基于GSM网络的电能量遥测系统及协议描述

 

    电能量的遥测测试系统是电力网自动化技术的重要组成部分及发展的必然方向，本文提出并研究设计了基于GSM网络的电能量遥测系统。系统通过GSM模块连接整个GSM网络，再通过GSM网络进行信息的传递。整个系统具有高可靠性，高稳定性的特点。本文在介绍整个系统的总体结构及功能基础上，详细的叙述了整个系统中对点对点、短消息协议的改进，更好的体现GSM网络的优点，并给出了实际测试及运行结果。

    电能量遥测系统是电力网自动化技术及计算机技术发展到一定程度的产物，是整个电力系统自动化工程中的重要一环。其主要应用于一定范围内的多功能电表进行远程参数设置和电能采集，同时实现在主站对采集得到的数据进行分析统计。目前实现电量遥测系统的版本很多，基于的媒介亦有很多，比如基于局域网、公共电话网、专用的通讯网、光纤或是无线。我们提出的电能量遥测系统是基于目前应用广泛的GSM网络，采用短消息及点对点的方式传输数据。

 

1 GSM 数据业务、短信通讯的简介

 

    1.1 数据业务概述

    GSM（Global System for Mobile Communications）意为全球移动通信系统。移动数据通信是在数据通信基础上发展起来的一种通信方式。以往的数据通信依赖于有线传输，因此只适合于固定终端或计算机之间的通信，而移动数据通信是通过无线电波来传送数据的，因而有可能实现移动状态下的数据通信。作为数据通信网络媒介，实现了跨省市区全国性的数据双向实时通信。狭义地说，移动数据通信就是计算机间或计算机与人之间的无线通信。它通过与有线数据网互连把有线数据网路的应用扩展到移动和便携用户。

 

    1.2 短信业务概述及特点

    GSM短信息数字通信平台利用GSM短消息进行远程无线通信，其最大的特点是利用了我国覆盖面最广、功能最强、用户最多的GSM数字蜂窝移动通信网。GSM短信息作为通信方式，具有通讯成本低，不受通信线路及地区限制等特点，并可进行中、英文两种短信息的通信，使用方便、灵活，通讯快捷。此外GSM通信还具有保密性高、可靠性高、抗干扰能力强等特点，保证了数据传输的准确性和稳定性，并提供双方完备的通信协议，使用户在此通信平台上的开发简单易行。

 

2 系统总体规划

 

    2.1 系统综述

    如图1所示，本系统由位于电力局的主站（包括前置控制机、多个工作站和数据库服务器）和位于大用户的终端两部分组成。

 

图1 系统图

 

    主站系统在PC机上，基于Windows2000操作系统，在 Delphi5.0平台下开发。终端系统通过RS485串口通信同大用户的电能表进行通信，上抄电量、功率等数据；通过红外通信口同PDA进行通信，上传电量、功率等数据给PDA；另一方面，通过GSM网络以短消息通信方式，同位于电力局的主站通信。位于电力局的主站系统一方面通过GSM网络以短消息通信方式，同位于大用户的终端系统通信，实现远方设置终端系统各种参数和上抄电量、需量等数据；另一方面，用已有的MIS网络数据库（ORACLE 、SYBASE 等）作后台数据库。这样不但用电计划部门可方便地利用该数据库进行各种平衡分析、线损分析和各种电量分析统计，还可共享给电力局的其它部门。

 

    2.2 功能规划　　
    整个系统中，主站根据功能可分成两：一是对数据进行分析统计，其中包括终端及表计参数记录的设置及编辑，对采集得到的电量、定义量进行分析统计；另一个是与终端的通讯。而终端同样也可分成两部分：一个是485通讯，即终端与表计的熊市，根据主站下传的参数或命令进行抄表的动作；另一个则是通过GSM网络与主站的通讯，将从表计抄得的电量上送到主站。其中，主站对终端及其表计参数的设定过程是点对点拨号，通过GSM网络的数据业务实现的，保证了参数传输的实时貹和可靠性。主站下送抄表命令，和终端上送电量则均是通过短消息业务实现的。如图 2 所示。

 

图2 功能规划图

 

