第一部分 概述
隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、城市規(guī)模的擴(kuò)大和現(xiàn)代化程度的不斷提高，城市的供水管網(wǎng)系統(tǒng)也越來越龐大，管網(wǎng)監(jiān)測難度越來越大.且許多供水管線的填埋情況復(fù)雜、資料不清，有些管線甚至僅憑當(dāng)時施工工人的記憶去尋找，造成諸多設(shè)計(jì)上的失誤和施工中的事故。
采用人工方法，借助圖紙、各類卡片來管理城市供水管網(wǎng)系統(tǒng)，已越來越難以滿足實(shí)際需要。所以實(shí)現(xiàn)對供水管網(wǎng)管理系統(tǒng)的需求是相當(dāng)迫切的。業(yè)內(nèi)眾多有識之士已達(dá)成共識：使用計(jì)算機(jī)，借助無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù)來進(jìn)行供水管網(wǎng)的管理、管網(wǎng)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)采集，已是勢在必行。
基于GPRS網(wǎng)絡(luò)平臺的無線數(shù)據(jù)技術(shù)自2002年在中國正式商用以來，以“實(shí)時在線、按流量計(jì)費(fèi)、覆蓋率廣”等優(yōu)勢在各行業(yè)取得廣泛應(yīng)用，隨著信息化的發(fā)展，DTU已經(jīng)完全取代了以往的各種有線接入。而以往的有線連接必須依賴于網(wǎng)絡(luò)布線、固定電話線路，對于發(fā)展移動性的服務(wù)、增設(shè)新的服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)、增設(shè)臨時性的窗口常會受到有線連接的困擾。同時布線還需要昂貴的費(fèi)用和鋪設(shè)時間，對已有的網(wǎng)絡(luò)也會有影響，所以有線連接已經(jīng)嚴(yán)重限制了目前各種信息化應(yīng)用的主要原因。
第二部分 GPRS網(wǎng)絡(luò)簡介
GPRS是目前解決移動通信信息服務(wù)的一種較完美的業(yè)務(wù)，它是以數(shù)據(jù)流量計(jì)費(fèi)、或大數(shù)據(jù)的包月包年計(jì)費(fèi)。覆蓋范圍廣泛、數(shù)據(jù)傳輸速度更快。GPRS的推出，為行業(yè)和企業(yè)用戶開展無線數(shù)據(jù)傳輸提供了基礎(chǔ)設(shè)施平臺，為推動移動辦公的應(yīng)用和發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。與有線網(wǎng)絡(luò)相比，GPRS網(wǎng)絡(luò)具有租用費(fèi)用低、移動辦公，不受地域制約等優(yōu)點(diǎn)。GPRS的出現(xiàn)為企業(yè)和行業(yè)用戶開展無線辦公提供了一種新的選擇。
GPRS通信方式更適合于各類數(shù)據(jù)采集業(yè)務(wù)，目前城市供水管網(wǎng)系統(tǒng)與各采用有線交互傳輸或電臺方式，甚至有些偏遠(yuǎn)井道要有線網(wǎng)絡(luò)接入成了不可能。月租費(fèi)太高，用電話線傳送數(shù)據(jù)按時間計(jì)費(fèi)，帶來諸多不便，費(fèi)用也不便宜。
GPRS網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點(diǎn)
1、 覆蓋范圍。
構(gòu)建城市供水管網(wǎng)系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)通信覆蓋范圍廣，擴(kuò)容無限制，接入地點(diǎn)無限制，能滿足城區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求。由于管網(wǎng)檢測點(diǎn)數(shù)量眾多，分布在地區(qū)的各個角落，而且地理位置分散。另外，還必須考慮今后系統(tǒng)擴(kuò)充的可能，必須具有良好的可擴(kuò)展性。由于目前GPRS已覆蓋省內(nèi)絕大部分地區(qū)，能夠滿足城市供水管網(wǎng)系統(tǒng)對覆蓋范圍的要求。
2、數(shù)據(jù)傳輸速率高。
目前GPRS實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸速率在40Kbps左右，完全能滿足供水管網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率的需求。
3、系統(tǒng)的傳輸容量大。
城市供水管網(wǎng)系統(tǒng)要和每一個監(jiān)測點(diǎn)實(shí)現(xiàn)實(shí)時連接。由于監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量眾多，系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?，而GPRS技術(shù)能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要。
