wǎng)系統(tǒng)信息查詢和業(yè)務(wù)處理平臺進(jìn)行訪問。
　
　　四、移動資費標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)備費用
　　1、該業(yè)務(wù)包括開戶費、安裝調(diào)試費、GPRS專網(wǎng)使用費以及使用GPRS產(chǎn)生流量的資費。
　　1）專網(wǎng)開戶費以及安裝調(diào)試費（專網(wǎng)應(yīng)用）　　開戶費：1000元
　　安裝調(diào)試費：500元
　　2）服務(wù)器端GPRS專網(wǎng)使用費（專網(wǎng)應(yīng)用）
　　1000元/月或者10000元/年，對終端數(shù)目不限；
　　3）終端GPRS流量資費（終端應(yīng)用）
　　月租費（元）贈送的免費流量數(shù)（MB）超過贈送流量后的流量費（元/KB）　　
　　自由套餐000.03
　　經(jīng)濟(jì)套餐2010.01
　　時尚套餐100　200.01
　　力創(chuàng)套餐60不限量使用（專用APN）　
　　以上費用各地移動公司有不同的優(yōu)惠政策,請和當(dāng)?shù)匾苿庸揪唧w洽談.
　　2、設(shè)備需要終端路由器一臺在5000元左右（客戶自行選擇），每個點配備一臺GPRS無線MODEM，大概在1000-1500元之間。