基于GPRS&CDMA网络的环保监控系统

   　 引言

    　环境监测部门作为国家环境保护系统的技术部门，是环境管理工作的重要基础。随着市民环境意识的增强，越来越多的人开始关心所处环境质量的好坏，要求环境保护工作透明化；上级主管部门也需要数量大、种类多、更新快的信息。所有这一切，给环境监测部门提出了一个引起重视的问题：如何建立起实用性强、覆盖面广、灵活性好的环保数据采集系统，满足各方面对环境监测信息的需求？GPRS/CDMA/EDGE无线网络的快速发展为环境监测提供了很好的解决方案。

GPRS/CDMA/EDGE无线网络简介

GPRS简介

   　GPRS(General Packet Radio Service：通用无线分组业务)，其实质上是作为第二代移动通信技术GSM向第三代移动通信(3G)的过渡的中间技术，最早由英国BT Cellnet公司早在1993年提出的，是GSM Phase2+ (1997年)规范实现的内容之一，其从根本上说是仍是基于GSM的移动分组数据业务，面向用户提供移动分组的IP或者X.25连接。

  　  GPRS是在现有的GSM网络基础上叠加的一个新的网络，同时在网络设备上增加一些硬件设备，并对原软件升级，形成了一个新的网络逻辑实体。GPRS能给用户提供端到端的、广域的无线IP连接。通俗地讲，GPRS是一项无线高速数据传输技术，它以分组交换技术为基础，用户通过GPRS可以在移动状态下使用各种高速数据业务，包括收发E-mail、进行Internet浏览、即时聊天等。

CDMA简介

　　CDMA(Code Division Multiple Access：码分多址)，它是在扩频通信技术上发展起来的一种新的无线通信技术。CDMA技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现数据传输。

　　CDMA技术的标准化经历了几个阶段。IS95是CDMAONE系列标准中最先发布的标准，真正在全球得到广泛应用的第一个CDMA标准是IS95A，这一标准支持8K编码话音服务。在ITU向各国征求第三代移动通信无线候选技术时，IS95由于刚取得商用成功，美国TR45标准委员会没有将很多精力放在第三代标准的研究上，而是正在努力完成IS95B的标准。

　　在ITU的要求下，在当年提出了CDMA2000的第三代标准，即CDMA2000 1X和3X(1X代表其载波一倍于IS95A的带宽，3X代表其载波三倍于IS95A的带宽)，3X又分为下行直接扩谱和三载波两种方式，后来直接扩谱CDMA2000部分与WCDMA进行了融合，所以实际上目前的CDMA2000就只包括CDMA2000 1X和三载波方式3X。

　　CDMA 1X是指CDMA 2000的第一阶段(速率高于IS95，低于2Mbit/s)，可支持308kbit/s的数据传输、网络部份引入分组交换，支持移动IP业务。是在现有CDMA IS95系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为CDMA用户提供分组IP形式的数据业务。

　　GPRS系统使用现有的GSM无线网络。GPRS和GSM共用相同的基站和频谱资源，只是在现有的GSM网络基础上增加了一些硬件设备和软件升级。因此，实现GSM升级至GPRS非常容易，且中国移动借助原GSM网络，所以GPRS覆盖非常广。目前中国移动GPRS网络已覆盖全国所有省、直辖市、自治区，网络遍及240多个城市。

    CDMA基于扩频技术，占用的是全新的800M频段（GSM占用的是900M频段），所以不能在原GSM设备上直接升级。目前，中国联通通过二期工程建设，对CDMA网络进行了网络优化和提升，网络从IS95升级为CDMA1X网络；同时建成覆盖全国31个省(自治区、直辖市)的无线数据网。

EDGE简介

    　 EDGE的英文全称为Enhanced Data rate for GSM Evolution，中文含义为改进数据率GSM服务。该技术主要在于能够使用宽带服务，能够让使用800、900、1800、1900MHz频段的网络提供第三代移动通信网络的部分功能，并且能大大改进目前在GSM和TDMA/136上提供的标准化服务。该技术可以提供384kbps的广域数据通信服务和大约2Mbps的局域数据通信服务，这样可以充分满足未来无线多媒体应用的带宽需求。