4、通信費(fèi)用控制靈活。
采用傳統(tǒng)的有線方式建立供水管網(wǎng)系統(tǒng)，必須租用專線或電話線進(jìn)行連接。由于管網(wǎng)監(jiān)測點(diǎn)必須與中心隨時保持連線狀態(tài)，而每次數(shù)據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)量很小，線路資源利用率很低，平均每一個監(jiān)測點(diǎn)每月的線路費(fèi)用為800～1200元。而如果采用GPRS通信方式，由于GPRS采用按數(shù)據(jù)流量計(jì)費(fèi)的方式，資源利用率高，月通信費(fèi)用將在200元之內(nèi)，如果數(shù)據(jù)量很大的情況下也可按包月或包年計(jì)費(fèi)。
5、良好的實(shí)時響應(yīng)與處理能力。
與短消息服務(wù)比較，由于GPRS具有實(shí)時在線特性，系統(tǒng)無時延，可很好的滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸實(shí)時性的要求。
GPRS與其它通迅方式綜合比較表：
第三部分 產(chǎn)品介紹
F2103 GPRS DTU采用高性能嵌入式處理器，以實(shí)時操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺，內(nèi)嵌自主知識產(chǎn)權(quán)的TCP/IP協(xié)議棧。為用戶提供高速，穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)終端永遠(yuǎn)在線，多種協(xié)議轉(zhuǎn)換的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)。針對網(wǎng)絡(luò)流量控制的用戶，產(chǎn)品支持語音，短信，數(shù)據(jù)觸發(fā)上線以及超時自動斷線的功能。同時也支持雙數(shù)據(jù)中心備份，以及多數(shù)據(jù)中心同步接收數(shù)據(jù)等功能。公司產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于金融，水利，環(huán)保，電力，郵政，氣象等行業(yè)。
1、無線參數(shù)
1、支持EGSM900/GSM1800無線網(wǎng)絡(luò)
2、GPRS multi-slot class 10
3、編碼方案：CS1~CS4
4、符合SMG31bis技術(shù)規(guī)范
5、Compliant to GSM phase 2/2+
6、支持?jǐn)?shù)據(jù)和短信功能
2、硬件系統(tǒng)
1、高性能RISC 嵌入式處理器，主頻100M，512K FLASH。
2、接口：
同時支持RS232/RS485串口。串口速率110~230400bits/s。
指示燈：具有電源、通信及在線指示燈。
天線接口：標(biāo)準(zhǔn)SMA陰頭天線接口，特性阻抗50歐。
SIM卡接口：3V/1.8V標(biāo)準(zhǔn)的推桿式用戶卡接口。
電源接口：標(biāo)準(zhǔn)的3芯火車頭電源插座。
3、供電：
外接電源：DC 12V 500mA
寬電壓供電：DC 5-35V
通信電流：<250mA (12V)
4、無線模塊
采用高性能工業(yè)級GPRS無線模塊
5、尺寸
外形尺寸：91x58.5x22 mm（不包括天線及固定件）
6、其他參數(shù):
工作環(huán)境溫度-25~+65ºC
儲存溫度 -40~+85ºC
相對濕度 95%(無凝結(jié))
3、軟件功能
1. 智能防掉線，支持在線檢測，在線維持，掉線自動重?fù)?，確保設(shè)備永遠(yuǎn)在線。
2. 支持RSA，RC4加密算法
3. 支持虛擬數(shù)據(jù)專用網(wǎng)（APN）
4. 透明數(shù)據(jù)傳輸與協(xié)議轉(zhuǎn)換，支持多種工作模式
5. 支持?jǐn)?shù)據(jù)中心動態(tài)域名和IP地址訪問
6. 支持雙數(shù)據(jù)中心備份
7. 支持多數(shù)據(jù)中心
8. 支持短信、語音、數(shù)據(jù)等喚醒方式以及超時斷開網(wǎng)絡(luò)連接。
9. 支持短消息備份及告警。
10. 多重軟硬件看門狗
11. 數(shù)據(jù)包傳輸狀態(tài)報(bào)告。
12. 標(biāo)準(zhǔn)的AT命令界面
13. 可以用做普通撥號MODEM
14. 支持telnet功能。
15. 支持遠(yuǎn)程配置，遠(yuǎn)程控制
16. 通過串口軟件升級
17. 同時支持LINUX和WINDOWS操作系統(tǒng)
第三部分 供水管網(wǎng)系統(tǒng)組成
一、系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及功能要求
