曹俊林/同濟(jì)大學(xué)

土右電網(wǎng)GPRS電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用分析

曹俊林/同濟(jì)大學(xué)

隨著供電網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)大，供電企業(yè)運(yùn)行管理任務(wù)大大增加。但是由于大量依靠人工對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和管理，效率低，效果差。土右電力公司通過(guò)研發(fā)和實(shí)踐，應(yīng)用一種基于全電子式多功能電壓監(jiān)測(cè)和GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高低壓配電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)成為解決這一問(wèn)題的較好方案。

一、功能概述

DY2型電壓監(jiān)測(cè)儀（GPRS），是依據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)研制的，專門用于監(jiān)測(cè)電網(wǎng)電壓的運(yùn)行質(zhì)量的電子儀表，主要由計(jì)算機(jī)、電壓監(jiān)測(cè)儀、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)等組成，該儀器以單片機(jī)和GSM/GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心，集監(jiān)測(cè)，記錄，遠(yuǎn)程通訊于一體的智能化儀器。產(chǎn)品采用了大規(guī)模的集成電路技術(shù)，高精度A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)，單片機(jī)控制技術(shù)和抗干擾技術(shù)，具有測(cè)量精確，可靠性高，功能齊全，人機(jī)界面友好，安裝方便，操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，在同類產(chǎn)品中具有很高的性能價(jià)格比。GPRS模塊直接內(nèi)置在儀表內(nèi)部，在供電部門使用的原有管理軟件計(jì)算機(jī)上，增加TCP/IP協(xié)議收發(fā)數(shù)據(jù)的功能，就可完成和GPRS數(shù)據(jù)服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸。

二、GPRS介紹

1.GPRS的特點(diǎn)。GPRS具有傳輸速率高、接入速度快、可永久連接、豐富的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的特點(diǎn)。

2.GPRS系統(tǒng)。

（1）GRPS的邏輯結(jié)構(gòu)。從網(wǎng)絡(luò)側(cè)看，GPRS是在GSM網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上增加SGSN 和GGSN這兩種網(wǎng)絡(luò)實(shí)體以及Gb、Gn/Gp、Gi、Gr、Gf、Gd、Gs、Gc等接口而實(shí)現(xiàn)的。在上述接口中，Gs和Gc接口是可選接口，需要SGSN與MSC/VLR配合實(shí)現(xiàn)諸如聯(lián)合位置更新、經(jīng)由GPRS進(jìn)行CS尋呼等功能時(shí)，就應(yīng)選用Gs接口；如果選用Gc接口，GGSN可直接從HLR獲取位置信息，則如果未選用Gc接口，GGSN則需通過(guò)其他SGSN或GGSN從HLR獲取位置信息。

（2）GPRS網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)。來(lái)自MS的用戶信令與數(shù)據(jù)在BSS之后分流，電路業(yè)務(wù)經(jīng)A接口去往MSC/VLR進(jìn)入GSM核心網(wǎng)，分組業(yè)務(wù)則經(jīng)Gb接口去往SGSN進(jìn)入GPRS骨干網(wǎng)。在GPRS骨干網(wǎng)內(nèi)部，各GSN實(shí)體之間通過(guò)Gn接口相連，它們之間的信令和數(shù)據(jù)傳輸都是在同一傳輸平臺(tái)中進(jìn)行的，所利用的傳輸平臺(tái)可以在ATM、以太網(wǎng)、DDN、ISDN、幀中繼等現(xiàn)有傳輸網(wǎng)絡(luò)中選擇。GPRS骨干網(wǎng)中的SGSN和GGSN還通過(guò)Gr/Gc、Gs、Gf、Gd等接口分別與HLR、MSC/VLR、EIR、SMS-GMSC等原GSM網(wǎng)絡(luò)實(shí)體相連，這些實(shí)體之間的通信只涉及信令，利用SS7網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。

（3）GPRS傳輸協(xié)議。接口射頻部分：采用與GSM相同的傳輸模式；MAC/RLC協(xié)議：提供分組數(shù)據(jù)傳輸?shù)男诺?，其中RLC協(xié)議可支持MS與BSS之間的有確認(rèn)和無(wú)確認(rèn)兩種模式的數(shù)據(jù)傳輸；LLC協(xié)議：它與RLC協(xié)議是相對(duì)獨(dú)立的，在MS與SGSN之間提供一條高度可靠的加密的邏輯鏈路用于數(shù)據(jù)傳輸。LLC協(xié)議也可同時(shí)支持有確認(rèn)和無(wú)確認(rèn)兩種模式。LLC層可支持多種QoS延時(shí)級(jí)別；SNDCP協(xié)議：作為網(wǎng)絡(luò)層與鏈路層的過(guò)渡，將IP/X.25用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行分段、壓縮等處理后送入LLC層進(jìn)行傳輸。Gb接口L1bis：物理傳輸層。網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)該層基于幀中繼，：用于傳送上層的BSSGPPDU。BSSGP協(xié)議：在傳輸平臺(tái)上，該協(xié)議用于在BSS與SGSN之間提供一條無(wú)連接的鏈路進(jìn)行無(wú)確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳送；Gn接口L1/L2：底層傳輸網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的協(xié)議，底層傳輸網(wǎng)絡(luò)可以是ATM、以太網(wǎng)、DDN、ISDN、幀中繼等；UDP/TCP：UDP提供差錯(cuò)保護(hù)，用于承載不要求可靠傳輸?shù)腉TPPDU。TCP提供流量控制以及丟失和差錯(cuò)保護(hù)，用于承載要求可靠傳輸?shù)腉TPPDU；IP：GPRS骨干網(wǎng)協(xié)議，用于路由用戶數(shù)據(jù)和控制信令。GPRS骨干網(wǎng)可先采用IPv4,最終將使用Ipv6.GTP協(xié)議：用于GPRS骨干網(wǎng)中GSN之間數(shù)據(jù)和信令的隧道傳輸，它將用戶的PDPPDU用GTP字頭封裝用于標(biāo)識(shí)特定用戶。

