GPRS路由器在环境监测数据传输的应用方案

一、项目需求
       环保数据采集系统是一个由污染源排放监测点和监测中心组成的污染源监测系统。该系统可对污染源进行自动采样、对主要污染因子进行在线监测；掌握城市污染源排放情况及污染源排放总量，监测数据自动传输到环保监测中心；由监测中心的计算机进行数据汇总、整理和综合分析；监测信息传至环保局，环保局作为系统的决策中心，对从监测中心站获得的监测信息进行分析、调研，及时作出管理决策，增加管理力度。
      目前，省环保监测站与各采集点之间的数据通信主要采用手工抄录或PSTN电话线传输。采用电话线传输数据时，由于每次拨号都需要等待，速度慢，而且费用也较高。同时，由于各监控点分布范围广、数量多、距离远，个别点还地处偏僻，因此需申请很多电话线，而且有些监控点有线线路难以到达。
      GPRS或CDMA具有速度快、使用费用低的特点，其传输速度可达171.2kb/s。与有线通讯方式相比，采用GPRS或CDMA无线通信方式则显得非常灵活，它具有组网灵活、扩展容易、运行费用低，维护简单、性价比高等优点。因此，可以采用GPRS或CDMA无线传输方式解决污染源监测数据的实时传输问题。

二、方案优点
      中国移动可提供广域的无线IP连接。基于GPRS、CDMA业务平台上构建环保信息采集传输系统，实现环保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。
GPRS、CDMA无线环保污染源在线监控系统具备如下特点：
1、实时性强：
厦门才茂公司的无线数传设备具有实时在线特性，无时延，无需轮巡就可以同步接收、处理多个监测点的各种数据。可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。
2、建设成本少低：
由于采用公网平台，无需建设网络，只需安装好设备就可以，建设成本低；
3、监控范围广： 
构建环保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。由于环保信息采集点数量众多，分布在全省范围内，部分环保信息采集点位于偏僻地区，而且地理位置分散。
4、具有良好的可扩展性。
由于目前公用网络已覆盖省内绝大部分地区，基本不存在盲区，可实现大范围的在线监控，满足环保信息采集传输系统对覆盖范围的要求。
5、系统的传输容量大：  
环保中心站要和每一个环保信息采集点实现实时连接。由于环保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、CDMA技术能很好地满足传输突发性数据的需要。
6、数据传送速率高：
每个环保信息采集点每次数据传输量在10Kbps之内。GPRS网络传送速率理论上可达171.2kbit/s，目前GPRS实际数据传输速率在40Kbps左右，CDMA 的理论带宽可达153.6Kbps，
但实际带宽，上行和上行最高能到100Kbps 左右，平均在60~80Kbps 左右,完全能满足本系统数据传输速率（≥10Kbps）的需求。
8、通信费用低：
采用包月计费方式，运营成本低。


三、解决方案介绍
    由于GPRS、CDMA通信是基于IP地址的数据分组通信网络，监测中心计算机主机配置固定的IP地址，各个数据采集点采用厦门才茂路由器和该主机进行通信。
（一）系统组成
现场监控点通过数据采集模块自动采集污染源信息，通过RS232、485或RJ45接口与厦门才茂路由器，数据透明传输，各监控点使用通过GPRS、CDMA网络与监控中心相连，各污染源数据采集点支持24小时实时在线，实现信息采集点24小时传送采集的环保信息数据。
 
（二）系统应用连接图
 
1．组建网络。
a.在实际应用中如果采集点不是很多而且采集点又很分散并且数据量大的情况下，可以采取中心对多点的网络应用。用户需要在中心服务器安装相应的服务软件方可进行中心对多点的网络应用。整个无线网络服务系统中，用户在不需要了解TCP/IP、UDP 协议，不用更改程序的情况下即可实现原有串口设备的无线网络连接，而且组网简洁可靠，可以节省您宝贵的时间和已有投资，可用于长距离通信或控制。在此情况下，数传多少不受限制，组网灵活，可以保证串口通讯的稳定，避免重要数据丢失。实际应用图（1）如下：

 
b.在实际应用中如果采集点比较集中，而且采集点相对又比较多并且数据量不大的情况下可以采取分组的方式，每组共用一个无线数传，在每个组合中数据采集设备和无线数传之间的通讯是485总线，在这种情况下组网方便，后期的运营费较少，可以保证数据量小的情况下不丢失，并且能大量减少数传设备节省成本，但每组数据采集设备最好不超过30台，数据采集设备和无线数传之间的连线不能太远。由于485是半双工的方式，在满足全双工的通讯方式的情况下效率低下。
实际应用如图（2）如下：

c.在实际应用中如果采集点比较集中，而且采集点相对又比较多的情况下也可以采取如下分组的方式。在这种情况下，采用的是采集设备先和串口服务器设备（串口服务器）连接，在每组中串口服务器设备（串口服务器）和具有多个RJ45接口的交换机连接，然后交换机在和无线路由器连接。在通讯过程中串口服务器设备（串口服务器）把数据采集设备需要发送的数据进行转换以便利用以太网进行传送，也可以把从以太网接收来的数据进行转换利用串口发送给数据采集设备。下图中RC10为无线路由器，由于无线路由器只有一个RJ45接口，所以还得需要一个交换机扩展成多个RJ45接口。在这个方案中串口服务器可以根据现场施工和技术的要求来灵活安排它和数据采集设备以及交换机的距离。由于使用串口服务器设备避免了由于图（2）中采用的485这种半双工的通讯方式所带来的不足，而且后期的运营费较低,由于使用的是串口服务器,整个方案成本比图（1）低，但比图（2）高。
图（3）