供水管網(wǎng)遠(yuǎn)程測控調(diào)度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
如上圖所示供水管網(wǎng)遠(yuǎn)程測控調(diào)度系統(tǒng)由調(diào)度中心、無線GPRS 網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程終端單元（RTU）幾個部分組成：
遠(yuǎn)程終端單元RTU 分散的分布在供水管網(wǎng)的遙測點(diǎn)上，主要由F2103 GPRS模塊、電源、天線、PLC 的CPU 及各種I/O 模板及后備電池、機(jī)箱等幾部分組成。遠(yuǎn)程終端單元RTU與現(xiàn)場設(shè)備的開關(guān)量、模擬量信號相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理、存儲并通過GPRS 網(wǎng)絡(luò)與調(diào)度中心傳送數(shù)據(jù)，接收并執(zhí)行上位機(jī)的命令。
RTU 機(jī)箱：安裝于遙測點(diǎn)現(xiàn)場，為壁掛式，具有防盜功能（包括GPRS 模塊天線），其固定螺絲置于箱體內(nèi)，設(shè)置門鎖，箱體內(nèi)具有220V 交流電（如井下無條件具備220V電壓，可考慮蓄電池、鋰電池等能滿足終端產(chǎn)品電壓需求的供電裝置），信號輸入輸出接線端子，設(shè)置交流進(jìn)線空氣開關(guān)，如有條件可配備一220V 交流電插座（檢修時方便使用）
PLC：使用西門子、三菱、歐姆龍等知名品牌
提供4 路4-20mA 模擬輸入、6 路開關(guān)量輸入、4 路開關(guān)量輸出，無需監(jiān)控中心控制，可自行進(jìn)行測量，并保存累積數(shù)據(jù)系統(tǒng)；
具有實(shí)時時鐘功能（可通過監(jiān)控中心設(shè)定校準(zhǔn)），采集到的數(shù)據(jù)以時間為順序，以5分鐘/每次的密度，能在RTU 端存儲一天的歷史數(shù)據(jù)，程序、參數(shù)、歷史數(shù)據(jù)具有掉電保護(hù)功能；
定時上報(bào)：把從儀表采集到的數(shù)據(jù)，以定時（整5 分鐘報(bào)一次）方式上報(bào)；
實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)播：可以響應(yīng)各監(jiān)控中心發(fā)出的查詢請求，將實(shí)時時刻或歷史時刻的數(shù)據(jù)發(fā)給監(jiān)控中心，數(shù)據(jù)可發(fā)給多個監(jiān)控中心；
輸入信號損壞時發(fā)出報(bào)警信息；
當(dāng)系統(tǒng)上電復(fù)位，或系統(tǒng)運(yùn)行、通信發(fā)生異常死機(jī)復(fù)位（看門狗復(fù)位）時，系統(tǒng)根 據(jù)復(fù)位類型不同進(jìn)行復(fù)位處理，保證系統(tǒng)正常工作。
可為一次儀表（兩線制，三線制）提供24V 電源，具有一次表供電功能。
F2103 GPRS模塊：其核心使用SIMEMS MC39I無線模塊，內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，支持900/1800 MHz系統(tǒng)，提供RS-232或RS-485自選接口，支持各種非TCP/IP終端設(shè)備數(shù)據(jù)的透明傳輸，可上電即自動撥號上網(wǎng)，一直在線，自檢測假撥號現(xiàn)象，掉線可自動重?fù)?。帶自主開發(fā)的主控電路和硬件看門狗，保證電路的可靠工作，并可根據(jù)用戶需要進(jìn)行遠(yuǎn)程在線維護(hù)。
（可選的備用冗余功能）調(diào)度中心可以設(shè)一主一備兩個中心（即有一主一備兩個IP地址），平時RTU端的GPRS模塊只與調(diào)度中心主中心（主IP地址）聯(lián)系，當(dāng)主IP地址聯(lián)系不上時，RTU端的GPRS模塊能自動與備用IP地址聯(lián)系，切換到備用系統(tǒng)進(jìn)行工作，當(dāng)主IP地址系統(tǒng)恢復(fù)正常，關(guān)閉備用IP地址系統(tǒng)時，能恢復(fù)到主IP地址系統(tǒng)進(jìn)行工作（最多可以和5個中心同時通信）。
通信工作原理：
- 首先對DTU進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置要連接的中心IP和端口及其它必要性的設(shè)置，設(shè)置好之后PLC通過RS232或RS485接口和DTU相連，DTU上電之后根據(jù)事先設(shè)置好的中心IP和端口進(jìn)行連接，成功連接到中心軟件后即可雙向傳輸數(shù)據(jù)。
-
- 終端流量傳感器、水壓傳感器工作時所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)通過串口往無線模塊串口送， 無線模塊檢測到串口的數(shù)據(jù)后最終數(shù)據(jù)信息發(fā)送到中心去