3.引入GPRS業(yè)務(wù)對(duì)現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)的影響。

（1）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。a.對(duì)于MS和BSS部分。由于GPRS與電路型業(yè)務(wù)相比較，其基本的調(diào)制方式和無(wú)線信道的傳輸速率和突發(fā)脈沖等方面都沒有改變。無(wú)線接口的主要修改在于：無(wú)線接口的信令部分包括MAC/RLC,SNDC以及高層的信令等；邏輯信道與物理信道的映射、信道編碼部分；物理層的無(wú)線鏈路部分包括功率控制、同步、時(shí)間提前等算法。MS支持GPRS的移動(dòng)臺(tái)一般在軟硬件上均需改動(dòng)。以傳送分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為目標(biāo)的GPRS業(yè)務(wù)，一般其終端都具有連接PC適配接口，以便與多種數(shù)據(jù)應(yīng)用終端的連接。BTS基站不需要修改硬件設(shè)備，僅需進(jìn)行軟件的升級(jí)。當(dāng)引入CS-3,CS-4信道編碼時(shí)，目前大部分廠家的Abis接口的幀結(jié)構(gòu)要發(fā)生變化。BSC為了支持GPRS，需要在BSC增加分組控制單元（PCU）。PCU需要支持BSC至SGSN的Gb接口，由于該接口采用幀中繼方式，原有電路型的交換設(shè)備無(wú)法使用，必須增加新的硬件設(shè)施完成與SGSN的連接。同時(shí)，PCU還完成信道指配和無(wú)線信道管理等工作，包括廣播控制信道和功率控制等。

b.對(duì)于網(wǎng)絡(luò)部分。需要新增網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)施SGSN和GGSN。－SGSN：與BSS接口，主要完成GPRS的移動(dòng)性管理、加密和計(jì)費(fèi)等功能；－GGSN：與分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)接口；對(duì)于原有網(wǎng)絡(luò)設(shè)施需要進(jìn)行軟件升級(jí)并配備一些網(wǎng)絡(luò)接口連接：－HLR：需要增加GPRS的相關(guān)數(shù)據(jù)，包括用戶簽約的GPRS業(yè)務(wù)種類和移動(dòng)用戶所在的SGSN的號(hào)碼，以及SMS是通過(guò)MSC來(lái)傳送還是GPRS網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳送；HLR需增加與SGSN、GGSN（可選）等網(wǎng)絡(luò)實(shí)體間的Phase2+的MAP信令接口；－MSC/VLR：當(dāng)采用MSC與SGSN之間的Gs接口時(shí)，需要對(duì)于MSC/VLR進(jìn)行軟件升級(jí)并配備相應(yīng)接口，以支持聯(lián)合位置更新和尋呼；－短消息業(yè)務(wù)中心：需增加與SGSN的接口，采用現(xiàn)有MAP信令也可實(shí)現(xiàn)短消息業(yè)務(wù)在GPRS中的傳送；－計(jì)費(fèi)系統(tǒng)：應(yīng)能夠根據(jù)SGSN和GGSN采集的計(jì)費(fèi)信息，建立適合于分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的計(jì)費(fèi)處理系統(tǒng)；操作維護(hù)中心：OMC-R需要增加無(wú)線資源管理的相關(guān)數(shù)據(jù)，OMC-S部分增加了SGSN和GGSN兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元，應(yīng)增加其相應(yīng)的管理數(shù)據(jù)和程序。

（2）傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸網(wǎng)絡(luò)的投資在整體網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中占用相當(dāng)大的比重。由于目前蜂窩網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)主要為電路型業(yè)務(wù)因此主要采用PCM2Mb的線路，隨著GPRS骨干網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，有選擇地采用幀中繼、ATM等傳輸方式以提高傳輸有效性，適應(yīng)業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。

（3）無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃GPRS信道引入干擾的方式與電路型有所不同，這主要是由于該信道是動(dòng)態(tài)方式，時(shí)開時(shí)關(guān)，并且其功率控制機(jī)制與電路型不同。對(duì)于話音的干擾將會(huì)是電路業(yè)務(wù)和分組業(yè)務(wù)的疊加，在分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量較小時(shí)，電路與分組之間的動(dòng)態(tài)信道分配，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中話音質(zhì)量的影響不大。