一、概述
環(huán)保無線數據采集系統(tǒng)是一個由污染源排放監(jiān)測點、無線通訊設備和監(jiān)測中心組成的污染源監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)可對污染源進行自動采樣、對主要污染因子進行在線監(jiān)測；掌握城市污染源排放情況及污染源排放總量，監(jiān)測數據自動傳輸到環(huán)保監(jiān)測中心；由監(jiān)測中心的計算機進行數據匯總、整理和綜合分析；監(jiān)測信息傳至環(huán)保局，由環(huán)保局對污染源進行監(jiān)督管理。
對從監(jiān)測中心站獲得的監(jiān)測信息進行分析、調研，及時作出管理決策，增加管理力度
在環(huán)保數據采集系統(tǒng)中，常常需要對眾多的污染排放點進行實時監(jiān)測，大部分監(jiān)測數據需要實時發(fā)送到管理中心的后端服務器進行處理。由于監(jiān)測點分散，分布范圍廣，而且大多設置在環(huán)境較惡劣的地區(qū)，通過電話線傳送數據往往事倍功半。通過GPRS/CDMA無線網絡進行數據傳輸，將成為環(huán)保部門選擇的重要通信手段。污染源監(jiān)測設備可將采集到的污染數據和告警信息通過GPRS/CDMA無線網絡及時發(fā)送到環(huán)保監(jiān)測部門，實現對排污單位或個人的及時管理，可以大大提高環(huán)保部門的工作效率。
二、系統(tǒng)特點
GPRS\CDMA無線監(jiān)控系統(tǒng)具備如下特點：
1、良好的實時響應與處理能力。與短消息服務比較，由于GPRS/CDMA具有實時在線特性，系統(tǒng)無時延，系統(tǒng)能夠同時實時收取、處理多個/所有監(jiān)測點的各種數據，無需輪巡就可以同步監(jiān)測點的時鐘可很好的滿足系統(tǒng)對數據采集和傳輸實時性的要求。
2、遠程儀器設備控制：由于采用GPRS/CDMA雙向傳輸系統(tǒng)，監(jiān)控中心可以反向實現對儀器設備的時間校正、狀態(tài)報告、開關以及其他監(jiān)測、控制等功能；
3、建設成本低：可充分利用現有GPRS/CDMA網絡，設備安裝即接通，而采用超短波通信時需要充分考慮現場環(huán)境，還需要配備天線鐵架等附屬設備。
4、安裝調試簡單，建設周期短：利用現有成熟GPRS/CDMA網絡，系統(tǒng)投入運行時基本不需要調試，安裝簡捷。采用超短波通信時安裝調試工作量大，要先進行現場信號測試，天線鐵架架設，天線方向角度調試等工作。
5、覆蓋范圍廣。構建環(huán)保無線數據采集系統(tǒng)要求數據通信覆蓋范圍廣，擴容無限制，接入地點無限制，能滿足山區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求。 由于采集點數量眾多，分布在全市范圍內，部分采集點位于偏僻地區(qū)，而且地理位置分散。采用超短波通訊方式，覆蓋范圍只有30多公里；而采用GPRS/CDMA方式，理論上在無線GPRS/CDMA網絡的覆蓋范圍之內，都可以實現監(jiān)控。
6、數據傳輸速率高。GPRS/CDMA網絡傳送速率理論上可達171.2/372kbit/s，實際應用時數據傳輸速率在40-80Kbps左右，而目前一般的超短波數傳電臺傳送速率多為2.4kbit/s或更低。
7、系統(tǒng)的傳輸容量大。監(jiān)控中心站要和每一個管網監(jiān)控點實現實時連接。由于管網監(jiān)控點數量眾多，系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數據傳輸的需要，而GPRS/CDMA技術能很好地滿足傳輸突發(fā)性數據的需要。
8、通信費用低，可按時間和流量進行收費
