土右电网GPRS电压监测系统的应用分析

曹俊林/同济大学

土右电网GPRS电压监测系统的应用分析

曹俊林/同济大学

随着供电网络的扩大，供电企业运行管理任务大大增加。但是由于大量依靠人工对电网运行状态进行监测和管理，效率低，效果差。土右电力公司通过研发和实践，应用一种基于全电子式多功能电压监测和GPRS无线网络技术的高低压配电网实时监测系统成为解决这一问题的较好方案。

一、功能概述

DY2型电压监测仪（GPRS），是依据电力行业标准开发研制的，专门用于监测电网电压的运行质量的电子仪表，主要由计算机、电压监测仪、监测数据分析管理系统等组成，该仪器以单片机和GSM/GPRS无线网络技术为核心，集监测，记录，远程通讯于一体的智能化仪器。产品采用了大规模的集成电路技术，高精度A/D转换技术，单片机控制技术和抗干扰技术，具有测量精确，可靠性高，功能齐全，人机界面友好，安装方便，操作简单等特点，在同类产品中具有很高的性能价格比。GPRS模块直接内置在仪表内部，在供电部门使用的原有管理软件计算机上，增加TCP/IP协议收发数据的功能，就可完成和GPRS数据服务器之间的数据传输。

二、GPRS介绍

1.GPRS的特点。GPRS具有传输速率高、接入速度快、可永久连接、丰富的数据业务的特点。

2.GPRS系统。

（1）GRPS的逻辑结构。从网络侧看，GPRS是在GSM网络的基础上增加SGSN 和GGSN这两种网络实体以及Gb、Gn/Gp、Gi、Gr、Gf、Gd、Gs、Gc等接口而实现的。在上述接口中，Gs和Gc接口是可选接口，需要SGSN与MSC/VLR配合实现诸如联合位置更新、经由GPRS进行CS寻呼等功能时，就应选用Gs接口；如果选用Gc接口，GGSN可直接从HLR获取位置信息，则如果未选用Gc接口，GGSN则需通过其他SGSN或GGSN从HLR获取位置信息。

（2）GPRS网络的基本结构。来自MS的用户信令与数据在BSS之后分流，电路业务经A接口去往MSC/VLR进入GSM核心网，分组业务则经Gb接口去往SGSN进入GPRS骨干网。在GPRS骨干网内部，各GSN实体之间通过Gn接口相连，它们之间的信令和数据传输都是在同一传输平台中进行的，所利用的传输平台可以在ATM、以太网、DDN、ISDN、帧中继等现有传输网络中选择。GPRS骨干网中的SGSN和GGSN还通过Gr/Gc、Gs、Gf、Gd等接口分别与HLR、MSC/VLR、EIR、SMS-GMSC等原GSM网络实体相连，这些实体之间的通信只涉及信令，利用SS7网络进行通信。

（3）GPRS传输协议。接口射频部分：采用与GSM相同的传输模式；MAC/RLC协议：提供分组数据传输的信道，其中RLC协议可支持MS与BSS之间的有确认和无确认两种模式的数据传输；LLC协议：它与RLC协议是相对独立的，在MS与SGSN之间提供一条高度可靠的加密的逻辑链路用于数据传输。LLC协议也可同时支持有确认和无确认两种模式。LLC层可支持多种QoS延时级别；SNDCP协议：作为网络层与链路层的过渡，将IP/X.25用户数据进行分段、压缩等处理后送入LLC层进行传输。Gb接口L1bis：物理传输层。网络业务该层基于帧中继，：用于传送上层的BSSGPPDU。BSSGP协议：在传输平台上，该协议用于在BSS与SGSN之间提供一条无连接的链路进行无确认的数据传送；Gn接口L1/L2：底层传输网络相关的协议，底层传输网络可以是ATM、以太网、DDN、ISDN、帧中继等；UDP/TCP：UDP提供差错保护，用于承载不要求可靠传输的GTPPDU。TCP提供流量控制以及丢失和差错保护，用于承载要求可靠传输的GTPPDU；IP：GPRS骨干网协议，用于路由用户数据和控制信令。GPRS骨干网可先采用IPv4,最终将使用Ipv6.GTP协议：用于GPRS骨干网中GSN之间数据和信令的隧道传输，它将用户的PDPPDU用GTP字头封装用于标识特定用户。

3.引入GPRS业务对现有GSM网络的影响。

（1）网络设备。a.对于MS和BSS部分。由于GPRS与电路型业务相比较，其基本的调制方式和无线信道的传输速率和突发脉冲等方面都没有改变。无线接口的主要修改在于：无线接口的信令部分包括MAC/RLC,SNDC以及高层的信令等；逻辑信道与物理信道的映射、信道编码部分；物理层的无线链路部分包括功率控制、同步、时间提前等算法。MS支持GPRS的移动台一般在软硬件上均需改动。以传送分组数据业务为目标的GPRS业务，一般其终端都具有连接PC适配接口，以便与多种数据应用终端的连接。BTS基站不需要修改硬件设备，仅需进行软件的升级。当引入CS-3,CS-4信道编码时，目前大部分厂家的Abis接口的帧结构要发生变化。BSC为了支持GPRS，需要在BSC增加分组控制单元（PCU）。PCU需要支持BSC至SGSN的Gb接口，由于该接口采用帧中继方式，原有电路型的交换设备无法使用，必须增加新的硬件设施完成与SGSN的连接。同时，PCU还完成信道指配和无线信道管理等工作，包括广播控制信道和功率控制等。

b.对于网络部分。需要新增网络交换设施SGSN和GGSN。－SGSN：与BSS接口，主要完成GPRS的移动性管理、加密和计费等功能；－GGSN：与分组数据网络接口；对于原有网络设施需要进行软件升级并配备一些网络接口连接：－HLR：需要增加GPRS的相关数据，包括用户签约的GPRS业务种类和移动用户所在的SGSN的号码，以及SMS是通过MSC来传送还是GPRS网络来传送；HLR需增加与SGSN、GGSN（可选）等网络实体间的Phase2+的MAP信令接口；－MSC/VLR：当采用MSC与SGSN之间的Gs接口时，需要对于MSC/VLR进行软件升级并配备相应接口，以支持联合位置更新和寻呼；－短消息业务中心：需增加与SGSN的接口，采用现有MAP信令也可实现短消息业务在GPRS中的传送；－计费系统：应能够根据SGSN和GGSN采集的计费信息，建立适合于分组数据业务的计费处理系统；操作维护中心：OMC-R需要增加无线资源管理的相关数据，OMC-S部分增加了SGSN和GGSN两个网络单元，应增加其相应的管理数据和程序。

（2）传输网络传输网络的投资在整体网络建设中占用相当大的比重。由于目前蜂窝网络的业务主要为电路型业务因此主要采用PCM2Mb的线路，随着GPRS骨干网络的不断发展，有选择地采用帧中继、ATM等传输方式以提高传输有效性，适应业务和网络的发展。

（3）无线网络的规划GPRS信道引入干扰的方式与电路型有所不同，这主要是由于该信道是动态方式，时开时关，并且其功率控制机制与电路型不同。对于话音的干扰将会是电路业务和分组业务的叠加，在分组数据业务量较小时，电路与分组之间的动态信道分配，对于网络中话音质量的影响不大。