崔正湃，王思彤，葉 辛

（1.華北電力科學研究院有限責任公司，北京 100045；2.華北電網有限公司，北京 100051）

基于GPRSGPRSS的電力負荷管理系統通信性能分析及解決方案

崔正湃1，王思彤1，葉 辛2

（1.華北電力科學研究院有限責任公司，北京 100045；2.華北電網有限公司，北京 100051）

探討了GPRS技術在電力負荷管理系統數據傳輸中的應用，相比于傳統的通信網絡，GPRS的網絡覆蓋和運行成本更加適合于電力負荷管理系統的應用。重點介紹了GPRS技術的特點、網絡結構及實施方案，特別是對GPRS網絡在使用過程中存在的問題及其解決方案進行了詳細的說明。

GPRS；電力負荷管理系統；應用問題；解決方案

GPRS通信技術是目前解決移動通信信息服務的一種較為完美的業(yè)務，它根據數據流量計費，具有覆蓋范圍廣泛、數據傳輸速度快等特點。與有線網絡相比，他具有租用費用更低，移動辦公、不受地域制約等優(yōu)點。從綜合成本、工程安裝、通信實時性等方面考慮，GPRS通信技術應該是當前比較合適應用于電力負荷管理系統的遠程通信方式。

但在實際應用中經常會出現諸如終端登錄主站困難，登錄后經?！暗艟€”以及通信費用超支等情況，本文就應用中的一些常見問題提出解決方案。

1 GPRS通信技術特點

GPRS理論上可提供高達171 kb/s的傳輸速率，實際應用中大約為20～40 kb/s［1］，比GSM電路型數據傳輸的最大速率（一般為9.6 kb/s）高出許多。

GPRS初次登錄時與常用有線modem相似，只要完成一次登錄后，數據通道即可建立連接。一旦發(fā)生數據交換馬上就進入分組交換進程，分組接入時間少于1 s，可以提供快速即時連接。

GPRS通信技術采用了基于IP地址的尋址方式［2］，這意味著終端每次登錄互聯網后，都可以獲得一個隨機分配的IP地址，一旦脫離網絡，地址隨即釋放為它人所用，須得重新登錄再次分配地址。對于一個穩(wěn)定的通信系統而言，動態(tài)分配IP地址方式不確定性較多，無法保證可靠的點對點傳輸。但是一個系統全部采用固定IP地址可能性也不大，所以一般要求主站設備必須是具有固定IP地址的互聯網接入設備，而終端采用隨機分配IP地址的方式。通過軟件設定，終端每一次上網獲得臨時IP地址后，都要立即向固定的IP地址（主站）匯報，主站只要收到登錄信息，就可以建立起數據鏈路。

2 終端與主站通信過程

GPRS數據傳輸應用系統組建方案示意圖如圖1所示。

基于GPRS無線公網數據傳輸的負荷管理終端和主站之間鏈路傳輸過程如下：兩者按照規(guī)定的平衡傳輸過程執(zhí)行，終端可以工作在主動上報或主站召測的工作模式下，其數據遠程傳輸信道的連接方式應該能夠同時適應永久在線模式和被動激活模式，適應固定IP和動態(tài)IP的網絡結構，支持TCP和UDP通信協議［3］。

GPRS網絡終端工作在永久在線模式，終端工作過程如下：

（1）終端上電后根據APN設置（或虛擬專網用戶名、密碼）自動連接到GPRS網絡，并從網絡獲得分配的IP（固定或動態(tài)）地址。

（2）終端隨即根據主站IP地址和端口號主動與主站建立TCP連接會話，向主站發(fā)送登錄報文，收到主站確認報文后保持TCP會話連接，第一次測試登錄成功。

（3）其后在每次“心跳”或數據傳送結束后的“心跳”時間間隔期到時，均進行一次“心跳”測試連接。

主站工作方式如下：

（1）在每個終端作為“TCP Client”連接到主站后，響應其登錄申請，主站作為“TCP Server”保持和所有終端的連接，動態(tài)記錄當前在線終端狀態(tài)，刷新記錄終端最新通信時刻。

