GPRS實(shí)時(shí)無(wú)線電臺(tái)站管理監(jiān)控系統(tǒng)方案初探

當(dāng)前，現(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)展迅猛，各類(lèi)無(wú)線電臺(tái)站的設(shè)置和使用數(shù)量迅速增加，這給各級(jí)無(wú)線電管理機(jī)構(gòu)帶來(lái)了很大壓力。為了能夠?qū)�無(wú)線電臺(tái)站特別是固定類(lèi)型無(wú)線電臺(tái)站實(shí)施及時(shí)、有效的管理，本文提出了利用中國(guó)移動(dòng)公司的GPRS通信系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)管理的方法。

一般情況下，固定類(lèi)型無(wú)線電臺(tái)站管理的重點(diǎn)項(xiàng)目包括：無(wú)線電發(fā)射設(shè)備的功率、頻率、坐標(biāo)（經(jīng)緯度）、天線高度、鄰道功率、雜散功率等。傳統(tǒng)的管理方法是，在收到用戶(hù)設(shè)臺(tái)申請(qǐng)后，無(wú)線電管理部門(mén)進(jìn)行設(shè)備檢測(cè)、電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)、頻率指配，然后辦理審批設(shè)臺(tái)手續(xù)。之后，無(wú)線電管理部門(mén)不定時(shí)對(duì)該頻率進(jìn)行監(jiān)測(cè)，每隔三年或五年對(duì)設(shè)備進(jìn)行核查。核查的手段往往是手工操作，較為先進(jìn)的方法是二維條形碼或RFID半自動(dòng)化模式。因此，無(wú)線電管理部門(mén)的工作量很大，效率較低，后期管理成本高。為了加強(qiáng)后期監(jiān)督、實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)管理，筆者認(rèn)為可采用GPRS網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)臺(tái)站管理監(jiān)控系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)組成

GPRS實(shí)時(shí)臺(tái)站管理監(jiān)控系統(tǒng)框圖見(jiàn)圖1。

圖1 GPRS實(shí)時(shí)臺(tái)站管理監(jiān)控系統(tǒng)

1.1 GPRS控制終端

安裝在固定電臺(tái)上的遠(yuǎn)程GPRS控制終端（以下簡(jiǎn)稱(chēng)終端），通過(guò)信號(hào)采集模塊采集數(shù)據(jù)，經(jīng)壓縮、加密后通過(guò)GPRS數(shù)傳模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和協(xié)議封裝，然后發(fā)送到GSM網(wǎng)絡(luò)。

終端的主要功能包括：

（1）信號(hào)采集：主要通過(guò)電流傳感器對(duì)電臺(tái)使用的交流（或直流）電實(shí)時(shí)檢測(cè)，判斷是否按照核準(zhǔn)功率正常運(yùn)行。

（2）GPRS實(shí)時(shí)通信：

＊ 實(shí)現(xiàn)與控制中心的數(shù)據(jù)通信功能。

＊ 獲取與本模塊通信的基站ID數(shù)據(jù)，以確定一定精度的位置信息。

（3）控制模塊：實(shí)現(xiàn)對(duì)固定臺(tái)站電源的開(kāi)啟和關(guān)閉操作等。

（4）中央處理和分析：

＊ 通過(guò)對(duì)信號(hào)采集模塊的數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)固定臺(tái)站的占用度統(tǒng)計(jì)和位置信息的記錄。

＊ 對(duì)GPRS實(shí)時(shí)通信模塊的操作。

＊ 對(duì)控制模塊的操作。

＊ 固定臺(tái)站的參數(shù)記錄、身份標(biāo)志、數(shù)據(jù)加密（銀行級(jí)安全級(jí)別）等。

＊ 與控制中心數(shù)據(jù)交換。

＊ 在線升級(jí)固件，隨時(shí)實(shí)現(xiàn)功能升級(jí)。

＊ 遭遇非法操作的自毀功能等。

＊ 其他擴(kuò)展功能。

1.2 監(jiān)控中心

服務(wù)器申請(qǐng)配置固定IP地址，和中國(guó)移動(dòng)通信公司之間通過(guò)DDN (Digital Data Network數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò))專(zhuān)線與GPRS網(wǎng)絡(luò)相連。監(jiān)控中心RADIUS服務(wù)器接受GPRS網(wǎng)絡(luò)傳來(lái)的數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行3A認(rèn)證，傳送到監(jiān)控中心服務(wù)器，通過(guò)系統(tǒng)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行還原顯示，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

＊DDN專(zhuān)線：連接到中國(guó)移動(dòng)通信公司，通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與終端的通信功能。

