江西信息應(yīng)用職業(yè)技術(shù)學(xué)院 康 凡

中小尺度自動(dòng)氣象站組網(wǎng)方案選擇

江西信息應(yīng)用職業(yè)技術(shù)學(xué)院 康 凡

本文對(duì)中小尺度自動(dòng)氣象站網(wǎng)的發(fā)展背景做了簡(jiǎn)要對(duì)的介紹，由于新業(yè)務(wù)的發(fā)展和國民生產(chǎn)對(duì)氣象數(shù)據(jù)的要求不斷提高，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式逐漸落后，不能滿足自動(dòng)氣象站網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際需求，因此本文利用新的無線傳輸技術(shù)對(duì)自動(dòng)氣象站網(wǎng)的實(shí)際解決方案作出了分析i，并找出了合適的方案。

中小尺度；自動(dòng)站；GPRS；組網(wǎng)方案

1.前言

氣象與人的生活息息相關(guān)，對(duì)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的方方面面同樣影響深遠(yuǎn)，因此準(zhǔn)確及時(shí)的獲取氣象資料就顯得尤為重要[1]。地面氣象觀測(cè)是取得氣象資料的最基本手段，是大氣探測(cè)，乃至整個(gè)大氣科學(xué)及氣象業(yè)務(wù)工作基礎(chǔ)的基礎(chǔ)，凝聚著廣大地面氣象觀測(cè)人員的心血、智慧和責(zé)任。為了獲取大氣狀況的高時(shí)間空間密度、高精度、高質(zhì)量的資料，取代氣象觀測(cè)人員艱苦繁重的日復(fù)一日的手工勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化氣象觀測(cè)，從新中國建立初期起，我國科技工作者就進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)半個(gè)世紀(jì)的不懈努力。為了適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)進(jìn)步和人民生活對(duì)氣象工作越來越高的需求，加快氣象現(xiàn)代化建設(shè)的協(xié)調(diào)發(fā)展，改變我國大氣探測(cè)嚴(yán)重落后的局面，在國家的關(guān)心支持下，上世紀(jì)90年代，中國大氣監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)工程建設(shè)終于得以全面迅速展開，其中自動(dòng)氣象站及其網(wǎng)絡(luò)是發(fā)展的重中之重。

區(qū)別與原有人工觀測(cè)方式，自動(dòng)氣象站是一種能自動(dòng)收、處理、存儲(chǔ)或傳輸氣象信息的裝置。傳感器將氣象參數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)采集器所需的模擬量、數(shù)字、頻率等，以便進(jìn)行測(cè)量，數(shù)據(jù)采集器將傳感器送來的參量按設(shè)定的要求進(jìn)行處理。經(jīng)過處理的氣象資料用有線或無線的方式傳輸給用戶存儲(chǔ)起來。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需求，國內(nèi)外生產(chǎn)自動(dòng)氣象站的廠家不斷增加，但是在這些自動(dòng)氣象站實(shí)現(xiàn)方案中，大部分廠家出于成本和技術(shù)限制仍然使用有線數(shù)據(jù)傳輸方式。一些傳統(tǒng)的無線傳輸方式如衛(wèi)星通信，雖然技術(shù)上已經(jīng)成熟，但成本昂貴，難以在全國范圍內(nèi)推廣。相比之下，新興的依托于民用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的GPRS傳輸方式非常經(jīng)濟(jì)適用，特別是對(duì)于中、小尺度自動(dòng)氣象站這種往往要布置在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)，不易架設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳輸量又比較大的地區(qū)，GPRS在氣象數(shù)據(jù)傳輸方面的優(yōu)勢(shì)就更加明顯。所以本文就著重與研究GPRS通信方式在中、小尺度自動(dòng)氣象站網(wǎng)中的使用，已經(jīng)具體的解決方案選擇。

2.基于GPRS的應(yīng)用解決方案

GPRS作為GSM分組數(shù)據(jù)的一種業(yè)務(wù)，很大程度上拓展了GSM無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)空間。下面將結(jié)合中國移動(dòng)公司的GPRS業(yè)務(wù)來介紹一下常用的GPRS解決方案，介紹下主要包括Internet連接、傳統(tǒng)WAP接入、虛擬專用網(wǎng)絡(luò)接入、基于GPRS的終端安裝業(yè)務(wù)、專線接入、GPRS下的短消息服務(wù)等6種業(yè)務(wù)。

