GSM＆GPRS在無線抄表系統中的應用與比較

摘要：合理地將GSM的SMS短信業務和GPRS分組數據業務用于遠程無線水表抄表系統，不但可以對用戶用水量進行有效的實時監控，而且成本較低，可靠性高。以無線抄表系統為基礎，描述了系統數據傳輸常用的GSM短信業務和GPRS分組數據業務，以兩者的技術復雜性、實現方法、費用、延時等進行對比，結果表明GSM適合通信頻率低，數據量小，且時延時不敏感的場合；GPRS適合通信頻率高，數據量大，實時性高的場合。結合無線抄表系統的特點，設計了大多時間采用GPRS模式而網絡繁忙時采用SMS模式的數據傳輸方案，并通過軟件控制，實現自動切換。結果表明該方案比采用單一方案費用更低，數據的可靠性幾乎可達100％。
關鍵詞：無線抄表系統；GSM；SMS；GPRS；自動切換

無線抄表系統是指利用嵌入式系統和無線網絡等技術自動讀取和處理用戶儀表數據，將用戶的水電氣表等儀表的使用信息傳輸到管理企業進行綜合處理的系統。它是在有線抄表系統的基礎上發展起來的，但由于采用的是無線通信等技術，可以解決有線抄表系統距離受限、組網困難、建設成本和維護成本高、功耗較大等同題。
因此，利用GSM／GPRS無線通信網絡進行遠程抄表，將用戶用水量發送到自來水公司，不但可以解決普通用戶水表抄表問題，還可以對用水大戶進行實時監控，防止偷水和管道泄漏的發生。目前，無線傳輸方式主要有2種：利用GSM網絡和利用GPRS網絡。但是這2種方式都有優缺點，因此，針對不同的使用場合，選用不同的傳輸方式將對系統的性價比產生很大的影響。
針對上述問題，設計了基于GSM／GPRS網絡的無線遠程抄表系統，從不同角度介紹了GSM短信業務和GPRS分組數據業務，指出了各自的優缺點，給出了適合本系統的數據傳輸方案，為今后無線抄表系統的應用與普及提供了設計依據。

1 無線抄表系統
整個無線抄表系統包括光電直讀式水表表頭、Meter-Bus總線接口電路、GPRS／GSM模塊、微控制器和自來水公司計算機監控終端5大部分，其結構圖如圖1所示。為了降低功耗，本設計中所有的模塊不一直處于工作狀態，各個模塊在微控制器的指揮下定時工作，即抄表系統的所有模塊的工作方式為“長時間休眠，短時間工作”。其中，休眠周期(小時、天、周、月)由管理員用計算機終控端通過GPRS模塊發布。微控制器接收GPRS／GSM模塊收到的指令后，修改抄表周期，同時根據設定的抄表周期通過Meter-Bus接口電路控制光電直讀水表表頭讀取當前的水量值，然后再利用GSM／GPRS無線網絡發給計算機終端，實現定時自動抄表。

2 數據傳輸方式
1)GSM系統GSM即全球移動通信系統(Global System for Mobile Communication)，是第二代無線數字蜂窩移動通信系統的網絡標準。它定義了建設該網絡及提供服務的各種標準，這些標準由歐洲電信標準化協會(ETSI)掌管。通常使用的頻率為900MHz，1800MHz，1900MHz。GSM移動通信網具有提供語音業務、傳真、短信等通信業務的能力，其中短信功能因覆蓋范圍廣、投入成本低、可靠性高等優點，適合于設計一些無線應用系統和產品，能滿足實時性要求不是很高的小數據業務的需要。
2)GPRS系統 GPRS即通用分組無線服務(General Packet Radio service)，是在GSM系統基礎上發展起來的一種新的承載業務。它突破了GSM網絡只能提供電路交換的思維方式，通過增加相應的功能實體和對現有的基站系統進行部分改造來實現分組交換。正是因為GPRS使用現有的GSM無線網絡，只是在其基礎上增加了一些硬件設備和軟件升級，因此，GPRS覆蓋范圍非常廣。這種增加硬件設備和軟件升級的方法，投入相對較小，但得到的用戶數據速率卻相當可觀，可提供9．05～171．2 kbit／s的數據傳輸速率。由于采用了分組交換技術，所以不需占用專有信道，提高了無線網絡的利用率，具有按流量計費、長期在線、傳輸速度快、入網快等優點，同時它支持TCP／IP協議，可以實現與高速發展的Intemet無縫連接，方便間歇的爆發式數據和偶爾大量數據的傳輸。