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GPRS气象信息采集系统应用方案

作者：XMYN 作者单位：厦门宇能科技有限公司 2008年11月5日

    GPRS气象信息采集系统应用方案
    目气象信息采集系统利用实时采集的气象资料，对末来一定时段内的气象情况作出较为精确的预测和报警，包括进行短期的降雨预报、中期降水预报和洪水的预警预报，是防汛工作中非常重要的环节。
    一、项目背景
    某省气象局气象信息的采集由各气象观测站利用气象采集设备自动完成采集，通过DDN或者电话线向气象中心传送气象数据，气象局利用气象信息处理程序对各气象观测站采集的气象数据进行加工处理和分析，进而可对短期的降雨和中期降水进行预报，并通过防汛系统向防汛办报送资料，为洪水预报和防汛提供可靠的决策支持。
    目前，某省气象局现已在全省范围内建立了300多个气象观测信息采集点，各气象采集点按照设定的时间间隔采集区域内的各种气象信息资料，包括温度、气压、湿度等，测量结果通过DDN或者PSTN电话线向气象中心传送气象数据。采用DDN可充分保证数据传输畅通，完整，但缺点是月租费太高；采用PSTN电话线传输数据，按时间计费，费用也不便宜。
    目前，该省气象局正考虑建立GPRS气象信息采集数据传输系统试点。在试点中选择20多个气象采集点，采用GPRS无线数据通信方式传输气象资料。在试点中，各气象采集点通过GRPS与中心站主机保持实时连接，自动观测设备将获得的气象信息通过GPRS传给气象中心主机，气象中心主机对信息进行处理，形成气象预报信息。

    二、GPRS方案的优势
    中国移动GPRS系统可提供广域的无线IP连接。在移动通信公司的GPRS业务平台上构建气象信息采集传输系统，实现气象信息采集点的无线数据传输具有可充分利用现有网络，缩短建设周期，降低建设成本的优点，而且设备安装方便、维护简单。经过比较分析，我们选择中国移动的GPRS系统作为气象信息采集传输系统的数据通信平台。
    1、覆盖范围。构建气象信息采集传输系统要求数据通信覆盖范围广，扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。由于气象信息采集点数量众多，分布在全省范围内，部分气象信息采集点位于偏僻地区，而且地理位置分散。另外，还必须考虑今后系统扩充的可能，必须具有良好的可扩展性。由于目前GPRS已覆盖省内绝大部分地区，能够满足气象信息采集传输系统对覆盖范围的要求。
    2、数据传输速率高。每个气象信息采集点每次数据传输量在10Kbps之内，目前GPRS实际数据传输速率在40Kbps左右，完全能满足本系统数据传输速率（≥10Kbps）的需求。
    3、系统的传输容量大。气象中心站要和每一个气象信息采集点实现实时连接。由于气象信息采集点数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要。
    4、通信费用低。采用传统的有线方式建立气象信息采集传输系统，必须租用专线或电话线进行连接。由于气象信息采集点必须与中心随时保持连线状态，而每次数据发送的数据量很小（在几K至10K之间），线路资源利用率很低，平均每一个气象信息采集点每月的线路费用为800～1200元。而如果采用GPRS通信方式，由于GPRS采用按数据流量计费的方式，资源利用率高，月通信费用将在200元之内。
    5、良好的实时响应与处理能力。与短消息服务比较，由于GPRS具有实时在线特性，系统无时延，可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。
    三、解决方案介绍
    （一）系统结构