    3 主站与终端通讯方式及协议

    GSM网络协议是一种全球性的协议，对我们的系统而言是屏蔽，不可见的。为了使主站与终端的通讯更完善、更可知、更稳定以及用户对其的控制性更好，GSM网络外面嵌套上自定义的协议。同时为了对双方的数据更加方便的判断分析，在需要传输的数据外加上了自定义的帧头帧尾。如图 3 所示，在主站和终端处加上自定发送、接收的协议。

图3 通信协议

 

    3.1 　对数据帧的封装

    对数据帖的封装如图 4 所示。

68H	帧头
字节数（2字节）
识别码（6字节）
68H
消息类型（1字节）
事件类型（1字节）
数据区
校验字（1字节）
结束码：0DH

图 4 数据帧的封装

 

    (1)对收以的数据均以68H开头，68H结束来标识帧头，整个数据以0D结尾。主站或终端在接收到数据后，首先对帧头做判断，如果符合以68H开头，同时以ODH结尾，则继续做下一步判断，否则就将该非法数据抛弃。

    (2)帧头内包括字节数，字节数是指从消息类型到校验字字节前的字节数。指明传送数据的字节数，是因为固定的消息类型有固定的字节数。主要目的是为了让接收方检查数据的合法性。

    (3)识别码是由发送方提供的，接收方在收到后，将之原封不动的传回。识别码的作用在短消息通讯中得到充分的体现，由于短消息的实时性不高，所以可能产生主站先发的短消息命令终端后收到的可能。终端对任何时候收到的抄表命令都会进行响应，发起抄表计动作，然后将电量上送给主站，而主站对收到的终端短消息都要进行识别码的判断，如果该数据的识别码与刚发送命令的识别码的判断一致，那么主站对该数据做处理入库，否则作为无效数据抛弃。

    (4)消息是用来定义每次发送的短消息类型。对主站，根据消息类型的不同做不同都处理，入不同的数据库。对终端，根据消息类型的不同，做不同的抄表动作。

    (5)伯类型是用于发送异常事件短信用到的字节，用以标识不同的事情类型。事件类型的功效与消息相似。

    (6)校验字指从消息到校验字字节前的数据异或得到的结果。接收方接收到数据之后，需要对从消息类型到校验字字节前的字节数同样进行异或，把行到的结果与接收到的校验字做判断，判断收到的数据的正确与否。

在实际测试及应用中，不管是点对点通讯过程中传送的数据或是短消息方式传送的数据，以此为根据进行判断和处理，能正确将不同的数据存入响应的数据库，同时由于有校验字作保障，可以避免数据在传输过程中出现错误。同时根据识别码可以很好的避免短消息延时，或先请求的后到过的情况。

 

    3.2 点对点握手协议　

    主站下传参数时需要用到点对点传输，同时主站对终端的标时、主站发起换 CT 事件、换表计事件均需要点对点通讯。所以点对点通讯在整修系统中起着关键的作用，保证它的可靠行，稳定行是必要的。

    在系统最初的设计中，等待网络响应了之后，就开始点对点通过数据业务发送数据，介是在实际的测试中，发现点对点通讯所叫延时明显，从终端接听到网络给予确认信息，通过试验，平均需要17秒的时间，这对于实时性要赯较高的点对点通讯功能存在着弊端。同时在测试中发现，由于地域或设备的差异，主站和终端接收到网络确认的时间不一致。这就造成数据传输与接收的错误。

    根据在测试中遇到的问题，对点对点协议做了修改，具体的流程图如图 5 所示。

图5 流程图

 

    (1)主站根据需要开始拨号，在得到网络的确认后，开始与终端握手。在握手成功后，主站开始传输数据。

    (2)终端收到主站的数据后，经过判断确认，发送回应帧。主站根据终端回送的不同响应为，给用户不同的提示。

    (3)主站在收到终端的回应后，再回送给终端一个响应，告诉终端已收到它的响应，此次通讯完毕，双方可以挂断。

    (4)在拨叫无响应超时，或是其他一系列超时后，均继续拨叫，总共拨叫的次数不大于3次。

    在实际测试中及应用中，在网络确认后添加的握手协议。很好的避免了由于网络延时，导致双发点对点通讯接收数据的不完整，判断错误，而且拨号时间长等一系列问题。