第一部分 系統(tǒng)概述
GPRS---General Packet Radio Service，通用無線分組業(yè)務，是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術，提供端到端的、廣域的無線IP連接。通俗地講，GPRS是一項高速數據處理的技術，方法是以“分組”的形式傳送資料到用戶手上。用戶上網可以免受斷線的痛苦。使用了GPRS后，數據實現分組發(fā)送和接收，用戶就可以總是在線且按流量計費，迅速降低了服務成本。GPRS的服務成本僅是CSD(電路交換數據，即通常說的撥號數據，歐亞WAP業(yè)務所采用的承載方式)服務成本的十分之一。
GPRS電力遠程抄表系統(tǒng)是北京市卓創(chuàng)技術有限公司開發(fā)的基于GPRS技術的用電管理自動抄表系統(tǒng)。它由電度表、帶GPRS通訊模塊的采集器和服務器組成。采集器實時采集用戶的用電數據，通過GPRS把數據匯集到服務器。具有采集數據快速準確，能快速生成用電統(tǒng)計分析,交費單據等特點，與傳統(tǒng)的人工抄表、電話線抄表相比，極大地提高了效率。本系統(tǒng)除了準確、實時抄表外，還提供了設備管理功能，如告警：開箱告警、停電告警、逆相告警、超溫告警、過載告警等；控制：對欠費用戶進行拉閘等。并提供停電數據保護功能，在停電48--72小時內仍可抄表和監(jiān)控。本系統(tǒng)結合移動公司的短信平臺，在告警時，可根據具體內容發(fā)短信給相關的管理人員。本系統(tǒng)提供豐富的接口，可與電業(yè)系統(tǒng)的MIS系統(tǒng)鏈接或進行二次開發(fā)。抄表軟件系統(tǒng)數據庫為SQL數據庫，運行于WIN98/2000/XP、NT的操作系統(tǒng)，易于使用。軟件所能管理的用戶數量沒有限制?！?nbsp;
利用現代通信技術和計算機技術以及電能量測量技術結合在一起，便能夠及時、準確、全面地反映電量使用（即銷售情況）。本方案是基于GPRS 網絡通信的無線通訊技術，將電量數據和其它（所需）信息實時可靠的采集回來，通過應用具有智能化分析功能的系統(tǒng)軟件，實現居民小區(qū)用戶用電量的統(tǒng)計、用電情況的分析及用戶的使用狀態(tài)。通過GPRS 無線局域網專網，為用電管理提供實時性好、穩(wěn)定性高的數據和事件記錄，可實現多塊表同時凍結抄表功能。該系統(tǒng)具有設備參數遠程回讀功能，如回讀參數和后臺系統(tǒng)保存的設置參數對比，異常報警，可以發(fā)現非法修改電能表參數行竊的非法行為。具有失壓、斷流、錯誤接線報警、顯示、記錄并主動上傳功能，方便管理人員在公司本部就可以發(fā)現用戶異常，為反竊電提供了一種先進的、有效的高技術檢測手段。
第二部分 系統(tǒng)組成
本系統(tǒng)由帶系統(tǒng)軟件的主站、帶GPRS模塊的采集器、電度表組成。手持終端是本系統(tǒng)的補充，在系統(tǒng)出現意外時進行人工抄表。
主站：運行集中抄表系統(tǒng)的計算機（服務器或PC機）稱為主站，主站通過GPRS網絡與采集器相連。主站要配置一個固定的IP地址和互聯(lián)網出口。
帶GPRS模塊的采集器：收集電表數據傳送到數據中心，它連接主站和電度表。
電度表：計量并顯示用戶的用電情況，將用電信息傳輸到GPRS采集器。
這三個主要的組成部份是相互關聯(lián)的主從關系。 根據抄表對向的不同我們設計以下三種抄表模式：
2.1居民用戶抄表系統(tǒng)
1、電表：1.0級單相靜止式（電子式）電度表，具有光耦脈沖輸出功能。
2、帶GPRS功能的采集器（GPRS-TY1型）：
（1）24個I/O口，可帶24戶電度表
（2）停電數據保護
（3）帶后備電源，停電后仍可抄表
3、抄表內容：
（1）電量
（2）其他
4、抄表形式：
（1）自動抄表
（2）定時上報
（3）實時查詢
5、告警內容：
（1）開箱告警
（2）停電告警
6、 技術指標：
（1）系統(tǒng)容量：