    　 EDGE的概念是Ericsson公司于1997年第一次向ETSI提出的，同年，ETSI批准了EDGE的可行性研究，这对以后EDGE的发展铺平了道路。尽管EDGE仍然使用了GSM载波带宽和时隙结构，但它也能够用于其他的蜂窝通信系统。EDGE可以被视为一个提供高比特率、并且因此促进蜂窝移动系统向第三代功能演进的、有效的通用无线接口技术。在此基础上，统一无线通信论坛（UWCC）评估了用于TDMA/136的EDGE技术，并且于1998年1月批准了该技术。

    　 EDGE提供了一个从GPRS到第三代移动通信的过渡性方案，从而使现有的网络运营商可以最大限度地利用现有的无线网络设备，在第三代移动网络商业化之前提前为用户提供个人多媒体通信业务。由于EDGE是一种介于现有的第二代移动网络与第三代移动网络之间的过渡技术，因此也有人称它为“二代半”技术。EDGE同样充分利用了现有的GSM资源，保护了对GSM作出的投资，目前已有的大部分设备都可以继续在EDGE中使用。

EDGE能提供三组业务：

EGPRS业务：最大速率≥384kbps 48kbps/BP；

T-ECSD业务：透明增强型电路交换业务，最高速率≥32kpbs/Bp；

NT-ECSD：非透明增强型电路交换业务，最高速率≥28.8kbps。

基于无线网络环境保护监控系统介绍

        在环保系统中，常常需要对众多的污染排放点进行实时监测，大部分监测数据需要实时发送到管理中心的后端服务器进行处理。由于监测点分散，分布范围广，而且大多设置在环境较恶劣的地区，通过电话线传送数据往往事倍功半，通过GPRS/CDMA/EDGE无线网络进行数据传输，成为环保部门选择的通信手段之一。污染源监测设备可将采集到的污染数据和告警信息通过GPRS/CDMA/EDGE无线网络同时发送到多个环保监测部门，实现对排污单位或个人的及时管理，可以大大提高环保部门的工作效率。

系统组成部分

     无线网络环境保护监控系统主要由三大部分组成：环保监控终端系统、无线数据传输网络平台、环保监控管理中心系统。

     环保监控终端系统：由各种水质污染监测仪、大气污染监测仪、噪声污染监测仪及无线传输终端设备等组成。

     无线数据传输网络平台：目前国内的无线公网，如GPRS、CDMA1X或者EDGE网络平台。

     环保监控管理中心系统： 网络通讯服务器、实时数据库服务器及用户控制操作界面等。

物理连接结构

         环保监测终端设备通过RS232/RS485/RS422/TTL或以太网接口与无线传输终端进行物理连接。

    　 环保监控管理中心通过ISP（Internet服务提供商）专线/光纤/无线等方式接入到IP网络。

工作原理

数据主动上报方式

        环保监测终端系统将实时采集到的水、大气、噪声等信息通过物理接口进入到无线传输终端，无线传输终端将监测信息封装成TCP/IP包，并发送到指定的多个环保监控管理中心IP地址上，环保监控管理中心收到监测信息后，存入数据库并在软件界面上实时显示监测站点情况；

中心问答方式

        环保监控管理中心通过用户应用软件对在线环保监测终端设备下发采集数据命令进行数据的收集与环保监测终端设备控制等，对超标和恶意排放可以进行远程控制。

        数据主动上报方式与中心问答方式在应用中可以并存，为整个系统实现了遥测，遥信、遥控等功能。

系统优势

        投资小、组网方便快捷、多个环保监测部门可以同时对监测站点进行监控、数据实时性好、系统维护简单等。

应用领域

         工业“三废”的排放控制、污水处理厂的监督与管理、城市生活环境污染控制、近岸海洋污染控制等。

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