      无线路由器 采用 ARM9 高性能工业级嵌入式处理器，以实时操作系统为软件支撑平台,超大 内存,内嵌自主知识产权的 TCP/IP 协议栈。为用户提供高速，稳定可靠，数据终端永远在线，多种 协议转换的虚拟专用网络。针对网络流量控制的用户，产品支持语音，短信，数据触发上线以及超 时自动断线的功能。同时也支持双数据中心备份，以及多数据中心同步接收数据等功能。公司产品
已广泛应用于金融，水利，环保，电力，邮政，气象等行业。

四、才茂路由器功能

1.支持以太网数据通信和路由转发
2.支持串口TCP/UDP透明数据传输或者串口配置（DTU功能）
3.支持RS232/485接口TCP/UDP透明数据传输
4.支持VPN安全隧道功能,包括PPTP、MPPE、L2TP、GRE和IPSEC
5.智能防掉线，支持在线检测，在线维持，掉线自动重拨，确保设备永远在线
6.支持IPTABLES防火墙，包过滤功能
7.支持定时上线下线功能，可以设置设备在某段时间内上线和某个时间内下线
8.支持多种上下线触发模式，包括短信、电话振铃、串口数据、网络数据触发上下线模式
9.支持动态路由和静态路由、RIPv1、RIPv2、OSPF、BGP、NDSP、IRMP、SNSP、IGMP、DVMRP、PIM-SM/DM
10.支持多种协议：TCP/IP，UDP，ICMP，SMTP，HTTP，POP3，OICQ，TELNET，FTP等。
11.支持动态路由和静态路由
12.支持DHCP/DHCPD功能
13.支持端口映射NAT功能，如SNAT，DNAT
14.支持动态DDNS：支持花生壳、88IP和dyndns域名服务商
15.支持DMZ主机
16.支持APN/VPDN网络
17.支持带宽管理
18.方便的WEB配置，支持远程WEB管理
19.支持WEB配置保存和恢复，实现参数的备份和批量设备的快速配置
20.支持telnet管理，方便易用的控制台shell交互环境
21.支持多台终端共享router ppp广域网出口
22.支持多种无线拨号方式：自动分配，指定IP，指定本地对端IP
23.支持作为PPP服务器，多种认证方式，支持双向认证
24.方便易用的COM及SYSLOG系统诊断，调试功能
25.支持串口本地软件升级
26.支持TFTP软件远程升级
27.支持RTC实时时钟
28.支持Zigbee网络数据与网络TCP/UDP协议间的数据转换
29.支持GPS定位功能
30.同时支持LINUX和WINDOWS操作系统

五、才茂路由器的优势

1.在线维持专利技术：智能防掉线，在线检测，在线维持，掉线自动重拨，异常自动复位，确保设备永远在线
2.三层系统保护：在原来两级（软件保护 CPU内置看门狗WDT保护）系统保护的基础上，增加一级系统虚拟值守VWM（Virtual Man Watch）检测保护功能，网络异常、或者系统收到强干扰异常时，系统会重新彻底复位，相当于维护人员上门拔电，彻底解决了业内系统异常是需要上门拔电的麻烦，保证系统稳定可靠
3.UIM/SIM卡ESD保护：1.8V/3V/5V标准的推杆式用户卡接口，内置15KV ESD保护。
4.串口ESD保护：串口RS232内置15KV ESD保护。
5.金属外壳：采用金属外壳，防辐射，抗干扰；外壳和系统安全隔离，防雷设计；符合电力安规要求；防护等级为IP41；特别适合于环境恶劣的工业控制领域。
6.所有无线模块都有通过CGD认证或者FCC认证或者CE认证。
7.工业级CPU：工业级ARM9高性能嵌入式处理，400MHz；带 16KB Dcache，高速缓存数据，加快高速数据访问速度；带16KB Icache，高速指令缓存，加强了指令处理速度, 带内存管理单元MMU,配合操作系统，可以防止内存溢出导致的死机问题。
8.超大内存：FLASH64Mbits，DDR2，1Gbits，有超大的内存来缓存客户发送数据，同时接收超大数据包，数据不丢失。
9.完善的协议栈：新系统加载了完善的TCP/IP协议栈，采用了完善的TCP/IP协议栈；使网络通信性能优异，掉线概率极大降低。

10.EMC性能优异：通过欧洲CE认证，通过中检所测试，通过EMC测试；通过电力3000V电击测试，特别适合在工业领域环境恶劣下使用；系统EMC/EMI优异，系统稳定可靠。

六、总 结
      环境监测现在越来越受到各国领导人的重视，中国这几年环境受到了国家领导的极大重视，采利用现代通信技术和计算机技术以及环境监测技术结合在一起，可以实现环境监测的实时性、准确性和应用性等方面都多方面优势。