随着无线通讯技术的进步，现有的GSM/GPRS移动通信网络以及第三代移动通信网络都可提供移动分组数据业务，支持移动用户和远程终端利用分组数据移动终端接入Internet或其它分组数据网络的需求。所以我们提出了电力系统的GPRS无线通讯方案。让我们针对目前电力系统的通讯方式做个对比：
电力系统数据传输的现状
电力载波通讯，电力载波利用电力交流电源线作为通讯线路，可以省去投资巨大铺线工程，但是，电力线路是用来传输电能的，不是用来传输数据的，对传输数据有许多限制：
三相电力线间有很大的信号损失，一般在10db－30db；不同信号耦合方式对电力载波损失不同；电力线路本身存在固有的脉冲干扰；电力线路存在着高衰减、高噪音、高变形；电力载波通讯速率不高。
光纤通讯，光纤通讯即以光纤为介质通过光导纤维传输光脉冲的通讯方式，其通讯速率高，传输容量大，传输距离长，不受电磁干扰，传输质量高等特点成为当前最好的通讯方式。但不是所有地方都适合实施光纤通讯：
在山区多的地方光纤通讯投入巨大，材料费用高，铺设难度大；光纤通讯线路的保护和维护也很不容易；光纤通讯网络的拓展性不强。
一．.GPRS无线通讯的优势
1．资源利用率高
GPRS引入了分组交换的传输模式，使得原来采用电路交换模式的GSM传输数据方式发生了根本性的变化，这在无线资源稀缺的情况下显得尤为重要。按电路交换模式来说，在整个连接期内，用户无论是否传送数据都将独自占有无线信道。而对于分组交换模式，用户只有在发送或接收数据期间才占用资源，这意味着多个用户可高效率地共享同一无线信道，从而提高了资源的利用率。GPRS用户的计费以通信的数据量为主要依据，体现了”得到多少、支付多少”的原则。实际上，GPRS用户的连接时间可能长达数小时，却只需支付相对低廉的连接费用。
2．传输速率高
GPRS可提供高达115kbit/s的传输速率（最高值为171.2kbit/s，不包括FEC）。这意味着通过便携式电脑，GPRS用户能和ISDN用户一样快速地上网浏览，同时也使一些对传输速率敏感的移动多媒体应用成为可能。
3．接入时间短
分组交换接入时间缩短为少于1秒，能提供快速即时的连接，可大幅度提高一些事务（如信用卡核对、远程监控等）的效率，并可使已有的Internet应用（如E-mail、网页浏览等）操作更加便捷、流畅。
4．支持IP协议和X.25协议
GPRS支持因特网上应用最广泛的IP协议和X.25协议。而且由于GSM网络覆盖面广，使得GPRS能提供Internet和其它分组网络的全球性无线接入。
5．适合变电站无线通讯
由于移动通信网络覆盖范围大，区域广，利用此商用移动通信网络可建立虚拟企业专用数据网络，实现远程终端与电力调度中心的GPRS无线通讯。将山区地方的变电站数据传输到调度中心。GPRS无线通讯的稳定性、安全性、实时性、开放性都很好，其扩展能力和经济性比传统通讯方式更具优势。
二． GPRS无线通讯采用先进的通讯技术：
1.GPRS网络
GPRS通用分组无线业务（General Packet Radio Service）是一种新的GSM（Global System for Mobile Communication,全球移动通讯系统）数据业务，它可以给移动用户和远程终端提供无线分组数据接入服务。
GPRS支持基于标准数据通信协议的应用，主要是在移动用户和远端的数据网络，如支持TCP／IP、X.25等网络之间提供一种连接，从而给移动用户和远程终端提供高速无线IP和无线X.25业务。
GPRS网络是基于现有的GSM网络来实现的。在现有的GSM网络中需要增加SGSN服务（Serving GSN，GPRS服务支持节点）和GGSN网关（Gateway GPRS Supporting Node， GPRS支持节点网关）。
SGSN是GPRS骨干网与无线接入网之间的接口，它的主要作用是记录MS（Mobile Station，移动台）的当前位置信息，并且在MS和GGSN之间完成移动分组数据的发送和接收，将分组交换到正确的BSS（Base Station System，基站系统）。其任务包括提供对MS的加密、认证、会话 （session）管理、移动性管理和逻辑链路管理。它也提供到HLR（Home Location Register，注册地理信息注册器）等数据库的连接。
