【正文】 及實(shí)現(xiàn) ............................................................................... 27 實(shí)時顯示界面框架及實(shí)現(xiàn) ....................................................................... 28 啟動通信界面實(shí)現(xiàn)及通信數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ....................................................... 29 數(shù)據(jù)庫部分模塊設(shè)計與 實(shí)現(xiàn) ................................................................... 38 第 5 章 總結(jié)與展望 ......................................................................................................... 43 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 44 致謝 ..................................................................................................................................... 45 附錄 ..................................................................................................................................... 46 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 1 第 1 章 緒論 隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，尤其是 Inter 技術(shù)廣泛地深入到人們生活的各個方面，使人們的生活發(fā)生了深刻的變化。 本課題的來源、研究目的及意義 隨著工業(yè)技術(shù)水平的飛速發(fā)展和城市規(guī)模的不斷擴(kuò) 大，城鎮(zhèn)農(nóng)村廠礦油田等地的用水量正在急劇增大，管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的分布也越來越廣泛。調(diào)查表明，城市市區(qū)自來水管道滲漏率一般都 30%以上。所以，必須建立一個有效的監(jiān)測系統(tǒng)，對自來水管網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時的數(shù)據(jù)測量與分析，以達(dá)到合理調(diào)度水資源分、排除故障、消除隱患、節(jié)約水資源的目的。 (2)設(shè)備數(shù)量多 ： 城市自來水管網(wǎng)覆蓋范圍廣，節(jié)點(diǎn)眾多，用十采集數(shù)據(jù)的儀表數(shù)量也很大。 (4)對通信的實(shí)時性要求很高 ： 許多采樣操作需要大量節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)在有限時間內(nèi)有效返回。這也為供水監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了更多的可行性。實(shí)現(xiàn)了供水系統(tǒng)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控的自動化、智能化 [2]。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 自來水供水網(wǎng)絡(luò)具有節(jié) 點(diǎn)數(shù)量龐大、位置分散、分布范圍廣泛的特點(diǎn)，所以自來水供水監(jiān)測系統(tǒng)，其最重要的任務(wù)，是如何采集到數(shù)量眾多、位置分散、分布范圍廣泛的儀表中得到的數(shù)據(jù)。這些方法可以歸納為 ： (1)現(xiàn)場總線方式。這種方法一般是將總線接到監(jiān)測中心，這樣就使得可采集儀表的分布范圍非常有限。 (2)基于電話線傳輸方法。該方法初期投資較小，但在使用過程中，運(yùn)行費(fèi)較高。 (3)基于局域網(wǎng)互連的傳輸方法。但是很多時候，監(jiān)測點(diǎn)的所在位置比較偏僻或者非常分散，附近往往沒有可用的網(wǎng)線通過，所以使用會受到一定的限制。