GPRS技术在无线发射台监控系统中的应用分析

摘 要:介绍了利用GPRS技术实现边远地区广播电视发射台远程智能监控的系统中实时传输监控数据和视频图像的运用,简要说明了GPRS技术特点、主要技术方案、优缺点等。

关键词:广播电视发射台;远程监控;实时传输;GPRS

中图分类号:TN014文献标识码:A文章编号:16723198(2009)21027602

1 引言

广西广播电视信息网络股份有限公司按照“有人留守,无人值班”的设计思路开发、建立了一套无线发射台监控管理系统,创新了无线发射台站的技术新体系和管理新模式。系统利用了广西广播电视SDH传输干线内部构建的IP专网,以计算机管理系统为核心,以“工业以太网”技术、自动化控制技术、信息工程技术为基础,采用“集散控制”设计理念、分布式的监控结构、B/S与C/S相结合的框架结构,以及区(省)中心、县分中心、发射台三级管理的模式,实现对各发射机及其配套设备的运行参数、运行状况,以及机房环境、安全防范等进行全方位的远程异地实时监控和有效管理,实现多台站“有人留守,无人值班”要求。

在监控系统管理的16个发射台站中,有12个台站已通光缆,通过内部的IP专网实时传送数据和视频图像。但还有4个台站地处边远山区,架设光缆线路成本过大,也无法通电话,要实现对这些台站的远程监控管理,必须借助其他无线的方式。经过比较分析,选择了中国移动的GPRS系统作为不具备宽带条件的发射台站的数据通信平台。当前,中国移动的GPRS数据业务,能够提供广域的无线IP连接,覆盖范围广,已成为成熟、稳定、可靠的通信网络。不通光缆的这4个台站采用GPRS技术实现监控数据和视频图像的实时传输,可充分利用中国移动的现有网络,缩短建设周期,降低建设成本的优点,而且设备安装方便、维护简单。

2 GPRS技术介绍

GPRS(General packet Radio Service),通用无线分组业务)作为第二代移动通信技术GSM向第三代移动通信(3G)的过渡技术,是由英国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,是一种基于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,包括数据传输,视频传输等,从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输,也适用于偶尔的大数据量传输。GPRS理论带宽可达171.2Kb/s,实际应用带宽大约在10-70Kb/s,在此信道上提供TCP/IP连接,可以用于Internet连接、数据传输等应用。使用GPRS技术实现数据分组发送和接收,用户永远在线且按流量计费,迅速降低了服务成本。

GPRS网络覆盖范围广,扩容无限制,接入地点无限制,能满足山区、乡镇和跨地区的无线接入需求。

3 GPRS技术在无线发射台监控系统中的应用

无线发射台数据经由中国移动GPRS到广播电视发射台监控系统的流转模式如图1所示:

与通光缆台站的数据流程不同,在不通光缆的无线台站内所有数据经过台站内的ARM9管理器打包、压缩通过无线路由器传到中国移动的核心基站。在中国移动基站与公司监控中心服务器之间建立了一条GPRS的数据专线(也可以通过公网来实现数据的传输的,但在数据的时效性、安全性等方面稍差),经由该专线到公司监控中心服务器,在服务器上进行解析,拆分为所需要的数据,而公司监控中心与分中心之间则是通过公司内网(基于广西广电SDH干线网搭建的MSTP数据交换平台)由各自服务器上的服务来进行通信和关联的。

台站与公司监控中心之间建立一条数据传输的TCP/IP链接,将自己检测到的实时数据或历史数据传送到公司监控中心服务器,中心也可以通过此TCP/IP链接发送命令修改从台站上各个监控设备的值,以达到对现场设备进行控制等作用。

对于GPRS网络、TCP/IP链接在数据通讯过程中出现的TCP/IP链接中断,通讯超时,网络连接中断等异常情况,ARM9管理器通过每秒自动发送的“心跳数据”来判断是否断线,如果发出数据包没有返回,ARM9管理器就判断为连接中断,要求无线路由器进行重起及重新拨号等动作以便恢复正常通讯状况。

在不通光缆台站内采取的监控设备组成结构如图2所示:每个设备的监控终端都有一个独立的IP地址,所有监控设备采集到的监控数据通过网线传到ARM9管理器,由ARM9管理器将所有监控数据压缩打包再根据无线视频服务器设置好的参数(IP及端口等)通过无线路由器实时发送到公司监控中心服务器。在GPRS路由器中,需要放置一张中国移动的手机卡,通过手机卡自动拨号上网。

当需要监看发射台机房的实时图像时,监控系统下达开始监控视频的命令,视频才会上传,以节省带宽资源。因为,视频图像平时没有必要实时传送的,除非有异态报警或者通过监控平台主动下达监控命令才会回传视频图像。在产生异态(红外报警、烟感报警等)发生报警的情况下,会联动摄像头自动录像2分钟(可设定),然后将录像2分钟左右的视频回传给分中心服务器,需要时可随时调看。

没有通光缆的台站内各种设备监控框图如图3所示:

如图3所示,发射台设备监控数据压缩打包后的实时上传的数据量只有1K左右,因为考虑数据量问题在台站也只安装使用了一台摄像机,视频监控采用以高性能的DSP为核心,集视频采集、数字压缩、网络服务于一体的视频服务器,完成MPGE4视频流的传输工作,实时的上传视频数据量也只有300K左右.经过多次测试,发现中国移动的GPRS网络在台站覆盖的带宽峰值速率可达115.2kbit/s,基本可满足台站内的监控数据和视频图像的传输。

4 结论

4.1 优点

(1)GPRS无线数据传输速度高。GPRS的传输速度已达115Kbps(此速度是常用56kodem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)传输距离远,覆盖范围广。只要有GPRS信号(满足GPRS无线传输业务的信号强度要求)覆盖的地方就可以发送和接收。

(3)保密性强。身份认证和加密功能由SGSN来执行。其中的密码设置程序的算法、密钥和标准虽然与GSM中的一样,但GPRS使用的密码算法是专为分组数据传输所优化过的,安全性更高。

(4)硬件建设相对简单,一次性投资少。采用GPRS无线通讯方式,用户只需购置一块GPRS通讯模块和一张中国移动SIM卡及申请相应的服务即可。这些投资与整个监控系统的投资比较可以忽略不计。

(5)运营费用低。GPRS无线传输媒介的维护工作由移动通讯供应商完成,用户只需要按流量来计费,每个台站采用包年方式,每年每台站只需1300多元的流量通讯费用。

(6)GPRS的应用无需考虑特别的防雷措施。GPRS的天线较短,信号强的地方放置在室内即可;信号稍差的台站架设在室外低矮处无需高架,基本可以不用考虑防雷问题。

4.2 缺点

对营运商的依赖型很强,只要营运商出现故障,无线传输媒介中断,台站的整个监控链路就会瘫痪;对于部分GPRS信号覆盖稍差的台站,安装调试的工作量较大;手机卡易受环境潮湿等因素影响而接触不良或损坏,要加强维护。