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

摘要：在中國(guó)進(jìn)入城鎮(zhèn)化水平高速發(fā)展的時(shí)期，城市作為人口密集、經(jīng)濟(jì)要素積聚地區(qū)，災(zāi)害的監(jiān)測(cè)預(yù)警處于十分突出的位置。城市防汛測(cè)報(bào)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(cái)產(chǎn)安全，而系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性與實(shí)時(shí)性尤為重要。文中通過(guò)GPRS/CDMA通信組網(wǎng)在上海市某大型城市防汛測(cè)報(bào)項(xiàng)目的實(shí)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(cè)報(bào)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(zhǔn)確地對(duì)城市雨情、水情等信息采集與傳輸，并進(jìn)行實(shí)時(shí)水、雨情信息發(fā)布。系統(tǒng)應(yīng)用傳感器、通信、計(jì)算機(jī)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(dòng)數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理入庫(kù)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(wú)線服務(wù)技術(shù)、CDMA(Code Division Mulitiple Acess)碼分多址無(wú)線通信技術(shù)作為兩種高效、低成本的無(wú)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(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。本文擬通過(guò)GPRS/CDMA通信組網(wǎng)在上海市某大型城市防汛測(cè)報(bào)項(xiàng)目實(shí)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(xiàng)目概況

上海市某大型水情自動(dòng)測(cè)報(bào)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(gè)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(jí)，底層是水隋信息采集系統(tǒng)(各采集要素遙測(cè)站)，中間層是水情中心(市級(jí))和12個(gè)水情分中心(區(qū)級(jí))，頂層是市防汛辦公室。水情中心和水情分中心均通過(guò)雙信道，直接接收水情信息采集系統(tǒng)上報(bào)的數(shù)據(jù)，中心與分中心通過(guò)專網(wǎng)實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)及缺失信息共享。

2 通信組網(wǎng)設(shè)計(jì)

依托城市發(fā)達(dá)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，本系統(tǒng)利用GPRS/CDMA通信網(wǎng)絡(luò)永遠(yuǎn)在線、經(jīng)濟(jì)適用、傳輸速率快、組網(wǎng)簡(jiǎn)單及易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)行水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)組網(wǎng)。為避免網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商因素，且秉承節(jié)約通信費(fèi)用的原則，由遙測(cè)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(cè)站主、備信道均長(zhǎng)期值守，可隨時(shí)響應(yīng)中心站召測(cè)。

考慮水情中心與分中心工作異?？赡茉斐伤閿?shù)據(jù)無(wú)法正常接收，遙測(cè)站數(shù)據(jù)通信終端(Data Transfer Unit，DTU)均設(shè)計(jì)雙發(fā)工作機(jī)制，即每時(shí)段報(bào)送數(shù)據(jù)均同時(shí)向水情中心及分中心發(fā)送，中心與分中心進(jìn)行信息共享。系統(tǒng)通信流程圖如圖2所示。

3 傳輸機(jī)制設(shè)計(jì)

由于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行商僅限制，DTU長(zhǎng)時(shí)間沒有數(shù)據(jù)通信時(shí)，運(yùn)行商網(wǎng)關(guān)將斷開DTU與中心的連接，動(dòng)態(tài)IP(Internet Protocol)由ISP(Int ernet Service Provider)服務(wù)商的服務(wù)器動(dòng)態(tài)分配，如果長(zhǎng)時(shí)間不通信，ISP服務(wù)器會(huì)回收IP，這將影響中心、分中心向遙測(cè)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?jǐn)?shù)據(jù)包，流量耗費(fèi)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?；蜓訒r(shí)，心跳包發(fā)送失敗，DTU將嘗試?yán)^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?hào)登錄網(wǎng)絡(luò)。中心站與遙測(cè)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(diǎn)，在中心站數(shù)據(jù)接收軟件和遙測(cè)站之間設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)接收確認(rèn)機(jī)制，即遙測(cè)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(huì)發(fā)送ACK(Acknowledgement)確認(rèn)信息給遙測(cè)站，此確認(rèn)含路由信息，遙測(cè)站通過(guò)路由信息判斷此ACK為哪個(gè)中心站發(fā)出，以判斷該中心站是否接收到數(shù)據(jù)。遙測(cè)站每次完成數(shù)據(jù)采集后啟動(dòng)GPRS主信道進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，兩個(gè)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(gè)ACK或其中某個(gè)ACK未能正常接收，則啟用CDMA備用信道進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，進(jìn)行相同的ACK等待過(guò)程。如果仍未正常接收，將再次啟用CDMA信道進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。遙測(cè)站及中心站的通信軟件流程圖如圖4所示。

4 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)的遙測(cè)站采用GPRS、CDMA主備切換工作模式，通信組網(wǎng)同時(shí)考慮了冗余設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)目的地址同時(shí)接收，通過(guò)數(shù)據(jù)異地接收與存儲(chǔ)，從而避免了網(wǎng)絡(luò)原因造成的數(shù)據(jù)缺失。在傳輸機(jī)制中心創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了中心站與遙測(cè)站之間的數(shù)據(jù)接收確認(rèn)機(jī)制，數(shù)據(jù)傳輸暢通顯著提高，增強(qiáng)了城市防汛測(cè)報(bào)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。