【導(dǎo)讀】采用無線監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對油井的數(shù)據(jù)采集和運行狀態(tài)監(jiān)控已成為一種必。本文提出和設(shè)計了一種基于GPRS通訊方式的抽油機遠程監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控抽油機的運行狀態(tài)。極少，而且不需組建自己的網(wǎng)絡(luò)，大大節(jié)省了組網(wǎng)成本。術(shù)非常適用于要求實時性的、大數(shù)據(jù)量傳送的應(yīng)用場合。心數(shù)據(jù)處理單元。抽油機控制單元以DSPIC33FJ256GP710單片機為核心，可。另外采油站多位于偏僻的野外,夜間因人。為破壞致使抽油機故障停運的情況時有發(fā)生。目前國內(nèi)對油田抽油機運行狀。態(tài)的監(jiān)測主要采取人工定期巡檢的方式。但在具體實施中存在誤差大、作業(yè)。隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展,利用移動運營商提。穩(wěn)定運行顯得尤為重要。

　　

【正文】 87 的驅(qū)動器擺率不受限制，可以實現(xiàn)最高 的傳輸速率。 MAX1487 具有四分之一單位負載的接收器輸入阻抗 ， 使得總線上最多可以有 128 個 MAX1487 收發(fā)器 , 其輸入 輸出的差動電壓符合 RS485 標(biāo)準(zhǔn)。 MAX1487E 管腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡圖如圖 313 所示。 圖 313 MAX1487E 引腳圖 各管腳功能為： RO 為接收器輸出 (AB≥ ， RO= “ 1 ” ， AB≤ ，RO= “ 0 ” ) ； /RE 為接收器使能， 低電平有效； DE 為驅(qū)動器使能， 高電平有效； DI 為驅(qū)動器輸入； GND 為地； A、 B 為 RS485 輸入、輸出通信總線， A 為接收器同相輸入或驅(qū)動器同相輸出， B 為接收器反相輸入或驅(qū)動器反相輸出； UCC 為電源 (≤ UCC≤ ) 。 MAX1487E 的 DI 與單片機的 TXD 相連， RO 與單片機的 RXD 相連， /RE 及 DE 連在一起由單片機的某一管腳控制。其連線如圖 314所示。 圖 314 通訊電路 25 第 4 章 GPRS 通訊設(shè)計 GPRS 系統(tǒng)概述 概述 雖然 GSM 提供了數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰?。?GSM 依然受到 速率的限制，因此移動數(shù)據(jù)傳送速率令人難以接收，并造成費用過高。隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和因特網(wǎng)業(yè)務(wù)的增長，高速移動數(shù)據(jù)通信的市場需求越來越大。為適應(yīng)這一情況， GSM 推出了兩種高速移動數(shù)據(jù)規(guī)范 :HSCSD［ 1819］ (高速電路交換數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) )和 GPRS(通用無線分組業(yè)務(wù) )。 GPRS 是一種基于 GSM 的新型移動分組數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)，其數(shù)據(jù)速率可達到 115 kbps。由于目前 GSM 移動電話用戶占到 了全球 億移動電話用戶的四成以上，因此 GPRS 在未來的移動數(shù)據(jù)市場中占有一定的天然優(yōu)勢。隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求和因特網(wǎng)應(yīng)用范圍的迅速擴大，在全球范圍內(nèi)，用戶對移動數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)的需求正呈增長態(tài)勢。 GSM 協(xié)會預(yù)計，今后一年內(nèi)全球 GSM 網(wǎng)上傳送的移動數(shù)據(jù)量增長率將達到 40%到 50%。