采集器容量：最多接24塊電表；
系統(tǒng)容量：原則上不受限制，實際可根據需要和主站電腦的容量確定；
（2） 通信距離：
采集器與電表：采用雙芯多股線，對于機械表，距離≤500m；對于電子式電表，距離≤50m。
主站與采集器：采用GPRS網絡作為通信介質，距離不受限制；
（3）通信成功率:
主站與采集器之間，采用基于可靠連接的TCP/IP協(xié)議，通信成功率為100%。
2.2大集團用戶抄表系統(tǒng)
1、 電表：A）三相有功無功多功能表，有功0.5級、無功2級，具有RS-485通訊接口，電力部國標2004通訊規(guī)約?！ ）三相有功復費率表，有功1級，具有RS-485通訊接口，電力部國標2004通訊規(guī)約。
實現電能量（有功、無功）的計量和功率因數、電壓、電流、頻率等參數的測量。
2、帶GPRS功能的采集器（GPRS-TY2型）：
（1）帶一個與電能表通訊的RS-485接口，一個與主站系統(tǒng)通信的GPRS接口，三個用于報警監(jiān)測的開關量輸入口和三個用于遠程控制的模擬量輸出口。
（2）支持部標通信規(guī)約
（3）停電數據保護
（4）控制輸出（用于遠程控制拉閘或其他功能）
（5）帶后備電源，停電后仍可抄表
3、系統(tǒng)功能
（1）設置電能表的參數，讀取各種計量和管理數據；
（2）抄表數據的統(tǒng)計、查詢、備份、報表、圖表生成；
（3）廠站管理；
（4）自動抄表、定時上報、實時查詢等；
（5）掉電數據保存；
（6）瞬時量數據的綜合處理；
（7）系統(tǒng)數據備份、存檔和向外輸出數據；
（8）歷史數據事件記錄功能；
（9）實時報警；
（10）根據線路上的表計關系計算線路損耗；
（11）可提供多路模擬量、開關量輸入，實現開箱告警、停電告警、逆相告警、超溫告警、過壓告警、過流告警、過載告警、傾斜或移動報警等其他功能；
（12）遠程控制斷電功能；
（13）采集的參數豐富，如：
◆ 當前、上月、正向有功、反向有功、無功四象限的總及尖、峰、平、谷四費 率電量；
◆ 正向、反向、有功、無功的最大需量及最大需量發(fā)生時間；
◆ 有功功率、無功功率、三相電壓、三相電流、功率因數；
◆ 感想失壓累計次數、失壓累計時間、集抄器停電起止時間等；
◆ 單位時間負荷曲線、三相電流曲線、三相電壓曲線、有功功率曲線、無功功 率曲線、功率因數曲線。
4、技術指標：
（1）系統(tǒng)容量：
采集器容量：最多接255塊電表；
系統(tǒng)容量：原則上不受限制每表一號，實際可根據需要和主站電腦的容量確定；
（2）通信距離：
采集器與電表：采用RS-485接口及屏蔽雙絞線，距離≤500m。主站與采集器：采用GPRS網絡作為通信介質，距離不受限制；
（3）通信成功率:主站與采集器之間，采用基于可靠連接的TCP/IP協(xié)議，通信成功率為100%；
（4）完全符合IEC1107標準及國電公司DL/T645《多功能電能表通訊規(guī)約》；
（5）工作電源：交流220V±20%，50Hz；
（6）通信速率：1200bps～33.6kbps；
（7）采集器功耗：≤1.5W
（8）工作環(huán)境條件：溫度：-10℃～50℃，相對濕度：≤90%；
（9）耐壓強度：2KV；絕緣電阻：2M歐姆；
（10）電表數據抄收率、可靠性和讀數準確率達到100%。
2.3變電站抄表系統(tǒng)
1、電表：三相有功無功多功能表。
2、帶GPRS功能的采集器：
（1）帶一個485口，三個開關量和三個模擬量；
（2）支持部標通信規(guī)約；
（3）停電數據保護；
（4）控制輸出；
（5）帶后備電源，停電后仍可抄表。
3、抄表內容：
（1）電壓、電流；
（2）有功正、反向分時電量；無功四象限分時電量；
（3）有功正、反向分時最大需量及發(fā)生時間；
（4）無功正、反向分時最大需量及發(fā)生時間；
（5）斷相時間、次數及斷相期間用電量；
（6）負荷曲線。
4、抄表形式：
（1）自動抄表；
（2）定時上報；
（3）實時查詢。
5、告警內容：
