摘要：本文提供了一种基于GPRS网络的电力自助缴费查询系统无线接入的原理和实现方案，简要介绍了GPRS术的基本知识，描述了GPRS无线传输应用于电力自助缴费查询系统无线接入的实现方法。通过实际应用，获得了理想的效果.
关键词：GPRS；DTU；Internet；电力自助缴费查询；
一． 前言
电力行业是关系国计民生的行业，其客户群庞大无比，现在客户缴费一般都是到电力营业厅或银行网点办理，每到缴费高峰，给电力营业厅的收费工作或银行代收服务带来巨大的压力，经常是人满为患，客户也需要很长的时间排队等待，从而抱怨电力公司，影响电力公司的企业形象。同时，快节奏的生活方式，致使很多人工作日没有时间缴纳费用，而电力公司目前恰恰就只在工作日进行缴费服务。借鉴其他相关行业经验，在电力系统内采用带有现金、银联缴费及IC卡充值售电方式的自助缴费机是一个很好的解决方法，其对缴费人群的分流效果极其显著，能大大改善电力行业缴费难的问题。而自助终端缴费机目前多数还使用有线接入的方式，成本较大，维护较难，厦门才茂通信科技有限公司在此基础上推出了借助GPRS移动数据通信平台实现电力自助查询缴费网点无线接入的解决方案。
二．GPRS网络介绍
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、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办公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。该系统采用先进成熟的GPRS 无线数据终端为远程传输模块，依托稳定、可靠的中国移动GPRS 网络，系统运行可靠，数据采集实时性强。该系统有效的解决了其他通信方式存在的各种问题。在保证数据传输的及时、准确的前提下，将系统运行费用也降低到了最低；同时，通信链路由专业的运营商来维护，避免了用户在使用监测系统的同时，还需要耗费很大精力去维护通信线路等问题；节约了用户的初期建设投资和运行维护费用。GPRS无线传输数据有以下优势：
1．覆盖地域广，目前移动通信网在全国的覆盖率95%以上，非边远地区覆盖率几乎100%。GPRS 用户可随意分布和移动自己的网络点，无须担心线路的维护或有线在移机时导致的通讯中断。建设新的监控点无需进行拉线，埋线等工作。较光纤，或专线系统投资较少，设备安装方便。通信距离远，在任何场合都可以设中心站。覆盖较好，比较很多无线数据网络（集群，双向传呼，CDPD，CDMA）而言，其网络覆盖是最好的。
2．终端价格比较低，与DDN相比，较DDN专线Modem其终端价格便宜很多。
3．GPRS资费便宜，计费合理。GPRS 资费包月比有线电话网络资费还便宜。公交IC卡充值数据采集业务没有大数据量的信息传输，不必要采用资费很高的专线（DDN、帧中继）。GPRS还可根据通信的数据量和提供的服务质量进行计费。在GPRS网中，用户只需与网络建立一次连接，就可长时间的保持这种连接，并只在传输数据时才占用信道并被计费，保持时不占用信道不计费。这样，营业点即不用频繁建立连接，也不必支付传输间隙时的费用。
4．GPRS能最好地支持频繁的、少量突发型数据业务。通信质量稳定可靠，永不掉线。
5．GPRS网络接入速度快，提供了与现有数据网的无缝连接。由于GPRS网本身就是一个分组型数据网, 支持TCP/IP、X.25协议，因此无需经过PSTN等网络的转接，直接与分组数据网（IP网或X.25网）互通，接入速度仅几秒钟，快于电路型数据业务。采用TCP/IP协议，较以前的无线数据网络（集群，双向传呼，GSM短信息）而言，网络接入更加直接方便。
三．厦门才茂GPRS路由器简介
CM 3150R GPRS Router无线路由器采用高性能的工业级ARM9通信处理器，以嵌入式实时操作系统为软件支撑平台，系统集成了全系列从逻辑链路层到应用层通信协议，支持静态及动态路由，PPP server及PPP client，VPN（包括PPTP和IPSEC）,DHCP server及DHCP client，DDNS，防火墙，NAT，DMZ主机等功能。为用户提供安全，高速，稳定可靠，各种协议路由转发的无线路由网络。本产品已广泛应用于金融，水利，环保，电力，邮政，气象等行业。
无线参数
1. 支持GSM/GPRS 900/1800MHz双频和800/900/1800/1900MHz四频可选；GPRS multi-slot class 10
2. 编码方案：CS1~CS4
3. 符合SMG31bis技术规范
4. Compliant to GSM phase 2/2+
5. 支持数据、短信
6. 支持13K QCELP音频编解码
硬件系统
1. CPU：工业级ARM9 CPU，200MPS,16K Dcache，16K Icache
2. FLASH：8MB（可扩展至32MB）
3. SDRAM：64MB（可扩展至256MB）
4. 接口：
以太网口：一个 10/100 Base-T 以太网口,
Shielded RJ-45 1,5 kV isolation transformer,
Ethernet IEEE 802-3, 802-2
串口：RS232 serial port, (Support RS422/RS485 if needed)
Rate：110bps~230400bps
Data bits ：7 or 8
Parity:：None, Even, Odd
Stop bits:：- 1 or 2
Flow contro:：None or RTS/CTS
Protection – 15 kV ESD and short circuit
Console ：RS-232, 115200 bps, 8 data bits,1 stop bit, no parity (8N1)
指示灯：具有电源、通信、在线及以太网口LINK/ACT指示灯
天线接口：标准SMA阴头天线接口，特性阻抗50
SIM/UIM卡接口：3V/1.8V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（预留，可选）
5. 供电：外接电源：DC 9V 1.5A；宽电压供电：DC 5-32V
6. 尺寸：产品外形尺寸：155*96*23mm；产品包装尺寸：298*226*60mm
7. 重量：0.69kg
8. 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)
