基于GPRS网络水文水利无线数据监测系统方案

关键词：水文水利潮汛检测、GPRS、无线数据传输网络
应 用：河道水文水利监测、湖泊水库监测、沿海潮汛潮位监测

一、应用需求
    我国对于江河水文的监测非常重视，在原有的水文监测点的基础上，各地的水文监测站纷纷建立了一些无人值收的水文检测点，以监测更广的水文和水利情况，包括水流速度、水面高度、水质、流量、潮位、降水量等参数。

二、监测系统概述
一套由水文遥测系统和计算机通信网络组成的水文计算机防汛检测系统，可以通过设立在各个水文监测点的数据采集单元和无线DTU模块及网络通讯系统将各监测点搜集的水文信息及时传送到水利局或防汛指挥部，供防汛调度决策使用。

系统组成：
水文与防汛监测系统由流域管理中心、分中心(各县市)监测站、现场水文遥测单元构成一套三级网络。系统的建成，将改善水文信息的收集、传递和处理手段，缩短数据收集和预报作业所需的时间，提高信息收集和传递的可靠性，提高流域防汛信息处理能力。
　　流域管理中心通过计算机局域网或广域网与各地分中心监测站之间进行数据传输，每隔一段时间对各分中心监测站的数据进行收集，并主要为以下应用系统提供数据：
·防汛信息收集处理系统
·汛情监视系统
·防汛会商显示系统
·信息查询系统
·气象服务系统
·洪水预报调度系统
·灾情评估系统等

通信实施：
监测站由雨量计、闸位计、水位计、潮位计等监测仪器和采集器或PLC组成作为水文监测工作站，通过GPRS无线方式和水利局等监测中心保持实时的数据交换，并能实现状态采集和遥控输出，终端数据能在第一时间内传送到数据中心，给数据中心就可以实时的监测水文遥测系统的工作状态，并能判断各设备是否正常工作等。GPRS传输方式在后续的项目可方便扩充，应用灵活方便，增减自如，对整个工程造价起到非常重要的作用。
监测站通过无线GPRS通信模式接受数据中心的管理，中心与各水文遥测单元正常采集数据外，还可对各监测单元进行远程组态配置，修改设定。
　　各水文遥测单元根据防汛水文监测要求，安装在河流、水库的指定地点，以野外无人值守方式工作，配备一台数据采集单元、GPRS DTU、和雨量计、水位计、风向风速计等水文监测仪表，中心可实时对监测站实施控制，任意设定测试时段，校准机时上下一致；系统供电一般都需具有双电源系统和蓄电池以及太阳能电池，停电时太阳能电池自动供电，确保正常有效工作。对山区和距离较远的监测点，还有遥测中继站，能接受并转发信号，亦由太阳能电池供电，保持长期可靠运行。

系统特点：
1、建立一个综合水文监测系统，每隔一段时间就可对全流域的水文信息进行一次收集，及时准确地掌握流域水文情况。　　
2、在汛期，对各地的雨量和水位的涨落趋势进行准确定位，为防汛决策提供了可靠的资料和依据，使有关部门能及时采取对策，化解险情。　　
3、系统采用模块化结构，可方便扩充，且具有远程诊断功能，安装维护方便。 将远端采集点的数据实时、可靠地发送到各级监控中心。并接收各级监控中心的控制指令。随着无线通信技术的不断发展，近年来出现了利用无线GPRS数据传输终端（DTU）来实现远程的数据采集及控制，它是一种不限距离、低复杂度、低功耗、低成本的双向无线通信方式，采用厦门四信通信科技有限公司的F2103 GPRS DTU，可以为水文水利系统的远程数据传输通信提供良好的解决方案。

三、F2103 GPRS DTU介绍
F2103 GPRS DTU采用高性能嵌入式处理器，以实时操作系统为软件支撑平台，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。
技术特点
1.    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。
2.    支持RSA，RC4加密算法
3.    支持虚拟数据专用网（APN）
4.    透明数据传输与协议转换，支持多种工作模式
5.    支持数据中心动态域名和IP地址访问
6.    支持双数据中心备份
7.    支持多数据中心
8.    支持短信、语音、数据等唤醒方式以及超时断开网络连接。
9.    支持短消息备份及告警。
10.多重软硬件看门狗
11.数据包传输状态报告。
12.标准的AT命令界面
13.可以用做普通拨号MODEM
14.支持telnet功能。
15.支持远程配置，远程控制
16.通过串口软件升级
17.同时支持LINUX和WINDOWS操作系统

四、组网实施
方案一：中心采用ADSL等INTERNET公网连接，采用公网固定IP服务的。
此种方案向先INTERNET运营商申请ADSL等宽带业务，中心有公网固定IP的。
DTU直接向中心发起连接。运行可靠稳定，推荐此种方案。

方案二：中心采用ADSL等INTELNET公网连接，采用公网动态IP+DNS解析服务的。
客户先与DNS服务商联系开通动态域名，DTU先采用域名寻址方式连接DNS服务器，再由DNS服务器找到中心公网动态IP，建立连接。此种方式可以大大节约公网固定IP的费用，但稳定性受制于DNS服务器的稳定，所以要寻找可靠的DNS服务商。此种方案适合小规模应用。

方案三：中心采用APN专线， 所有点都采用内网固定IP
u      客户中心通过一条2M APN专线接入移动公司GPRS网络，双方互联路由器之间采用私有固定IP地址进行广域连接，在GGSN与移动公司互联路由器之间采用GRE隧道。
u      为客户分配专用的APN，普通用户不得申请该APN。用于GPRS专网的SIM卡才能进入专网APN，防止其他非法用户的进入。
u      用户在内部建立RADIUS服务器，作为内部用户接入的远程认证服务器（或在APN路由器内，启用路由器本地认证功能）。只有通过认证的用户才允许接入，用以保证用户内部安全。
u      用户在内部建立DHCP服务器（或在APN路由器内，启用DHCP功能），为通过认证的用户分配用户内部地址。
u      移动终端和服务器平台之间采用端到端加密，避免信息在整个传输过程中可能的泄漏。
双方采用防火墙进行隔离，并在防火墙上进行IP地址和端口过滤。
此种方案无论实时性，安全性和稳定性较前一种方案都有大大提高，适合于安全性要求较高、数据点比较多、实时性要求较高的应用环境。在资金允许的情况下之最佳组网方式。


业务流程
GPRS专网系统终端上网登录服务器平台的流程为：

1）用户发出GPRS登录请求，请求中包括由移动公司为GPRS专网系统专门分配的专网APN；

2）根据请求中的APN，SGSN向DNS服务器发出查询请求，找到与企业服务器平台连接的GGSN，并将用户请求通过GTP隧道封装送给GGSN；

3）GGSN将用户认证信息（包括手机号码、用户账号、密码等）通过专线送至Radius进行认证；

4）Radius认证服务器看到手机号等认证信息，确认是合法用户发来的请求，向DHCP服务器请求分配用户地址；

5）Radius认证通过后，由Radius向GGSN发送携带用户地址的确认信息；

6）用户得到了IP地址，就可以携带数据包，对GPRS专网系统信息查询和业务处理平台进行访问。