GSM＆GPRS在無線抄表系統(tǒng)中的應用與比較

摘要：合理地將GSM的SMS短信業(yè)務和GPRS分組數(shù)據(jù)業(yè)務用于遠程無線水表抄表系統(tǒng)，不但可以對用戶用水量進行有效的實時監(jiān)控，而且成本較低，可靠性高。以無線抄表系統(tǒng)為基礎，描述了系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸常用的GSM短信業(yè)務和GPRS分組數(shù)據(jù)業(yè)務，以兩者的技術復雜性、實現(xiàn)方法、費用、延時等進行對比，結(jié)果表明GSM適合通信頻率低，數(shù)據(jù)量小，且時延時不敏感的場合；GPRS適合通信頻率高，數(shù)據(jù)量大，實時性高的場合。結(jié)合無線抄表系統(tǒng)的特點，設計了大多時間采用GPRS模式而網(wǎng)絡繁忙時采用SMS模式的數(shù)據(jù)傳輸方案，并通過軟件控制，實現(xiàn)自動切換。結(jié)果表明該方案比采用單一方案費用更低，數(shù)據(jù)的可靠性幾乎可達100％。
關鍵詞：無線抄表系統(tǒng)；GSM；SMS；GPRS；自動切換

無線抄表系統(tǒng)是指利用嵌入式系統(tǒng)和無線網(wǎng)絡等技術自動讀取和處理用戶儀表數(shù)據(jù)，將用戶的水電氣表等儀表的使用信息傳輸?shù)焦芾砥髽I(yè)進行綜合處理的系統(tǒng)。它是在有線抄表系統(tǒng)的基礎上發(fā)展起來的，但由于采用的是無線通信等技術，可以解決有線抄表系統(tǒng)距離受限、組網(wǎng)困難、建設成本和維護成本高、功耗較大等同題。
因此，利用GSM／GPRS無線通信網(wǎng)絡進行遠程抄表，將用戶用水量發(fā)送到自來水公司，不但可以解決普通用戶水表抄表問題，還可以對用水大戶進行實時監(jiān)控，防止偷水和管道泄漏的發(fā)生。目前，無線傳輸方式主要有2種：利用GSM網(wǎng)絡和利用GPRS網(wǎng)絡。但是這2種方式都有優(yōu)缺點，因此，針對不同的使用場合，選用不同的傳輸方式將對系統(tǒng)的性價比產(chǎn)生很大的影響。
針對上述問題，設計了基于GSM／GPRS網(wǎng)絡的無線遠程抄表系統(tǒng)，從不同角度介紹了GSM短信業(yè)務和GPRS分組數(shù)據(jù)業(yè)務，指出了各自的優(yōu)缺點，給出了適合本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方案，為今后無線抄表系統(tǒng)的應用與普及提供了設計依據(jù)。

1 無線抄表系統(tǒng)
整個無線抄表系統(tǒng)包括光電直讀式水表表頭、Meter-Bus總線接口電路、GPRS／GSM模塊、微控制器和自來水公司計算機監(jiān)控終端5大部分，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。為了降低功耗，本設計中所有的模塊不一直處于工作狀態(tài)，各個模塊在微控制器的指揮下定時工作，即抄表系統(tǒng)的所有模塊的工作方式為“長時間休眠，短時間工作”。其中，休眠周期(小時、天、周、月)由管理員用計算機終控端通過GPRS模塊發(fā)布。微控制器接收GPRS／GSM模塊收到的指令后，修改抄表周期，同時根據(jù)設定的抄表周期通過Meter-Bus接口電路控制光電直讀水表表頭讀取當前的水量值，然后再利用GSM／GPRS無線網(wǎng)絡發(fā)給計算機終端，實現(xiàn)定時自動抄表。

2 數(shù)據(jù)傳輸方式
1)GSM系統(tǒng)GSM即全球移動通信系統(tǒng)(Global System for Mobile Communication)，是第二代無線數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡標準。它定義了建設該網(wǎng)絡及提供服務的各種標準，這些標準由歐洲電信標準化協(xié)會(ETSI)掌管。通常使用的頻率為900MHz，1800MHz，1900MHz。GSM移動通信網(wǎng)具有提供語音業(yè)務、傳真、短信等通信業(yè)務的能力，其中短信功能因覆蓋范圍廣、投入成本低、可靠性高等優(yōu)點，適合于設計一些無線應用系統(tǒng)和產(chǎn)品，能滿足實時性要求不是很高的小數(shù)據(jù)業(yè)務的需要。
2)GPRS系統(tǒng) GPRS即通用分組無線服務(General Packet Radio service)，是在GSM系統(tǒng)基礎上發(fā)展起來的一種新的承載業(yè)務。它突破了GSM網(wǎng)絡只能提供電路交換的思維方式，通過增加相應的功能實體和對現(xiàn)有的基站系統(tǒng)進行部分改造來實現(xiàn)分組交換。正是因為GPRS使用現(xiàn)有的GSM無線網(wǎng)絡，只是在其基礎上增加了一些硬件設備和軟件升級，因此，GPRS覆蓋范圍非常廣。這種增加硬件設備和軟件升級的方法，投入相對較小，但得到的用戶數(shù)據(jù)速率卻相當可觀，可提供9．05～171．2 kbit／s的數(shù)據(jù)傳輸速率。由于采用了分組交換技術，所以不需占用專有信道，提高了無線網(wǎng)絡的利用率，具有按流量計費、長期在線、傳輸速度快、入網(wǎng)快等優(yōu)點，同時它支持TCP／IP協(xié)議，可以實現(xiàn)與高速發(fā)展的Intemet無縫連接，方便間歇的爆發(fā)式數(shù)據(jù)和偶爾大量數(shù)據(jù)的傳輸。