利用GPRS实现自动气象站的资料传输

提 要   根据预报准确率和当地Gov群众对气象信息的要求，着重介绍了利用GPRS进行气象自动站的资料传输，实现数据共享提供参考依据。
关键词 自动气象站 GPRS 资料传输

引 言
    当全国自动气象站建设正如火如荼的开展之时，对于已经建成的自动气象站，如何保证实时资料传输的准确、快捷?同时又如何才能做到节约资料传输的通信费用?怎样才能充分利用先进探测手段采集来的大量气象数据信息?如何才能将自动气象站的社会、经济效益发挥到最佳?关系到全省各地自动气象站能否发挥最大效益的关键所在。如果利用移动公司的GPRS这一现代化的数据传输系统，实现数据高效节资的上传，将大大提高自动站的数据上传时效和收集处理功能，本文就利用GPRS的方式提出解决方案，供大家探讨。

1 什么是GPRS
    2000年12月21日，China移动通信集团公司在京宣布：正式启动称为”移动梦网”的GPRS网络建设。2001年6月，China移动GPRS一期工程已完成，2001年10月正式投入商用。GPRS是一个念起来拗口，说起来很难懂的缩写，GPRS(General Packet Radio Service)是通用分组无线业务的英文简称，是一种基于GSM(数字移动通信)系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接，具有充分利用现有的网络、资源利用率高、始终在线、传输速率高，资费合理等特点。

2 GPRS的技术优势
    为进一步深入了解GPRS的情况，就电话拨号、移动短信、分组交换网、GPRS等通讯方式对比分析后发现，GPRS通讯方式，无论在信息传输，还是时率、可靠性以及通讯费用等方面，都更胜一筹。
2.1 稳定高效 资源利用率高
    它解决了安装在山岛、湖泊、海岛等偏远地区自动气象站资料传输问题。保证了资料的传输时效、传输质量，可以根据要求实现到每分钟实时资料的上传，资料传输到报率达99％以上。GPRS引入了分组交换的传输模式，使得原来采用电路交换模式的GSM传输数据方式发生了根本性的变化，这在无线资源稀缺的情况下显得尤为重要。按电路交换模式来说，在整个连接期内，用户无论是否传送数据都将独自占有无线信道。而对于分组交换模式，用户只有在发送或接收数据期间才占用资源，这意味着多个用户可高效率地共享同一无线信道，从而提高了资源的利用率。PRS用户的计费以通信的数据量为主要依据，体现了“得到多少、支付多少”的原则。实际上，GPRS用户的连接时间可能长达数小时，却只需支付相对低廉的连接费用。
2.2 高速传送
    GPRS可提供高达115kbit／s的传输速率(最高值为171.2kbit／s，每个用户)，GPRS接入等待时间短，可快速建立连接，平均为两秒。这意味着通过便携式电脑，GPRS用户能和ISDN用户一样快速地上网浏览，同时也使一些对传输速率敏感的移动多媒体应用成为可能。可见GPRS的传输速度将比现在的传输速度提高几到十几倍，用户使用宽带数据通信、实现可视数据、多媒体数据都将变得更加现实和便利。如果应用于自动站，将会使自动气象站资料的传输频次从原来的每小时一次，增加到每10分钟一次，大大提高自动气象站在灾害性天气监测中的时空密度和到报时间，同时也降低了通信费用。
2.3 经济实惠
    GPRS减少了资料传输的通信费用，由于GPRS是以字节流量来计算通讯费用的，目前的通讯费用为0.03元／K字节(一般在0.01元—0.03元／K)，以每个正点时次资料传输费用为例，自动气象站每个正点的资料不到300个字节，采用GPRS方式传输的费用不到0．0l元，而原有的电话拨号方式传输费用为0．5元左右(区间话费)，是原有通讯费用的五十分之一，大大节约了自动气象站的通讯费用。
3.4 可靠性
    GPRS内嵌TCP／IP协议栈，包括TCP、UDP、FTP、SOCKET、TELNET、POP3、SMTP、HTTP等，低功耗、电压范围广，采用专用电源管理芯片，电压范围5V—26V，适用于更全面和广阔的应用，GPRS能完全实现全省自动气象站的通讯组网和资料共享，有利于对自动气象站运行状态的监控、资料的管理和开发应用。例如青岛市气象局利用GPRS从7月1日起，有两个自动气象观测站与全球联网，把观测到的海洋气象资料传输到世界各地，让各地第一时间掌握青岛的天气变化。足以说明该系统的可靠性。
2.5 支持IP协议和X.25协议
    GPRS支持因特网上应用最广泛的IP协议和X.25协议。而且由于GSM网络覆盖面广，使得GPRS能提供Internet和其它分组网络的全球性无线接入。

3 具体实施措施
    从安装的自动雨量站得到启发，在自动气象站内部安装GPRS DTU；在气象台建立一个WEB网站，自动气象站通过GPRS系统将气象资料传输至中心的WEB网站。
3.1 GPRS网络总体结构原理
    GPRS网络是在现有GSM网络中增加GGSN和SGSN来实现的，使得用户能够在端到分组方式下发送和接收数据。
   自动站电脑与GPRS对接后；GPRS与GSM基站通信，但与电路交换式数据呼叫不同，GPRS分组是从基站发送到GPRS服务支持节点(SGSN)，而不是通过移动交换中心(MSC)连接到语音网络上。SGSN与GPRS网关支持节点(GGSN)进行通信；GGSN对分组数据进行相应的处理，再发送到目的网络，如因特网或X.25网络。来自因特网标识有移动台地址的IP包，由GGSN接收，再转发到SGSN，继而传送到移动台上。SGSN是GSM网络结构中的一个节点，它与MSC处于网络体系的同一层。SGSN通过帧中继与BTS相连，是GSM网络结构与移动台之间的接口。SGSN的主要作用是记录移动台的当前位置信息，并且在移动台和GGSN之间完成移动分组数据的发送和接收。GGSN通过基于IP协议的GPRS骨干网连接到SGSN， 是连接GSM网络和外部分组交换网(如因特网和局域网)的网关。GGSN主要是起网关作用，也有将GGSN称为GPRS路由器。GGSN可以把GSM网中的GPRS分组数据包进行协议转换，从而可以把这些分组数据包传送到远端的TCP／IP或X.25网络。SGSN和GGSN利用GPRS隧道协议(GTP)对IP或X.25分组进行封装，实现二者之间的数据传输。
3.2 安装GPRS DTU
    根据上述原理将GPRS DTU装入终端，并由具体要求远程设定资料传输、自动站运行状态等参数，自动气象站资料通过无线网络传输到广域网IP地址的中心站服务器，存入数据库，供全省台站通过网络共享。目前江苏省气象局已经成功应用。
4 存在问题
4.1 实际速率比理论值低
    GPRS数据传输速率要达到理论上的最大值171．2kbps／s，就必须只有一个用户占用所有的8个时隙，并且没有任何防错保护。运营商将所有的8个时隙(每个时隙就是一个通信信道，分配给一个用户)都给一个用户使用显然是不太可能的。另外，最初的GPRS终端预计可能仅支持1个、2个或3个时隙，一个GPRS用户的带宽因此将会受到严重的限制，所以，理论上的GPRS最大速率将会受到网络和终端现实条件的制约。
4.2 存在转接时延
    GPRS分组通过不同的方向发送数据，最终达到相同的目的地，那么数据在通过无线链路传输的过程中就可能发生一个或几个分组丢失或出错的情况。