第一部分 系統(tǒng)概述 　

    GPRS---General Packet Radio Service，通用無線分組業(yè)務(wù)，是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，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(shù)據(jù)處理的技術(shù)，方法是以“分組”的形式傳送資料到用戶手上。用戶上網(wǎng)可以免受斷線的痛苦。使用了GPRS后，數(shù)據(jù)實現(xiàn)分組發(fā)送和接收，用戶就可以總是在線且按流量計費(fèi)，迅速降低了服務(wù)成本。GPRS的服務(wù)成本僅是CSD(電路交換數(shù)據(jù)，即通常說的撥號數(shù)據(jù)，歐亞WAP業(yè)務(wù)所采用的承載方式)服務(wù)成本的十分之一。

    GPRS電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)是北京市卓創(chuàng)技術(shù)有限公司開發(fā)的基于GPRS技術(shù)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(wù)器組成。采集器實時采集用戶的用電數(shù)據(jù)，通過GPRS把數(shù)據(jù)匯集到服務(wù)器。具有采集數(shù)據(jù)快速準(zhǔn)確，能快速生成用電統(tǒng)計分析,交費(fèi)單據(jù)等特點(diǎn)，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(zhǔn)確、實時抄表外，還提供了設(shè)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(fèi)用戶進(jìn)行拉閘等。并提供停電數(shù)據(jù)保護(hù)功能，在停電48--72小時內(nèi)仍可抄表和監(jiān)控。本系統(tǒng)結(jié)合移動公司的短信平臺，在告警時，可根據(jù)具體內(nèi)容發(fā)短信給相關(guān)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(jìn)行二次開發(fā)。抄表軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫為SQL數(shù)據(jù)庫，運(yùn)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(shù)量沒有限制。　 

    利用現(xiàn)代通信技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)以及電能量測量技術(shù)結(jié)合在一起，便能夠及時、準(zhǔn)確、全面地反映電量使用（即銷售情況）。本方案是基于GPRS 網(wǎng)絡(luò)通信的無線通訊技術(shù)，將電量數(shù)據(jù)和其它（所需）信息實時可靠的采集回來，通過應(yīng)用具有智能化分析功能的系統(tǒng)軟件，實現(xiàn)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(wǎng)專網(wǎng)，為用電管理提供實時性好、穩(wěn)定性高的數(shù)據(jù)和事件記錄，可實現(xiàn)多塊表同時凍結(jié)抄表功能。該系統(tǒng)具有設(shè)備參數(shù)遠(yuǎn)程回讀功能，如回讀參數(shù)和后臺系統(tǒng)保存的設(shè)置參數(shù)對比，異常報警，可以發(fā)現(xiàn)非法修改電能表參數(shù)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(xiàn)用戶異常，為反竊電提供了一種先進(jìn)的、有效的高技術(shù)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(bǔ)充，在系統(tǒng)出現(xiàn)意外時進(jìn)行人工抄表。

    主站：運(yùn)行集中抄表系統(tǒng)的計算機(jī)（服務(wù)器或PC機(jī)）稱為主站，主站通過GPRS網(wǎng)絡(luò)與采集器相連。主站要配置一個固定的IP地址和互聯(lián)網(wǎng)出口。

    帶GPRS模塊的采集器：收集電表數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)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?shù)紾PRS采集器。

    這三個主要的組成部份是相互關(guān)聯(lián)的主從關(guān)系。 根據(jù)抄表對向的不同我們設(shè)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(shù)據(jù)保護(hù)

    （3）帶后備電源，停電后仍可抄表

    3、抄表內(nèi)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(nèi)容：

    （1）開箱告警

    （2）停電告警

    6、 技術(shù)指標(biāo)：

    （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(jù)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(jī)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(wǎng)絡(luò)作為通信介質(zhì)，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(tuán)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(biāo)2004通訊規(guī)約。　　B）三相有功復(fù)費(fèi)率表，有功1級，具有RS-485通訊接口，電力部國標(biāo)2004通訊規(guī)約。

    實現(xiàn)電能量（有功、無功）的計量和功率因數(shù)、電壓、電流、頻率等參數(shù)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(guān)量輸入口和三個用于遠(yuǎn)程控制的模擬量輸出口。

    （2）支持部標(biāo)通信規(guī)約

    （3）停電數(shù)據(jù)保護(hù)

    （4）控制輸出（用于遠(yuǎn)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(shè)置電能表的參數(shù)，讀取各種計量和管理數(shù)據(jù)；