GGSN主要是起网关作用，它可以和多种不同的数据网络连接，如ISDN、PSPDN和LAN等。GGSN可以把GSM网中的GPRS分组数据包进行协议转换，从而可以把这些分组数据包传送到远端的TCP／IP或X.25网络。
GPRS特点
GPRS采用分组交换技术，高效传输高速或低速数据和信令，优化了对网络资源和无线资源的利用。GPRS无线信道分配方式十分灵活：每个TDMA帧可分配1到8个无线接口时隙。时隙能为活动用户所共享，且向上链路和向下链路的分配是独立的。支持中、高速率数据传输，可提供9.05 ---171.2kbit/s的数据传输速率(每用户)。GPRS采用了与GSM不同的信道编码方案，定义了CS-1、CS-2、CS-3和CS-4四种编码方案。GPRS的设计使得它既能支持间歇的爆发式数据传输，又能支持偶尔的大量数据的传输。它支持四种不同的QoS级别。GPRS能在0.5 ---1秒之内恢复数据的重新传输。GPRS的安全功能同现有的GSM安全功能一样。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、密钥和标准与目前GSM中的一样，不过GPRS使用的密码算法是专为分组数据传输所优化过的。GPRS移动设备(ME)可通过SIM访问GPRS业务，不管这个SIM是否具备GPRS功能。
用户数据在MS和外部数据网络之间透明地传输，它使用的方法是封装和隧道技术，数据包用特定的GPRS协议信息打包并在MS和GGSN之间传输。这种透明的传输方法缩减了GPRS PLMN（Public Land Mobile Network，公共陆地移动网络）对外部数据协议解释的需求，而且易于在将来引入新的互通协议。用户数据能够压缩，并有重传协议保护，因此数据传输高效且可靠。
GPRS可以实现基于数据流量、业务类型及服务质量等级(QoS)的计费功能，计费方式更加合理，用户使用更加方便。
GPRS的核心网络层采用IP技术，底层款可使用多种传输技术，很方便地实现与高速发展的IP网无缝连接。
2.TCP/IP协议
TCP/IP协议（Transfer Control Protocol/Internet Protocol），叫做传输控制/网际协议，又叫网络通讯协议，这个协议是Internet国际互联网络的基础，也是无线网络中使用的基本的通信协议。
TCP/IP协议数据的传输基于TCP/IP协议的四层结构：应用层、传输层、网络层、接口层，数据在传输时每通过一层就要在数据上加个包头，其中的数据供接收端同一层协议使用，而在接收端，每经过一层要把用过的包头去掉，这样来保证传输数据的格式完全一致。
TCP协议保证数据的准确传输
TCP/IP协议的基本传输单位是数据包(data gram),TCP协议负责把数据分成若干个数据包，并给每个数据包加上包头，包头上有相应的编号，以保证在数据接收端能将数据还原为原来的格式。如果传输过程中出现数据丢失、数据失真等情况，TCP协议会自动要求数据重新传输，并重新组包。以保证数据的准确传输。
IP协议保证数据的正确传输
IP协议负责在每个包头上再加上接收端主机地址，这样在一点对多点和多点对多点的系统，数据才能找到自己要去的地方，以保证数据的正确传输。调度端也就是通过IP地址来区分不同的终端信息。
三. 电力系统GPRS无线通讯系统方案
1.远程终端
RTU（Remote Terminal Unit，远动终端）以R232方式发送DCE数据给GPRS传输模块，GPRS传输模块将DCE数据转换为TCP/IP数据后通过无线接入网络发送给最近的BSS（Basic Station System，移动基站）。
GPRS传输模块，是基于移动通讯网络技术的GPRS传输设备，以APN方式接入GPRS网络。从GPRS传输模块到ARS整个系统组成专用虚拟网络。
GPRS传输模块功能：
