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摘要：本文提供了一种基于GPRS网络的加油站数据采集系统设计原理和实现方案，简要介绍了GPRS技术的基本知识，描述了GPRS无线传输应用于中石化加油站数据采集系统的实现方法。通过实际应用，获得了理想的效果.
关键词：GPRS；DTU；Internet；加油站；
第一部分 需求分析
近年来，随着我国国民经济的快速发展、交通基础设施的不断改善和机动车保有量的快速增加，加油站已成为民众生活中不可或缺的一部分。50年代全国加油站总量只有70座左右；60年代末不到200座左右；70年代末发展到600座左右；1985年全国加油站大约有3600多座；1990年底为5000多座；1993年猛增到38000座左右；1996底达到42600座。到2000年底，全国加油站总数达到8万多座。面对这一组数据如何对遍布全国角落的加油站进行科学管理是石化企业所面临的一个难道.
在我国，加油站已经是由少到多、由分散经营到规模经营、由单一经济成分向多种经济成分、由经验型管理向专业化管理、由单品种经营向多种经营转化的发展过程。
石油、石化两大集团在国内南北地区形成各自的加油站分销网络后，开始相互渗透，双方在竞争中加强联合，相互促进，共同提高。近年来，国外跨国石油公司通过各种途径进入国内成品油零售市场，与各地方、中国石油合资经营的加油站相继在国内亮相。目前世界几大石油公司在国内都有加油站，而这些公司在成品油分销业务上先进的管理方式和技术都是值得其它石油公司学习的。
随着我国经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，对成品油的需求迅速增长。中国成品油零售市场对外开放已近两年。审视国内成品油市场环境，一个微妙的变化日益清晰，那就是作为成品油销售最前端的加油站被推到了市场最前沿。作为石油工业链条中的重要一环，加油站行业同样维系着国民经济命脉。如何在市场日益开放的大环境下守住或争夺这块阵地，无疑是要有专业的先进管理水平和快速的优质服务。
原有加油站信息系统地面网络建设较早，设备性能低、线路速度低、时延长，已很难满足各子站各种安全数据，库存数据等资料传输的要求，很难满足进行数据综合传输的需求；卫星网覆盖面小、速度低，且加油站之间无法直接通信，限制了网络功能。因此，构建一个更完善、更快捷、更 安全的广域网络平台迫在眉睫。全省广域网不仅要在速度、容量上完全满足需求；而且需要将原本松散的网络从规格、管理软件、安全防护等方面进行整合和统一。并且还需要具有可扩展性，未来可以方便地进行升级。而以上的这些不足都可以通过GPRS无线网络来实现。
第二部分 GPRS网络简介
GPRS是目前解决移动通信信息服务的一种较完美的业务，它是以数据流量计费、或大数据的包月包年计费。覆盖范围广泛、数据传输速度更快。GPRS的推出，为行业和企业用户开展无线数据传输提供了基础设施平台，为推动移动办公的应用和发展创造了有利条件。与有线网络相比，GPRS网络具有租用费用低、移动办公，不受地域制约等优点。GPRS的出现为企业和行业用户开展无线办公提供了一种新的选择。
GPRS通信方式更适合于加油站数据采集业务，目前加油站控制中心与各加油点大部分采用有线交互传输，甚至有些偏远加油站要有线网络接入成了不可能。月租费太高，用电话线传送数据按时间计费，带来诸多不便，费用也不便宜。、
GPRS网络优点
1、覆盖范围。构建加油站信息采集传输系统要求数据通信覆盖范围广，扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。由于加油站数量众多，分布在全省范围内，部分加油站位于偏僻地区，而且地理位置分散。另外，还必须考虑今后系统扩充的可能，必须具有良好的可扩展性。由于目前GPRS已覆盖省内绝大部分地区，能够满足加油站数据传输系统对覆盖范围的要求。
2、数据传输速率高。目前GPRS实际数据传输速率在40Kbps左右，完全能满足加油站数据传输速率的需求。
