基于GPRS的远程自动雨量监测网络
举个例子,用户访问互联网时,点击一个超级链接,手机就在无线信道上发送和接受数据,主页下载到本地后,没有数据传送,手机就进入一种“准休眠”状态,手机释放所用的无线频道给其他用户使用,这时网络与用户之间还保持一种逻辑上的连接,当用户再次点击,手机立即向网络请求无线频道用来传送数据,而不像普通拨号上网那样断线后还得重新拨号才能上网冲浪。
四.整体系统构成
1.数据终端及数据传输网络
1) 通过GPRS无线方式直接发送信息的雨量站
系统中GPRS无线数据终端(DTU)采用了嘉复欣GF-2008 GPRS无线DTU数据终端。每个模块在使用时需要安装SIM卡,和手机一样在移动网中具有唯一的ID。该终端支持双频GSM/GPRS、符合ETSI GSM Phase 2+标准、采用实时时钟、支持A5/1amp;A5/5加密算法,为用户提供高速、永远在线、透明数据传输的虚拟专用数据通信网络。
嘉复欣GF-2008 GPRS DTU系列模块带有40Pin用户数据接口,以便对模块供电和进行数据交换。对外数据线的连接和数据交换方式与RS-232类似,同时该系列大多型号支持+4.5~+28VDC电源,方便在更多场合安装使用。在终端所有连接完成之后,通过终端内置的设置、管理与调试工具对GPRS数据终端进行管理,便于用户在使用前配置相关参数和在调试过程中灵活地改变相关参数以及软件升级和简单的测试。
自动雨量监测网络无线数据传输部分采用中心点~多点的方式,如图3
自动雨量采集设备有多个,它们用各自的GPRS数据终端将数据打成IP包,经GPRS空中接口接入无线GPRS网络,由移动服务商转接到Internet,最终通过各种网关和路由到达统一的数据处理中心工作站。
需要指出的是GPRS终端向数据业务中心发送数据是间断性发送,可以根据需要调整发送数据的频率,这在一定程度上也降低了无线信息传输费用。在整个无线网络设计过程中首先要解决的关键问题是:如何进行气象信息采集单元与GPRS终端的连接,如何根据具体无线网络情况合理设置,如何进行数据打包发送并在数据中心工作站实现接收。
2) 通过有线网络发送信息的雨量站
有线雨量站中单片机把传感器获得的雨量信息用串行通信的方式送到局地微型机算机。计算机首先把数据进行处理和编码,然后通过互连网把数据信息送到有固定IP的数据业务中心站。在这一过程中,需要开发局地计算机数据处理和发送软件,进行数据传送,同时数据业务中心站要有对应的服务器端数据接收软件实现数据接收和保存。
主服务器安装Windows Server 2003操作系统,并安装了SQL Server 2000数据库管理软件。所有来自终端自动雨量站的数据经过网络首先进入具有固定的IP地址的主服务器。但是考虑到服务器的稳定运行问题通常不允许在服务器上安装其他应用软件,为了降低主服务器的负荷,系统中需要另外增加三台服务器来分担主服务器的数据处理任务。这四台服务器共同构成类似于内部局域网的数据中心工作站(DSC)。
虽然数据中心站有多台服务器,但它对外部公网只提供一个IP地址,因此在架设过程中采用了一种网络地址转换(NAT)技术。NAT端口映射功能将一台主机的假IP地址映射成一个真IP地址,当用户访问提供映射端口主机的某个端口时,服务器将请求转到内部提供这种特定服务的主机。可以让内部网络中某台机器对外部提供WWW服务,而不是将真IP地址直接转到内部提供WWW服务的主机。
三台处理服务器分别处理来自不同端口的信息,来自无线自动雨量监测站的信息经主服务器的端口映射到无线数据接收处理服务器接收,然后再送回主服务器保存在SQL数据库;通过有线方式接收信息的任务则由有线接接收处理服务器来完成。最终WWW服务器从主服务器上调用SQL数据库,将雨量信息在Web页上实现动态更新显示,以供外部用户通过Internet访问。
3.软件设计
软件设计主要指利用计算机高级语言开发数据中心站上的数据接收和处理软件。对于有线数据传输方式,利用VC++6.0开发出客户端(局地计算机)数据发送软件和服务器端(有线数据接收处理服务器)数据接收软件。软件中数据的传输采用了Winsock方式。
对于无线数据传输方式的软件开发,使用了GPRS厂商提供的开发工具包。当从网络上收集到某个雨量站发来的信息后,经过一系列处理后把数据存入SQL数据库。
最后,在WWW服务器上利用ASP(Active Sever Pages)开发出Web页面供外部用户访问。
五.结束语
GPRS无线数据传输技术的成熟促进它在更宽广领域中的应用,在气象领域国外于2003年上半年推出了基于GPRS的自动气象站。本文介绍的雨量监测网络已经完成,这种中小尺度的气象监测网络将在很大程度上增强对灾害性天气的预警能力,减少了国家和人民的财产损失。
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