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1、华中科技大学 硕士学位论文 基于GPRS的无线信息采集监控系统的研究与设计 姓名：杨州 申请学位级别：硕士 专业：计算机系统结构 指导教师：徐永兵 2011-01-13 I 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 摘摘 要要 目前，我国在水利、电力、天然气等资源监测等领域已经开始应用了自动化数 据采集和传输设备，这些设备一般都是基于 GPRS 无线网络来进行采集数据传输。 但是，由于 GPRS 网络本身的无连接特性以及它的数据包传输方式和移动服务提供 商所提供的 GPRS 网络的不稳定性，导致了数据传输过程当中的数据丢失，数据积 压，掉线频繁等异常，导致现在所使
2、用的基于 GPRS 的远程无线采集监控系统在性 能上存在一定的缺陷和不足。基于 GPRS 的无线采集监控系统的服务器端无缝聚合 了基于 Windows 平台的完成端口技术，大大提升了服务端吞吐率。同时，提出并实 现了一种基于 GPRS 网络的应用层自适应无线通信协议SAWTCP-GPRS。 协议提供 了多种可配置参数，完全解决了 GPRS 网络特性所带来的网络丢帧，数据网间积压， 频繁掉线问题，从而大大提升了网络的自适应性和稳定性。而且，协议还具有分布 式时间同步特性。在”Improved Design of Remote Wireless Transmission Terminal usin
3、g GPRSGSM Integrated Network”一文中，Li Cheng ,Ding Tianhuai, Chen Ken 通过实验 得到了在一般通信模式下，无线数据传输的瞬时时间延迟值分布在 1.126-2.669s 之 间。数据丢失率由单 GPRS 模式下的 6.94%降低到 0%。本文通过实验得到， SAWTCP-GPRS(Self-Adaptive Wireless Transform Control Protocol)下，无线数据传输 的瞬时时间延迟值均匀分布在 0.077s9.798s 之间。数据丢失率由 6.87%减少为 0%， 数据迟延率伴随着通信复杂度的提高产生了一
4、定的损失，由 5.36% 提高为 7.47%。 测试结果表明，基于 GPRS 的无线信息采集监控系统实现了分布式环境下目标 数据的稳定、有序、无差错远程传输，大大提高了城市监测点的自动化信息监控程 度。 关键词：关键词：分布式系统，通用无线分组服务，延迟，自适应无线传输控制协议 II 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 Abstract At present, Roboticized data collection and transmission devices are used in the resource monitoring fields of w
5、ater conservancy, electric power and gasser, based on GPRS wireless network to transmit data. Due to the wireless characteristic and transmission mode of GPRS network and the instability of the network provided by ISP, a lot of exception are caused, for example, data losing, data overstock and netwo
6、rk disconnection. So a lot of remote wireless monitoring system based on GPRS have some shortcomings and the insufficiency in performance. The server of wireless remote monitoring system based on GPRS seamlessly polymerizes the completion port technology, based on Windows platforms, greatly improvin
7、g the throughput of the server-side. Meanwhile, we put forward and realize a Self-Aadaptive wireless transmission control protocol based on GPRSS SAWTCP-GPRS. The protocol devise a series of configured parameters, resolving the upwards exception arised by GPRS network, upgrading the self adaptivity
8、and stability. Moreover, the protocol has ability of distribute time synchronization. in ”Improved Design of Remote Wireless Transmission Terminal using GPRS/GSM Integrated Network” , Li Cheng, Ding TianHuai, Chen Ken got the result that in the commonly communication mode, the wireless transmission
