GPRS_CDMA无线通信技术在GPS数据传输中的应用_张京江

第35卷第1期2007年2月

气　象　科　技Vol.35,No.1

　　　　　　　　　　Feb.

2007METEOROLOGICALSCIENCEANDTECHNOLOGY

GPRS/CDMA无线通信技术在GPS

数据传输中的应用

张京江1　江武鹏2　张朝林1　王迎春1

(1中国气象局北京城市气象研究所,北京100089;2北京普天通达科技有限公司,北京102218)

摘要　GPRS/CDMA作为移动通信2.5代的技术是一种成熟的行业专业数据无线传输手段。该技术具有永远在线、快速登录、按量收费等优点。从2004年10月开始,北京市气象局采用GPRS/CDMA无线通信技术开发了一套地基GPS大气水汽遥测网远程数据通信和控制系统,替代了原有的基于公众电话交换网和调制解调器的远程通信与控制系统。新开发的系统实现了准实时、全自动的数据传输功能,设备可靠性高,维护方便,安装简易。目前该系统已正式投入日常业务运行。关键词　GPRS/CDMA　GPS　数据传输

引言

研究和开发GPS(全球定位系统)数据远程传

输技术,建立科学合理的GPS数据实时采集通信网,一方面能满足实时监测GPS地面接收机工作状态,便捷采集、分发和下载原始遥测资料的需要;另一方面可为地基GPS资料应用开发成果的业务化推广提供必要的技术支撑,是地基GPS大气水汽遥感系统可否推广应用的一项关键指标。

传统的气象数据传输主要有数传电台、电话拨号、卫星通信、光缆接入等解决方式,这些传输方式存在覆盖范围、实时性、投资及运行费用等问题,同时对工控设备的无人值守运行存在较大困难。北京城市气象研究所在北京市科委的支持下,在北京市房山区和怀柔区建立了GPS-IPW(Inte-gratedPrecipitableWater)遥感大气水汽探测网。同时,还建立了一套基于公众电话交换网(PSTN)和调制解调器的远程通信与控制系统。使用该通信系统,可非实时地获取GPS遥感大气水汽探测网的探测资料。但是,该系统不能脱离人工操作,数据下载速度慢,并且设备故障率较高。

目前中国移动、中国联通分别主推的GPRS/

[1]

CDMA(GeneralPacketRadioSystem/CodeDivisionMultipleAccess,通用分组无线业务/码分多址)数据传输技术,从根本上解决传统传输方式的弊端,更贴近气象数据传输的需求。同时,GPRS/CDMA作为中国移动/联通主推的数据增值服务,经过近两年的技术改造、升级,系统趋于稳定、可靠,覆盖范围已与GSM(全球移动通信系统)网相近,传输速率可满足GPS数据传输的需要,可作为气象部门专业数据传输系统的网络支撑平台。

1　GPRS/CDMA发展现状及技术分析

GPRS/CDMA作为移动通信2.5代的技术,是移动通信发展到第3代的一个重要步骤。GPRS/CDMA允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据,而不需要利用电路交换模式的网络资源,从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务,特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输,也适用于偶尔的大数据量传输。GPRS/CD-MA通过一年多网络运营,系统逐步稳定可靠,传输速率也在逐步提高,能够提供成熟的行业专业数据无线传输手段。GPRS/CDMA专业数据无线传输具有如下优点[2,3]:①永远在线:客户端不需要像传

中国气象局“GPS数据实时采集通信技术研究”项目和北京市科委“北京地区地基GPS遥感大气水汽应用研究”项目(H010510120119)以及国家科技部2003年度政府间科技合作项目“全球定位系统单双频地基水汽遥测技术研究”共同资助

作者简介:张京江,男,1970年生,高级工程师,主要从事大气探测和气象信息处理工作,Email:jjzhang@收稿日期:2005年7月28日;定稿日期:2005年12月16日

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统拨号上网那样,断线后需重新拨号,才能再线。客户端随时都与网络保持联系,即使没有数据传送时,客户始终与网络之保持连接。②快速登录:GPRS/CDMA的网络登陆时间很快,无线终端一开机,就已经与网络建立了连接,每次登录互联网,只需要一个激活过程,一般仅需1～3s。③按量收费:GPRS/CDMA网络按照客户接收和发送数据包的流量收取费用,没有数据流量传递时,客户即使在线,也不收费。

