摘要：近年来，配电变压器GPRS远程监控系统得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。本文首先对相关内容做了概述，分析了GPRS的协议与路由管理，以及GPRS网络的安全性，并结合相关实践经验，分别从多个角度与方面就监控中心的设计问题展开了研究，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。
关键词：GPRS；配电变压器；远程监控；系统
1 GPRS的协议与路由管理
1.1GPRS的协议
移动台(MS)和SGSN之间的GPRS分层协议模型如图1所示。Um接口是GSM的空中接口。Um接口上的通信协议有5层，自下而上依次为物理层、MAC（MdiumAcceSSControl）层、LLC（LogicalLink Control）层、SNDC（SubnetworkDependantConvergence）层和网络层。
Um接口的物理层为射频接口部分，而物理链路层则负责提供空中接口的各种逻辑信道。GSM空中接口的载频带宽为200kHz，一个载频分为八个物理信道。如果8个物理信道都分配为传送GPRS数据，则原始数据速率可达200kbps。考虑前向纠错码开销，则最终数据速率可达171.2kbps。
MAC为媒质接入控制层。MAC的主要作用是定义和分配空中接口的GPRS逻辑信道，使得这些信道能被不同的移动台共享。GPRS的逻辑信道共有三类，分别是公共控制信道、分组业务信道和GPRS广播信道。公共控制信道用来传送数据通信的控制信令，具体又分为寻呼和应答等信道。分组业务信道用来传送分组数据。广播信道则是用来给移动台发送网络信息。
LLC层为逻辑链路控制层。它是一种基于高速数据链路规程HDLC的无线链路协议。LLC层负责在高层SNDC层的SNDC数据单元上形成LLC地址、帧字段，从而生成完整的LLC帧。另外，LLC可以实现一点对多点的寻址和数据帧的重发控制。BSS中的LLR层是逻辑链路传递层。这一层负责转送MS和SGSN之间的LLC帧。LLR层对于SNDC数据单元来说是透明的，即不负责处理SNDC数据。
SNDC被称为子网依赖结合层。它的主要作用是完成传送数据的分组、打包，确定TCP/IP地址和加密方式。在SNDC层，移动台和SGSN之间传送的数据被分割为一个或多个SNDC数据包单元。SNDC数据包单元生成后被放置到LLC帧内。
1.2GPRS路由管理
第一种情况中，当移动台产生了一个PDU（分组数据单元），这个PDU经过SNDC层处理，称为SNDC数据单元。然后经过LLC层处理为LLC帧，通过空中接口送到GSM网络中移动台所处的SGSN。SGSN把数据送到GGSN。GGSN把收到的消息进行解装处理，转换为可在公用数据网中传送的格式（如PSPDN的PDU），最终送给公用数据网的用户。为了提高传输效率并保证数据传输的安全，可以对空中接口上的数据做压缩和加密处理。
第二种情况中，一个公用数据网用户传送数据到移动台。首先通过数据网的标准协议建立数据网和GGSN之间的路由。数据网用户发出的数据单元（如PSPDN中的PDU），通过建立好的路由把数据单元PDU送给GGSN。而GGSN再把PDU送给移动台所在的SGSN，GSN把PDU封装成SNDC数据单元，再经LLC层处理为LLC帧单元，最终经空中接口送给移动台。
第三种情况中，一个数据网用户传送数据给一个正在漫游的移动用户。其数据必须经过归属地的GGSN，然后送到移动用户。
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2 GPRS网络的安全性
GPRS网络可提供多达四级的安全保障。
（1）第一级:网络接入层是安全的。可以使用专门的APN，分配特定的手机号。手机主叫号在移动GSM交换机生成，已经进行了加密，资深的网络黑客也很难伪造。移动在网络侧HLR网元给手机号和APN做了绑定，只有属于行业的手机号才能访问专用APN。黑客拿着其他手机号的GPRS终端根本无法呼叫专门的APN。
（2）第二级:终端的合法性是安全的。监测中心可以给每个GPRS终端分配特有的用户ID和密码，交换机资深黑客即使伪造了合法的手机号，但是监测中心分配给GPRS终端的用户ID和密码没有，依然与监测中心建立不了呼叫，而监测中心可以周期性命令各监测点将用户ID和密码改掉。
（3）第三级:防火墙过滤是安全的。监测点GPRS终端收到分配的IP地址，携带地址，通过GGSN，并通过监测中心防火墙的过滤。
（4）第四级:自身的应用层加密。
3 监控中心的设计
3.1具体通讯步骤
监控中心与GPRS模块的连接采用APN专线形式，所有节点都采用移动内网的IP地址，互联路由器之间采用私有固定IP地址进行广域连接。双方的数据传输是通过基于TCP/IP协议的SOCKET来实现的（本系统将所有的Socket对象放在一个程序定义的客户端信息链中。当有指令需要发送时，如果该指令是针对所有设备，则遍历Socket链表按顺序发送到各个通道;如果该指令是针对某一确定的设备，则通过设备ID来确定发送的Socket通道。当Socket通道被通知有数据到来时，将启用各自的线程，对这些数据进行并行处理。这种思想的实现加速了数据处理速度，提高了系统的效率。）监控软件对接收到的各子站变压器的信息进行处理、分析，然后更新到SQL数据库中，以方便工作人员及时、准确地掌握现场数据，并可以及时提出诊断报告。由于GPRS模块与监控中心采用一对多的客户/服务器模式进行通信，当有多个客户端同时与中心服务器进行连接时容易发生信息阻塞。为了防止此类事件的发生，监控中心采用并发服务器方式实现网络通信。其原理是程序中的主线程等待客户端的连接请求，一旦收到一个客户端的连接请求，该主线程就会创建一个新的子线程，由子线程完成与这个客户端的通信响应，而主线程又回到等待状态，继续等待其他客户端的连接请求。当客户端断开连接后，子线程释放其占用的SOCKET资源。
3.2监控系统的功能模块
基于GPRS的变压器监控系统主要由五个功能板块组成，分别是数据读取模块，历史数据查询模块，信息维护模块，设备参数设置模块，报警数据维护模块。
数据读取模块可以完成实时数据监测、日整点数据读取，日统计数据读取，月统计数据读取等功能，包括对时钟、参数、模块信息的回读;历史数据查询模块可以完成对数据库中历史数据的查询。同时可以对所取得的分站变压器模拟量、开关量等进行查询、删除、打印等操作;信息维护模块负责分站、模块、模拟量、电度量、开关量、用户权限、描述曲线等部分的维护;设备参数设置模块包括对时钟、各种量的参数设置。
4 结束语
综上所述，加强对配电变压器GPRS远程监控系统的研究分析，对于其良好效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。
参考文献
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[3]李如雄,林梅金.基于GPRS网络的变压器监控终端TTU的设计[J].微计算机信息.2016（09）：88-89.
论文作者:尹天民
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/25
标签：数据论文; 信道论文; 模块论文; 变压器论文; 接口论文; 终端论文; 单元论文; 《电力设备》2017年第16期论文;