    （2）抄表數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)保存；

    （6）瞬時量數(shù)據(jù)的綜合處理；

    （7）系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份、存檔和向外輸出數(shù)據(jù)；

    （8）歷史數(shù)據(jù)事件記錄功能；

    （9）實時報警；

    （10）根據(jù)線路上的表計關(guān)系計算線路損耗；

    （11）可提供多路模擬量、開關(guān)量輸入，實現(xiàn)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(yuǎn)程控制斷電功能；

    （13）采集的參數(shù)豐富，如：

    ◆ 當(dāng)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(fèi) 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(shù)；

    ◆ 感想失壓累計次數(shù)、失壓累計時間、集抄器停電起止時間等；

    ◆ 單位時間負(fù)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(shù)曲線。

    4、技術(shù)指標(biāo)：

    （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(jù)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(wǎng)絡(luò)作為通信介質(zhì)，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(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)度：2KV；絕緣電阻：2M歐姆；

    （10）電表數(shù)據(jù)抄收率、可靠性和讀數(shù)準(zhǔn)確率達(dá)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(guān)量和三個模擬量；

    （2）支持部標(biāo)通信規(guī)約；

    （3）停電數(shù)據(jù)保護(hù)；

    （4）控制輸出；

    （5）帶后備電源，停電后仍可抄表。

    3、抄表內(nèi)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(shù)及斷相期間用電量；

    （6）負(fù)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(nèi)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(shù)指標(biāo)：

    （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(jù)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(wǎng)絡(luò)作為通信介質(zhì)，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(biāo)2004通訊規(guī)約，并有擴(kuò)展性。

    抄表軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫為SQL數(shù)據(jù)庫，運(yùn)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(shù)量沒有限制。

    系統(tǒng)的功能與特點(diǎn)有：

    (一)安全可靠：安全性由三方面構(gòu)成：第一，SQL數(shù)據(jù)庫是大型的、多用戶的數(shù)據(jù)庫，它的安全性高，允許多用戶同時使用同一數(shù)據(jù)庫而不會破壞完整性，用它來做抄表系統(tǒng)的數(shù)據(jù)引擎可以保證數(shù)據(jù)的安全；第二，系統(tǒng)對用戶實現(xiàn)分級授權(quán)管理功能，通過檢查使用者的名字和授權(quán)密碼，賦予使用者相應(yīng)的操作權(quán)，借鑒銀行系統(tǒng)的密碼管理模式限制無關(guān)人員改變數(shù)據(jù)庫和硬件設(shè)置。第三，防火墻功能及完善的數(shù)據(jù)備份功能，防備系統(tǒng)受到人為的惡意攻擊，數(shù)據(jù)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(shè)備上數(shù)據(jù)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(jìn)入系統(tǒng)，離開系統(tǒng)，收費(fèi)，設(shè)置硬件，改變運(yùn)行參數(shù)操作等及操作者，操作時間，凡是改變數(shù)據(jù)庫的操作都被記錄下來。

    (三)抄表速度快：抄表快、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，抄表時PC機(jī)只讀采集器的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸采用115200波特率，傳輸速度快，并對每個數(shù)據(jù)塊都有效驗碼，保證了傳輸?shù)臏?zhǔn)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(zhǔn)與PC機(jī)保持一致，對時成功后，由電池供電的電能表內(nèi)部時鐘，不再需要PC機(jī)的干預(yù)。因此，只要保證在對時時刻，PC機(jī)的時間是正確的，以后在運(yùn)行的過程中，改變PC機(jī)的時鐘并不會影響電能表的時間。

    (五)自動抄表功能：按照設(shè)置的抄表開始時間和抄表間隔，到預(yù)定的抄表時刻，系統(tǒng)便會依次撥號去抄采集器或電表內(nèi)的數(shù)據(jù)。對于抄不上數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會自動補(bǔ)抄或人工發(fā)命令補(bǔ)抄。

    (六)電量凍結(jié)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(dāng)?shù)目偙?，結(jié)合抄凍結(jié)數(shù)據(jù)功能，就可得某一特定的時刻的總表讀數(shù)，各分表的讀數(shù)（由此得到讀數(shù)和），就可以計算出某部分電路的電能損耗，為確定電費(fèi)提供依據(jù)。

    (七)電費(fèi)管理功能：收電費(fèi)前，統(tǒng)一抄錄一次電費(fèi)數(shù)據(jù)。當(dāng)確保數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)反映最近的電表讀數(shù)后，利用程序中的功能自動計算出當(dāng)月用電量和電費(fèi)。交納電費(fèi)時，只需輸入用戶號，當(dāng)月用電量和電費(fèi)由程序填寫。每筆電費(fèi)都有詳細(xì)記錄，便于對帳。