9、delay spread from 1.126s to 2.669s, the data losing rate fall from 6.94% to 0%. Our experiment show that with the SAWTCP-GPRS protocol, the wireless transmission delay spread from 0.077s to 9.798s equably, the data losing rate drop from 6.87% to 0% better than the mode without the SAWTCP-GPRS protoc
10、ol. Because of the consumption of the frame processing, the delay rate of every frame raise from 5.36% to 7.47%. The result shows that the wireless acquisition and monitoring system realizes stable, orderly, error-free remote transmission in distributed environment, greatly improving the degree of u
11、rban automation information monitoring. Key words: Distributed system, GPRS, Delay, SAWTCP-GPRS 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全
12、了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密， 在 年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文属于 1 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 1 绪论绪论 1.1 课题研究的意义课题研究的意义 在一些远程和恶劣环境区域例如石油开采区域，采矿
13、，沙漠等，许多操作者仍 然需要周期性的去实地读取数据记录。这种基于人力的数据收集作业流程带来了诸 如，低精度，低效率，高成本等问题。这就需要一种远程监控方式来代替人员的干 预。由于受到地域，环境等诸多因素的限制，使得不拘泥于传输介质和距离的无线 网络传输应用在这些系统中非常关键。与无线电，卫星，3G(第三代无线通信标准)， SMS(short message service,短消息服务)等无线传输方式比较起来，GPRS(general package radio service，通用无线数据包服务)在由 ISP(Information Service Provider:服 务提供商)所提供的
14、GPRS 无线网络的服务支持下，具有传输速度快，成本低廉，安 全性好，永远在线，网络覆盖范围广等诸多优势,因而基于 GPRS 网络的无线传输模 式，被广泛应用于远距离数据采集和控制系统中。随着水利，电力和天然气等资源 的监测领域中远距离数据采集和控制的应用需求越来越急迫，国内外研究人员在远 程采集控制系统投入了越来越多的注意力。目前，国内外研究人员在基于 GPRS 网 络的无线传输的领域有着一定的进展。然而，在实际应用中，由于移动网络中音频 链路服务和数据包链路服务(GPRS 服务)的竞争特性12，以及无线网络本身所具有 的多径干扰等问题，使得 GPRS 无线传输过程中出现数据帧丢失，数据帧到
15、达顺序 紊乱 GPRS 连接掉线等一系列问题，最终导致了无线传输链路的不稳定性。同时， 随着系统分布式规模的不断扩大，系统通信过程中的服务器吞吐率也将成为系统的 一个重要瓶颈。基于 GPRS 无线传输系统，我们研究并设计出了一系列协议及设计 方式来解决以上所提出的现存系统存在的问题。 1.2 国内外研究现状国内外研究现状 远程监控系统是不需要人员到现场，使用计算机技术，通信技术，网络技术和 微电子技术相结合，通过部署在远端现场的传感器和传输设备，距离后台服务器端 2 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 较远，随时可以了解掌握现场生产和设备的实时状态，对其进行
16、检测和诊断。远程 监控系统的使用可以大大降低技术人员的劳动强度，提高工作效率。 自从 20 世纪 60 年代，我国就着手开始对远程监控系统进行研究和开发，国内 的一些企业也涉足此类系统的研究，但是由于技术和成本的限制，都没有取得太多 的研究成果，此类系统也未得到广泛的应用。 20 世纪 90 年代后期，随着计算机，通信技术的迅速发展，监控系统在各行各业 都得到了广泛的应用，这一时期远程监控系统通常采用超短波通信，数字微波通信 或者租用卫星信号等通信方式来实现采集终端与后台服务器间的通信。这种方式虽 然技术成熟通信效果较好，但是成本较高，需要架设中继基站或者租用通讯卫星。 同时，信号安全性也没有较好的保障。 随着国内移动通信基础设施的建立和逐步完善，代表着 2.5G 通信技术的 GPRS 技术逐步成熟。GPRS 技术被逐渐引入到无线监控系统中3。GPRS 网络具有传输速 度快，成本低廉，安全性好，永远在线，网络覆盖范围广等诸多优势,因而基于 GPRS 网络的无线传输模式，被广泛应用于远距离数据采集和控制系统中。Cao Jian