（1）開箱告警；
（2）停電告警；
（3）逆相告警；
（4）超溫告警；
（5）過壓告警；
（6）過流告警；
（7）過載告警；
（8）傾斜或移動報警等其他功能。
6、技術指標：
（1）系統(tǒng)容量：
采集器容量：最多接255塊電表；
系統(tǒng)容量：原則上不受限制每表一號，實際可根據需要和主站電腦的容量確定；
（2）通信距離：
采集器與電表：采用RS-485接口及屏蔽雙絞線，距離≤500m。主站與采集器：采用GPRS網絡作為通信介質，距離不受限制；
（3）通信成功率:
主站與采集器之間，采用基于可靠連接的TCP/IP協(xié)議，通信成功率為100%。
2.4系統(tǒng)軟件
GPRS自動抄表系統(tǒng)的核心部分是系統(tǒng)軟件，它遵循電力部國標2004通訊規(guī)約，并有擴展性。
抄表軟件系統(tǒng)數據庫為SQL數據庫，運行于WIN98/2000/XP、NT的操作系統(tǒng)，易于使用。軟件所能管理的用戶數量沒有限制。
系統(tǒng)的功能與特點有：
(一)安全可靠：安全性由三方面構成：第一，SQL數據庫是大型的、多用戶的數據庫，它的安全性高，允許多用戶同時使用同一數據庫而不會破壞完整性，用它來做抄表系統(tǒng)的數據引擎可以保證數據的安全；第二，系統(tǒng)對用戶實現分級授權管理功能，通過檢查使用者的名字和授權密碼，賦予使用者相應的操作權，借鑒銀行系統(tǒng)的密碼管理模式限制無關人員改變數據庫和硬件設置。第三，防火墻功能及完善的數據備份功能，防備系統(tǒng)受到人為的惡意攻擊，數據備份功能確保在硬件系統(tǒng)故障時，也能隨時在新的硬件設備上數據無丟失地啟動抄表系統(tǒng)。
(二)完善的系統(tǒng)日志：系統(tǒng)日志記錄了進入系統(tǒng)，離開系統(tǒng)，收費，設置硬件，改變運行參數操作等及操作者，操作時間，凡是改變數據庫的操作都被記錄下來。
(三)抄表速度快：抄表快、數據準確，抄表時PC機只讀采集器的數據，數據傳輸采用115200波特率，傳輸速度快，并對每個數據塊都有效驗碼，保證了傳輸的準確性。
(四)廣播對時功能：該功能使得系統(tǒng)中的所有電能表的時間基準與PC機保持一致，對時成功后，由電池供電的電能表內部時鐘，不再需要PC機的干預。因此，只要保證在對時時刻，PC機的時間是正確的，以后在運行的過程中，改變PC機的時鐘并不會影響電能表的時間。
(五)自動抄表功能：按照設置的抄表開始時間和抄表間隔，到預定的抄表時刻，系統(tǒng)便會依次撥號去抄采集器或電表內的數據。對于抄不上數據，系統(tǒng)會自動補抄或人工發(fā)命令補抄。
(六)電量凍結功能：可以方便地定義總表，安裝和刪除總表，給總表分配分表。通過安裝適當的總表，結合抄凍結數據功能，就可得某一特定的時刻的總表讀數，各分表的讀數（由此得到讀數和），就可以計算出某部分電路的電能損耗，為確定電費提供依據。
(七)電費管理功能：收電費前，統(tǒng)一抄錄一次電費數據。當確保數據庫內的數據反映最近的電表讀數后，利用程序中的功能自動計算出當月用電量和電費。交納電費時，只需輸入用戶號，當月用電量和電費由程序填寫。每筆電費都有詳細記錄，便于對帳。
(八)設備管理功能，如告警：開箱告警、停電告警、逆相告警、超溫告警、過載告警、傾斜或移動報警等；控制：對欠費用戶進行拉閘等。并提供停電數據保護功能，在停電48--72小時內仍可抄表和監(jiān)控。本系統(tǒng)結合移動公司的短信平臺，在告警時，可根據具體內容發(fā)短信給相關的管理人員。（九）用戶界面清晰美觀，操作簡單，具有完善的在線幫助功能。對數據進行統(tǒng)計，分析，繪制負荷曲線，作平衡分析，具有與銀行，客服中心的聯(lián)網功能。
本系統(tǒng)適應范圍廣泛，單相版的軟件可用于小區(qū)管理，網絡版的軟件可用于供電公司實現一座城市或地區(qū)的用電管理。