    (八)設(shè)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(fèi)用戶進(jìn)行拉閘等。并提供停電數(shù)據(jù)保護(hù)功能，在停電48--72小時內(nèi)仍可抄表和監(jiān)控。本系統(tǒng)結(jié)合移動公司的短信平臺，在告警時，可根據(jù)具體內(nèi)容發(fā)短信給相關(guān)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(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，分析，繪制負(fù)荷曲線，作平衡分析，具有與銀行，客服中心的聯(lián)網(wǎng)功能。

    本系統(tǒng)適應(yīng)范圍廣泛，單相版的軟件可用于小區(qū)管理，網(wǎng)絡(luò)版的軟件可用于供電公司實現(xiàn)一座城市或地區(qū)的用電管理。

    GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端實現(xiàn)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(shè)備功能與特點(diǎn)如下： A、功能： 1. 標(biāo)準(zhǔn)的AT 命令界面,方便程序設(shè)計； 2. TCP/IP Internet 內(nèi)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(nèi)部數(shù)據(jù)總線，128KBSRAM，512KBFLASH，可高速處理協(xié)議和大量數(shù)據(jù)； 2. 支持全透明及幀格式數(shù)據(jù)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(biāo)準(zhǔn)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(shè)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(jī)功耗小于3W； 8. 完善了GPRS 網(wǎng)絡(luò)中所出現(xiàn)的假撥號，掉線自動重啟，遠(yuǎn)程喚醒等功能； 9. 支持遠(yuǎn)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(nèi)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(fù)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(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)對用戶實現(xiàn)分級授權(quán)管理和提供防火墻功能及完善的數(shù)據(jù)備份功能外，對GPRS網(wǎng)絡(luò)無線數(shù)據(jù)監(jiān)控中心還提供了安全技術(shù)解決方案，以確保數(shù)據(jù)安全可靠。

    3.1IP 過濾技術(shù)

    由于監(jiān)控中心服務(wù)于GPRS子網(wǎng)用戶，所有訪問客戶的IP必為GPRS子網(wǎng)內(nèi)的IP ，即所有的用戶必須通過CMNET才可能訪問該服務(wù)器。因此，我們在系統(tǒng)中采用了IP過濾技術(shù)，對所有接受的數(shù)據(jù)包進(jìn)行過濾，拋棄掉所有的非法IP數(shù)據(jù)報。這一過程就好像將系統(tǒng)置身于CMNET的防火墻保護(hù)之下，所有的非法用戶只有先穿過了CMNET的安全防護(hù)才有可能訪問到本系統(tǒng)，但對于安全措施非常強(qiáng)大的CMNET網(wǎng)絡(luò)來說，這將是非常的困難。
    3.2身分授權(quán)和密碼認(rèn)證體系

    采用IP過濾技術(shù)盡管可以防止一些非CMNET網(wǎng)段用戶的侵襲，但由于系統(tǒng)處于GPRS子網(wǎng)以外，IP過濾只能起到簡單的安全防護(hù)，對于那些利用IP偽裝技術(shù)的非法用戶則無法識別。 

    由于該系統(tǒng)是專業(yè)化的服務(wù)系統(tǒng)，訪問客戶是預(yù)先確定的，利用這一特點(diǎn)，我們在系統(tǒng)中采用了用戶ID和密碼驗證技術(shù)，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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)安全加密通道

    系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的SSL數(shù)據(jù)安全通訊協(xié)議在客戶端和服務(wù)器端建立加密數(shù)據(jù)通道，保證私有數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?；系統(tǒng)在應(yīng)用層植入高可靠性的加密算法，使得數(shù)據(jù)在任何網(wǎng)絡(luò)出錯時都可以得到保證的高可靠性；采用MD5算法產(chǎn)生“報文摘要”已實現(xiàn)對所有發(fā)送報文的數(shù)字簽名，保證了數(shù)據(jù)傳輸過程中的完整性，防止數(shù)據(jù)被篡改。

    3.4訪問過程跟蹤

    系統(tǒng)對所有的訪問過程進(jìn)行日志記錄，包括用戶身份、IP、時間、數(shù)字簽名、操作事項等信息，向系統(tǒng)管理人員提供了詳細(xì)、完整、有效的操作證明。

    第四部分 總結(jié) 　　

    采用GPRS無線傳輸數(shù)據(jù)通訊方法解決了遠(yuǎn)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(wǎng)絡(luò)的逐漸完善和應(yīng)用技術(shù)的不斷成熟，GPRS的應(yīng)用領(lǐng)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(wù)、環(huán)保、煤氣、交通等行業(yè)應(yīng)用當(dāng)中去。