基于GPRSGPRSS的電力負(fù)荷管理系統(tǒng)通信性能分析及解決方案

崔正湃，王思彤，葉 辛

（1.華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，北京 100045；2.華北電網(wǎng)有限公司，北京 100051）

基于GPRSGPRSS的電力負(fù)荷管理系統(tǒng)通信性能分析及解決方案

崔正湃1，王思彤1，葉 辛2

（1.華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，北京 100045；2.華北電網(wǎng)有限公司，北京 100051）

探討了GPRS技術(shù)在電力負(fù)荷管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用，相比于傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，GPRS的網(wǎng)絡(luò)覆蓋和運(yùn)行成本更加適合于電力負(fù)荷管理系統(tǒng)的應(yīng)用。重點(diǎn)介紹了GPRS技術(shù)的特點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及實(shí)施方案，特別是對(duì)GPRS網(wǎng)絡(luò)在使用過程中存在的問題及其解決方案進(jìn)行了詳細(xì)的說明。

GPRS；電力負(fù)荷管理系統(tǒng)；應(yīng)用問題；解決方案

GPRS通信技術(shù)是目前解決移動(dòng)通信信息服務(wù)的一種較為完美的業(yè)務(wù)，它根據(jù)數(shù)據(jù)流量計(jì)費(fèi)，具有覆蓋范圍廣泛、數(shù)據(jù)傳輸速度快等特點(diǎn)。與有線網(wǎng)絡(luò)相比，他具有租用費(fèi)用更低，移動(dòng)辦公、不受地域制約等優(yōu)點(diǎn)。從綜合成本、工程安裝、通信實(shí)時(shí)性等方面考慮，GPRS通信技術(shù)應(yīng)該是當(dāng)前比較合適應(yīng)用于電力負(fù)荷管理系統(tǒng)的遠(yuǎn)程通信方式。

但在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)諸如終端登錄主站困難，登錄后經(jīng)常“掉線”以及通信費(fèi)用超支等情況，本文就應(yīng)用中的一些常見問題提出解決方案。

1 GPRS通信技術(shù)特點(diǎn)

GPRS理論上可提供高達(dá)171 kb/s的傳輸速率，實(shí)際應(yīng)用中大約為20～40 kb/s［1］，比GSM電路型數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畲笏俾剩ㄒ话銥?.6 kb/s）高出許多。

GPRS初次登錄時(shí)與常用有線modem相似，只要完成一次登錄后，數(shù)據(jù)通道即可建立連接。一旦發(fā)生數(shù)據(jù)交換馬上就進(jìn)入分組交換進(jìn)程，分組接入時(shí)間少于1 s，可以提供快速即時(shí)連接。

GPRS通信技術(shù)采用了基于IP地址的尋址方式［2］，這意味著終端每次登錄互聯(lián)網(wǎng)后，都可以獲得一個(gè)隨機(jī)分配的IP地址，一旦脫離網(wǎng)絡(luò)，地址隨即釋放為它人所用，須得重新登錄再次分配地址。對(duì)于一個(gè)穩(wěn)定的通信系統(tǒng)而言，動(dòng)態(tài)分配IP地址方式不確定性較多，無法保證可靠的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸。但是一個(gè)系統(tǒng)全部采用固定IP地址可能性也不大，所以一般要求主站設(shè)備必須是具有固定IP地址的互聯(lián)網(wǎng)接入設(shè)備，而終端采用隨機(jī)分配IP地址的方式。通過軟件設(shè)定，終端每一次上網(wǎng)獲得臨時(shí)IP地址后，都要立即向固定的IP地址（主站）匯報(bào)，主站只要收到登錄信息，就可以建立起數(shù)據(jù)鏈路。

2 終端與主站通信過程

GPRS數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用系統(tǒng)組建方案示意圖如圖1所示。

基于GPRS無線公網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)呢?fù)荷管理終端和主站之間鏈路傳輸過程如下：兩者按照規(guī)定的平衡傳輸過程執(zhí)行，終端可以工作在主動(dòng)上報(bào)或主站召測(cè)的工作模式下，其數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸信道的連接方式應(yīng)該能夠同時(shí)適應(yīng)永久在線模式和被動(dòng)激活模式，適應(yīng)固定IP和動(dòng)態(tài)IP的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，支持TCP和UDP通信協(xié)議［3］。

