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河北省南水北調配套工程是指從中線總干渠分水口門至城市自來水廠入口的輸水工程，建設任務是通過總干渠40座分水口門，向48個受水目標提供生活、工業用水，全年引水量為37.69億m3，輸水線路總長961.58km，總投資121.89億元。南水北調輸水工程建設了完善的自動化監控系統，有效地保障了輸水工程的穩定運行。

1南水北調配套工程通信系統

通信系統是整個自動化監控系統的重要組成部分，是連接監控端與信息處理中心的橋梁，是整體監控系統的信息傳輸要件。通信系統設置干渠管理處通信中心和現地監測站通信終端兩層。通信中心負責自動化系統的數據通信業務，向下采集各現地監測站數據信息，采集設備運行狀態、放水流量及用水計劃等。現地監測站通信終端層由各管理所、泵站、分水口、閘閥站等組成，完備的通訊系統可以實現數據、圖像、語音無縫傳輸功能。通信系統中通信中心和現地監測的通信采用了以光纖為主通信通道，無線GPRS為備用通道的雙重通信方式。河北省南水北調配套輸水工程通信系統按傳統方式采用了專網專線的建網模式，以容量大、穩定度高、傳輸距離長的16芯單模光纖作為傳輸介質。但在實際的應用中，考慮到光纖系統雖然速度快，傳輸穩定，但存在著易被破壞的缺點，在光纖布設中也容易出現由于鋪設工藝的不完善導致光纖缺損、光纖布網失敗或數據通道間斷等情況。在河北省南水北調自動化監控系統的建設中，為保證監控系統的正常運行，以建立可靠的通信通道，保證數據傳輸的高可靠性。根據現有通信技術的發展趨勢及應用現狀，在現有光纖通信主通道組網的基礎上，應用中國移動通信公司GPRS無線網絡來作為通信系統的備用通道，對光纖通信系統進行補強建設，進一步確保整個監控系統數據傳輸的無縫采集、實時傳送、準確處理。

2GPRS無線通信通道建設思路

2.1GPRS通信網絡GPRS網絡是中國移動通信公司的第2.75代通信技術，理論速率172.1kbps，目前實測速率150kbps，特別適合遠程監測等行業的通信需求，可以取代光纜通信方式。GPRS無線通信網絡具有以下優勢：（1）建設監測點無需進行拉線、埋線等工作，可隨意分布和移動通信網點。（2）資費便宜，計費合理。傳輸數據才計費，占線不計費。（3）網絡覆蓋較好。通信質量穩定可靠，永不掉線。（4）網絡接入速度快，接入速度僅幾秒鐘，快于電路型數據業務。

2.2系統工作原理河北省南水北調配套輸水工程監測系統建設有南水北調管理處通信通道、現地監測站、控制設備等。管理處通過主光纖通信通道與現地監測站通訊，進行監測數據的傳輸與匯集，同時，建設有GPRS無線通信備用通道系統，做為主光纖通信通道的有效補充。GPRS無線通信系統由通信中心和現地監測站終端兩部分組成。由于GPRS無線通信是基于中國移動通信公司IP地址的數據分組通信網絡，通信中心GPRS無線智能終端配置固定的IP地址，可與對應的現地監測站采用GPRS無線智能終端進行一對一通信。現地監測站設備的數據首先由前置機/數據服務器傳送，經處理、存儲后，經GPRS無線智能終端進行UDP協議或TCP/IP協議封包和無線調制解調，通過GPRS網絡向通信中心發送。通信中心服務器的數據通過串口服務器至GPRS無線智能終端，進行TCP/IP協議封包和無線調制解調，再通過GPRS網絡發送到現地監測站的RTU。現地監測站的GPRS無線智能終端直接連接在網絡通訊管理設備系統上，和光纖通信設備處于同一局域網絡的同一層級，設置光纖網為主通道、GPRS無線網絡通信為備用通道。通信中心和現地監測站一對一的聯網方式，通信中心使用GPRS無線智能終端通過GPRS網絡和對應現地監測站的GPRS無線智能終端進行數據通信。節點統一使用中國移動通信公司固定的GPRS網絡APN，SIM卡綁定固定的IP地址。

2.3系統組成結構

2.3.1組網方式GPRS無線通信通道備用系統由現場監測設備、GPRS智能終端、高增益無線天線、電源系統、安全系統、中國移動APN專用網絡、接收系統、信息處理中心等部分組成。

