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（第二屆“安控杯”SCADA/RTU技術與應用征文比賽三等獎作品）

鐘福宏

1  概述

    SCADA是英文Supervisory Control and Data Acquistion的縮寫，意即“監視控制和數據采集系統”，該系統被廣泛應用于供水、供電、燃氣、油田等行業，主要功能是完成數據的采集控制和遠程傳輸。南海發展股份有限公司在1994年建立了供水調度SCADA系統，多年來在保障安全可靠供水、協調合理調度、保證公司利益等多方面發揮了重要的作用。

    目前SCADA系統中采用的數據通信可簡單分為有線和無線兩大類，其中有線通信主要包括架設光纜、電纜或租用電信電話線、X.25、DDN、ADSL等，而無線則包括超短波通信、擴頻通信、衛星通信、GSM 短信/GPRS通信等。在供水行業，由于各管網監控點分布范圍廣、數量多、距離遠，個別點還地處偏僻，因此架設光纜、鋪設電纜難度大、不切合實際，向電信部門租用專用電話線又要申請很多電話線，而且有些監控點線路難以到達，況且采用電話線路時需要等待漫長的電話撥號過程，速度慢、運營成本較高，總之SCADA系統采用有線通信方式建設周期長、工作難度大、運行費用高，不便于大規模使用；與之相比，無線通信方式則顯得非常靈活，它具有投資較少、建設周期短、運行維護簡單、性價比高等優點。在SCADA系統中，無線通信方式主要包括：超短波（230MHz）無線數傳、擴頻（2.4G、5.8G）、衛星通信、GSM數字蜂窩通信系統等，其中衛星通信由于通信費用昂貴，只在一些特殊的領域下使用，未得以普及；而擴頻通信技術雖然速率高，但只能在視距范圍內傳輸，應用也受到限制。因此目前國內SCADA系統較普遍采用 230MHz頻段的數傳電臺作為傳輸信道。

    采用超短波數傳電臺作為傳輸信道具有組網靈活、擴展容易、維修方便、運行費用低等優點，但由于系統工作于230MHz且多采用普通間接調制的數傳電臺，這就造成系統易受外界干擾、通信速率低、誤碼率高、數據傳送量不大、信號覆蓋范圍小等先天不足，這在該公司第二水廠生產數據上傳到公司調度室時得到體現，目前已改為DDN專線傳輸方式。隨著城市現代化、工業化進程的發展，傳統的超短波通信方式正面臨著越來越大的挑戰，而GSM網絡經過移動通信部門的多年建設，覆蓋范圍不斷擴大，已成為成熟、穩定、可靠的通信網絡，特別是近年來推出的短消息(SMS)、GPRS等新業務，這使得SCADA系統采用GSM網絡來進行數據傳輸成為可能。

2  GPRS技術的應用及分析

    應用GSM網絡進行數據傳輸從理論分析和實際應用都是切實可行的。就目前移動通信部門提供的服務而言，可分為兩種方式：① 短消息（SMS），通過撥打終端號碼而獲取數據資料短消息；② GPRS技術，核心是通過IP轉換技術進行數據傳輸。相比之下，采用GPRS技術更具優點和前瞻性，符合未來的通信發展方向。

2.1  GPRS原理及技術特點
    GPRS是通用分組無線業務General Packet Radio Service的英文簡稱，是在現有GSM系統基礎上發展出來的一種新的網絡業務。GPRS采用分組交換技術，每個用戶可同時占用多個無線信道，同一個無線信道又可以由多個用戶共享，實現資源有效的利用，從而實現高速率數據傳輸。GPRS支持基于標準數據通信協議的應用，可以實現與IP網、X.25網互聯互通。GPRS具有全雙工運作，間隙收發，永遠在線，只有在收發數據時才占用系統資源，計費方式以數據傳輸量為準等特點，由于GPRS的核心層采用IP技術，底層可使用多種傳輸技術，這使得它較易實現端到端的、廣域的無線IP連接，以實現某種特定功能。

    具備GPRS功能的移動電話或終端通過無線方式與GSM基站進行通信，隨即登陸上GSM網絡，但與電路交換式數據呼叫不同，GPRS分組是從基站發送到GPRS服務支持節點（SGSN），而不是通過移動交換中心（MSC）連接到語音網絡上。SGSN與GPRS網關支持節點（GGSN）進行通信；GGSN對分組數據進行相應的處理，再發送到目的網絡，如因特網或X.25網絡。

    來自因特網標識有移動電話或終端地址的IP包，由GGSN接收，再轉發到SGSN，繼而傳送到指定的移動電話或終端上，如圖1所示。

圖1  GPRS網絡構成示意圖

    GPRS的技術特點如下：
    (1)  資源利用率高 GPRS引入了分組交換的傳輸模式，用戶只有在發送或接收數據期間才占用資源，這意味著多個用戶可高效率地共享同一無線信道，從而提高了資源的利用率。GPRS用戶的計費以通信的數據量為主要依據，體現了“得到多少、支付多少”的原則。實際上，GPRS用戶的連接時間可能長達數小時，卻只需支付相對低廉的連接費用。

    (2)  傳輸速率高 GPRS可提供高達115Kbps的傳輸速率（最高值為171.2Kbps）。這使得GPRS終端用戶能和ISDN用戶一樣快速地上網瀏覽，同時也使一些對傳輸速率敏感的移動多媒體應用成為可能。

    (3)  接入時間短 分組交換接入時間縮短為少于1秒，能提供快速即時的連接，可大幅度提高遠程監控等工作的效率。

    (4)  支持IP協議和X.25協議 GPRS支持因特網上應用最廣泛的IP協議和X.25協議。而且由于GSM網絡覆蓋面廣，使得GPRS能提供Internet和其它分組網絡的全球性無線接入。

2.2  利用GPRS來實現數據傳輸
    基于GPRS技術的SCADA系統是以GSM為網絡平臺，充分利用了GPRS的技術特點和優勢，實現高速、永遠在線、透明數據傳輸的數據通信網絡系統。網絡系統構成如圖2所示。

    該系統目前已投入運行階段，運行效果良好，數據發送接收穩定、快速、可靠，完全能滿足實際工作要求，是SCADA系統較理想的組網選擇。相信隨著時代的發展、科技的進步、數據通信業務的高速發展，無線IP通信技術業務會越漸成熟,越顯優勢，會得到廣泛的普及和應用。