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中心條件:首先用某臺能上網(wǎng)的PC機(jī)，條件必須能讓外網(wǎng)訪問的到，如運(yùn)行中心軟件的PC機(jī)在局域網(wǎng)里面，那要在局域網(wǎng)路由器做端口映射到本機(jī)PC，等這些條件具備之后在本機(jī)運(yùn)行一個中心DEMO，開放一個端口，運(yùn)行軟件等待DTU的連接。
DTU連接中心后，就可按要求進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)，中心收到數(shù)據(jù)后，通過系統(tǒng)進(jìn)行解密、過濾、篩選，最終獲得所需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)等工作。
注：中心軟件可使用組態(tài)軟件、力控軟件或自行開發(fā)軟件（可提供源碼）
組網(wǎng)方案如下：
A、公網(wǎng)方案：
中心用一個服務(wù)器組作為中心接收，中心采用ADSL 等INTELNET 公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP 或者公網(wǎng)動態(tài)IP+DNS 解析服務(wù)。此種方案先向INTERNET 運(yùn)營商申請ADSL等寬帶業(yè)務(wù)。
1) 中心公網(wǎng)固定IP：監(jiān)控點(diǎn)直接向中心固定IP 發(fā)起連接。運(yùn)行可靠穩(wěn)定，推薦此種方案。（當(dāng)然固定IP 費(fèi)用比較貴，視客戶財(cái)力決定）
2) 中心公網(wǎng)動態(tài)IP+DNS 解析服務(wù)：大部分IP 都是動態(tài)的，而且費(fèi)用相對便宜。
客戶先與DNS 服務(wù)商聯(lián)系開通動態(tài)域名，動態(tài)域名解析軟件網(wǎng)址如下：（可以先申請免費(fèi)的二級域名） 88IP解析
監(jiān)控點(diǎn)先采用域名尋址方式連接DNS 服務(wù)器，再由DNS 服務(wù)器找到中心公網(wǎng)動態(tài)IP，建立連接。此種方式可以大大節(jié)約公網(wǎng)固定IP 的費(fèi)用，但穩(wěn)定性受制于DNS服務(wù)器的穩(wěn)定，所以要尋找可靠的DNS 服務(wù)商
B、專網(wǎng)方案：
根據(jù)客戶內(nèi)部網(wǎng)對網(wǎng)絡(luò)安全的特殊要求，決定采用中國移動GPRS網(wǎng)絡(luò)的專用APN形式入網(wǎng)，每個SIM卡綁定固定內(nèi)部IP，擁有獨(dú)立上網(wǎng)APN名，其特點(diǎn)如下：網(wǎng)內(nèi)分配專用的APN名，普通用戶不得申請?jiān)揂PN 。用于GPRS 專網(wǎng)的SIM卡僅開通該專用APN，限制使用其他APN，也限制網(wǎng)外SIM卡使用專網(wǎng)APN。專門由移動公司機(jī)房牽出專線聯(lián)接中心服務(wù)器組。這種方案安全性和穩(wěn)定性大大提高，但費(fèi)用比較高。
中心采用APN專線， 所有點(diǎn)都采用內(nèi)網(wǎng)固定IP
- 客戶中心通過一條2M APN專線接入移動公司GPRS網(wǎng)絡(luò)，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進(jìn)行廣域連接，在GGSN與移動公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道。
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- 為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請?jiān)揂PN。用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡才能進(jìn)入專網(wǎng)APN，防止其他非法用戶的進(jìn)入。
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- 用戶在內(nèi)部建立RADIUS服務(wù)器，作為內(nèi)部用戶接入的遠(yuǎn)程認(rèn)證服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用路由器本地認(rèn)證功能）。只有通過認(rèn)證的用戶才允許接入，用以保證用戶內(nèi)部安全。
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- 用戶在內(nèi)部建立DHCP服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用DHCP功能），為通過認(rèn)證的用戶分配用戶內(nèi)部地址。