＊RADIUS服務(wù)器：對(duì)接收到GPRS傳來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行AAA認(rèn)證，傳送到監(jiān)控中心的應(yīng)用服務(wù)器。

＊應(yīng)用服務(wù)器：以數(shù)據(jù)庫(kù)方式存儲(chǔ)固定無(wú)線電臺(tái)站的位置、功率、頻率以及歷史占用度等各類(lèi)信息；通過(guò)對(duì)終端返回的信息和數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，以確認(rèn)固定無(wú)線電臺(tái)的位置、功率等參數(shù)是否按照核準(zhǔn)要求運(yùn)行，進(jìn)而實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)督管理和控制。

1.3 GPRS/GSM移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)

現(xiàn)場(chǎng)終端采集的數(shù)據(jù)經(jīng)GSM網(wǎng)絡(luò)空中接口功能模塊，可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編解碼處理，轉(zhuǎn)換成Internet網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳送格式，通過(guò)中國(guó)移動(dòng)通信公司的GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，最終傳送到監(jiān)控中心。

2 系統(tǒng)方案

各終端使用GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸模塊，通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心相連。各終端使用中國(guó)移動(dòng)通信公司統(tǒng)一的STK卡，監(jiān)控中心同時(shí)對(duì)各點(diǎn)進(jìn)行登記，保存相關(guān)資料以便于管理。各終端運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)軟件，支持不間斷實(shí)時(shí)在線，實(shí)現(xiàn)信息采集和傳送。

2.1 安全措施

由于實(shí)時(shí)臺(tái)站管理監(jiān)控系統(tǒng)的特殊性，本系統(tǒng)需要較高的系統(tǒng)安全保障和穩(wěn)定性。安全保障主要是防止來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)外的有意或無(wú)意破環(huán)，網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)措施包括信道加密、信源加密、登錄防護(hù)、訪問(wèn)防護(hù)、接入防護(hù)、防火墻等。穩(wěn)定性要求系統(tǒng)能夠7×24小時(shí)不間斷運(yùn)行，即使出現(xiàn)硬件和軟件故障，系統(tǒng)運(yùn)行也不能中斷。

一般而言，監(jiān)控中心與終端的通信方式可分為以下三種：

（1）VPN網(wǎng)絡(luò)接入

可通過(guò)Internet使用VPN（Virtual Private Network虛擬專(zhuān)用網(wǎng))接入到移動(dòng)GPRS網(wǎng)。通過(guò)VPN方式，客戶(hù)端在連接應(yīng)用服務(wù)器前，要經(jīng)過(guò)RADIUS服務(wù)器的認(rèn)證，整個(gè)數(shù)據(jù)傳送過(guò)程得到了加密保護(hù)，安全性比較高，可充分保障速度和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。VPN方式成本比較低。

（2）APN網(wǎng)絡(luò)接入

監(jiān)控中心也可以采用APN方式接入，租用專(zhuān)線接入到移動(dòng)公司的GGSN設(shè)備上，這種方式成本高，安全性高、穩(wěn)定可靠。

（3）APN+VPN混合方式

對(duì)安全性要求非常高的系統(tǒng)，可考慮在專(zhuān)用APN接入的基礎(chǔ)上加VPN網(wǎng)絡(luò)的混合接入方式，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全性。

＊VPN虛擬專(zhuān)網(wǎng)模式：管理機(jī)構(gòu)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中配置VPN服務(wù)器，移動(dòng)終端加載具有VPN二次虛擬撥號(hào)的功能的客戶(hù)端軟件。采用VPN安全技術(shù)，用戶(hù)通過(guò)接入企業(yè)內(nèi)部虛擬專(zhuān)網(wǎng)的方式與Internet進(jìn)行隔離，可對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)傳送過(guò)程進(jìn)行加密保護(hù)，有效避免非法入侵。

＊利用SIM卡的唯一性，對(duì)用戶(hù)SIM卡手機(jī)號(hào)碼進(jìn)行鑒別授權(quán)，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)對(duì)SIM卡號(hào)和APN進(jìn)行綁定，劃定用戶(hù)可接入某系統(tǒng)的范圍，只有屬于指定行業(yè)的SIM卡手機(jī)號(hào)才能訪問(wèn)專(zhuān)用APN，終端與數(shù)據(jù)中心采用中國(guó)移動(dòng)分配的APN進(jìn)行無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入，普通手機(jī)的SIM卡號(hào)無(wú)法呼叫專(zhuān)用APN。

＊對(duì)于特定用戶(hù)，可通過(guò)數(shù)據(jù)中心分配特定的用戶(hù)ID和密碼，其他沒(méi)有數(shù)據(jù)中心分配的用戶(hù)ID和密碼的用戶(hù)將無(wú)法登錄進(jìn)入系統(tǒng)，系統(tǒng)的安全性進(jìn)一步增強(qiáng)。