2.1 基于GPRS的Internet接入解決方案

（1）業(yè)務(wù)描述

這是GPRS誕生之初的主要設(shè)計(jì)目的，利用手機(jī)+電腦店的方式接入Internet如圖2.1所示，直到后來手機(jī)直接接入網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用。

（2）終端用戶的IP地址分配方案與網(wǎng)絡(luò)連接解決方案

電腦通過手機(jī)接入Internet業(yè)務(wù)的用戶可以獲得一個(gè)公有IP地址或者似有IP地址。由于公有地址資源有限，分配私有地址是較為可行的方案。手機(jī)登陸網(wǎng)絡(luò)后就會(huì)由GGSN分配一個(gè)私有地址，該地址經(jīng)過NAT轉(zhuǎn)換就可以用于手機(jī)將數(shù)據(jù)發(fā)送到CMNET（移動(dòng)夢(mèng)網(wǎng)的APN）

（3）Internet的不同接入方式

GGSN接入Internet有透明和非透明兩種方式?？紤]到中國的國情，各個(gè)移動(dòng)運(yùn)營商同時(shí)都是ISP，因此一般采用透明方式接入因特網(wǎng)，可大大節(jié)省成本和接入時(shí)間。

此種方案比較適合自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)端傳輸，主要是成本較低，但有時(shí)會(huì)受到INTERNET線路影響。

2.2 基于GPRS的WAP業(yè)務(wù)

（1）GPRS是承載WAP的最佳選擇

在GPRS通訊方式下，實(shí)現(xiàn)WAP業(yè)務(wù)一般由有3種克星的方式：傳統(tǒng)電路數(shù)據(jù)傳輸、文字短消息、GPRS分組數(shù)據(jù)傳輸。與直接使用GPRS分組數(shù)據(jù)相比，其他方式都有一些缺點(diǎn)：

短消息方式雖然可以實(shí)現(xiàn)WAP功能，一條短消息最多只能包括160個(gè)字節(jié)，對(duì)于大數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)傳輸非常麻煩。短消息方式對(duì)數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量也很難保證。而傳統(tǒng)的電路數(shù)據(jù)傳輸方式缺點(diǎn)更多，這里就不再贅述。

（2）IP地址分配方式

WAP業(yè)務(wù)的用戶IP也是由GGSN分配的，當(dāng)然必須首先由RADIUS授權(quán)。

（3）與WAP網(wǎng)關(guān)的連接

和通過GPRS接入Internet一樣，接入WAP網(wǎng)關(guān)也需要分配一個(gè)IP地址。由于WAP網(wǎng)管采用的是私有IP地址段，所以GGSN設(shè)備需要與WAP網(wǎng)管建立隧道才能連接。

2.3 虛擬專用網(wǎng)絡(luò)接入業(yè)務(wù)

（1）虛擬專用網(wǎng)VPN的實(shí)現(xiàn)方式

目前幾乎所有帶GPRS功能的手機(jī)和GPRS模塊都支持VPN的應(yīng)用。不過要想通過GPRS方式使用VPN必須首先明確，GPRS數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備是否支持VPN的連接協(xié)議，目前主要是PPTP和L2TP兩種協(xié)議，其中L2TP是VPN較為成熟的解決方案。主要依靠其第二層隧道協(xié)議整合多協(xié)議的撥號(hào)以及現(xiàn)有因特網(wǎng)的隧道協(xié)議。

（2）GPRS接入VPN的特點(diǎn)

GPRS接入VPN為企業(yè)用戶提供了一種由遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)訪問企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的途徑，而且接入設(shè)備由于使用GPRS方式更加不受地域限制。這種方式不但支持用戶全國范圍內(nèi)漫游，又具有傳統(tǒng)VPN安全的特點(diǎn)。其方便靈活快速的能力又是傳統(tǒng)VPN方式不能比擬的。

此種方案最適合自動(dòng)氣象站網(wǎng)使用，成本不高，又兼顧了安全與保密。

2.4 基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)終端的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)

基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)終端的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的解決方案主要是只現(xiàn)在發(fā)展迅速的平板電腦等其他帶有GPRS網(wǎng)絡(luò)接入功能移動(dòng)設(shè)備。其接入方式與第一種方案類似，這里不再贅述。

2.5 基于手機(jī)類終端軟件的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)