該方法借助于工作在一定頻率段、一定距 離內(nèi)的無線收發(fā)電臺來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。另外自建的無線電臺方式傳輸易受到天氣和其它一些外界條件的干擾，穩(wěn)定性較差，維護(hù)成本較高，而且距離非常有限。利用 GSM 網(wǎng)絡(luò)的 SMS(短消息 )服務(wù)傳輸數(shù)據(jù)。因此用短消息進(jìn)行數(shù)據(jù)采集雖然具有一定的先進(jìn)性，但實(shí)際只在少數(shù)儀表的數(shù)據(jù)采集 (如電表抄表 )中得以應(yīng)用，優(yōu)勢不明顯。主要 利用 GSM 網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)，利用 GSM modem 實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸。一是傳輸速度較慢，最大傳輸速度只有 ； 二是按在線時間計費(fèi)，不適于突發(fā)數(shù)據(jù)量較大的場合使用。隨著第二代通信技術(shù)的逐步實(shí)現(xiàn)，相信即將推出的 3G石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 3 業(yè)務(wù)通信網(wǎng)會給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)帶來革命性的變化 。 GPRS 是 GSM 規(guī)范實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容之一。但能提供比現(xiàn)有 GSM 網(wǎng) 。它突破了 GSM 網(wǎng)只能提供電路交換的思維方式，通過增加相應(yīng)的功能實(shí)體和對現(xiàn)有的基站系統(tǒng)進(jìn)行部分改造來實(shí)現(xiàn)分組交換，這種改造的投入相對來說并不大，但得到的用戶數(shù)據(jù)速率卻相當(dāng)可觀。從 GPRS 手機(jī)上網(wǎng)，到各種定位導(dǎo)航系統(tǒng)、遠(yuǎn)程視頻傳輸系統(tǒng)、城市水資源檢測、配電自動化、物資調(diào)度、自動化抄表、工業(yè)監(jiān)控等大型工業(yè)項目中得到了廣泛應(yīng)用。具體確定通訊方式時需要綜合考慮系統(tǒng)面對的對象、自來水管網(wǎng)的分布、地理條件、期望達(dá)到以的目標(biāo)以及系統(tǒng)的擴(kuò)展升級和與其他網(wǎng)絡(luò)的兼容，等等。 GPRS 的上述眾多優(yōu)點(diǎn)，使它可以達(dá)到自來水管網(wǎng)監(jiān)測的系統(tǒng)要求，能夠快速、及時、準(zhǔn)確、 可靠的將測量數(shù)據(jù)傳回監(jiān)測中心，完成遠(yuǎn)程監(jiān)測的目的。課題的研究內(nèi)容包括以下幾個方面 ： (1)分析研究 GPRS 的諸多協(xié)議，提出在 GPRS 之上建立遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)難點(diǎn)及要求，確定本課題研究的技術(shù) 路線和設(shè)計思路。 (3)完成基于 Visual Basic 語言 與無線終端 DTU 的系統(tǒng)軟硬件設(shè)計。 (4)研究和分析在 GPRS 網(wǎng)絡(luò)和 Inter 上數(shù)據(jù)通信的特點(diǎn)以及底層測量儀表與終端的通信特點(diǎn) ，提出提高系統(tǒng)運(yùn)行效能的關(guān)鍵因素及解決方法 ； 研究和分析用戶對監(jiān)石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 4 測中心的要求。 論文的章節(jié)結(jié)構(gòu) 第 1 章，概述研究課題的背景，現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 ； 第 2 章，供水遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)：講述 GPRS 技術(shù)現(xiàn)狀，動態(tài)域名解析，傳感技術(shù)等 ； 第 3 章，供水遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的硬件組成及其配置 ； 第 4 章，系統(tǒng)的軟件設(shè)計與實(shí)現(xiàn) ； 第 5 章，總結(jié)與展望 。它由英國 BT Cell 公司早在 1993 年提出，是 GSM Phase2 +(1997 年 )規(guī)范實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容之一。 