＊數(shù)據(jù)加密：通過(guò)VPN對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)傳送過(guò)程進(jìn)行加密保護(hù)。

＊網(wǎng)絡(luò)接入安全鑒定機(jī)制：采用防火墻軟件，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)權(quán)限和安全防范功能，保障系統(tǒng)安全。

＊利用終端設(shè)備提供的端到端加密算法，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，增加數(shù)據(jù)安全性。

3 可行性分析

3.1 需求分析

近年來(lái)無(wú)線通信事業(yè)迅猛發(fā)展，無(wú)線電固定臺(tái)站大量設(shè)立，而無(wú)線電管理機(jī)構(gòu)的人員和設(shè)施配備相對(duì)落后，面對(duì)大量的已設(shè)臺(tái)站缺乏實(shí)時(shí)有效的監(jiān)督手段，每三年至五年一次的核查工作往往耗費(fèi)大量的人力、物力，但效果依然不理想，特別是在遇到突發(fā)事件或緊急情況時(shí)，管理機(jī)構(gòu)對(duì)電臺(tái)的實(shí)時(shí)控制能力更是缺乏。

基于這種情況，GPRS實(shí)時(shí)臺(tái)站監(jiān)控系統(tǒng)的需求較大。

3.2 成本分析

（1）硬件成本

＊ 終端

終端主要包括了信號(hào)采集模塊、GPRS實(shí)時(shí)通信模塊、控制模塊、中央處理以及分析模塊。目前其價(jià)格如表1所示。

表1 終端各模塊價(jià)格

由表1可知，一個(gè)終端硬件成本約700元，不包含開(kāi)發(fā)商的利潤(rùn)和運(yùn)維成本。

＊ 監(jiān)控中心

監(jiān)控中心的硬件主要包括網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器，根據(jù)應(yīng)用規(guī)�？梢耘鋫�20萬(wàn)元～50萬(wàn)元的設(shè)備。各級(jí)無(wú)線電管理機(jī)構(gòu)一般有自己的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和信息系統(tǒng)，因此可以把監(jiān)控中心與原有的信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)合并使用。

（2）軟件成本

終端的軟件部分主要涉及中央處理和分析模塊中的單片機(jī)軟件的開(kāi)發(fā)，其規(guī)模在Mbytes之內(nèi)。

監(jiān)控中心的軟件需要滿(mǎn)足基于B/S模式的查詢(xún)統(tǒng)計(jì)功能，能夠融合到（或充分利用）原有的臺(tái)站數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，其規(guī)模相對(duì)較大，且涉及原有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等方面。

（3）運(yùn)行成本

＊ 功耗

終端待機(jī)功耗約為0.2W～0.5W，保持在線狀態(tài)時(shí)1W～3W，一年的耗能為1×24×365<9kW，費(fèi)用小于5元。

＊ 通信費(fèi)用（每個(gè)終端）

GPRS通信費(fèi)按照信息量每k字節(jié)0.01元，按目前的控制信息量分析，終端每次上傳和下載的數(shù)據(jù)在1k字節(jié)左右，每天傳送次數(shù)不超過(guò)10次，這樣每天的通信費(fèi)大概在0.2元以?xún)?nèi)，一年的費(fèi)用不超過(guò)60元。此外，按照集團(tuán)用戶(hù)方式計(jì)費(fèi)將更加便宜。

＊通信費(fèi)用（DDN 128kbit/s專(zhuān)線）：租賃費(fèi)用每年約6000元。

＊系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用等。

3.3 方案特點(diǎn)

中國(guó)移動(dòng)公司GPRS系統(tǒng)可提供全面覆蓋的無(wú)線IP連接。在其GPRS業(yè)務(wù)平臺(tái)上構(gòu)建無(wú)線電臺(tái)站管理監(jiān)控系統(tǒng)可充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)周期短，建設(shè)成本低，而且設(shè)備安裝方便、維護(hù)簡(jiǎn)單。

GPRS無(wú)線電臺(tái)站管理監(jiān)控系統(tǒng)具備如下特點(diǎn)：

（1）可靠性高

GPRS采用面向連接的TCP協(xié)議通信，避免了數(shù)據(jù)包丟失現(xiàn)象，保證數(shù)據(jù)可靠傳輸。監(jiān)控中心可以與多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。GPRS網(wǎng)絡(luò)本身具備完善的頻分復(fù)用機(jī)制，并具備極強(qiáng)的抗干擾性能。

（2）實(shí)時(shí)性強(qiáng)