這給 GPRS 帶來了一個良好的發(fā)展機遇。隨著標(biāo)準(zhǔn)化進程的結(jié)束，全球性的GPRS 市場已經(jīng)形成，井在 2021 年啟動了商業(yè)服務(wù)。這也使全球 GPRS 設(shè)備市場日益升溫。 2021 年 12 月 21 日，中國移動通信集團公司在京宣布 :正式啟動稱為“移動夢網(wǎng)” 的 GPRS 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。加 01 年 6 月，中國移動 GPRS 一期工程己完成， 2021 年 10 月正式投入商用。 GPRS 允許業(yè)務(wù)用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源。 GPRS 能夠確保分組模式數(shù)據(jù)應(yīng)用的成本效益和網(wǎng)絡(luò)資源的有效利用。這些應(yīng)用主要包括以下方面 :間歇的、非周期的數(shù)據(jù)傳輸 。少量數(shù)據(jù)的頻繁傳輸 。較大容量數(shù)據(jù)的不頻繁傳輸。 GPRS 不妨礙用戶的其他 GSM 業(yè)務(wù)。 GPRS 的主要特點 26 GPRS 在現(xiàn)有的 GSM 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上疊加了一個新的網(wǎng)絡(luò)，同時在網(wǎng)絡(luò)上增加一些硬件設(shè)備和軟件 升級，形成了一個新的網(wǎng)絡(luò)邏輯實體，提供端到端的、廣域的無線 IP 連接 ［ 2021］ 。通俗地講， GPRS 是一項高速數(shù)據(jù)處理的科技，它以分組交換技術(shù)為基礎(chǔ)，在移動用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間提供一種連接，給移動用戶提供高速無線 IP 和 服務(wù)。 GPRS 采用分組交換技術(shù)，每個用戶可同時占用多個無線信道，同一無線信道又可以由多個用戶共享，資源被有效的利用。 GPRS 技術(shù) 160kbPs 的快 速傳送幾乎能讓無線上網(wǎng)達到公網(wǎng) ISDN 的效果，實現(xiàn)“隨身攜帶”互聯(lián)網(wǎng)。使用 GPRS，數(shù)據(jù)實現(xiàn)分組發(fā)送和接收，用戶永遠在線 并 且按流量、時間計費， 迅速降低了服務(wù)成本。和現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)相比， GPRS 有幾個新特點 : （ 1） GPRS 采用分組交換技術(shù)，高效傳輸高速或低速數(shù)據(jù)和信令，優(yōu)化了對網(wǎng)絡(luò)資源和無線資源的利用。 （ 2） 定義了新的 GPRS 無線信道，且分配方式十分靈活 :每個 TDMA 幀 數(shù)可分配 1 到 8 個無線接口時隙。時隙能為活動用戶所共享，且向上鏈路和向下鏈路的分配是獨立的。 （ 3） 支持中、高速率數(shù)據(jù)傳輸，可提供 ~ 的數(shù)據(jù)傳輸速率 (每 個 用戶 )。 GPRS 采用了與 CS不同的信道編碼方案，定義了 CS CSCS3 和 CS4 四 種編碼 方案。 （ 4） GPRS 網(wǎng)絡(luò)接入速度快，提供了與現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)的無縫連接 ［ 22］ 。 （ 5） GPRS 支持基于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通信協(xié)議的應(yīng)用，可以和 IP 網(wǎng)、 網(wǎng)互聯(lián)互通。支持特定的點到點和點到多點服務(wù)，以實現(xiàn)一些特殊應(yīng)用如遠程信息處理。 GPRS 也允許短消息業(yè)務(wù) (SMS)經(jīng) GPRS 無線信道傳輸。 （ 6） GPRS 的設(shè)計使得它既能支持間歇的爆發(fā)式數(shù)據(jù)傳輸，又能支持偶爾的大量數(shù)據(jù)的傳輸。它支持四種不同的 QOS 級別。 