现阶段GPRS覆盖面较广,适合于实时性要求较高、小数据量的专业数据传输;较之GPRS网络,虽然CDMA的覆盖面积略小,但其传输速度较快,适合于实时性要求较高、数据流量较大的专业数据传输系统。

2　GPRS/CDMAGPS数据传输系统

GPRS/CDMAGPS数据传输系统网络拓朴见图1

。

GPS数据文件通过RS-232串口发送给GPRS/CD-MA无线终端,无线终端将数据发送给GPRS/CD-MA网络中临近的基站,数据进入Internet,在数据公众网络中通过固定IP寻址(北京城市气象研究所

网络外部出口)将数据发送到指定的中心服务器上,服务器具有双网卡结构,另一端接入到北京城市气象研究所的局域网。中心服务器通过中继/分发模块把数据发送到中心气象数据处理软件和中心GPRS/CDMA实时监控软件中。中心气象数据处理软件把收到的数据文件存储到指定的目录中,根据业务需求随时调用。中心GPRS/CDMA实时监控软件可以实时监控每个GPRS/CDMA通道和数据。

GPRS/CDMAGPS数据传输系统应用软件由GPRS/CDMAGPS数据处理软件,GPRS/CDMA中继分发软件和GPRS/CDMA中心远程监控软件3部分组成。

(1)GPRS/CDMAGPS数据处理软件

GPRS/CDMAGPS数据处理软件安装在数据处理中心服务器(企业专网服务器)上,负责最终的数据接收、解压、解密和存储,具备如下一些可满足气象部门要求的功能:①自动建立数据中心主站服务器与各子站的GPRS/CDMA通讯联接;②根据用户定义,自动下载GPS数据文件并保存到数据中心主站服务器用户指定的目录中;③动态、实时显示各个子站数据的下载过程;④自动断点续传功能、日志报表功能;⑤自动断电恢复功能;⑥Web查询功能,用户可以通过Web方式访问数据中心主站服务器,实时查询数据文件下载情况。

(2)GPRS/CDMA中继分发软件

GPRS/CDMA中继分发软件安装于Internet公众网上具有合法IP的服务器上,负责GPRS/CD-

图1　GPRS/CDMA气象数据传输系统网络拓朴图

结合中国移动通信网、Internet公众网、企业城域专网等网络支撑,针对气象数据传输的需求,构建如图1所示的GPRS/CDMAGPS数据传输系统。GPS接收机采集到GPS信号后,生成数据文

件,存储在接收机内。GPS接收机通过RS-232串口连接GPRS/CDMA无线终端(PT3000GPRS/CDMARTU)。GPRS/CDMA无线终端通过无线网络接收到中心软件定时下载GPS数据文件的指令后,MA无线终端数据的接收及分发,并维护TCP/IP通道,保证数据传输的稳定。

(3)GPRS/CDMA中心远程监控软件

GPRS/CDMA中心远程控制软件可以安装在企业网内其中一台计算机上,负责对GPRS/CDMA通道的监控和一些实时数据的采集等功能。3　系统的实际应用

该无线通信系统是一款“绿色”软件,用户只要,

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该服务器拥有一个合法的公共IP地址,就可以立即运行该系统,而无需复杂的软件安装和烦琐的运行参数设置。

从2004年10月开始,北京城市气象研究所在北京地区所建设的14个GPS观测站的数据通信方式全部升级为GPRS/CDMA方式。系统设定为每半小时由中心处理服务器向所有的无线终端发出上传数据的指令,并同时开始数据的收集和存储。鉴于各个GPS数据终端的本地时钟并非完全同步,因此从开始下载第一个站的数据到最后一个站的数据下载完毕,需要大约10min的时间。

数据下载完毕后,中心处理服务器使用FTP方式自动将最新的数据送到专门的GPS数据处理计算机上。GPS数据处理计算机根据预先设定的时间,首先将新得到的原始数据转换成RINEX格式(ReceiverIndependentExchangeFormat,与接收机无关的数据交换格式),并从中分离出每个站的温、压、湿气象要素。然后自动下载解算GPS数据所必需的当日的星历文件、全球电离层文件和一些IGS(InternationalGPSService)服务文件。一旦所有数据收集齐全,GPS数据的解算就自动开始。将数据解算后得到的大气总延迟量与相应站的气压值和温、湿度值带入公式,就得到了大气总水汽量。最后,由Web服务器将大气总水汽量数据加工成网页形式在北京市气象局内部网站上发布,供预报员参考。数据处理流程见图2

