GSM&GPRS在無線抄表系統(tǒng)中的應(yīng)用與比較
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GPRS采用分組交換技術(shù)，突破了GSM采用電路交換的專有信道傳輸數(shù)據(jù)的方式，對數(shù)據(jù)進(jìn)行打包（Packet）透明傳輸，因此多個(gè)用戶可以同時(shí)利用同一無線信道進(jìn)行傳輸，提高了網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，但網(wǎng)絡(luò)極易擁堵，數(shù)據(jù)容易丟失。GPRS攜帶有TCP/IP協(xié)議，可以接入高速的Internet，能夠傳輸大量數(shù)據(jù)。
3.3 費(fèi)用及延時(shí)比較
GSM的SMS方案進(jìn)行抄表費(fèi)用包括：2個(gè)GSM模塊共600元，2張SIM卡共80元，在傳輸過程中，GSM模塊以每天1條短信的頻率定時(shí)發(fā)送用戶用量數(shù)據(jù)包，每條短信為0.1元，每月的費(fèi)用為3元，若以小時(shí)為周期抄表，費(fèi)用則更高。GPRS方案費(fèi)用包括：1個(gè)GPRS模塊400元，SIM卡一張40元，每月最低資費(fèi)套餐5元，流量為30M，以每條短信100字節(jié)計(jì)算，折合約30萬條短信，若采用SMS方案頻繁抄表費(fèi)用將非常高。
由于短消息需在SMSC存儲轉(zhuǎn)發(fā)，所以其實(shí)時(shí)性較弱。測試數(shù)據(jù)表明，使用GSM短信模塊在中國移動(dòng)網(wǎng)內(nèi)同一地區(qū)和品牌的手機(jī)之間，非短信高峰期，手機(jī)信號良好的情況下，一條短信的時(shí)間延遲時(shí)間至少為10s，最長可達(dá)數(shù)分鐘。
使用GPRS發(fā)送60B的數(shù)據(jù)包，平均延時(shí)時(shí)間為5s。綜上，GPRS方案成本較低，實(shí)時(shí)性高。
3.4 二者的適用范圍
GSM的SMS和GPRS自身的工作原理和特性決定了它們各自的適用場合和范圍。利用GSM的SMS進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，系統(tǒng)組建和技術(shù)配置較為簡單，容易實(shí)現(xiàn)。但由于使用的是短信業(yè)務(wù)，每條短信發(fā)送的數(shù)字或字母最多為160個(gè)，適合小數(shù)據(jù)量傳輸且收發(fā)頻率不高的場合。但其延時(shí)時(shí)間較長，在對實(shí)時(shí)性和收發(fā)頻率要術(shù)較高，數(shù)據(jù)量較大的場合，其性價(jià)比將大大折扣，不再適用。
GPRS的工作原理保證了它既能支持間歇的爆發(fā)式數(shù)據(jù)傳輸，又能支持偶爾的大量數(shù)據(jù)的傳輸。數(shù)據(jù)傳輸速度快，按流量計(jì)費(fèi)，聯(lián)網(wǎng)“永遠(yuǎn)在線”方式則可以保證通信雙方更加快速實(shí)時(shí)地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。因此基于GPRS的系統(tǒng)適合于這種通信頻繁、數(shù)據(jù)量大、實(shí)時(shí)性要求較高的復(fù)雜系統(tǒng)。
4 本設(shè)計(jì)采用的方案
4.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方案的設(shè)計(jì)
綜上所述，對處于“長時(shí)間休眠，短時(shí)間工作”的工作模式，實(shí)時(shí)性要求不是很高，數(shù)據(jù)量也較小的無線抄表系統(tǒng)，采取GSM的SMS方案即可滿足要求。但為了降低成本，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，本設(shè)計(jì)采用兩者結(jié)合的方法：在收發(fā)頻率高、網(wǎng)絡(luò)不擁堵時(shí)，采用GPRS方案實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸；在收發(fā)頻率低，網(wǎng)絡(luò)擁堵時(shí)，采用GSM的SMS方案，以短信的方式進(jìn)行遠(yuǎn)程抄表。這種做法可能在網(wǎng)絡(luò)擁堵時(shí)短信延時(shí)較為嚴(yán)重，但是可以避免采用GPRS方案而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失的麻煩。在這種實(shí)時(shí)性要求不是非常嚴(yán)格的抄表系統(tǒng)中，一點(diǎn)延時(shí)是可以接受的，但數(shù)據(jù)收發(fā)的可靠性卻非常重要。
因此，本設(shè)計(jì)選用了同時(shí)支持GSM和GPRS數(shù)據(jù)傳輸內(nèi)核為MC52i（SIEMENS）的GPRSMODEM。它支持MT/MO/CB/PDU模式4種SMS模式，支持CSl-CS4數(shù)據(jù)編碼，攜帶TCP/IP協(xié)議棧，可以直接通過AT指令就能接入Internet，省去了常用的TCP／IP處理模塊及編程時(shí)調(diào)用各種API函數(shù)的麻煩。
4.2 SMS和GPRS自動(dòng)切換的依據(jù)和實(shí)現(xiàn)