GPRS具有實(shí)時(shí)在線的特性，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延小，并支持多點(diǎn)同時(shí)傳輸，因此GPRS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中心可以在多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間快速、實(shí)時(shí)地進(jìn)行雙向通信，很好地滿(mǎn)足系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集和傳輸實(shí)時(shí)性要求。目前GPRS實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸速率在30kbit/s左右，完全能滿(mǎn)足系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率（≥10kbit/s）的要求。

(3)監(jiān)控范圍廣

GPRS網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)全國(guó)范圍內(nèi)覆蓋，并且擴(kuò)容升級(jí)和接入地點(diǎn)無(wú)限制，能滿(mǎn)足山區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求。無(wú)線電臺(tái)數(shù)量眾多且地理位置分散，部分位于偏僻地區(qū)，因此，GPRS網(wǎng)絡(luò)是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的理想選擇。

（4）系統(tǒng)建設(shè)成本低

由于采用GPRS公網(wǎng)平臺(tái)，無(wú)需建設(shè)網(wǎng)絡(luò)，只需安裝設(shè)備即可，建設(shè)成本低，也免去了網(wǎng)絡(luò)維護(hù)費(fèi)用。

（5）系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)成本低

采用GPRS公網(wǎng)通信，全國(guó)范圍內(nèi)均按統(tǒng)一費(fèi)率計(jì)費(fèi)，省去了昂貴的漫游費(fèi)用, GPRS網(wǎng)絡(luò)可按數(shù)據(jù)實(shí)際通信流量計(jì)費(fèi)，(1分～3分/1k字節(jié))，也可以按包月不限流量收費(fèi)，從而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的低成本通信。

（6）可對(duì)終端臺(tái)站進(jìn)行控制

通過(guò)GPRS數(shù)據(jù)監(jiān)控中心，可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)臺(tái)站的遠(yuǎn)程控制，例如：遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)控制、遠(yuǎn)程復(fù)位控制、狀態(tài)查詢(xún)、參數(shù)配置以及遠(yuǎn)程固件升級(jí)等。

（7）傳輸擴(kuò)容性能好

由于終端數(shù)量眾多，系統(tǒng)要求能滿(mǎn)足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰�，而GPRS技術(shù)能很好地滿(mǎn)足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要；由于系統(tǒng)采用成熟的TCP/IP通信架構(gòu)，具備良好的擴(kuò)展性能，一個(gè)監(jiān)控中心可支持幾千個(gè)終端的通信接入。

（8）傳輸功耗小

終端與數(shù)據(jù)中心的距離與其通信功率沒(méi)有關(guān)聯(lián)，GPRS傳輸設(shè)備在工作時(shí)只需與附近的移動(dòng)基站通信即可，其整體功耗僅為0.2W左右。因此GPRS傳輸方式更節(jié)約能耗，符合國(guó)家提倡的節(jié)能要求。

（9）安全性有待加強(qiáng)

由于該平臺(tái)建立在Internet環(huán)境下，對(duì)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)保障而言，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的安全性成為必須解決的首要問(wèn)題。在解決該問(wèn)題的同時(shí)也增加了軟硬件成本和傳輸開(kāi)銷(xiāo)。

4 總結(jié)

上述系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)過(guò)程中主要考慮了方案的經(jīng)濟(jì)性，其不足處是定位精度等比較低。目前全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)發(fā)展很快，其接收系統(tǒng)整體成本在迅速降低，如果能將定位系統(tǒng)集成到該系統(tǒng)中，則可顯著提高定位和計(jì)時(shí)精度。

綜上所述，基于GPRS的臺(tái)站管理系統(tǒng)對(duì)固定臺(tái)站具有相當(dāng)強(qiáng)的監(jiān)督和控制能力，然而，涉及到系統(tǒng)開(kāi)發(fā)還有很多細(xì)節(jié)和環(huán)節(jié)需進(jìn)一步深入調(diào)研和摸索。目前所設(shè)想的系統(tǒng)還只能實(shí)現(xiàn)監(jiān)控臺(tái)站的開(kāi)關(guān)、檢測(cè)發(fā)射功率、記錄占用度和核對(duì)相對(duì)位置功能，對(duì)其他參數(shù)的監(jiān)控能力還不夠，需要進(jìn)一步研究和分析。

目前電力、環(huán)保、水利、人防等各行業(yè)對(duì)GPRS系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)利用都有成功的案例，GPRS實(shí)時(shí)臺(tái)站管理監(jiān)控系統(tǒng)是可以實(shí)現(xiàn)，并值得開(kāi)發(fā)推廣的具有良好經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的系統(tǒng)。

作者：

常州市無(wú)線電管理監(jiān)測(cè)站  裴士青

常州市新北區(qū)人防工程建設(shè)管理處 方方