GPRS 能在 恢復(fù)數(shù)據(jù)的重新傳輸。 GPRS 的計費一般以數(shù)據(jù)傳輸量為依據(jù)。 （ 7） 在 GSMPLMN 中， GPRS 引入兩個新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點 :一個是 GPRS 服務(wù)支持節(jié)點 (SGSN)，它和 MSC 在同一等級水平，并跟蹤單個 MS 的存儲單元，實現(xiàn)安全功能和接入控制。節(jié)點 SGSN 通過幀數(shù) 連接到基站系統(tǒng)。另一個是 GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點 GGSN， GGSN 支持與外部分組交換網(wǎng)的互通，并經(jīng)由基于 IP 的27 GPRS 骨干網(wǎng)和 SGSN 連通。 （ 8） GPRS 的安全功能同現(xiàn)有的 GSM 安全功能一樣。身份認證和加密功能由 SGSN 來執(zhí)行。其中的密碼設(shè)置程序的算法、密鑰和標(biāo)準(zhǔn)與目前 GSM 中的一樣，不過 GPRS 使用的密碼算法是專為分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸所優(yōu)化過的。 GPRS 移動設(shè)備 (ME)可通過 SIM訪問 GPRS 業(yè)務(wù)，不管這個 SIM 是否具備 GPRS 功能 。 （ 9） 蜂窩選擇可由一個 MS 自動進行，或者基站系統(tǒng)指示 MS 選擇某一特定的蜂窩。 Ms在重新選擇另一個蜂窩或蜂窩組 (即一個路由區(qū) )時會通知網(wǎng)絡(luò)。 （ 10） 為了訪問 GPRS 業(yè)務(wù)， MS 會首先執(zhí)行 GPRS 接入過程，以將它的存在告知網(wǎng)絡(luò)。在 MS 和 SGSN 之間建立一個邏輯鏈路，使得 MS 可進行如下操作 :接收基于 GPRS 的 SMS 服務(wù)、經(jīng)由 SGSN 的尋呼、 GPRS 數(shù)據(jù)到來通矢口。 （ 11） 為了收發(fā) GPRS 數(shù)據(jù)， MS 會激活它所想用的分組數(shù)據(jù)地址 。這個操作使 MS可被相應(yīng)的 GGSN 所識別，從而能開始與外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的互通。 （ 12） 用戶數(shù)據(jù)在 MS 和外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間透明地傳輸，它使用的方法是封裝和隧道技術(shù)。數(shù)據(jù)包用特定的 GPRS 協(xié)議信息打包并在 MS 和 GGSN 之間傳輸。這種透明的傳輸方法縮減了 GPRSPLMN 對外部數(shù)據(jù)協(xié)議解釋的需求，而且易于在將來引入新的互通協(xié)議。用戶數(shù)據(jù)能夠壓縮，并有重傳協(xié)議保護，因此數(shù)據(jù)傳輸高效且可靠。 （ 13） GPRS 可以實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)流量、業(yè)務(wù)類型及服務(wù)質(zhì)量等級 (QOS)的計費功能，計費方式更加合理，用戶使用更加方便。 （ 14） GPRS 的核心網(wǎng)絡(luò)層采用 IP技術(shù)，底層可使用多種傳輸技術(shù)，很方便地實現(xiàn)與高速發(fā)展的 IP網(wǎng)無縫連接。 GPRS 的總體結(jié)構(gòu) GPRS 網(wǎng)絡(luò)是在現(xiàn)有 GSM 網(wǎng)絡(luò)中增加 GGSN 和 SGSN 來實現(xiàn)的，使得用戶能夠在端到端分組方式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 GPRS 系統(tǒng)原理如圖 41 所示。 28 圖 41 總體結(jié)構(gòu) 用戶設(shè)備通過串行或無線方式連接到 GPRS 終端上 。GPRS 終端與 GSM 基站通信，但與電路交換式數(shù)據(jù)呼叫不同， GPRS 分組是從基站發(fā)送到 GPRS 服務(wù)支持節(jié)點 (SGSN)，而不是通過移動交換中心 (MSC)連接到語音網(wǎng)絡(luò) 上。