GPRS技术在配电监控系统中的应用

关键词：接入点名称(APN)　全球移动通信系统(GSM)　通用分组无线业务(GPRS)　短消息业务(SMS)

1　问题的提出

随着城市电网的快速发展，自然而然的面临两个方面的问题，其一：配电网的自动化水平，涉及到故障的检测、故障的隔离、转移供电等。其二：用电的管理水平，涉及到用电量的计费等。这两个方面都涉及到通讯问题，通信经常成为这类系统的瓶颈，总是存在着可靠性与经济性两者不可调和的矛盾。随着GSM和GPRS的发展，使得配电网的通讯问题有了新的契机，本文提出利用移动互联网来进行实时数据传输，并介绍GPRS的通信技术以及基于GPRS技术的智能配电通讯设备和它们在故障定位、配变监测及抄表系统上的应用。

2　GPRS技术简介

2.1　GPRS的定义

GPRS的英文全称为General Packet Radio Service，中文含义为通用分组无线服务，它是利用"包交换"（Packet－Switched）的概念所发展出的一套无线传输方式。所谓的包交换就是将Date封装成许多独立的封包，再将这些封包一个一个传送出去，形式上有点类似寄包裹，采用包交换的好处是只有在有资料需要传送时才会占用频宽，而且可以以传输的资料量计价，这对用户来说是比较合理的计费方式，因为象Internet这类的数据传输大多数的时间频宽是闲置的。此外，在GSM phase 2+的标准里，GPRS可以提供4种不同的编码方式，这些编码方式也分别提供不同的错误保护（Error Protection）能力。

GPRS是一种新的GSM数据业务，它在移动用户和数据网络之间提供一种连接，给移动用户提供高速无线IP和X.25分组数据接入服务。GPRS采用分组交换技术，它可以让多个用户共享某些固定的信道资源。如果把空中接口上的TDMA帧中的8个时隙都用来传送数据，那么数据速率最高可达164kbps。GSM空中接口的信道资源既可以被话音占用，也可以被GPRS数据业务占用。当然在信道充足的条件下，可以把一些信道定义为GPRS专用信道。

2.2　GPRS优势

相对原来GSM的拨号方式的电路交换数据传送方式，GPRS是分组交换技术。由于使用了"分组"的技术，用户上网可以免受断线的痛苦(情形大概就跟使用了下载软件Net Ants差不多)。此外，使用GPRS上网的方法与WAP并不同，用WAP上网就如在家中上网，先"拨号连接"，而上网后便不能同时使用该电话线，但GPRS就较为优越，下载资料和通话是可以同时进行的。从技术上来说，声音的传送(即通话)继续使用GSM，而数据的传送便可使用GPRS，这样的话，就把移动电话的应用提升到一个更高的层次。而且发展GPRS技术也十分"经济"，因为只须沿用现有的GSM网络来发展即可。GPRS的用途十分广泛，包括通过手机发送及接收电子邮件，在互联网上浏览等。

而GPRS的最大优势在于：它的数据传输速度不是WAP所能比拟的。目前的GSM移动通信网的传输速度为每秒9.6k字节，GPRS手机在今年年初推出时已达到56kbps的传输速度，到现在更是达到了115kbps(此速度是常用56kmodem理想速率的两倍)。除了速度上的优势，GPRS还有"永远在线"的特点，即用户随时与网络保持联系。

2.3　GPRS网络的实现

GPRS网络是基于现有的GSM网络来实现的。在现有的GSM网络中需要增加一些节点，如GGSN（Gateway GPRS Supporting Node，GPRS网关支持节点）和SGSN（Serving GSN，GPRS服务支持节点）。GSN是GPRS网络中最重要的网络节点。GSN具有移动路由管理功能，它可以连接各种类型的数据网络，并可以连到GPRS寄存器。GSN可以完成移动终端和各种数据网络之间的数据传送和格式转换。GSN可以是一种类似于路由器的独立设备，也可以与GSM中的MSC集成在一起。