支持双频GSM/GPRS 900/1800M；符合ETSI GSM Phase 2+和1TU-T标准；数据终端永远在线；实时时钟；透明数据传输与协议转换；支持虚拟数据专用网；支持点对点、点对多点、中心对多点对等数据传输；STK卡特殊功能配置；支持RS-232/422/485或以太网接口；支持A5/1&A5/5加密算法；系统配置和维护接口；支持空中软件升级和远程维护(选项)；自诊断与告警输出；防潮、防雷设计；
GPRS传输模块特点：
透明数据传输：直接提供RS-232/422/485接口，为用户的数据设备提供透明传输通道；
无需后台计算机支持：普通GPRS 传输模块通常需要附着在PC机上虚拟拨号上网，利用PC机的资源进行数据收发和协议转换，模块内置自动网络连接和协议处理模块，无需后台计算机支持；
点对点、点对多点、对等、实时数据传输；以实现点～点、点～多点、中心～多点的对等数据传输，传输时延一般小于1秒；
永远在线：一开机就能自动附着到GPRS网络上，并与您的数据中心建立通信链路，随时收发用户数据设备的数据；
按流量计费：一直在线，按照接收和发送数据包的数量来收取费用，没有数据流量的传递时，不收费用；
高速传输：GPRS理论带宽可达171.2Kbit/s，速率的高低取决于移动运营商的网络设置根据中国移动的网络情况，目前实际应用带宽大约在40~100Kbit/s的稳定数据传输；
组网简单、迅速、灵活：移动数据通信系统可以不依赖于运营商交换中心的数据接口设备，通过Internet网络随时随地的构建覆盖全中国的虚拟移动数据通信专用网络。
2.GPRS网络
GPRS网络通过SGSN与各个BSS基站进行帧中断连接，SGSN与GGSN设备之间通过基于TCP/IP的GTP（GPRS Tunneling Protocol，GPRS隧道协议）协议连接。GGSN通过GRE（Generic Routing Encapsulation，通用路由封装）协议与移动中心路由器连接。
GGSN可以由具有NAT（Network Address Translation，网络地址翻译）功能的路由器承担内部IP地址与外部网络IP地址的转换， MS（Mobile Station，移动台）可以访问GPRS内部的网络，也可以通过 APN（Access Point Name，外部网络接入点名名称）访问外部的PDN（Packet Data Network，分组数据网络）／Internet网络。
在标识GPRS设备中，传输模块的标识除了在GSM中使用的IMSI、MSISDN等号码外，还需要分配IP地址。网元设备SGSN、GGSN的标识即有7号信令地址，又有数据GSN的IP地址，GSN（SGSN或GGSN）之间的通信采用IP地址，而GSN与MSC（Mobile Switching Center，移动数据交换中心）、HLR（Home Location Register，注册地理信息注册器）等实体的通信采用 7号信令地址。在GPRS系统中，有两个重要的数据库记录信息。一是用户移动性管理上下文，用于管理移动用户的位置信息，另一是用户的PDP上下文（分组数据协议上下文），用于管理从移动用户到网关GGSN及到ISP（Internet服务提供商）之间的数据路由信息。当MS访问GPRS内部网络或外部PDN／Internet网络时，远程终端和MS向SGSN发激活PDP上下文请求消息。远程终端和MS可以与运营商签约选择固定服务的GGSN，或根据APN选择规则，由SGSN选择服务的GGSN，SGSN再向GGSN发建立PDP上下文请求消息。GGSN分配远程终端和MS一个IP地址（静态或动态、公用或私有），在建立PDP上下文过程中，需要对用户的身份，需要的服务质量进行鉴权和论证，在成功地建立和激活PDP上下文后， MS、SGSN和GGSN都存储了用户的PDP上下文信息。有了用户的位置信息和数据的路由信息，MS就可以访问该网络的资源。
3.调度中心
移动中心路由器与电力调度中心通过DDN（Digital Data Network，数字数据网）专线连接到电力路由器，为了网络安全，最好在数据进入电力局域网之前加上防火墙。电力路由器通过GRE协议与ARS连接。
DDN数据数字网就是利用数字信道来传输数据信号的数字传输网络。DDN专线接入，向用户提供的是永久性的数字连接，沿途不进行复杂的软件处理，因此延时较短，避免了传统的分组网中传输协议复杂、传输时延长且不固定的缺点。