SGSN 與 GPRS 網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點 (GGSN)進行通信 。SGSN 對分組數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的處 理，再發(fā)送到目的網(wǎng)絡(luò)，如因特網(wǎng)或 網(wǎng)絡(luò)。 GPRS 的邏輯體系結(jié)構(gòu) 從邏輯上來說， GPRS 通過在 GSM 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中增添 SGSN 和 GGSN 兩個新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點來實現(xiàn)。由于增加了這兩個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，需要命名新的接口。圖 42說明了 GPRS 邏輯體系結(jié)構(gòu)。來自 Inter 或 Inter 的標(biāo)識有移動臺地址的 IP 包，由 GGSN 接收，再轉(zhuǎn)發(fā)到 SGSN，繼而傳送到移動臺上。 SGSN 是GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的一個節(jié)點，它與 MSC 處于 網(wǎng)絡(luò)體系的同一層。 SGSN 通過幀數(shù) 與 BTS 相連，是 GSM 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與移動臺之間的接口。 SGSN 的主要作用是記錄移動臺的當(dāng)前位置信息，并且在移動臺和 GGSN 之間完成移動分組數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。 GGSN 通過基于 IP協(xié)議的 GPRS 骨干網(wǎng)連接到 SGSN，是連接 GSM網(wǎng)絡(luò)和外部分組交換網(wǎng) (如因特網(wǎng)和局域網(wǎng) )的網(wǎng)關(guān)。 GGSN 主要是起網(wǎng)關(guān)作用，也有將 GGSN 稱為 GPRS 路由器。 GGSN 可以把 GSM 網(wǎng)中的 GPRS 分組數(shù)據(jù)包進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，從而可以把這些分組數(shù)據(jù)包傳送到遠端的 TCP/IP 或 網(wǎng)絡(luò)。 SGSN 和 GGSN 利用 GPRS 隧道協(xié)議 (GTP)對 IP 或 分組進行封裝，實現(xiàn)二者之間的數(shù)據(jù)傳輸。 29 GGSN 到外部分組網(wǎng)絡(luò)是通過 GI 參考點連通的，而其他 GPRS 網(wǎng)絡(luò)是通過 GP 接口連通的。另外，從 MS 端到 GPRS 網(wǎng)絡(luò)有兩個接入點， Um 接口用于無線通信接入，而 R參考點用于信息的產(chǎn)生或接收。移動終端 MT(例如手機 )通過 Um接口接入 GPRSPLMN， R 則是 MT和 TE(如筆記本電腦 )之間的參考點。這里的 MS 由 TE和 MT 兩部分組成，它們通過 R參考點組成一個整體，另外，MS 也可單獨由一個移動終端 (MT)組成。對干一個支持 GPRS 的公共陸地移動網(wǎng)絡(luò)伊 LMN)，當(dāng)它運行 GPRS 業(yè)務(wù)時可能涉及到任何其他網(wǎng)絡(luò)，這時就產(chǎn)生了網(wǎng)絡(luò)互通的需求。 GPRS 網(wǎng)絡(luò)通過 GI參考點和 GP 接口實現(xiàn)同其他網(wǎng)絡(luò)的互通。對子具有 GPRS 業(yè)務(wù)功能的移動終端，它本身具有 GSM 和 GPRS 業(yè)務(wù)運營商提供的地址，這樣，分組公共數(shù)據(jù)網(wǎng)的終端利用數(shù)據(jù)網(wǎng)識別碼即可向 GPRS終端直接發(fā)送數(shù)據(jù)。