根據(jù)上面的分析可知，對實(shí)時(shí)性要求不是十分苛刻的無線抄表系統(tǒng)，考慮其數(shù)據(jù)傳輸方案的2個(gè)主要因素是成本的高低和數(shù)據(jù)的可靠性，而決定這2個(gè)因素的則是數(shù)據(jù)收發(fā)頻率的高低和網(wǎng)絡(luò)是否擁堵繁忙。若收發(fā)頻率較高，SMS方案成本將會(huì)增加，此時(shí)選擇GPRS傳送數(shù)據(jù)可大大減小成本，較為合理；若網(wǎng)絡(luò)擁堵繁忙，GPRS方案將會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的可能，此時(shí)選擇SMS傳送數(shù)據(jù)可靠性較高。所以根據(jù)這2種情況，設(shè)計(jì)能夠根據(jù)不同的條件而自動(dòng)切換數(shù)據(jù)傳輸方案將十分必要，既能降低成本，又能提高可靠性。
1）選擇GPRS的依據(jù)整個(gè)抄表系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）定時(shí)喚醒數(shù)據(jù)采集器中的MCU實(shí)現(xiàn)定時(shí)抄表。根據(jù)需要，定時(shí)周期設(shè)為小時(shí)、日、星期和月4種模式，分別由監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)管理員通過GPRS模塊發(fā)布，然后MCU自動(dòng)修改。若處于用水高峰期或水資源缺乏時(shí)，很有必要對用水大戶進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，此時(shí)收發(fā)頻率較高。假設(shè)抄表周期為小時(shí)模式，每隔4小時(shí)抄一次表，則每天的費(fèi)用將是日周期模式的6倍，此時(shí)采用SMS模式費(fèi)用較高。因此，為了降低成本，系統(tǒng)應(yīng)用程序默認(rèn)傳輸方式為GPRS模式，這樣不論在哪種模式下，都可以做到降低費(fèi)用。
2）選擇SMS的依據(jù)系統(tǒng)默認(rèn)為GPRS數(shù)據(jù)傳輸模式，但是一旦網(wǎng)絡(luò)擁堵繁忙，GPRS模式會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，起不到監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的作用。此時(shí)很有必要讓系統(tǒng)自動(dòng)切換到GSM的SMS方案，由于其通過短消息中心（SMSC）存儲轉(zhuǎn)發(fā)，可靠性很高，能確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸。判斷網(wǎng)絡(luò)是否繁忙的主要方法是通過檢測返回確認(rèn)信息的延時(shí)時(shí)間是否大于預(yù)設(shè)值。若大于預(yù)設(shè)值，則認(rèn)為此時(shí)網(wǎng)絡(luò)繁忙，切換到SMS模式重新發(fā)送，直到返回確認(rèn)信息時(shí)，系統(tǒng)認(rèn)為發(fā)送成功，然后進(jìn)入休眠，等待下一次的喚醒。反之，則按照系統(tǒng)默認(rèn)的GPRS方式傳輸數(shù)據(jù)。
3）系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)大多數(shù)時(shí)間網(wǎng)絡(luò)都是正常的，所以系統(tǒng)大多時(shí)間處于GPRS模式，只有在很少一部分時(shí)間處于SMS模式，這樣設(shè)計(jì)不但大大降低了成本，增加了數(shù)據(jù)傳輸速率，而且提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。不管是采用GPRS模式還是采用SMS模式，都是通過軟件控制來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換的，這樣可以節(jié)省硬件開銷，降低系統(tǒng)成本，軟件控制流程圖如圖4所示。
圖4 系統(tǒng)流程圖
由上述兩種數(shù)據(jù)傳輸方案費(fèi)用的比較可看出，采用GPRS模式，若按照每隔4小時(shí)的抄表周期進(jìn)行抄表，每月將會(huì)節(jié)省13元，周期越短，節(jié)省越多。經(jīng)過測試，即使在網(wǎng)絡(luò)擁堵繁忙時(shí)，采用SMS模式以短信形式發(fā)送數(shù)據(jù)，監(jiān)控中心準(zhǔn)確收到數(shù)據(jù)的概率幾乎是100%，只不過實(shí)時(shí)性較差一點(diǎn)，但是針對抄表系統(tǒng)是可以接受的。由此可見，采用GSM的SMS方案和GPRS結(jié)合的方法，利用軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換進(jìn)行遠(yuǎn)程抄表，成本將會(huì)更低，可靠性將會(huì)更高。
6 結(jié)束語
作為GSM網(wǎng)絡(luò)向第三代網(wǎng)絡(luò)過度的GPRS技術(shù)，其使用范圍非常廣泛。將其用于遠(yuǎn)程無線抄表系統(tǒng)將會(huì)越來越普及，但在網(wǎng)絡(luò)繁忙，多個(gè)用戶同時(shí)使用同一信道時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，影響系統(tǒng)的可靠性。但若使用本文提及的兩者結(jié)合的方法，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況，自動(dòng)選擇數(shù)據(jù)傳輸方式，提高了系統(tǒng)的智能性和可靠性，且成本較低，適合推廣。(end) 藍(lán)牙技術(shù)相關(guān)文章:藍(lán)牙技術(shù)原理
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