（2）主站和終端根據各自的需要作為啟動站或從動站發(fā)送下行或上行的命令或數據。

3 常見問題及解決方案

GPRS無線公網在目前電力系統應用中經常遇到如下一些問題，以下詳述其解決方案。

3.1 終端登錄主站困難

應用中有時會出現終端無法登錄主站的現象，經分析其原因主要可以歸納以下幾類：

（1）SIM卡問題：SIM卡與通信模塊接觸不良，SIM卡本身質量有問題，SIM卡沒有開通GPRS通信功能，或此SIM卡欠費。

（2）終端自身問題：APN參數設置不正確，終端處于串口通信狀態(tài)（部分型號終端處于本地串口通信狀態(tài)時，其GPRS通信功能無法啟用），GPRS模塊有問題或模塊與終端接觸不良。

上述2類問題的解決方法如下，應用中可將終端事先在實驗室設置通信參數并安裝SIM卡，如果終端可以順利登錄主站，則安裝了SIM卡的終端可以送至現場安裝，否則需在實驗室查找原因。此外通信模塊是易失效部件，應要求供貨商提供一定的備件，最好能統一規(guī)范通信模塊接口，則可以收到事半功倍的效果。

（3）網絡問題：安裝處信號不好（可用諸如手機等測試設備直接進行查看），移動公司分配的地址空間不足，網絡中某個基站故障。該類問題的解決需加強與移動運營商的協調溝通。

3.2 終端經?！暗艟€”

號稱“實時在線”的GPRS終端使用中經常會遇到“掉線”現象，給生產應用帶來一定的不便，經分析其主要原因如下：

（1）GPRS網絡信號電平對終端的使用有著直接關系，當網絡信號電平比較低的時候，終端登錄網絡的過程會變得困難以及登錄次數頻繁，影響數據發(fā)送，數據丟包概率也會增加。因此在設計網絡時，需對使用環(huán)境的網絡信號強度進行測試，并采取相應的措施保證系統的正常運行。

（2）與GPRS終端內部控制方式有關。當GPRS設備在一個較長（規(guī)定）的時間內沒有與主站發(fā)生數據交換，網絡運營商的基站就會自動將數傳鏈路掛斷。該間隔時間因各地移動運營商不同而異，有的地方可能只允許數分鐘的信道占用時間，終端需采取以固定的時間間隔發(fā)送“心跳”數據的方式來保持與基站連接。

實際應用中，應合理的選擇“心跳”時間，該時間不宜過長，否則會經?！暗艟€”；也不宜過短，增加無謂的通信費用支出。同時應規(guī)定終端“心跳”時間可根據主站下發(fā)通信參數進行修改，方便實際應用。

（3）GPRS通信模塊低溫性能不穩(wěn)定。安裝于中小工商業(yè)用戶的GPRS終端大都安裝于室外，北方地區(qū)冬季氣溫較低，GPRS模塊工作于較高頻段下，射頻部分在低溫工況下（特別是在-25℃以下）工作經常不穩(wěn)定，這也導致終端在低溫時節(jié)頻繁掉線，影響正常使用。

即使制造廠家雖然選用了工業(yè)級的芯片，但還是不能可靠保證通信模塊低溫性能，因此需對GPRS通信模塊進行高低溫試驗和篩選，篩選在-25～70℃環(huán)境下可靠穩(wěn)定工作的通信模塊，以保證通信質量。

（4）GPRS終端質量問題。GPRS終端生產制造工藝要求較高，只要某一方面質量存在問題，也經常會出現“掉線”現象。

此外系統中GPRS終端設備一般都安裝在戶外環(huán)境中，地點偏遠、分散、無人值守，要求設備必須能在特殊的環(huán)境下長期、穩(wěn)定地工作。故終端必須具備自動撥號、斷線重撥功能，在網絡狀況不穩(wěn)定時，具有自動恢復通信、保證系統穩(wěn)定工作的能力。

實際應用中，可以通過采取入網選型試驗等手段，篩選合格廠家，保證終端質量。

3.3 系統通信費用超支

GPRS通信網絡收費依據數據流量計算，因此運行成本較低。但是電力負荷管理系統實際運行后，發(fā)現從每月從移動通信部門查詢的數據通信流量遠遠大于其有效的數據通信流量，運行費用也超出預算。