2.3.2管理處通信中心通信中心使用多個GPRS無線智能終端分別和各個現地監測站的GPRS無線智能終端構成一一對應的聯網關系，建立各自的聯網通道。無線智能傳輸機內嵌中國移動公司的SIM卡，綁定GPRS網絡專用APN子網接入點的中國移動通信公司固定IP地址（地址范圍由當地移動公司網絡運行部分配）和現地監測站的GPRS無線智能終端進行通信。

2.3.3現地監測站（管理所、分水口、各級泵站）現地監測站的GPRS無線智能終端和光纖接口的路由器處于同一局域網絡，設置光纖網為第一通道、GPRS無線網絡為第二通道，在光纖通信通道出現問題的時候，數據傳輸網絡會智能自動切換到GPRS通信通道，保證監測數據的實時傳輸。現地監測站設備通過RS232接口與GPRS無線智能終端自動采集現地監測站自控設備相連，通過內置嵌入式程序對數據進行處理、協議封裝后發送到GPRS網絡。

3系統安全分析

3.1GPRS通信APN網絡現地監測站采集的數據經GPRS無線智能終端對數據進行解碼處理，轉換成在GPRS網絡數據傳送的格式，向中國移動發出GPRS登錄請求，根據請求中的APN，SGSN向DNS服務器發出查詢請求，找到與專用數據平臺連接的GGSN，并將請求通過GTP隧道封裝送給GGSN，GGSN將認證信息（包括手機號碼、用戶賬號、密碼等）通過專線送至Radius進行認證，Radius認證通過后，由Radius向GGSN發送確認信息，監測站得到相對應的IP地址，就可以攜帶數據包，對GPRS專網系統平臺進行訪問并傳輸數據。

3.2GPRS無線智能終端GPRS無線智能終端基于中國移動GPRS無線網絡，具有高性能、高可靠及抗干擾能力強等特點，提供標準RS232接口可直接與計算機、智能儀表、數據采集設備等連接，滿足通信中心與現地監測站之間的數據采集和控制。GPRS無線智能終端用的RS232/RS485串口設備的串口通信，轉換為GPRS無線網絡通信的雙向轉換傳輸設備。GPRS無線智能終端內嵌CDT、T634、T645等通信規約，采用透明傳輸的方式，不用知道復雜的GPRS通訊原理和TCP/IP、UDP協議，不用更改程序即可實現原有串口設備的無線網絡連接，可用于長距離通信或控制。能快速實現串口設備的遙控功能，直接連接串口設備使得串口設備立即具備遙控功能。GPRS無線智能終端集成GPRSMODEM傳輸功能和TCP/IP網絡于一體的新型無線移動通信網絡設備，采用32位低功耗單片機，ARM級芯片、西門子MC39i芯片，16M緩存。軟件上采用完整的嵌入式OS及TCP/IP協議包，支持遠程維護，具有遠程配置、遠程升級和重啟動的功能。

3.3安全性分析通信網絡傳送的是自動化信息、調度指揮指令、繼電保護與安全自動裝置控制信息等重要數據，是南水北調工程自動化系統穩定運行的神經網絡，安全性是網絡通信的首要要求。GPRS無線網絡通信只是通信方式的改變，對上層應用軟件系統幾乎沒有任何影響。GPRS的物理鏈路數據本身已經采用了加密傳送，同時還時利用APN虛擬子網的GRE專用通道進行加密傳輸，所有數據均與Internet物理隔離，大大增強了通信傳輸的安全性。

4結語

基于GPRS網絡的無線通信方式具有較高的綜合性能價格比，易于網絡采集點的擴展，可實現集中網絡管理，幾乎不受到現地監測站點規模的限制，可以在中國移動的全網覆蓋范圍內使用。南水北調工程自動化系統通信環節設置光纖網為第一通道、GPRS無線網絡為備用通道，在光纖出現問題的時候，通信網絡可自動切換到GPRS通道進行通信，建立一條在通信中心和現地監測站的可靠無線通信通道，進行無縫切換，保障自動化監控系統的通信傳輸暢通。

作者：劉長征 耿海菊 武中強 房學英 劉俊鈺 黃歡 單位：河北省滄州市水利科學研究所 河北海河工程技術有限公司 河北省通信建設有限公司