    1、气象信息采集点：采用厦门宇能科技有限公司的YN2200 GPRS透明无线数据传输终端，通过RS232/RS485/TTL与气象设备采集点连接，接入移动公司为气象局提供的专用的GPRS网络,网络对气象信息采集点的接入地点、时间、数量没有限制可以随时增减。可以满足山区、偏远地区和跨地区接入的需求。
    2、气象中心站：本系统中网络代理服务器可采用ADSL、LAN等INTELNET公网连接，采用公网固定IP， GPRS数据传输终端上电后，它会根据预先设定在其内部的IP地址来主动访问网络代理服务器，通过代理服务器和监控中心建立TCP/IP链路。监控中心主站本身维护接入的每个终端的IP地址和ID号，当主站要向某个监控终端提出数据请求时，它会根据IP地址和ID号来找到对应的终端，将命令下发到该终端，终端响应后通过GRPS数据传输终端把数据发到网络代理服务器端口，通过端口影射转发到监控中心主站，即完成了一个应答式的通讯流程，当气象信息采集点数量增加，中心不用扩容即可满足需求。
    凡省级气象局授权的气象信息采集点均可以使用本系统：
    1、气象信息采集点必须使用移动统一的STK卡，用户使用本卡只能用于与气象站数据通信功能。
    2、使用的终端设备用厦门宇能科技有限公司提供的GPRS移动终端设备。
    3、用户登记：符合省级气象局的规定。
    （二）产品特性
    气象信息采集传输系统采用YN2200 GPRS DTU。产品基于中国移动的GPRS网络，提供RS232、RS485、TTL接口，利用GPRS数据业务实现无线联网，产品支持各种行业应用，如实现信用卡实时认证、POS机的远程控制维护、远程业务点接入等。在气象信息采集传输系统方案中，YN2200 GPRS DTU可通过外置或嵌入方式与气象信息采集点设备连接。
    1、支持900／1800／1900MHz三频GSM/GPRS。
    2、接口： RS232、RS485、TTL。
    3、系统理论传输速率171Kbps，实际传输速率40Kbps。
    4、支持Windows95/98/2000/XP/LINUX操作系统。
    5、透明数据传输：YN2200-DTU内嵌TCP/IP协议，为用户的数据设备提供透明传输通道；
    6、自动拨号连接：YN2200-DTU可配置上电自动拨号上网、连接网络，同时支持用户端发起命令连接或远程唤醒连接；
    7、短信息备用数据通道：在GPRS网络无法连接时可启用短信作为备用数据传输通道；
    8、短信息远程维护功能；
    9、实时监测网络连接情况，掉线自动重拨功能；
    10、提供主副IP及动态域名解析；
    11、心跳报告时间间隔用户可设定；
    12、数据通信帧长度用户可设定；
    13、支持VPN安全功能。
    14、安装灵活、使用方便、可靠。
    （三）安全措施
    本系统需要极高的系统安全保障和稳定性。安全保障主要是防止来自系统内外的有意和无意的破环，网络安全防护措施包括信道加密、信源加密、登录防护、访问防护、接入防护、防火墙等。稳定是指系统能够7×24小时不间断运行，即使出现硬件和软件故障，系统也不能中断运行。
    数据中心可通过公网使用VPN接入到移动GPRS网，采用VPN方式成本比较低，企业不用租用专线，还可以利旧使用原有的VPN设备，移动终端需要安装具有VPN二次虚拟拨号的功能的软件。通过VPN方式，客户端在连接应用服务器前，要经过Radius服务器的认证整个数据传送过程得到了加密保护，安全性比较高，可充分保障速度和网络服务质量。另外，数据中心也可以采用APN接入方式，租用专线接入到移动公司的GGSN设备上，这种成本高，安全性高、稳定可靠。对于安全性要求非常高的系统，可考虑在专用APN接入的基础上再加上VPN接入方式的混合接入方式，进一步提高系统的安全性。
    1、VPN虚拟专网模式：企业内部网络中配置VPN服务器，移动终端加载具有VPN二次虚拟拨号的功能的客户端软件。采用VPN安全技术，用户通过接入企业内部虚拟专网的方式与Internet进行隔离，可对整个数据传送过程进行加密保护，有效避免非法入侵。
    2、利用SIM卡的唯一性，对用户SIM卡手机号码进行鉴别授权，在网络侧对SIM卡号和APN进行绑定，划定用户可接入某系统的范围,只有属于指定行业的SIM卡手机号才能访问专用APN，移动终端与数据中心采用中国移动分配的专门的APN进行无线网络接入，普通手机的SIM卡号无法呼叫专门的APN。
    3、对于特定用户，可通过数据中心分配特定的用户ID和密码，其他没有数据中心分配的用户ID和密码的用户将无法登录进入系统，系统的安全性进一步增强。
    4、数据加密：通过VPN对整个数据传送过程进行加密保护。
    5、网络接入安全鉴定机制：采用防火墙软件，设置网络鉴权和安全防范功能，保障系统安全。
    四、结论
    采用GPRS构建气象信息采集系统，不仅能很好地满足气象信息采集的需求，而且，做为网络运营商的移动通信公司也将因此获得业务稳定的集团用户，随着用户数量的增加，移动通信公司的营收也随之增加，调动了运营商的积极性，符合网络建设和网络应用同步发展的要求。
    对于气象局等用户来说，由于通信费用较低，享受到了实惠。另外，由于接入设备可以移动，当气象观测站和气象信息采集点搬迁时设备可随之迁移并可继续使用，可以保护用户原有投资，适合于气象采集工作的特点。