软件功能
1. 支持VPN安全隧道功能,包括PPTP＋MPPE+MPPC和IPSEC+L2TP
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IPTABLES防火墙，包过滤功能
4. 支持多种协议：TCP/IP，UDP，ICMP，SMTP，HTTP，POP3，OICQ，TELNET，FTP等
5. 支持动态路由和静态路由
6. 支持DHCPD/DHCP 功能
7. 支持NAT功能，如SNAT，DNAT
8. 支持动态DDNS
9. 支持DMZ主机
10.支持路由转发，同时也支持串口数据传输,，数据中心管理
11.支持APN/VPDN网络
12.方便的WEB配置，支持远程WEB管理
13.支持telnet管理，方便易用的控制台shell交互环境
14.支持多台终端共享router ppp广域网出口
15.支持多种无线拨号方式：自动分配，指定IP，指定本地对端IP
16.支持作为PPP服务器，多种认证方式，支持双向认证
17.支持实时时钟sntp，在线更新时间
18.多种唤醒方式（电话、短信、本地数据）
19.支持上网时间段管理
20.支持DTU功能
21.方便易用的COM及SYSLOG系统诊断、调试功能
22.支持日志查看
23.支持串口本地软件升级；支持TFTP软件远程升级；支持配置的导出导入及web在线更新固件程序
24.支持操作系统 Windows 9x/ME/NT/2000/XP Linux Unix
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. 完善的VPN：新款路由器，完善地支持了业内的所有VPN功能（PPTP+MPPE,IPSEC+L2TP）,解决了原来路由器因系统问题无法支持IPSEC功能问题。
3. 超大缓存：可以提供32M的客户传输数据缓存，解决因网络瓶颈导致的数据丢失
4. 高速处理CPU：采用比原来更为极高速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。
5. 内存管理MMU：新款CPU 带内存管理MMU，可以防止系统内存异常问题导致的系统不稳定现象。
6. 实时操作系统：新系统采用实时操作系统RTOS，可以更加快速实时地接收和发送数据，规避了数据丢包问题。
7. 完善的协议栈：新系统加载了完善的TCP/IP协议栈，网络通信性能优异。
8. 支持实时时钟：支持实时时钟sntp协议，在线更新时间。
9. 支持多种唤醒方式：电话、短信、本地数据唤醒。
10.支持上网时间段管理。
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。
四．系统网组
1.网终拓扑结构
本电力自助缴费查询系统由主机，充值缴费终端，厦门才茂 GPRS 路由器等设备组成。
如上图：各个自助终端设备通过以太网口与无线路由器-CM3150R连接,CM3150R上电后向监控中心Internet上的Router发起连接, 实现数据交互，充值缴费终端设备将客户充值缴费信息数据实时采集后通过以太网口通信方式送往GPRS 路由器，在由路由器通过GPRS网络把客户充值信息发送到电力公司数据中心。同时，充值终端设备实时接收由中心通过GPRS 路由器传输发来的数据指令完成相应控制功能。
电力公司数据中心通过路由器接收来自各充值网点的信息数据，并对数据进行存储、历史趋势分析、报表打印等信息查询、统计及打印功能 。
该系统将自助缴纳电费、预付费电表卡自助充值、自助历史记录查询、多媒体业务宣传查询、自助打印的功能合为一体，为用电客户提供轻松、方便、快捷、安全、可靠的缴费环境。该系统的实施没有任何外界条件的限制。
1. 实时接收各充值网点充值数据信息。
2. 根据需要，查询各充值网点充值数据信息情况，并在屏幕显示或打印输出。
3. 实时监视各充值网点工作状态。
五．系统方案
A. 公网方案
中心用一个服务器组作为中心接收，中心采用 ADSL 等 INTELNET 公网连接，采用公网固定 IP 或者公网动态 IP+DNS 解析服务。此种方案先向 INTERNET 运营商申请 ADSL 等宽带业务。
1) 中心公网固定IP：监控点直接向中心固定 IP 发起连接。运行可靠稳定，推荐此种方案。（固定 IP 费用比较贵）
2) 中心公网动态 IP+DNS 解析服务：大部分 IP 都是动态的，而且费用相对便宜。客户先与 DNS 服务商联系开通动态域名，动态域名解析软件网址如下：（可以先申请免费的二级域名进行测试）
花生壳域名解析 http://www.oray.net/mian
88IP 域名解析 http://www.88ip.com/
注意：监控点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。
B. 专网方案
1、 根据客户内部网对网络安全的特殊要求，决定采用中国移动GPRS网络的专用APN形式入网：
 通过一条2M专线接入移动公司GPRS网络，双方互联路由器之间采用私有IP地址进行广域连接，在移动认证路由器与用户认证路由器之间建立加密隧道。
 为客户分配专用的APN，普通用户不能进入该APN。只有GPRS专网卡才能进入该APN网络，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。
 端到端加密：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。
2．APN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。
第六部分 结束语
以GPRS为基础的无线数据系统有很广泛的应用，GPRS使互联网进入无线领域，一直延伸到手掌上。除了支持传统的互联网应用，GPRS也可使无线终端支持B2B、B2C的电子商务和电子支付、股票交易、银行转帐等应用。GPRS同样可以应用于公司内部网(INTRANET)，基于IP的远程LAN接入，使无线终端成为LAN的延伸，几乎所有低速率的数据传输服务都可以应用，如对电力系统自动化、工业监控、交通管理、气象、金融、环保监测、煤矿、油田、证券等行业领域的应用。
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