GPRS 經(jīng)過 GSM Release 96 至 Release99技 術(shù)規(guī)范版本的不斷完善，得到世界各國的廣泛認(rèn)同，其核心網(wǎng)絡(luò)部分也己經(jīng)作為第三 代移動通信 WCDMA 規(guī)范中分組域的重要基礎(chǔ)。 GPRS 無 線通信協(xié)議特點(diǎn) GPRS 是一種以全球手機(jī)系統(tǒng) (GSM)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，可說是 GSM 的延續(xù)。 GPRS采用與 GSM 相同的頻段、頻帶寬度、突發(fā)結(jié)構(gòu)、無線調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)、跳頻規(guī)則以及相同的 TDMA 幀結(jié)構(gòu)。 GPRS 的主要特點(diǎn)如下 ： (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。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(dú)立的。例如中國移動提供的 GPRS 網(wǎng)絡(luò)接入時間平均為兩秒。 (5)支持中、高速率數(shù)據(jù)傳輸，可提供 ~(每用戶 )。 (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。 GPRS 能在 ~10 秒之內(nèi)恢復(fù)數(shù)據(jù)的重新傳輸。 (7)在 GSM PLMN 中， GPRS 引入兩個新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) ： 一個是 GPRS 服務(wù)支持節(jié)點(diǎn) (SGSN)，它和 MSC 在同一等級水平，并跟蹤單個 MS 的存儲 單元 ，實(shí)現(xiàn)安全功能和接入控制 ； 節(jié)點(diǎn) SGSN 通過幀中繼連接到基站系統(tǒng)。 (8)GPRS 的安全功能同現(xiàn)有的 GSM 安全功能一樣。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組。 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。 GPRS 也允許短消息業(yè)務(wù) (SMS)經(jīng)GPRS 無線信道傳輸。 (10)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(shí)現(xiàn)與高速發(fā)展的 IP 網(wǎng)無縫連接。 (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。用戶數(shù)據(jù)能夠壓縮，并有重傳協(xié)議保護(hù)，因此數(shù)據(jù)傳輸高效且可靠。在 GSM 系統(tǒng) [6] 中主要引入了幾個組件，主要有SGSN(Serving GSN，服務(wù) GPRS 支持節(jié)點(diǎn) )、 GGSN(Gateway GPRS Supporting Node,石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 7 網(wǎng)關(guān) GPRS 支持節(jié)點(diǎn) )、 PCU(分組控制單元 )、點(diǎn)對多點(diǎn)服務(wù)中心 (PTMSC)、計費(fèi)網(wǎng)關(guān)CG、域名服務(wù)器 DNS 和邊界網(wǎng)關(guān) BG 等， GPRS 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 21 所示。它控制多個 MS 共享同一無線信道或一個 MS 使用多個無線信道進(jìn)行接入，并進(jìn)行多個用戶的碰撞控制 ： PCU 可以根據(jù)無線環(huán)境決定不同編碼方式的使用與轉(zhuǎn)換，并提供 RLC(Radio Link Control，無線鏈路控制 )層數(shù)據(jù)傳送的確認(rèn) 。 SGSN(GPRS 服務(wù)支持節(jié)點(diǎn) )通過 Gb 接口提供與無線分組控制單元 PCU 的連接，進(jìn)行移動數(shù)據(jù)的管理，如用戶身份識別、加密、壓縮等，通過 Gb 接口上的邏輯信道采用虛電路進(jìn)行到 MS 的分組數(shù)據(jù)傳送，并提供數(shù)據(jù)流的流量控制。在用戶附著階段，通過 Gr 接口與 HLR(Home Location Register，家區(qū)位置寄存器 )建立信令連接，提取用戶信息，參與鑒權(quán)與加密過程，并存儲用戶的相關(guān)數(shù)據(jù)，形成用戶數(shù)據(jù)庫。