3、系统的传输容量大。省石化控制中心要和每一个加油站实现实时连接。由于加油站数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要。
4、通信费用控制灵活。采用传统的有线方式建立加油站数据传输系统，必须租用专线或电话线进行连接。由于加油站必须与中心随时保持连线状态，而每次数据发送的数据量很小，线路资源利用率很低，平均每一个加油站每月的线路费用为800～1200元。而如果采用GPRS通信方式，由于GPRS采用按数据流量计费的方式，资源利用率高，月通信费用将在200元之内，如果数据量很大的情况下也可按包月或包年计费。
5、良好的实时响应与处理能力。与短消息服务比较，由于GPRS具有实时在线特性，系统无时延，可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。
第三部分 厦门才茂公司及产品特点介绍
厦门才茂通信科技有限公司是厦门市一家专注高新科技领域的企业，公司成立之初定位于2G/3G/4G以及未来更高数据通信平台行业数据终端产品的研发、制造、销售和服务，经过多年的积累，现已成为国内为数不多的拥有自己核心协议技术的企业，公司自成立以来已完成GSM MODEM/DTU、GPRS MODEM/DTU/ROUTER、CDMA MODEM/DTU/ROUTER、EDGE ROUTER、WCDMA/EVDO/TD-SCDMA ROUTER、3G上网卡以及无线视频监控产品系列产品的生产和销售，其中CaiMore GPRS DTU系列产品通过了中国移动终端标准测试和电科院EMC电磁兼容性测试，并大量应用于电力、环保、气象、煤矿、油田、交通、金融、水利、水务、路灯等领域， CaiMore 系列产品以稳定可靠、服务周全赢得广大国内客户的尊敬，同时也赢得了国外客户的青睐！
厦门才茂无线通信系列产品以技术扎实、性能稳定、功能强大、灵活可靠、服务及时等诸多优势深得各行业客户好评，也是国内外同行业中的佼佼者。
基于GPRS网络平台的无线数据技术自2002年在中国正式商用以来，以“实时在线、按流量计费、覆盖率广”等优势在各行业取得广泛应用，随着移动GPRS网络的不断完善，为了更好规范产品终端市场，营造良性的行业产业链，中国移动集团公司于2005年组织了GPRS DTU行业终端产品入围测试工作，厦门才茂作为GPRS行业的先行者，作为第一批受邀的测试企业，才茂系列DTU以良好的各项性能指标顺利通过标准测试，并取得了中国移动公司颁发的的产品标准证书。
随着信息化的发展，DTU已经完全取代了以往的各种有线接入。而以往的有线连接必须依赖于网络布线、固定电话线路，对于发展移动性的服务、增设新的服务网点、增设临时性的窗口常会受到有线连接的困扰。同时布线还需要昂贵的费用和铺设时间，对已有的网络也会有影响，所以有线连接已经严重限制了目前各种信息化应用的主要原因。
GPRS与其它通迅方式综合比较表：
厦门才茂GPRS DTU(本文简称DTU)为用户提供高速、永远在线、透明数据传输的虚拟专用数据通信网络。主要针对电力系统自动化、工业监控、交通管理、气象、金融、环保监测、煤矿、油田、证券等行业的应用，利用GPRS网络平台实现数据信息的透明传输，同时考虑到各应用部门组网方面的需要，在网络结构上实现虚拟数据专用网。
CM3150P/CM3150EP GPRS DTU技术规范:
(一)产品概述
CM3150P/CM3150EP GPRS DTU采用ARM9高性能工业级嵌入式处理器，以实时操作系统为软件支撑平台,超大内存,内嵌自主知识产权的TCP/IP协议栈。为用户提供高速，稳定可靠，数据终端永远在线，多种协议转换的虚拟专用网络。针对网络流量控制的用户，产品支持语音，短信，数据触发上线以及超时自动断线的功能。同时也支持双数据中心备份，以及多数据中心同步接收数据等功能。公司产品已广泛应用于金融，水利，环保，电力，邮政，气象等行业。
（二）无线参数
1、支持EGSM900/GSM1800无线网络
2、GPRS multi-slot class 10