2.4　GPRS的工作原理

GPRS工作时，是通过路由管理来进行寻址和建立数据连接的，而GPRS的路由管理表现在以下3个方面：移动终端发送数据的路由建立；移动终端接收数据的路由建立；以及移动终端处于漫游时数据路由的建立。第一种情况，当移动终端产生了一个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层通过空中接口送到GSM网络中移动终端所处的SGSN。第二种情况，一个公用数据网用户传送数据到移动终端时，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送给移动终端所在的SGSN上，SGSN把PDU封装成SNDC数据单元，再经过LLC层处理为LLC帧单元，最终通过空中接口送给移动终端。第三种情况是一个数据网用户传送数据给一个正在漫游的移动用户。这种情况下的数据传送必须要经过归属地的GGSN，然后送到移动用户A。

2.5　GPRS应用

GPRS是在现有GSM网络上开通的一种新型的分组数据传输业务，在有GPRS承载业务支持的标准化网络协议的基础上，GPRS可以提供一系列交互式业务：点对点面向连接的数据业务－该业务是为两个用户或者多个用户之间发送多分组的业务，该业务要求有建立连接、数据传送以及连接释放等工作程序。

单点对多点业务－该业务可以根据某个业务请求者的要求，把单一信息传送给多个用户。该业务又可以分为点对多点多信道广播业务、点对多点群呼业务和IP多点传播业务。点对点无连接型网络业务－该业务中的各个数据分组彼此互相独立，用户之间的信息传输不需要端到端的呼叫建立程序，分组的传送没有逻辑连接，分组的交付没有确认保护，是由IP协议支持的业务。

2.6　GPRS与WAP

WAP是无线Internet的标准，由多家大厂商合作开发，它定义了一个分层的、可扩展的体系结构，为无线Internet提供了全面的解决方案。WAP协议开发的原则之一是要独立于空中接口，所谓独立于空中接口是指WAP应用能够运行于各种无线承载网络之上，如TDMA、CDMA、GSM、GPRS、SMS等等。

GPRS对应于GSM中的9.6kbps的数据业务，与之不同的是GPRS是通过分组交换来实现高速率的数据传输，换句话说，GPRS是对GSM数据业务的改进,是在GSM中实现高速数据传输的手段。

可见，WAP是高层应用，而GPRS是底层传输。可以引用著名的邮递信件的例子来说明WAP与GPRS的关系：如果说WAP是平信或贺卡或明信片，那么GPRS和GSM的CSD（9.6kbps电路交换的数据业务）就是运送信件的交通工具，只不过后者是汽车，前者则是飞机罢了。

3　GPRS在故障定位、配变监测和抄表系统中应用

3.1　故障定位

配电网中使用大量的故障指示器，用来检测故障位置定位故障点。它简单可靠，在检测到故障时通过翻牌或输出节点的形式指示故障。GPRS通信设备设有3路开关量输入，可采集本条线路的故障指示器的开关量输出状态。当线路发生故障时，故障指示器动作，GPRS通讯设备把故障信息通过INTERNET传输至前控制中心，监控中心在接收到这些动作信息后，经过网络拓扑计算分析，与地理信息系统相结合，可以直接显示出故障点地理位置信息。

3.2　配变监测

在配电网上的变压器上都装有配变监测仪－TTU，它的主要功能有对配变的工况的数据采集、对线路的自动无功补偿等。TTU的无功补偿功能在就地可实现，无需网络通讯的支持，但是配变的运行数据过去一般采用RS485等通讯方式传输，可靠性差，距离短，受地理环境的因素影响较大。

3.3　电能计量

电能计量是现代电力营销系统中的一个重要环节，而传统的电量结算是依靠人工定期到现场抄取数据，在实时性、准确性和应用性等方面都存在诸多不足之处。利用现代通信技术和计算机技术以及电能量测量技术结合在一起，便能够及时、准确、全面地反映电量使用（即销售情况）。通过GPRS无线局域网专网，为用电管理提供实时性好、稳定性高的数据和事件记录，可实现多块表同时冻结抄表功能。该系统具有设备参数远程回读功能，如回读参数和后台系统保存的设置参数对比，异常报警，可以发现非法修改电能表参数行窃的非法行为。具有失压、断流、错误接线报警、显示、记录并主动上传功能，方便管理人员在公司本部就可以发现用户异常，为反窃电提供了一种先进的、有效的高技术检测手段。根据实时抄收10kV线路总表和分表的数据，自动分析线路电量平衡情况，为线损考核提供准确的依据，达到大面积降低线损目的。当用户电能表所测量的电压和负荷超出一定范围时，电表报警远传给系统并可以通过智能化分析功能的系统软件，对用户负荷进行监测控制。