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- 移動終端和服務(wù)器平臺之間采用端到端加密，避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。
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雙方采用防火墻進(jìn)行隔離，并在防火墻上進(jìn)行IP地址和端口過濾。
此種方案無論實(shí)時性，安全性和穩(wěn)定性較前一種方案都有大大提高，適合于安全性要求較高、數(shù)據(jù)點(diǎn)比較多、實(shí)時性要求較高的應(yīng)用環(huán)境。在資金允許的情況下之最佳組網(wǎng)方式。
業(yè)務(wù)流程
GPRS專網(wǎng)系統(tǒng)終端上網(wǎng)登錄服務(wù)器平臺的流程為：
1）用戶發(fā)出GPRS登錄請求，請求中包括由移動公司為GPRS專網(wǎng)系統(tǒng)專門分配的專網(wǎng)APN；
2）根據(jù)請求中的APN，SGSN向DNS服務(wù)器發(fā)出查詢請求，找到與企業(yè)服務(wù)器平臺連接的GGSN，并將用戶請求通過GTP隧道封裝送給GGSN；
3）GGSN將用戶認(rèn)證信息（包括手機(jī)號碼、用戶賬號、密碼等）通過專線送至Radius進(jìn)行認(rèn)證；
4）Radius認(rèn)證服務(wù)器看到手機(jī)號等認(rèn)證信息，確認(rèn)是合法用戶發(fā)來的請求，向DHCP服務(wù)器請求分配用戶地址；
5）Radius認(rèn)證通過后，由Radius向GGSN發(fā)送攜帶用戶地址的確認(rèn)信息；
6）用戶得到了IP地址，就可以攜帶數(shù)據(jù)包，對GPRS專網(wǎng)系統(tǒng)信息查詢和業(yè)務(wù)處理平臺進(jìn)行訪問。
公司調(diào)度中心通過網(wǎng)絡(luò)與公司內(nèi)部網(wǎng)連接，調(diào)度中心PC 通過GPRS 網(wǎng)絡(luò)向RTU 下發(fā)配置信息、控制信息，及接收下位機(jī)上報(bào)的數(shù)據(jù)及告警信息，同時對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，提供查詢、統(tǒng)計(jì)、報(bào)表等功
能調(diào)度中心、監(jiān)控分中心的具體功能如下：
能夠給RTU 下發(fā)組態(tài)信息、控制命令，能夠校準(zhǔn)RTU 的時鐘
RTU 發(fā)送來的數(shù)據(jù)自動進(jìn)入數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫具備一定的安全措施
處理RTU 的報(bào)警信息
數(shù)據(jù)遙測功能：定時巡測、手動巡測、隨機(jī)抽測、分組召測
遙控功能：控制RTU 開關(guān)量輸出點(diǎn)的開、關(guān)狀態(tài)、遙信開關(guān)狀態(tài)
參數(shù)狀態(tài)管理功能：設(shè)置修改各測量數(shù)據(jù)上、下限值，通訊參數(shù)
在線組態(tài)功能：新增RTU 數(shù)據(jù)采集點(diǎn)等參數(shù)通過組態(tài)定義即可完成。
數(shù)據(jù)庫管理功能：對測得的數(shù)據(jù)建庫，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，查詢歷史數(shù)據(jù)，報(bào)表打印
具有數(shù)據(jù)顯示功能： 能顯示測量的各種數(shù)據(jù)、遙信開關(guān)狀態(tài)、各種系統(tǒng)圖形等
具有圖形功能,模擬顯示管網(wǎng)圖、水廠工藝流程圖等
搶修修理、停水、管網(wǎng)沖洗等數(shù)據(jù)錄入及統(tǒng)計(jì)。
數(shù)據(jù)共享功能：提供一個WEB 站點(diǎn)，該WEB 站點(diǎn)使公司寬帶內(nèi)部網(wǎng)的任意一臺工作站只通過WEB 瀏覽器就可以登陸查看所有監(jiān)控點(diǎn)的實(shí)時數(shù)據(jù)和存儲的任何時間段的歷史數(shù)據(jù)。WEB 站點(diǎn)通過用戶身份認(rèn)證授權(quán)方式控制該用戶可訪問那些監(jiān)控點(diǎn)的實(shí)時監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和存儲的任何時間段的歷史數(shù)據(jù)。
調(diào)度中心系統(tǒng)管理員能增加、刪除可訪問用戶，并對用戶進(jìn)行不同權(quán)限的授權(quán)。該WEB 站點(diǎn)應(yīng)能通過超鏈接方式聯(lián)入公司統(tǒng)一平臺。
具備一開放的實(shí)時數(shù)據(jù)庫，DLP 大屏控制器軟件能夠讀取各監(jiān)測點(diǎn)的實(shí)時數(shù)據(jù)。
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