GPRS數據流量主要有有效通信數據流量、“心跳”數據流量和終端登錄主站產生的數據流量等3部分組成。如果終端可以保持長時間不“掉線”，則總流量僅有有效通信數據流量和“心跳”數據流量。實際中可能因為網絡原因或主站原因（如關機重新啟動），GPRS設備需重新登錄，這個過程會產生大量的不可預知的通信數據流量，所以保持GPRS設備與主站可靠連接是減少無效通信流量關鍵所在。

實際應用中，大多數地區(qū)如果GPRS信道一段時間內沒有數據交互，移動網絡就收回信道的使用權，應考慮終端每登錄一次主站產生的數據流量遠大于發(fā)送“心跳”產生的數據通信流量，所以必須采用發(fā)送“心跳”方式保持終端與主站持續(xù)連接。

其次，如果在網絡狀況不好的區(qū)域，往往會出現一段時間內網絡不暢通的情況，由于GPRS重連機制使得終端不停連接主站，重連的頻率將會直接影響GPRS通信流量，因此應提供重連時間的設置項，用戶或終端供應商可以根據當地網絡狀況合理選擇重連時間。例如對可以對數據傳輸規(guī)約［3］中“參數設置”（AFN=04H）第62項參數“虛擬專網工作方式”進行擴充，增加“與主臺建立連接的時間間隔”和“與主臺建立連接的次數”等參數，合理限定終端與主臺的連接頻度和登錄次數，合理規(guī)避通信流量超支的風險。

此外為了限制終端超通信流量而導致通信費用激增問題，部分地方采取設置日（月）通信流量限值的方法限定終端日（月）通信流量，如果終端自身統計通信流量超過日（月）通信流量限值，則終端向主站發(fā)送通信流量超限告警信息后自行下線，直至下個工作日（下月初）再次啟動上線。由于終端（系統）與網絡運營商在通信流量統計計算模式存在一定差別，終端（系統）無法較為精確的統計本日（本月）通信流量，從而限制了該方法的應用，僅可作為一種輔助手段。

3.4 加強和網絡運營商溝通

由于電力負荷管理系統建設運行需借助于GPRS網絡，這就造成系統數據通信將會受到網絡運營商的制約，雖然目前GPRS網絡發(fā)展得較為成熟，但也不排除存在網絡繁忙或局部地區(qū)基站設置偏少等現象，這將會一定程度上造成對數據通信的影響，影響系統的正常使用。建議系統使用方應加強與移動網絡管理運營方的溝通，保證系統穩(wěn)定可靠運行。

4 結束語

隨著國家電網公司啟動用電信息采集系統建設項目，各地不斷推進電力負荷管理系統建設，GPRS技術作為當前較為合適的遠程通信方式在電力負荷管理系統得到了廣泛的應用。

：

［1］饒克明，張紅先.GPRS技術在電力系統狀態(tài)監(jiān)測中的應用［J］.湖南電力，2005，25（1）：38-40.

［2］孫晨.對GPRS在電力系統應用的分析［J］.電力系統通信，2003，24（11）：38-41.

［3］Q/GDW 130—2005，電力負荷管理管理系統數據傳輸規(guī)約［S］.北京：北京電力出版社，2005.

Performance analyzing and solving scheme of GPRS?based power load management system

CUI Zheng?pai1，WANG Si?tong1，YE Xin2
（1.North China Electric Power Research Institute Co.，Ltd.，Beijing 100045，China；2.North China Grid Co.，Ltd.，Beijing 100051，China）

This paper discusses the application of GPRS tech?nology in power load management system.The network coverage and cost of GPRS are more adaptable to the application in power load management system compared with other kinds of traditional communication modes.This paper emphasizes the characteris?tics，network structure and implementation plans of GPRS tech?nology，and especially explains the problems and solutions in the application of GPRS network in detail.

GPRS；power load management system；appli?cation problems；solving scheme

F407.61

A

1009-1831（2010）01-0037-03

2009-08-09

崔正湃（1980—），男，山西山陰人，碩士研究生，工程師，從事電能計量管理和研究工作；王思彤（1967—），男，陜西西安人，高級工程師，華北電力科學研究院有限責任公司電氣測量技術研究所所長，長期從事電測計量管理和研究工作；葉辛（1968—），女，北京人，高級工程師，華北電網有限公司營銷部市場開發(fā)處處長，從事電力負荷管理系統建設和管理工作。

（

陳 瑜）