DDN为用户提供全透明的端到端传输，具有实时性好、延迟低、数据保真度高、可靠等特点。用户以一条专线接入DDN,可以同时与多个点建立帧中继电路(PVC) 。帧中继业务特别适合局域网(LAN)互联。用于自己有网络管理权限，对其所属的线路及端口进行管理。
通用路由封装GRE是移动IP采用的最后一种隧道技术。规定了怎样用一种网络层协议去封装另一种网络层协议的方法。GRE的隧道由两端的源IP地址和目的IP地址来定义，它允许用户使用IP封装IP、IPX、AppleTalk，并支持全部的路由协议，如RIP、OSPF、IGRP、EIGRP。通过GRE，用户可以利用公用IP网络连接IPX网络和AppleTalk网络，还可以使用保留地址进行网络互联，或对公网隐藏企业网的IP地址。
GRE的包头包含了协议类型（用于标明乘客协议的类型）；校验和包括了GRE的包头和完整的乘客协议与数据；密钥（用于接收端验证接收的数据）；序列号（用于接收端数据包的排序和差错控制）和路由信息（用于本数据包的路由）。
GRE只提供了数据包的封装，它没有防止网络侦听和攻击的加密功能。所以在实际环境中它常和Ipsec（IP安全）一起使用，由IPsec为用户数据的加密，给用户提供更好的安全服务。
数据传输到调度系统后将由全能路由服务器ARS（Almighty Router Sever，全能路由服务器）对接收的数据进行还原处理，ARS作为无线透明传输的最后端口，可通过动态链接库（DLL）对主站数据库和应用程序提供灵活的接口，可以通过SOCKET（套接字）连接，提供标准的网络层接口，方便数据库通过网络访问ARS。全能路由服务器提供各种硬件软件接口与调度系统连接。
四. GPRS无线通讯系统性能
1.数据传输的效率
无线智能传控系统采用TCP协议传输数据，TCP是面向连接的协议，正确率可达99.9％，采用UDP协议正确率在85％左右。
2.数据传输的实时性
不同的数据包长度，传输的时延不同，根据目前移动GPRS网络状况，一个包长为200字节及以下的数据包需要传送大约2秒钟，200到1000字节长的数据包大约要3至5秒钟。
数据的发送端走移动的空中信道资源，数据的接收端则走专线方式，这种方式下表现的结果非常稳定和可靠，时延非常小（1－3S），完全可以满足电力系统的需要。
3.数据传输的稳定性
无线智能传控系统的GPRS模块的元器件采用世界著名厂商的成熟工业级产品，接收灵敏度高达-102dBm，发射功率高达33 dBm。
系统采用了功能强大的CPU和充足的存储空间，内置操作系统，分别为发送和接收提供不同的进程，保证了数据传输的稳定。
系统具有自动检测网络连接状况，设备自恢复、自诊断功能。
4.数据传输的安全性
除了GPRS网络和无线数据网络本身的安全保障外，系统还增加了以下安全措施：
首先给每一个通讯数据包都加上了系统特有的包头和包尾，可以有效地避免数据被监测和破解。
其次，GPRS网络接入采用专用APN连接，只有专用帐户才能登录。这样从终端到ARS的整个网络层形成用户的虚拟专用网络，和公网隔离，不会受到INTERNET的各种攻击，可以大大提高数据传输的安全性。
5.系统的经济性
系统采用公网APN(CMNET)，是免费的，接入INTERNET，组网方式灵活，但安全性低，适合做测试时使用。采用专用APN的话，成本要高一些，具体的情况得看地方政策。
另外从GGSN到ARS之间有多种连接方式，如ISDN、ADSL、DDN等专线连接，工程费用也可灵活控制。
电力系统端到移动交换中心采用专用数据专线DDN比ADSL费用高，这种接入方式安全、可靠、数据时延小。
五. GPRS无线通讯方式的发展
作为先进的通讯技术，GPRS无线通讯网络在电力系统通讯中的应用有其特性的优势也有行业要求的不足。
GPRS能够很好的解决电力系统变电站分布零散造成的通讯线路铺设投资大，维护困难的弊端，但是目前的GPRS技术对电力系统数据传输的实时性、安全性还有不足。
相信随着通讯技术的不断进步，GPRS将会成为为电力系统最简便、高效、可靠的通讯方式。