9、系統(tǒng)易于擴展和維護。
三、系統(tǒng)組成
環(huán)保數據采集無線傳輸系統(tǒng)由數據采集終端、GPRS/CDMA DTU和數據檢測中心組成，數據采集設備通過標準的RS232/RS485串口和GPRS/CDMA DTU連接，GPRS/CDMA DTU接收到采集的數據通過GPRS/CDMA無線網絡傳送到數據檢測中心，監(jiān)控中心通過接入Internet或移動運營商專網接收數據進行分析處理，數據檢測中心也可以通過GPRS/CDMA無線網絡發(fā)送控制命令對數據采集終端設備進行控制。
1、環(huán)保信息采集端
場監(jiān)控點通過數據采集模塊自動采集污染源信息，通過RS232接口與GPRS透明數據傳輸終端相連，通過GPRS透明數據傳輸終端內置嵌入式處理器對數據進行處理、協(xié)議封裝后通過GPRS/CDMA無線網絡發(fā)送到數據檢測中心。
2、GPRS/CDMA無線 DTU
1)什么是GPRS/CDMA DTU
DTU是指數據終端設備（Data Terminal unit),可以理解為下位GPRS/CDMA發(fā)射終端，在進行通信時，傳輸數據的鏈路兩端肯定存在DTU.在它的作用下對所傳信息進行格式轉換和數據整理校驗。
GPRS/CDMA DTU全稱GPRS數據傳輸單元，在國內目前實際上對GPRS/CDMA DTU具有更加明確的約定：GPRS/CDMA DTU是專門用于將串口數據通過GPRS/CDMA 網絡進行傳送的無線設備。
2）GPRS/CDMA功能及特點
◆內部集成TCP/IP協(xié)議棧
GPRS/CDMA DTU內部封裝了PPP撥號協(xié)議以及TCP/IP協(xié)議棧并且具有嵌入式操作系統(tǒng)，從硬件上，它可看作是嵌入式PC與無線GPRS/CDMA MODEM的結合；它具備GPRS撥號上網以及TCP/IP數據通信的功能。
◆提供串口數據雙向轉換功能
GPRS/CDMA DTU提供了串行通信接口，包括RS232,RS485,RS422等都屬于常用的串行通信方式，而且GPRS/CDMA DTU在設計上大都將串口數據設計成“透明轉換”的方式，也就是說GPRS/CDMA DTU可以將串口上的原始數據轉換成TCP/IP數據包進行傳送，而不需要改變原有的數據通信內容。因此，GPRS/CDMA DTU可以和各種使用串口通信的用戶設備進行連接，而且不需要對用戶設備作改動。
◆支持自動心跳，保持永久在線
GPRS/CDMA通信網絡的優(yōu)點之一就是支持GPRS終端設備永久在線，因此典型的GPRS/CDMA DTU在設計上都支持永久在線功能，這就要求DTU包含了上電自動撥號、采用心跳包保持永久在線（當長時間沒有數據通信時，移動網關將斷開DTU與中心的連接，心跳包就是DTU與數據中心在連接被斷開之前發(fā)送一個小數據包，以保持連接不被斷開）、支持斷線自動重連、自動重撥號等特點。
◆支持參數配置，永久保存
GPRS/CDMA DTU作為一種通信設備，其應用場合十分廣泛。在不同的應用中，數據中心的IP地址及端口號，串口的波特率等都是不同的。因此，GPRS/CDMA DTU都應支持參數配置，并且將配置好的參數保存內部的永久存儲器件內（一般為FLASH或EEPROM等）。一旦上電，就自動按照設置好的參數進行工作。
◆支持用戶串口參數設置
不同用戶設備的串口參數有所不同，DTU連接用戶設備的串口時，要根據用戶設備串口的實際參數對DTU端進行相應設置，保證用戶設備的正常通信和可靠數據傳輸。
◆符合工業(yè)化設計適應惡劣環(huán)境能力更強
◆ RS232 串口速率高達230400 bps
◆ 支持RS232 三線標準或九線標準
◆ 內置TCP/IP 協(xié)議棧，支持TCP/UDP 網絡協(xié)議
◆ 數據終端永遠在線
◆ 掉線自動重撥功能