。

件,可以判断某一子站的无线信号是否在线,供电系统是否正常,GPS接收机内的数据文件是否按时生成等。一旦发现故障,设备维护人员就会立即前往抢修,尽最大的可能减少数据的丢失。

目前,该无线通信系统已正式纳入了北京市气象局的业务运行。其可靠的数据自动下载功能为GPS数据的采集、解算、水汽反演和结果发布的全自动化处理奠定了基础,为GPS数据的业务实时(或准实时)应用提供了可靠的通讯技术支撑。4　结论

(1)GPRS/CDMAGPS数据传输系统的优缺点。将GPRS/CDMA无线通信技术应用于GPS数据传输,相对于传统的气象数据传输方式,具有其不可比拟的优越性,但同时也存在有一些无线通讯技术所固有的一些缺陷。

该数据传输系统的优点表现在以下方面:①覆盖范围广。GPS站大多建在比较偏远的地方,可采用的通讯手段有限。但凡是被手机信号覆盖的地方,都可以应用该系统。

②由于GPRS/CDMA网络实时在线,整个系统实现了全自动数据传输功能,不需要人为干预。③设备可靠性高,维护方便。

GPRS/CDMAGPS数据传输系统的缺点表现在以下方面:

①由于GPRS/CDMA网络是建立在无线通信的基础上的,在数据传输的过程中,数据延时比较大,一般一个数据包的延时在1～2s左右。导致整个数据通道的总延时比较大。

②在GPRS/CDMA信号不好的情况下,GPRS/CDMA网络容易中断,导致数据通道丢失。

③GPRS/CDMA虽然理论速率很大,但是在实际应用中达不到理论速率。所以只能传输数据量相对较少的数据。

(2)无线(GPRS/CDMA)和有线(电话拨号)通信方式比较见表1。(3)对GPRS/CDMAGPS数据传输系统的改进。针对GPRS/CDMA在数据传输中暴露出来的

图2　GPS数据处理流程

一些不足,可以结合不同方面来解决和改进不足。在信号质量不稳定的情况下,可以联系中国移动/中国联通加强设备附近的GPRS/CDMA信号质量,以。/该系统运行状态的监测通过远程监控软件来完

成。该软件可安装在局域网内任意一台计算机上,。

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表1　GPRS/CDMA和电话拔号通信方式比较

传输方式

GPRS/CDMA

覆盖范围建设费用(不含软件)

施工难度施工周期记费方式运行费用通信速率误码率可靠性实时性维护成本

全国

3000～4000元

较低较短流量或包月

电话拨号全国500元一般一般时间+次数

速率没有很大的改善前提下,可采用软件的手段,对要传输的数据的数据包大小进行调整,也能在一定程度上提高GPRS/CDMA网络的数据传输质量。参考文献

[1]　张京江,张朝林,王迎春,等.北京地基GPS水汽遥测系统远

程通信与控制系统及其初步应用[J].气象科技,2005,33(3):271-274.

[2]　徐宁军,陈战平,冯智伟.GPRS业务在自动气象站网数据传输

中的应用[J].气象科技,2006,34(1):112-115.

[3]　崔劲松,张涛,杨雨春.GPRS/GIS技术在自动雨量监测网中的

应用[J].气象科技,2006,34(2):205-209.

较低(50元/100Mb)高(80元/月)较高(平均80kb/s)一般(最高56kb/s)

较低较高较高极低

较低较高极低一般

ApplicationofGPRS/CDMAWirelessCommunication

TechnologytoGPSDataTransmission

ZhangJingjiang　JiangWupeng　ZhangChaolin　WangYingchun

1

2

1

1

(1InstituteofUrbanMeteorology,CMA,Beijing100089;2BeijingPutianCommunicationTechnologyCo.Ltd.,Beijing102218)

Abstract:TheGPRS/CDMAwirelesscommunicationtechnologyhasmanyadvantages,suchasforeveronline,fastlogin,chargebyamountofdata,etc.Thissystemishighlyreliable,easytoinstall,andconvenienttomaintain.TheBeijingMeteorologicalBureau(BMB)developedanewGPSdatatransmissionsystembasedonGPRS/CDMAwirelesscommunicationtechnologytoreplacetheformeronebasedonmodemandPSTNcommu-nicationtechnologyinOctober2004.ThisnewcommunicationsystemcollectsdatafromGPSreceiverslocatedintheBMBGPSwatervaporsensornetworkeveryhalfanhourautomaticallyandhasbeenputtooperationaluse.Keywords:GPRS/CDMAtechnology,GPS,datatransmission

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