另外 GPRS 支持與基于 IP的網(wǎng)絡(luò)互通，當(dāng)在 TCP 連接中使用數(shù)據(jù)報時， GPRS 提供 TCP/IP 報頭壓縮功能。 圖 42 GPRS 網(wǎng)絡(luò)接口的基本組成 GPRS 服務(wù) GPRS 是一組新的 GSM 承載業(yè)務(wù) ，是以分組模式在 PLMN 和與外部網(wǎng)絡(luò)互通的內(nèi)部網(wǎng)上傳輸。在有 GPRS 承載業(yè)務(wù)支持的標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的基礎(chǔ)上，GPRS 網(wǎng)絡(luò)管理可以提供 (或支持 )一系列的交互式電信業(yè)務(wù) ［ 23］ 。 30 承載業(yè)務(wù) GPRS 支持在用戶與網(wǎng)絡(luò)接入點之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅堋Ｌ峁c對點業(yè)務(wù)、點對多點業(yè)務(wù)兩種承載業(yè)務(wù)。 （ 1） 點對點業(yè)務(wù) (PTP):點對點業(yè)務(wù)在兩個用戶之間提供一個或多個分組的傳輸。由業(yè)務(wù)請求者啟動，被接收者接收。 （ 2） 點對多點業(yè)務(wù) (PTM):點對多點業(yè)務(wù)是將單一信息傳送到多個用戶。 GPRS、 PTM 業(yè)務(wù)能夠提供一個 用戶將數(shù)據(jù)發(fā)送給具有單一業(yè)務(wù)需求的多個用戶的能力。 用戶終端業(yè)務(wù) GPRS 支持電信業(yè)務(wù)，提供完全的通信業(yè)務(wù)能力，包括終端設(shè)備能力。用戶終端業(yè)務(wù)可以分為基于 PTP 的用戶終端業(yè)務(wù)和基于 PTM 的用戶終端業(yè)務(wù)。如表 41 所示 : 表 41 GPRS 用戶終端業(yè)務(wù)分類 基于 PTP 的用戶終端業(yè)務(wù) 會話 報文傳送 檢索 遙信 基于 PTM 的用戶終端業(yè)務(wù) 分配 調(diào)度 會議 預(yù)定發(fā)送 地區(qū)選路 附加業(yè)務(wù) GSM第 2 階段附加業(yè)務(wù)支持所有的 GPRS 基本業(yè)務(wù) PTPCONS、 PTPCLNS、31 IPM 和 PTMG 的 CFU(無條件呼叫轉(zhuǎn)送 )。 GPRS 傳輸協(xié)議棧結(jié)構(gòu) GPRS 的傳輸平臺由一個分層協(xié)議結(jié)構(gòu)組成，如圖 43 所示。其用于用戶信息傳輸以及與此相關(guān)的信息傳輸中的過程控制 (例如 :流量控制、檢錯、糾錯和錯誤恢復(fù)等 )。傳輸平臺通過底層無線接口和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng) (NSS)平臺連接，這種獨立性是通過保留 GB接口來實現(xiàn)的。 （ 1） GPRS 隧道協(xié)議 (GTP)GPRS 骨干網(wǎng)中 GSN 間的用戶數(shù)據(jù)和信令 利用 G 仰進行隧道傳輸。所有的點對點 PDP 協(xié)議數(shù)據(jù)單元 (PDU)將由 GTP 協(xié)議進 行封裝。 GTP 是 GPRS 骨干網(wǎng)中 GSN 節(jié)點之間的互聯(lián)協(xié)議，它是為 GN 接口和 GP接口定義的協(xié)議。在 中對 GTP 作了規(guī)范。 圖 43 GPRS 協(xié)議堆棧結(jié)構(gòu) (2)TCP 在 GPRS 骨干網(wǎng)中需要一個可靠的數(shù)據(jù)鏈路進行 GTPPDU 的傳輸時，所用的傳輸協(xié)議是 TCP 協(xié)議。如果不要求一個可靠的數(shù)據(jù)鏈路 (如 IP)，就使用 UDP 協(xié)議來承載 GTPPDU。 TCP 提供流量控制功能和防止 GTPPDU 丟失或破壞的功能。 UDP 提供防護 GTPPDU 受到破壞的功能 。 (3)IP這是 GPRS 骨干網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，用以用戶數(shù)據(jù)和 控制信令的選路。 GPRS骨干網(wǎng)最初是建立在 I