◆ 通過超級終端類似于AT 指令方式或專用設置程序來設置通信參數
◆ 設備之間透明傳輸/非通明傳輸
◆ 支持靜態(tài)IP 或域名方式連接遠程主機
◆ 供電：+5V，可根據客戶需要定制寬電壓輸入
◆ 耗電：待機狀態(tài)230~330mA；上網狀態(tài)450~460mA；傳輸狀態(tài)460~470mA
◆ 工作溫度：-30℃ ~ +70℃
◆ 儲存溫度：-40℃ ~ +85℃
◆ 支持RS232/RS485/RS422串口進行通訊
3、數據檢測中心
數據檢測中心接入Internet或無線運營商專網接收數據或向采集端發(fā)送控制命令，監(jiān)測中心接收監(jiān)測點傳輸的監(jiān)測信息，并負責對監(jiān)測信息進行分類、篩選和綜合分析、調研，及時作出管理決策，增加管理力度
四、安全可靠性
1、專網接入方案
服務器采用省移動通信公司提供DDN專線或電信提供VPDN專線, 申請配置固定IP址，與GPRS/CDMA網絡相連。DDN/VPDN專線可提供較高帶寬，當環(huán)保信息采集點數量增加，中心不用擴容即可滿足需求，可實現大容量數據采集應用。
監(jiān)控中心RADIUS服務器接受到GPRS/CDMA網絡傳來數據后先進行AAA認證，后傳送到監(jiān)控中心計算機主機，系統(tǒng)軟件對數據進行還原顯示，并進行數據處理，這樣進一步增強了系統(tǒng)數據通信安全性能。
2、用戶網絡側的安全防火墻
防火墻技術是目前用來實現網絡安全措施的一種主要手段，主要是用來拒絕非法用戶的訪問，阻止非法用戶存取敏感數據，同時允許合法用戶順利訪問網絡資源。防火墻實際上是一種訪問控制技術，在某個機構的內部網絡和不安全網絡之間設置障礙，阻止對信息資源的非法訪問，也可以使用防火墻阻止保密信息從受保護網絡上的非法輸出。
實現防火墻的主要技術有：數據包過濾，應用網關和代理服務等。包過濾（Packet Filter）技術是在網絡層中對數據包實施有選擇的通過。依據系統(tǒng)內事先設定的過濾邏輯，檢查數據流中每個數據包后，根據數據包的源地址、目的地址、TCP/UDP源端口號、TCP/UDP目的端口號及數據包頭中的各種標志位等因素來確定是否允許數據包通過，其核心是安全策略即過濾算法的設計。應用網關（Application Gateway）技術是建立在網絡應用層上的協(xié)議過濾，它針對特別的網絡應用服務協(xié)議即數據過濾協(xié)議，并且能夠對數據包分析并形成相關的報告。應用網關可以嚴格控制某些易于登錄和控制的所有的輸出輸入通信環(huán)境，以防有價值的程序和數據被竊取。它的另一個功能是對通過的信息進行記錄，如什么樣的用戶在什么時間連接了什么站點。在實際工作中，應用網關一般使用專用工作站系統(tǒng)。代理服務器（Proxy Server）作用在應用層，用來提供應用層服務的控制，起到內部網絡向外部網絡申請服務時中間轉接作用。內部網絡只接受代理提出的服務請求，拒絕外部網絡其它節(jié)點的直接請求。
3、用戶所要接入的設備
1）單位側需要一臺支持L2TP協(xié)議的路由器做為專線網絡連接設備。
2）一臺PC＋AAA認證軟件作為單位用戶帳號管理。
3）一臺ipsec vpn服務器。（可選項）
4）一臺北京東方訊科技EIC系列GPRS/CDMA DTU作為數據終端的無線接入設備。
五、總結
采用GPRS/CDMA無線傳輸數據通訊方法解決了遠程監(jiān)測系統(tǒng)的通訊問題，比起其它有線通訊方式有著不可比擬的優(yōu)越性。隨著GPRS/CDMA網絡的逐漸完善和應用技術的不斷成熟，GPRS/CDMA的應用領域也會越來越廣闊。本文介紹的GPRS/CDMA無線傳輸系統(tǒng)可推廣至各種金融、水務、環(huán)保、煤氣、交通等行業(yè)應用當中去。
滬公網安備31010802001143號