（1）業(yè)務(wù)描述

在GPRS終端設(shè)備內(nèi)置特定Inter-net應(yīng)用，即通過手機(jī)內(nèi)置的一些應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)登陸Internet而不需要再連接電腦作為數(shù)據(jù)源。早期應(yīng)用主要局限在Email和即時(shí)通信服務(wù)。但近幾年來，隨著智能手機(jī)概念的興起，此種應(yīng)用成為GPRS網(wǎng)絡(luò)的主要使用方式。

（2）終端軟件的業(yè)務(wù)描述

早期手機(jī)受限于硬件性能和軟件平臺(tái)，往往只集成EMAIL和IM等少數(shù)網(wǎng)絡(luò)功能。但隨著智能手機(jī)概念的興起，尤其近些年來各類性能強(qiáng)大，軟件平臺(tái)完善的智能手機(jī)使得各種豐富的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用登陸手機(jī)。到現(xiàn)在為止，智能手機(jī)平臺(tái)已經(jīng)基本可以實(shí)現(xiàn)PC接入Internet所能完成的一切功能。基于數(shù)據(jù)終端軟件的業(yè)務(wù)對(duì)GPRS網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不會(huì)產(chǎn)生特別的影響，只需能夠接入Internet網(wǎng)絡(luò)，其他功能實(shí)現(xiàn)與計(jì)費(fèi)方式均與Internet接入方式相同。

2.6 專線接入業(yè)務(wù)

（1）GPRS采用專線接入時(shí)，GGSN節(jié)點(diǎn)不在對(duì)接入的GPRS設(shè)備進(jìn)行認(rèn)證，GPRS網(wǎng)絡(luò)可以看做是一種通信載體，只需簡(jiǎn)單的對(duì)數(shù)據(jù)包做通訊傳輸，用戶端的安全認(rèn)證和識(shí)別也都由業(yè)務(wù)中心負(fù)責(zé)。由于專線接入業(yè)務(wù)的特點(diǎn)，這種方式往往用于對(duì)安全性能及數(shù)據(jù)量較大的場(chǎng)合。如水質(zhì)和空氣的污染檢測(cè)領(lǐng)域。

（2）這種方式下GGSN發(fā)送的數(shù)據(jù)不再需要ISP進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，而是直接通過專用線路（光纜等）直接接入接收數(shù)據(jù)的中心站。、

此種方案是雖然適合自動(dòng)氣象站網(wǎng)中心站使用的網(wǎng)絡(luò)方案，但成本較高。

3.系統(tǒng)組網(wǎng)方案選擇

數(shù)據(jù)端的通訊方式較好選擇，DTU（全稱數(shù)據(jù)傳輸單元，是專門用于將串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為IP數(shù)據(jù)或?qū)P數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串口數(shù)據(jù)，通過無線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳送的無線終端設(shè)備。）可直接通過RS-232串口與自動(dòng)氣象站相連，使用動(dòng)態(tài)IP方式接入既方便接入，資費(fèi)也較低。但中心站接入方式就要略微復(fù)雜一些，一般分為專線接入、GPRS接入和internet接入。三種方式各有優(yōu)劣。采用專線接入需要向電信申請(qǐng)專線且需要一臺(tái)支持GRE隧道功能的路由器，速度快，無干擾，可處理大量站點(diǎn)數(shù)據(jù)，但投入成本比較高；采用GPRS接入需向電信申請(qǐng)APN服務(wù)，傳輸帶寬受到限制；而采用Internet接入成本較低，且不存在跨區(qū)域的問題，但會(huì)受Internet線路的限制?？紤]到氣象信息傳輸?shù)奶厥庑?，在?shí)際使用中中、小尺度自動(dòng)站網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該使用前兩種方案較為妥當(dāng)，如圖1。但是考慮到本課題中主要研究重點(diǎn)是放在數(shù)據(jù)端的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，所以在驗(yàn)證數(shù)據(jù)時(shí)將使用第三種方案。

圖1

[1]李黃主編.自動(dòng)氣象站實(shí)用手冊(cè)[M].氣象出版社,2007,10.

[2]胡玉峰主編.自動(dòng)氣象站原理與測(cè)量方法[M].北京:氣象出版社,2004.

[3]太淑玲,趙月英.淺談通用分組無線業(yè)務(wù)(GPRS)[J].黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2006,01.

[4]劉志杰.GPRS性能分析及優(yōu)化[J].中國信通信,2010,15.

[5]文志成編著.GPRS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[J].北京:電子工業(yè)出版社,2005.

[6]基于GPRS的應(yīng)用解決方案[OL].http://technic.xkq.com/20090513/96093.html.