SGSN 通過 Gn 接口與 GGSN 相連或其它 SGSN 連接，提供 IP 數(shù)據(jù)包到無線 單元 的傳輸通路和協(xié)議交換或路由區(qū)的更新等功能 ； SGSN 還 可以提供與 MSC (Mobile Switching Center，移動交換中心 )的 Gs 接口連接，以及與 SMSC 的 Gd 接口連接，用以支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)和電路業(yè)務(wù)的協(xié)同工作和短信收發(fā)等。 GGSN(Gateway GPRS Support Node， GPRS 網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn) )根據(jù) APN 信息進(jìn)行GPRS 系統(tǒng)到外部網(wǎng)絡(luò)的連接和路由選擇，并配合 DHCP 服務(wù)器完成用戶動態(tài)地址分配。 GGSN 在激活 PDP 上下文階段，根據(jù)用戶所需接入的網(wǎng)絡(luò)信息 (APN)從 DHCP 服務(wù)器獲得動態(tài)用戶地址，并配合 SGSN 在 MS/SGSN/GGSN 中形成用戶的 PDP 數(shù)據(jù)，其中包括IMSI， NSAPI， APN， IP 地址以及相關(guān)的 SGSN/GGSN 地址等，從而保證后續(xù)數(shù)據(jù)傳送過程的順利進(jìn)行。 GGSN 還提供相關(guān)的 GCDR 計費(fèi)信息的收集和傳送工作。就是說 DDNS 捕獲用戶每次變化的 IP 地址，然后將其與域名相對應(yīng)，這樣域名就可以始終解析到非固定 IP 的服務(wù)器上，互聯(lián)網(wǎng)用戶通過本地的域名服務(wù)器獲得網(wǎng)站域名的 IP 地址，從而可以訪問網(wǎng)站的服務(wù)。 IP 地址的分配又有靜態(tài)和動態(tài)兩種 ， 通常作為服務(wù)器的計算機(jī)的 IP 地址是靜態(tài)的 (固定 )， 因為它要為用戶提供服務(wù) 。 那可不可以讓所有的計算機(jī)的 IP 地址都固定呢 ， 不管是服務(wù)器還是客戶端 ， 那樣不就可以互相訪問了嗎 ？ 事實(shí)上 ， 目前的 IP 地址已經(jīng)非常匱乏了 (IPv4 的 IP 總地址有限，而分配權(quán)又掌握在美國手中 )， 一個固定 IP 地址的租用費(fèi)用是十分昂貴的 ，根本不可能這樣做。 當(dāng)前有兩種解決方案： 申請一個靜態(tài) IP。后者既是目前流行的 DDNS，動態(tài)域名解析服務(wù)。這樣 ， 我們看到 . 就知道通過它可以訪問 ithack 的網(wǎng)站服務(wù)器 ， 而不需要知道 ithack 網(wǎng)站服務(wù)器的 IP 地址是什么。 不是所有在互聯(lián)網(wǎng)上通訊的計算機(jī)都會有這樣一個助記名字 (域名 )的， 只有服務(wù)器才有 ， 廣大的客戶端是沒有固定 IP 地址的 ， 而傳統(tǒng)的 DNS 服務(wù)器是一種靜態(tài)地址映射服務(wù)器。 現(xiàn)在廣大的互聯(lián)網(wǎng) (尤其是寬帶 )用戶不再滿足于作為單一的客戶端的上網(wǎng)方式 ，希望能夠?qū)崿F(xiàn)服務(wù)器的功能 ， 動態(tài) DNS(域名解析 )服務(wù) ， 也就是可以將固定的互聯(lián)網(wǎng)域名和動態(tài) (非固定 )IP 地址實(shí)時對應(yīng) (解析 )的服務(wù)。 這一意味著在動態(tài) DNS 服務(wù)下的計算機(jī)就好像具有了固定的 IP 地址可以充當(dāng)互石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 10 聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器了。 花生殼軟件的特點(diǎn) 花生殼是一套完全免費(fèi)的動態(tài)域名解析服務(wù)客戶端軟件。 “ 花生殼 ” 支持的線路包括普通電話線、 ISDN、ADSL、有線電視網(wǎng)絡(luò)、雙絞線到戶的寬帶網(wǎng)和其它任何能夠提供互聯(lián)網(wǎng)真實(shí) IP 的接入服務(wù)線路，而無論連接獲得的 IP 屬于動態(tài)還是靜態(tài)。花生殼軟件，給用戶提供了一個域名，下載該軟件后在服務(wù)器安裝，安裝時會提示：輸入花生殼的用戶名和密碼，此為花生殼護(hù)照，用戶 需要首先到花生殼網(wǎng)站申請一個花生殼護(hù)照 。 具體步驟是： (1)需在以下地址 ： //態(tài)域名客戶端。 (3)可以利用花生殼動態(tài)域名建立主機(jī)的遠(yuǎn)程接入應(yīng)用，讓互聯(lián)網(wǎng)用戶隨時隨地都可以通過域名找到機(jī)器的網(wǎng)絡(luò)地址。 人是通過視覺、嗅覺、聽覺及觸覺等感官來感知外界的信息，感知的信息輸入大腦進(jìn)行分析判斷 (即人的思維 )和處理，再指揮人作出相應(yīng)的動作，這是人類認(rèn)識世界和改造世界具有的最