GPRS技术在环境监测系统中的应用

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本文摘自《城市建设理论研究》2013年11期。作者： 严兴祥

【摘要】本文通过对传统环境监测系统在信息共享和数据传输方面的分析，提出了关于GPRS技术的分布式环境监测系统的相关理论设计及应用，具体的说明了各部分的功能与组成，以及实现系统运作时的关键技术研究，通过与传统的GPRS技术环境监测系统进行比较，从而指出了本系统的主要特点以及应用前景。
　　【关键词】GPRS技术；环境检测系统；应用研究
　　中图分类号：R821文献标识码： A 文章编号：
　　引言：
　　近几年来,随着我国社会经济与科技水平的飞速发展，环境的污染问题日益严重，因此如何有效及时的掌握污染状况从而采取相应的解决措施已经成为挡在人们面前的一个重要难题。由于环境监测点通常环境较差、分布相对较广，为此，采用人工或有线的方法进行监控花费往往成本较高，甚至越来越不能够满足人们的实际需求，然而采用基于GPRS的无线数据交换方法，不管在成本，又或者是在可靠性方面都十分适合。且并经已渐渐地成为了工业现场环境自动控制系统的重要发展课题之一。
　　一．GPRS技术及其特点
　　GPRS是具体指的是通用分组无线业务的一种简称，全称为General Packet Radio Service，其主要基于GSM系统中的无线分组交换技术，通过提供广域的、端到端的无线口连接。并且GPRS在传统的GSM网络中一共引入了3个新的组件：GPRS服务支持节点SGSN(Serving GPRS Support Node)，分组控制单元PCU(Packet Control Unit)以及GPRS网关支持节点GGSN(Gateway GPRS Support Node)。
　　与GSM数据通信相比较而言，GPRS在此方面有许多优势：
　　(1)传输的速率高。通过采用多个GSM时隙的复用方法，其能够支持的数据传输速率相对更高，其中理论峰值可以达171.2Kbit/s。
　　(2)接入时间明显减短。可以快速提供即时的连接，从而使得通信的实时性得到保障。
　　(3)频段利用率增高。因为采用的是分组交换方式，所以用户只会在数据传输的时候无线信道才被占用，促使无线资源能够同时被若干用户共享。
　　(4)和（WAP）无线应用协议技术所不同的是，GPRS可以随时地给用户提供透明的IP通道，能够直接的访问Internet中的所有资源以及站点(但是WAP用户只能够访问特定的WAP服务器)。
　　(5)通过采用信道复用技术，可以使得每一个GPRS用户都可以实现永远在线。
　　二．监测系统设计
　　要想开发出一套合理的水环境监测系统，要求对水体中的含氧量温度、含氮量、pH值等重要因素进行监测并记录，具体该系统的结构如下图所示。
　　
　　图1.系统结构图
　　此环境监测系统主要是通过终端数据采集设备和环境监控中心服务器组成。由分布在各个监测点终端负责收集各检测点的环境参数，接着把参数传递给单片机，然后通过TCP/IP协议栈（嵌入在GPRS模块中）对数据进行打包，并由GPRS模块经由基站传送到GPRS网络，然后GPRS网络主要通过路由器和Internet相连接，最后再把数据包发送给具有固定IP地址的环境监控系统或中心服务器端口，从而便于在监控中心对实时情况进行监控管理。一旦有异常状况发生，中心控制计算机就会立即发出报警。
　　三．GPRS环境监测系统的组成及其功能应用
　　该环境检测系统主要由四部分共同组成，分别为：通信服务器、数据中心服务器、数据采集器以及GPRS通信终端。
　　（一）数据中心服务器