GPRS網(wǎng)絡(luò)終端工作在永久在線模式，終端工作過程如下：

（1）終端上電后根據(jù)APN設(shè)置（或虛擬專網(wǎng)用戶名、密碼）自動(dòng)連接到GPRS網(wǎng)絡(luò)，并從網(wǎng)絡(luò)獲得分配的IP（固定或動(dòng)態(tài)）地址。

（2）終端隨即根據(jù)主站IP地址和端口號(hào)主動(dòng)與主站建立TCP連接會(huì)話，向主站發(fā)送登錄報(bào)文，收到主站確認(rèn)報(bào)文后保持TCP會(huì)話連接，第一次測(cè)試登錄成功。

（3）其后在每次“心跳”或數(shù)據(jù)傳送結(jié)束后的“心跳”時(shí)間間隔期到時(shí)，均進(jìn)行一次“心跳”測(cè)試連接。

主站工作方式如下：

（1）在每個(gè)終端作為“TCP Client”連接到主站后，響應(yīng)其登錄申請(qǐng)，主站作為“TCP Server”保持和所有終端的連接，動(dòng)態(tài)記錄當(dāng)前在線終端狀態(tài)，刷新記錄終端最新通信時(shí)刻。

（2）主站和終端根據(jù)各自的需要作為啟動(dòng)站或從動(dòng)站發(fā)送下行或上行的命令或數(shù)據(jù)。

3 常見問題及解決方案

GPRS無線公網(wǎng)在目前電力系統(tǒng)應(yīng)用中經(jīng)常遇到如下一些問題，以下詳述其解決方案。

3.1 終端登錄主站困難

應(yīng)用中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)終端無法登錄主站的現(xiàn)象，經(jīng)分析其原因主要可以歸納以下幾類：

（1）SIM卡問題：SIM卡與通信模塊接觸不良，SIM卡本身質(zhì)量有問題，SIM卡沒有開通GPRS通信功能，或此SIM卡欠費(fèi)。

（2）終端自身問題：APN參數(shù)設(shè)置不正確，終端處于串口通信狀態(tài)（部分型號(hào)終端處于本地串口通信狀態(tài)時(shí)，其GPRS通信功能無法啟用），GPRS模塊有問題或模塊與終端接觸不良。

上述2類問題的解決方法如下，應(yīng)用中可將終端事先在實(shí)驗(yàn)室設(shè)置通信參數(shù)并安裝SIM卡，如果終端可以順利登錄主站，則安裝了SIM卡的終端可以送至現(xiàn)場(chǎng)安裝，否則需在實(shí)驗(yàn)室查找原因。此外通信模塊是易失效部件，應(yīng)要求供貨商提供一定的備件，最好能統(tǒng)一規(guī)范通信模塊接口，則可以收到事半功倍的效果。

（3）網(wǎng)絡(luò)問題：安裝處信號(hào)不好（可用諸如手機(jī)等測(cè)試設(shè)備直接進(jìn)行查看），移動(dòng)公司分配的地址空間不足，網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)基站故障。該類問題的解決需加強(qiáng)與移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的協(xié)調(diào)溝通。

3.2 終端經(jīng)?！暗艟€”

號(hào)稱“實(shí)時(shí)在線”的GPRS終端使用中經(jīng)常會(huì)遇到“掉線”現(xiàn)象，給生產(chǎn)應(yīng)用帶來一定的不便，經(jīng)分析其主要原因如下：

（1）GPRS網(wǎng)絡(luò)信號(hào)電平對(duì)終端的使用有著直接關(guān)系，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)電平比較低的時(shí)候，終端登錄網(wǎng)絡(luò)的過程會(huì)變得困難以及登錄次數(shù)頻繁，影響數(shù)據(jù)發(fā)送，數(shù)據(jù)丟包概率也會(huì)增加。因此在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需對(duì)使用環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，并采取相應(yīng)的措施保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

（2）與GPRS終端內(nèi)部控制方式有關(guān)。當(dāng)GPRS設(shè)備在一個(gè)較長(zhǎng)（規(guī)定）的時(shí)間內(nèi)沒有與主站發(fā)生數(shù)據(jù)交換，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的基站就會(huì)自動(dòng)將數(shù)傳鏈路掛斷。該間隔時(shí)間因各地移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商不同而異，有的地方可能只允許數(shù)分鐘的信道占用時(shí)間，終端需采取以固定的時(shí)間間隔發(fā)送“心跳”數(shù)據(jù)的方式來保持與基站連接。

