GSM＆GPRS在无线抄表系统中的应用与比较

摘要：合理地将GSM的SMS短信业务和GPRS分组数据业务用于远程无线水表抄表系统，不但可以对用户用水量进行有效的实时监控，而且成本较低，可靠性高。以无线抄表系统为基础，描述了系统数据传输常用的GSM短信业务和GPRS分组数据业务，以两者的技术复杂性、实现方法、费用、延时等进行对比，结果表明GSM适合通信频率低，数据量小，且时延时不敏感的场合；GPRS适合通信频率高，数据量大，实时性高的场合。结合无线抄表系统的特点，设计了大多时间采用GPRS模式而网络繁忙时采用SMS模式的数据传输方案，并通过软件控制，实现自动切换。结果表明该方案比采用单一方案费用更低，数据的可靠性几乎可达100％。
关键词：无线抄表系统；GSM；SMS；GPRS；自动切换

无线抄表系统是指利用嵌入式系统和无线网络等技术自动读取和处理用户仪表数据，将用户的水电气表等仪表的使用信息传输到管理企业进行综合处理的系统。它是在有线抄表系统的基础上发展起来的，但由于采用的是无线通信等技术，可以解决有线抄表系统距离受限、组网困难、建设成本和维护成本高、功耗较大等同题。
因此，利用GSM／GPRS无线通信网络进行远程抄表，将用户用水量发送到自来水公司，不但可以解决普通用户水表抄表问题，还可以对用水大户进行实时监控，防止偷水和管道泄漏的发生。目前，无线传输方式主要有2种：利用GSM网络和利用GPRS网络。但是这2种方式都有优缺点，因此，针对不同的使用场合，选用不同的传输方式将对系统的性价比产生很大的影响。
针对上述问题，设计了基于GSM／GPRS网络的无线远程抄表系统，从不同角度介绍了GSM短信业务和GPRS分组数据业务，指出了各自的优缺点，给出了适合本系统的数据传输方案，为今后无线抄表系统的应用与普及提供了设计依据。

1 无线抄表系统
整个无线抄表系统包括光电直读式水表表头、Meter-Bus总线接口电路、GPRS／GSM模块、微控制器和自来水公司计算机监控终端5大部分，其结构图如图1所示。为了降低功耗，本设计中所有的模块不一直处于工作状态，各个模块在微控制器的指挥下定时工作，即抄表系统的所有模块的工作方式为“长时间休眠，短时间工作”。其中，休眠周期(小时、天、周、月)由管理员用计算机终控端通过GPRS模块发布。微控制器接收GPRS／GSM模块收到的指令后，修改抄表周期，同时根据设定的抄表周期通过Meter-Bus接口电路控制光电直读水表表头读取当前的水量值，然后再利用GSM／GPRS无线网络发给计算机终端，实现定时自动抄表。

2 数据传输方式
1)GSM系统GSM即全球移动通信系统(Global System for Mobile Communication)，是第二代无线数字蜂窝移动通信系统的网络标准。它定义了建设该网络及提供服务的各种标准，这些标准由欧洲电信标准化协会(ETSI)掌管。通常使用的频率为900MHz，1800MHz，1900MHz。GSM移动通信网具有提供语音业务、传真、短信等通信业务的能力，其中短信功能因覆盖范围广、投入成本低、可靠性高等优点，适合于设计一些无线应用系统和产品，能满足实时性要求不是很高的小数据业务的需要。
2)GPRS系统 GPRS即通用分组无线服务(General Packet Radio service)，是在GSM系统基础上发展起来的一种新的承载业务。它突破了GSM网络只能提供电路交换的思维方式，通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换。正是因为GPRS使用现有的GSM无线网络，只是在其基础上增加了一些硬件设备和软件升级，因此，GPRS覆盖范围非常广。这种增加硬件设备和软件升级的方法，投入相对较小，但得到的用户数据速率却相当可观，可提供9．05～171．2 kbit／s的数据传输速率。由于采用了分组交换技术，所以不需占用专有信道，提高了无线网络的利用率，具有按流量计费、长期在线、传输速度快、入网快等优点，同时它支持TCP／IP协议，可以实现与高速发展的Intemet无缝连接，方便间歇的爆发式数据和偶尔大量数据的传输。

3 GSM和GPRS的比较和选择
3．1 技术复杂性的比较
利用GSM网络实现无线抄表比较简单，它由光电直读表头、数据采集器、GSM模块和监控中心组成。数据采集器与监控中心通过GSM模块连上GSM网络即可，以短信的形式将数据通过GSM网络发送到监控中心，其系统结构图如图2所示。基于GPRS的抄表系统由光电直读表头、数据采集器、GPRS模块、Intemet网络和监控中心组成，其系统结构见图3。数据采集器和GPBS模块通过串口进行通信，将采集的数据通过GPBS网络发送，然后再接入Intemet网络，最后传输到监控中心，实现远程抄表。其中，在通信刚开始时，GPRS模块首先发起连接监控中心，监控中心从收到的数据包中获得必要的信息后，两者才能建立通信。监控中心通过Internet接入GPRS网络，需要采用动态域名，地址映射等技术，才能实现无缝连接。综上所述，GPRS的安装、配置和技术要求比GSM复杂得多，一般需要参考相关手册才能设置。