GPRS數據傳輸終端實現監(jiān)控中心主站與監(jiān)控終端的通訊。本系統(tǒng)中采用ETPRO211Ai。 2.5 GPRS設備功能與特點如下： A、功能： 1. 標準的AT 命令界面,方便程序設計； 2. TCP/IP Internet 內嵌的協(xié)議棧，輕松互連； 3. RS232接口方式，更加簡便的通訊方式； 4. 可通過串口升級程序。 B、性能： 1. 使用低功耗高性能的CPU 做處理器，16位內部數據總線，128KBSRAM，512KBFLASH，可高速處理協(xié)議和大量數據； 2. 支持全透明及幀格式數據傳輸； 3. 支持TCP、IP、PPP、ICMP、UDP、TELNET、HTTP 協(xié)議棧； 4. 一個符合ISO7816-3IC 卡標準的SIM 卡座，支持符合GSM11.11 和GSM11.10，規(guī)范SIM 卡； 5. 簡化的接口設計，使用通用的232 接口和簡單的AT 命令交互界面； 6. 供了更方便的電源接口，即可使用外掛電源。又可從串口直接取電； 7. 整機功耗小于3W； 8. 完善了GPRS 網絡中所出現的假撥號，掉線自動重啟，遠程喚醒等功能； 9. 支持遠程控制及動態(tài)域名解析； 10. 同時更具嵌入式系統(tǒng)要求，可提供內置式模塊（不帶外殼，可通過插針與嵌入式直接系統(tǒng)相連）。 11、同時還有軟硬件雙重看門狗，在DTU不能正常工作時，能夠自動斷電復位。
第三部分 系統(tǒng)安全
在系統(tǒng)安全方面，本公司除了采用大型、多用戶的SQL數據庫、系統(tǒng)對用戶實現分級授權管理和提供防火墻功能及完善的數據備份功能外，對GPRS網絡無線數據監(jiān)控中心還提供了安全技術解決方案，以確保數據安全可靠。
3.1IP 過濾技術
由于監(jiān)控中心服務于GPRS子網用戶，所有訪問客戶的IP必為GPRS子網內的IP ，即所有的用戶必須通過CMNET才可能訪問該服務器。因此，我們在系統(tǒng)中采用了IP過濾技術，對所有接受的數據包進行過濾，拋棄掉所有的非法IP數據報。這一過程就好像將系統(tǒng)置身于CMNET的防火墻保護之下，所有的非法用戶只有先穿過了CMNET的安全防護才有可能訪問到本系統(tǒng)，但對于安全措施非常強大的CMNET網絡來說，這將是非常的困難。
3.2身分授權和密碼認證體系
采用IP過濾技術盡管可以防止一些非CMNET網段用戶的侵襲，但由于系統(tǒng)處于GPRS子網以外，IP過濾只能起到簡單的安全防護，對于那些利用IP偽裝技術的非法用戶則無法識別。
由于該系統(tǒng)是專業(yè)化的服務系統(tǒng)，訪問客戶是預先確定的，利用這一特點，我們在系統(tǒng)中采用了用戶ID和密碼驗證技術，系統(tǒng)中存儲了有所客戶端的MAC地址以及密碼，對通過了IP過濾的數據包，再驗證其ID號和密碼。對于該系統(tǒng)以外的非法用戶，獲取合法的MAC地址和密碼將十分困難，所以這一步極大可能地增加了系統(tǒng)的安全性。
3.3數據安全加密通道
系統(tǒng)采用標準的SSL數據安全通訊協(xié)議在客戶端和服務器端建立加密數據通道，保證私有數據傳輸的安全性；系統(tǒng)在應用層植入高可靠性的加密算法，使得數據在任何網絡出錯時都可以得到保證的高可靠性；采用MD5算法產生“報文摘要”已實現對所有發(fā)送報文的數字簽名，保證了數據傳輸過程中的完整性，防止數據被篡改。
3.4訪問過程跟蹤
系統(tǒng)對所有的訪問過程進行日志記錄，包括用戶身份、IP、時間、數字簽名、操作事項等信息，向系統(tǒng)管理人員提供了詳細、完整、有效的操作證明。
第四部分 總結
采用GPRS無線傳輸數據通訊方法解決了遠程抄表系統(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網絡的逐漸完善和應用技術的不斷成熟，GPRS的應用領域也會越來越廣闊。本文介紹的GPRS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。