　　数据中心服务器主要是用来显示和存储通过GPRS通信终端所传送的环境数据，然后进一步对数据采集器进行系统远程参数配置。在数据中心服务器启动之后，接着打开网络套接字(Socket)，然后进行GPRS通信终端连接，等到连接成功之后，就可以直接进行双向数据传输了。
　　（二）通信服务器
　　通信服务器主要负责外地环保部门对本地相关数据的访问，该系统的分布式结构功能体现在这个方面。这种数据的存储方式可以允许各环保部门对其数据就地使用就地存放，还可以给网络上其它环保部门提供了有效的数据存取途径。通信服务器结构真实的反映了各个环保部门内部的组织联系关系，有机的使得各级部门结合在一起，共同形成一个分层的环境监测网络，对环境的检测有着极大的影响。
　　（三）数据采集器
　　数据采集器主要是负责采集与保存现场的各个环境参数，例如含氯量、PH值、烟气、烟尘、噪音等环境污染，而且能够采用主动或者是被动的方式将保存的实时数据与历史数据一起交给GPRS通信终端，然后传送给数据中心。考虑到监测现场的自然环境一般相对较为恶劣，比如带静电的微粒、腐蚀性液体或气体等危害，这就要求数据采集器在做到如何不损失传感器信号的情况下，能够尽量的远离采集现场，然后做好密封工作。
　　四．系统实现的关键技术
　　(一）动态域名
　　因为互联网的发展十分迅速，口资源相对来讲就显得越来越匮乏。在目前情况下，数据中心往往都采用的是拨号上网或ADSL，并没有所谓的固定口地址。但是，GPRS模块一定要求了解数据中心的IP地址才能够跟其进行通讯。为此，解决这一问题的最经济实用措施就是给数据中心申请一个动态域名，目前很多网站都是为用户免费的提供动态域名服务，而且运行起来也非常的稳定可靠。当数据中心每次启动以之后，将会自动运行到动态域名客户端程序中，然后向动态域名服务商提交自己目前所在的口地址。此时，GPRS数据采集模块就会向拥有固定口的域名服务器DNS发出相对应的域名解析申请，通过这种方法即可获取数据中心所在的口地址，最终由该IP地址GPRS终端就能够和数据中心进行通信了。
　　（二）PPP协商
　　因为GPRS是基于口协议之上的，而数据包则在主机跟GPRS服务器群中间的传输所使用到的实际上是基于口的一个分组，这就意味着所有的数据报文都是基于口包。然而明文传送P包的方式是不可取的，因为这种方法不能够保证数据的完整性，为此往往采用PPP协议对GPRS数据的进行传输。例如中国移动的所使用的接人网关CMNET，使用的就是GPRS终端与PPP协议进行协商通讯的。
　　（三）数据中心服务器的实现
　　数据中心与GPRS终端要进行实时的通信，并保存有用的环境参考数据，给用户提供友好的图形显示界面以及相关数据。当GPRS终端数量相对较大时，给数据中心服务器的所造成负担是非常大的，这时可以另外专门再设置一个数据库服务器，从而完成对数据的管理工作以及存取。除此之外，为了尽可能的避免在和多个GPRS终端同时间段进行通信时所产生的数据错误或数据丢失，通常要求在数据中心服务器上给每一个相对应的GPRS终端建立一个不同的Socket连接，同时分配不同的内存区域。但是，这种数据中心服务器的资源却是有限的，因此必须要求合理的利用现有资源，使用完毕之后要进行及时的回收释放。
　　结束语：
　　总而言之，通过对GPRS技术的研究分析，从而了解该技术如何在环境监测系统过程当中的应用价值。除此之外，本系统尽管是针对环境监测系统的应用方面而言，然而如果按照实际情况稍作做改动，就能够应用到许多方面，例如交通状况监测、电力抄表、工农业生产检测、农业温室监控等，其应用前景十分广泛。为此，今后还需在GPRS技术上更加深入的研究，为环境系统检测应用以及更多方面做出贡献。
　　参考文献：
　　李现勇．Visual C++串口通信技术与工程实践[M]．北京：人民邮电出版社。2002
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