GPRS／CDMA通信組網(wǎng)在城市防汛測報系統(tǒng)中的創(chuàng)新應(yīng)用

摘要：在中國進入城鎮(zhèn)化水平高速發(fā)展的時期，城市作為人口密集、經(jīng)濟要素積聚地區(qū)，災(zāi)害的監(jiān)測預(yù)警處于十分突出的位置。城市防汛測報系統(tǒng)可為防汛決策部門提供基礎(chǔ)支撐，確保城市人民生命財產(chǎn)安全，而系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性與實時性尤為重要。文中通過GPRS/CDMA通信組網(wǎng)在上海市某大型城市防汛測報項目的實際應(yīng)用，介紹了GPRS/CDMA通信組網(wǎng)在城市防汛領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用。

0 引言

城市防汛測報系統(tǒng)是城市防汛決策指揮的重要依據(jù)，其任務(wù)是安全、迅速、準確地對城市雨情、水情等信息采集與傳輸，并進行實時水、雨情信息發(fā)布。系統(tǒng)應(yīng)用傳感器、通信、計算機等技術(shù)，在江河流域及沿海區(qū)域?qū)崿F(xiàn)雨水情、水資源信息自動數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理入庫等，為防汛指揮和水資源調(diào)度提供信息。GPRS(General Packet Radio Service)通用分組無線服務(wù)技術(shù)、CDMA(Code Division Mulitiple Acess)碼分多址無線通信技術(shù)作為兩種高效、低成本的無線數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)，已廣泛應(yīng)用于市政、電力、水利、環(huán)保等領(lǐng)域中的無線數(shù)據(jù)傳輸。本文擬通過GPRS/CDMA通信組網(wǎng)在上海市某大型城市防汛測報項目實際應(yīng)用的基礎(chǔ)上，介紹GPRS/CDMA通信組網(wǎng)在城市防汛領(lǐng)域的應(yīng)用及創(chuàng)新。

1 項目概況

上海市某大型水情自動測報系統(tǒng)主要由水情采集系統(tǒng)、水情分中心、水情中心以及鏈接三個部分的網(wǎng)絡(luò)組成。系統(tǒng)信息流程圖如圖1所示。系統(tǒng)按信息流分為三級，底層是水隋信息采集系統(tǒng)(各采集要素遙測站)，中間層是水情中心(市級)和12個水情分中心(區(qū)級)，頂層是市防汛辦公室。水情中心和水情分中心均通過雙信道，直接接收水情信息采集系統(tǒng)上報的數(shù)據(jù)，中心與分中心通過專網(wǎng)實現(xiàn)校準數(shù)據(jù)及缺失信息共享。

2 通信組網(wǎng)設(shè)計

依托城市發(fā)達的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，本系統(tǒng)利用GPRS/CDMA通信網(wǎng)絡(luò)永遠在線、經(jīng)濟適用、傳輸速率快、組網(wǎng)簡單及易于擴展等優(yōu)點，進行水情測報系統(tǒng)組網(wǎng)。為避免網(wǎng)絡(luò)運營商因素，且秉承節(jié)約通信費用的原則，由遙測站PLC(Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器)控制，采用GPRS網(wǎng)絡(luò)為主信道，CDMA網(wǎng)絡(luò)為備用信道。遙測站主、備信道均長期值守，可隨時響應(yīng)中心站召測。

考慮水情中心與分中心工作異?？赡茉斐伤閿?shù)據(jù)無法正常接收，遙測站數(shù)據(jù)通信終端(Data Transfer Unit，DTU)均設(shè)計雙發(fā)工作機制，即每時段報送數(shù)據(jù)均同時向水情中心及分中心發(fā)送，中心與分中心進行信息共享。系統(tǒng)通信流程圖如圖2所示。

3 傳輸機制設(shè)計

由于無線網(wǎng)絡(luò)運行商僅限制，DTU長時間沒有數(shù)據(jù)通信時，運行商網(wǎng)關(guān)將斷開DTU與中心的連接，動態(tài)IP(Internet Protocol)由ISP(Int ernet Service Provider)服務(wù)商的服務(wù)器動態(tài)分配，如果長時間不通信，ISP服務(wù)器會回收IP，這將影響中心、分中心向遙測站的通信指令的正常傳輸。為解決這一問題，DTU各通道每30 s向目的IP地址發(fā)送心跳包(短格式握手數(shù)據(jù)包，流量耗費很小)，以保證DTU與目的地址通信鏈路不被中斷。遇網(wǎng)絡(luò)異常或延時，心跳包發(fā)送失敗，DTU將嘗試繼續(xù)發(fā)送(5次)，5次心跳包發(fā)送均失敗，DTU將重啟通信異常通道。如全部通道心跳包均連續(xù)5次發(fā)送失敗，DTU將斷開鏈路，重新?lián)芴柕卿浘W(wǎng)絡(luò)。中心站與遙測站DTU的通信流程圖如圖3所示。

為防止中心或分中心某一通道未收到數(shù)據(jù)，利用GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)透明傳輸?shù)奶攸c，在中心站數(shù)據(jù)接收軟件和遙測站之間設(shè)計了數(shù)據(jù)接收確認機制，即遙測站及中心站的通信握手。中心站數(shù)據(jù)接收軟件在收到數(shù)據(jù)后會發(fā)送ACK(Acknowledgement)確認信息給遙測站，此確認含路由信息，遙測站通過路由信息判斷此ACK為哪個中心站發(fā)出，以判斷該中心站是否接收到數(shù)據(jù)。遙測站每次完成數(shù)據(jù)采集后啟動GPRS主信道進行數(shù)據(jù)發(fā)送，兩個目的地址的ACK如果全部收到，則此次通信流程結(jié)束。如果兩個ACK或其中某個ACK未能正常接收，則啟用CDMA備用信道進行數(shù)據(jù)發(fā)送，進行相同的ACK等待過程。如果仍未正常接收，將再次啟用CDMA信道進行數(shù)據(jù)發(fā)送。遙測站及中心站的通信軟件流程圖如圖4所示。

4 結(jié)語

本系統(tǒng)的遙測站采用GPRS、CDMA主備切換工作模式，通信組網(wǎng)同時考慮了冗余設(shè)計，可實現(xiàn)多個目的地址同時接收，通過數(shù)據(jù)異地接收與存儲，從而避免了網(wǎng)絡(luò)原因造成的數(shù)據(jù)缺失。在傳輸機制中心創(chuàng)新性地設(shè)計了中心站與遙測站之間的數(shù)據(jù)接收確認機制，數(shù)據(jù)傳輸暢通顯著提高，增強了城市防汛測報系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。