3、编码方案：CS1~CS4
4、符合SMG31bis技术规范
5、Compliant to GSM phase 2/2+
6、支持数据、语音、短信和传真
（三）硬件系统
1、CPU：工业级高性能ARM9嵌入式处理器，带内存管理MMU,200MPS, 16KB Dcache,16KB Icache
2、FLASH：8MB，可扩充到32MB
3、SDRAM：32MB，可扩充到256MB
4、接口：
UART:
CM3150P:
1个RS232串口。
串口速率： 110bps ~ 230400bps
数据位支持： 8位 或 7位
奇偶校验位： 无 或 奇数校验 或 偶数校验
停止位： 1位 或 2位
流控： 无 或 RTS/CTS
CM3150EP:
1个RS485接口。（根据需要，可支持RS232/422/TTL）
串口速率： 110bps ~ 230400bps
数据位支持： 8位 或 7位
奇偶校验位： 无 或 奇数校验 或 偶数校验
停止位： 1位 或 2位
流控： 无 或 RTS/CTS
控制口：
RS-232, 115200 bps, 8 data bits,1 stop bit, no parity (8N1)
指示灯：具有电源、通信及在线指示灯。
天线接口：标准SMA阴头天线接口，特性阻抗50欧。
UIM卡接口：3V/5V标准的推杆式用户卡接口。
电源接口：标准的3芯火车头电源插座。
语音接口：标准的耳机麦克风接口。
5、供电：
外接电源：DC 9V 500mA
宽电压供电：DC 5-32V
通信电流：350mA
待机电流：35mA
6、尺寸
外形尺寸：92.7x61.3x23 mm（不包括天线及固定件）
7、其他参数:
工作环境温度 -25~+65ºC
储存温度 -40~+85ºC
相对湿度 95%(无凝结)
（四）软件功能
1. TCP/UDP透明数据传输；支持多种工作模式。心跳包技术。
2. 智能防掉线，支持在线检测，在线维持，掉线自动重拨，确保设备永远在线。
3. 支持RSA，RC4加密算法
4. 支持虚拟值守VWM（Virtual Man Watch）功能，确保系统稳定可靠
5. 支持虚拟数据专用网（APN/VPDN）
6. 支持数据中心动态域名和IP地址访问
7. 支持DNS动态获取，防止DNS服务器异常导致的设备当机。
8. 支持双数据中心备份
9. 支持多数据中心同时接受数据
10. 支持短信、语音、数据等唤醒方式以及超时断开网络连接。
11. 支持短消息备份及告警。
12. 多重软硬件看门狗
13. 数据包传输状态报告。
14. 标准的AT命令界面
15. 可以用做普通拨号MODEM
16. 支持telnet功能。
17. 支持远程配置，远程控制
18. 通过串口软件升级
19. 同时支持LINUX、UNIX和WINDOWS操作系统
（五）产品特性
1. 三层系统保护： 在原来两级（软件保护+CPU内置看门狗保护，外置硬件看门狗保护）系统保护的基础上，增加一级系统监测保护SWP（System Watch Protect），彻底解决了业内”假在线”，”假死机”，”当机”等疑难问题。
2. 超大缓存： 可以提供16M的客户传输数据缓存，解决因网络瓶颈导致的数据丢失
3. 高速处理CPU： 采用极高速ARM9的工业级CPU，可以更加高速地处理各种协议数据转换，规避因CPU处理速度慢而导致的数据重传和丢失等问题
4. DNS自动获取：自动获取DNS，不再需要人工配置输入DNS，规避了因为选择的DNS服务器异常，导致DTU设备当机的严重现象！
5. 完善的协议栈： 新系统加载了完善的TCP/IP协议栈，原来系统采用的是轻量级TCP/IP(LPIP)协议栈，协议栈是有裁剪的，新系统采用了完善的TCP/IP协议栈，网络通信性能优异。
6. EMC性能优异：通过电力3000V电击测试，特别适合在工业领域环境恶劣下使用，系统稳定可靠。
7. 支持多中心：客户数据可以同时往客户指定的监控中心发送，最大支持发送中心达256个