實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)合理的選擇“心跳”時(shí)間，該時(shí)間不宜過長(zhǎng)，否則會(huì)經(jīng)?！暗艟€”；也不宜過短，增加無謂的通信費(fèi)用支出。同時(shí)應(yīng)規(guī)定終端“心跳”時(shí)間可根據(jù)主站下發(fā)通信參數(shù)進(jìn)行修改，方便實(shí)際應(yīng)用。

（3）GPRS通信模塊低溫性能不穩(wěn)定。安裝于中小工商業(yè)用戶的GPRS終端大都安裝于室外，北方地區(qū)冬季氣溫較低，GPRS模塊工作于較高頻段下，射頻部分在低溫工況下（特別是在-25℃以下）工作經(jīng)常不穩(wěn)定，這也導(dǎo)致終端在低溫時(shí)節(jié)頻繁掉線，影響正常使用。

即使制造廠家雖然選用了工業(yè)級(jí)的芯片，但還是不能可靠保證通信模塊低溫性能，因此需對(duì)GPRS通信模塊進(jìn)行高低溫試驗(yàn)和篩選，篩選在-25～70℃環(huán)境下可靠穩(wěn)定工作的通信模塊，以保證通信質(zhì)量。

（4）GPRS終端質(zhì)量問題。GPRS終端生產(chǎn)制造工藝要求較高，只要某一方面質(zhì)量存在問題，也經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)“掉線”現(xiàn)象。

此外系統(tǒng)中GPRS終端設(shè)備一般都安裝在戶外環(huán)境中，地點(diǎn)偏遠(yuǎn)、分散、無人值守，要求設(shè)備必須能在特殊的環(huán)境下長(zhǎng)期、穩(wěn)定地工作。故終端必須具備自動(dòng)撥號(hào)、斷線重?fù)芄δ?，在網(wǎng)絡(luò)狀況不穩(wěn)定時(shí)，具有自動(dòng)恢復(fù)通信、保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作的能力。

實(shí)際應(yīng)用中，可以通過采取入網(wǎng)選型試驗(yàn)等手段，篩選合格廠家，保證終端質(zhì)量。

3.3 系統(tǒng)通信費(fèi)用超支

GPRS通信網(wǎng)絡(luò)收費(fèi)依據(jù)數(shù)據(jù)流量計(jì)算，因此運(yùn)行成本較低。但是電力負(fù)荷管理系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行后，發(fā)現(xiàn)從每月從移動(dòng)通信部門查詢的數(shù)據(jù)通信流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其有效的數(shù)據(jù)通信流量，運(yùn)行費(fèi)用也超出預(yù)算。

GPRS數(shù)據(jù)流量主要有有效通信數(shù)據(jù)流量、“心跳”數(shù)據(jù)流量和終端登錄主站產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流量等3部分組成。如果終端可以保持長(zhǎng)時(shí)間不“掉線”，則總流量?jī)H有有效通信數(shù)據(jù)流量和“心跳”數(shù)據(jù)流量。實(shí)際中可能因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)原因或主站原因（如關(guān)機(jī)重新啟動(dòng)），GPRS設(shè)備需重新登錄，這個(gè)過程會(huì)產(chǎn)生大量的不可預(yù)知的通信數(shù)據(jù)流量，所以保持GPRS設(shè)備與主站可靠連接是減少無效通信流量關(guān)鍵所在。

實(shí)際應(yīng)用中，大多數(shù)地區(qū)如果GPRS信道一段時(shí)間內(nèi)沒有數(shù)據(jù)交互，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)就收回信道的使用權(quán)，應(yīng)考慮終端每登錄一次主站產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流量遠(yuǎn)大于發(fā)送“心跳”產(chǎn)生的數(shù)據(jù)通信流量，所以必須采用發(fā)送“心跳”方式保持終端與主站持續(xù)連接。