8. RTU全面支持： 新款设备在数据位、停止位、校验位、流控上，能全面支持业内的所有型号的RTU.解决了原来无法支持7位数据和2位停止位的问题。
第四部分 解决方案
1、网络拓扑图：
2、系统组成
本加油站数据采集系统由省、市石化控制中心；加油站设备、集线器和厦门才茂CM3150P GPRS DTU组成。
1) 终端设备
终端条件:
* 首先对DTU进行设置，设置要连接的中心IP和端口及其它必要性的设置，设置好之后加油站集线器通过RS232接口和DTU相连，DTU上电之后根据事先设置好的中心IP和端口进行连接，成功连接到中心软件后即可双向传输数据。
* 加油站具备数据采集系统或集线器，加油站有不同的设备，不同的设备有不同的数据代码产生（包括加油机当前的储存量等计量高度信息），然后不同设备的串口汇集在一个集线器，再通过集线器RS232串口和DTU RS232串口相连,最终由DTU把加油站的代码信息发送到中心去。
目的：建立管理部门与加油站之间的信息网络，完整、及时、准确采集加油站经营数据，实现管理部门基本的零售业务管理、统计、分析，同时支持加油站基本日常业务管理，提高管理部门和加油站的工作效率。包括以下几个方面：
* 加油站油罐实时监测数据：通过液位仪、流量计、可然气体探测器、周界防范等设备对油罐的油料进出和管道泄漏情况进行实时监测。
* 加油交易数据：直接获取加油机加油记录，加油站进行每一笔加油的收款、打票处理，其明细的商流数据能对营销分析提供强大的支持。
* IC卡油积分系统数据：通过成品油零售的电子化，以IC卡取代传统的现金、油票等结算方式，实现加油款的电子支付和交易数据的自动采集。
2) 控制中心
中心条件:首先用某台能上网的PC机，条件必须能让外网访问的到，如运行中心软件的PC机在局域网里面，那要在局域网路由器做端口映射到本机PC，等这些条件具备之后在本机运行一个中心DEMO，开放一个端口，运行软件等待DTU的连接。
DTU连接中心后，就可按要求进行传输数据，中心收到数据后，通过系统进行解密、过滤、筛选，最终获得所需要的数据进行分析、统计等工作。
目的:主要是对加油站的所有管理数据的集成。并且通过网络将各个油库和他们所属的销售管理部门联系起来，及时的反馈加油站各类信息，供销售管理部门制订计划。通过数据中心实现数据共享后成品油销售管理系统将覆盖成品油销售系统的进、销、存、管理的所有环节，使各个环节的管理更科学、更合理；同时也使所有的环节运转更紧密、更高效，反应更迅速。具体在加油站管理业务中包含以下功能：油库业务管理、罐存监测管理、车队业务管理等。
* 油库业务管理：主要针对整个油库的实际业务活动进行管理，包括入库管理、出库管理、实物库存管理、出库日报、保管库存管理等。
* 入库管理：入库数据，统计超耗及途损。
* 出库管理：对销售、代储、移库、配送等多种出库业务类型进行管理。
* 实物库存管理：提供油罐动态计量及库存数据。
* 出库日报：提供油库每日出库统计。
* 保管库存管理：提供日/月报保管帐制作。
* 油库盘点：提供油库商品盘点表，损溢统计，油品调整。
* 罐存监测管理：系统定时接收加油站返回的数据，加油站定时巡检油罐的各个测量点，回报各个测量点的温度和压力状况，以及整个油罐的液位高度。所有油罐的温度、压力和液位高度数据通过GPRS返回系统，记录在数据库中。还可进行油罐安全监测和存量历史跟踪。
* 车队管理：能按照供油需求和供油安排，制定详尽的车队运油计划，建立运输安排。并按照内部运输的要求进行车队运输的统一安排和管理（此系统需要石油行业物流配送系统支持）。
通道建立成功后，DTU串口实时监控采集器的数据，只要集线器串口有数据过来，DTU将全透明进行实时传输。如果数据量小，或需要定时传输数据的，DTU可设置手机呼叫及短信激活模式，或根据加油站的实际应用也可考虑修改软件来实现数据传输的需要。这样就可灵活应用不同的数据传输需求来采取不同的传输方式，以减少及节约不必要的传输费用。
关于加油站数据传输的应用说明:
由于加油站设备不断的有数据到串口，而控制中心又不需要实时的数据，只需要每天定时发送一次或多次数据回数据中心即可。在这种情况下，为了能节约流量及费用，在我们DTU软件设置中可设置几小时上线传一次，在设定的在线时间内传输当前串口发过来的数据，当在线时间到时DTU就会从新下线休眠，等待下一次上线的时间。相关参数在参数配置软件里进行相关的设置（如特殊应用可与我司商务及研发部门进行商讨，以满足中石化公司的实际需求）。
3、组网实施
方案一：
中心采用ADSL等INTELNET公网连接，采用公网固定IP服务的。
此种方案向先INTERNET运营商申请ADSL等宽带业务，中心有公网固定IP的。
加油站直接向中心发起连接。运行可靠稳定，推荐此种方案。
方案二：
中心采用ADSL等INTELNET公网连接，采用公网动态IP+DNS解析服务的。
客户先与DNS服务商联系开通动态域名，加油站先采用域名寻址方式连接DNS服务器，再由DNS服务器找到中心公网动态IP，建立连接。此种方式可以大大节约公网固定IP的费用，但稳定性受制于DNS服务器的稳定，所以要寻找可靠的DNS服务商。此种方案适合小规模应用。
方案三：
中心采用APN专线， 所有点都采用内网固定IP
* 客户中心通过一条2M APN专线接入移动公司GPRS网络，双方互联路由器之间采用私有固定IP地址进行广域连接，在GGSN与移动公司互联路由器之间采用GRE隧道。
* 为客户分配专用的APN，普通用户不得申请该APN。用于GPRS专网的SIM卡才能进入专网APN，防止其他非法用户的进入。
* 用户在内部建立RADIUS服务器，作为内部用户接入的远程认证服务器（或在APN路由器内，启用路由器本地认证功能）。只有通过认证的用户才允许接入，用以保证用户内部安全。
* 用户在内部建立DHCP服务器（或在APN路由器内，启用DHCP功能），为通过认证的用户分配用户内部地址。
* 移动终端和服务器平台之间采用端到端加密，避免信息在整个传输过程中可能的泄漏。
双方采用防火墙进行隔离，并在防火墙上进行IP地址和端口过滤。
此种方案无论实时性，安全性和稳定性较前一种方案都有大大提高，适合于安全性要求较高、数据点比较多、实时性要求较高的应用环境。在资金允许的情况下之最佳组网方式。
业务流程
GPRS专网系统终端上网登录服务器平台的流程为：
1）用户发出GPRS登录请求，请求中包括由移动公司为GPRS专网系统专门分配的专网APN；
2）根据请求中的APN，SGSN向DNS服务器发出查询请求，找到与企业服务器平台连接的GGSN，并将用户请求通过GTP隧道封装送给GGSN；
3）GGSN将用户认证信息（包括手机号码、用户账号、密码等）通过专线送至Radius进行认证；
4）Radius认证服务器看到手机号等认证信息，确认是合法用户发来的请求，向DHCP服务器请求分配用户地址；
5）Radius认证通过后，由Radius向GGSN发送携带用户地址的确认信息；
6）用户得到了IP地址，就可以携带数据包，对GPRS专网系统信息查询和业务处理平台进行访问。
总结：
加油站GPRS数据采集系统的建立标志着工业行业的先进管理水平，能通过GPRS的准确、快速的数据传输，中心可进行对数据的存储、历史趋势分析、报表打印等信息查询、可不断地对各个加油站的最新数据进行统计及分析，了解加油站的最新情况，以方便控制中心对加油站做到更快，更好、准确的调度工作。
在今天，信息技术正在深切变革着现代企业的经营管理模式。信息技术的应用对于提高石油行业销售管理、数据分析统计、经营决策水平将起到革命性的推进作用。我国成品油销售市场随着经济的高速增长、市场的开放及中国汽车产业的快速壮大，其销售网络正呈现出扩张趋势，竞争日趋激烈的国内成品油销售市场对成品油销售企业业务管理提出了严峻挑战。因此通过先进的信息技术，建立起一套全面支撑成品油销售企业业务管理及运营的信息化平台，以提高成品油销售企业的管理水平和服务水平，提高各销售分公司的经营决策能力，从而进一步提高工作效率、降低成本、增强市场竞争能力具有重要意义。
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