其次，如果在網(wǎng)絡(luò)狀況不好的區(qū)域，往往會(huì)出現(xiàn)一段時(shí)間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)不暢通的情況，由于GPRS重連機(jī)制使得終端不停連接主站，重連的頻率將會(huì)直接影響GPRS通信流量，因此應(yīng)提供重連時(shí)間的設(shè)置項(xiàng)，用戶或終端供應(yīng)商可以根據(jù)當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)絡(luò)狀況合理選擇重連時(shí)間。例如對(duì)可以對(duì)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約［3］中“參數(shù)設(shè)置”（AFN=04H）第62項(xiàng)參數(shù)“虛擬專網(wǎng)工作方式”進(jìn)行擴(kuò)充，增加“與主臺(tái)建立連接的時(shí)間間隔”和“與主臺(tái)建立連接的次數(shù)”等參數(shù)，合理限定終端與主臺(tái)的連接頻度和登錄次數(shù)，合理規(guī)避通信流量超支的風(fēng)險(xiǎn)。

此外為了限制終端超通信流量而導(dǎo)致通信費(fèi)用激增問題，部分地方采取設(shè)置日（月）通信流量限值的方法限定終端日（月）通信流量，如果終端自身統(tǒng)計(jì)通信流量超過日（月）通信流量限值，則終端向主站發(fā)送通信流量超限告警信息后自行下線，直至下個(gè)工作日（下月初）再次啟動(dòng)上線。由于終端（系統(tǒng)）與網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商在通信流量統(tǒng)計(jì)計(jì)算模式存在一定差別，終端（系統(tǒng)）無法較為精確的統(tǒng)計(jì)本日（本月）通信流量，從而限制了該方法的應(yīng)用，僅可作為一種輔助手段。

3.4 加強(qiáng)和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商溝通

由于電力負(fù)荷管理系統(tǒng)建設(shè)運(yùn)行需借助于GPRS網(wǎng)絡(luò)，這就造成系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信將會(huì)受到網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的制約，雖然目前GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得較為成熟，但也不排除存在網(wǎng)絡(luò)繁忙或局部地區(qū)基站設(shè)置偏少等現(xiàn)象，這將會(huì)一定程度上造成對(duì)數(shù)據(jù)通信的影響，影響系統(tǒng)的正常使用。建議系統(tǒng)使用方應(yīng)加強(qiáng)與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)管理運(yùn)營(yíng)方的溝通，保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著國(guó)家電網(wǎng)公司啟動(dòng)用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目，各地不斷推進(jìn)電力負(fù)荷管理系統(tǒng)建設(shè)，GPRS技術(shù)作為當(dāng)前較為合適的遠(yuǎn)程通信方式在電力負(fù)荷管理系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。

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［1］饒克明，張紅先.GPRS技術(shù)在電力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用［J］.湖南電力，2005，25（1）：38-40.

［2］孫晨.對(duì)GPRS在電力系統(tǒng)應(yīng)用的分析［J］.電力系統(tǒng)通信，2003，24（11）：38-41.

［3］Q/GDW 130—2005，電力負(fù)荷管理管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約［S］.北京：北京電力出版社，2005.

Performance analyzing and solving scheme of GPRS?based power load management system

CUI Zheng?pai1，WANG Si?tong1，YE Xin2
（1.North China Electric Power Research Institute Co.，Ltd.，Beijing 100045，China；2.North China Grid Co.，Ltd.，Beijing 100051，China）

This paper discusses the application of GPRS tech?nology in power load management system.The network coverage and cost of GPRS are more adaptable to the application in power load management system compared with other kinds of traditional communication modes.This paper emphasizes the characteris?tics，network structure and implementation plans of GPRS tech?nology，and especially explains the problems and solutions in the application of GPRS network in detail.

GPRS；power load management system；appli?cation problems；solving scheme

F407.61

A

1009-1831（2010）01-0037-03

2009-08-09

崔正湃（1980—），男，山西山陰人，碩士研究生，工程師，從事電能計(jì)量管理和研究工作；王思彤（1967—），男，陜西西安人，高級(jí)工程師，華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司電氣測(cè)量技術(shù)研究所所長(zhǎng)，長(zhǎng)期從事電測(cè)計(jì)量管理和研究工作；葉辛（1968—），女，北京人，高級(jí)工程師，華北電網(wǎng)有限公司營(yíng)銷部市場(chǎng)開發(fā)處處長(zhǎng)，從事電力負(fù)荷管理系統(tǒng)建設(shè)和管理工作。

（

陳 瑜）