基于GPRS在滑坡监测中的应用的研究.docx
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基于GPRS在滑坡监测中的应用的研究
基于GPRS在滑坡监测中的应用的研究
基于GPRS在滑坡监测中的应用的研究
摘要
滑坡灾害监测普遍存在技术落后、自动化程度低的特点。
滑坡体监测数据采集相对其他行业有其特殊性：
一方面工作环境相对恶劣，条件较差，有时无法采用交流供电；另一方面传感器安装地点相当分散。
而数据传输距离要求较远，一般情况单纯采用有线通信方式相当困难，甚至根本无法实现。
近年来,随着移动技术的发展,GPRS逐渐被应用到滑坡监测中来。
本文分析了GPRS应用于状态监测中的优点,通过与其它通信技术的比较,提出了利用GPRS进行状态监测的方案,,综合各种因素我们选择GPRS方式来作为监测数据采集和传输的主要方式。
通过对GPRS网络的远程数据采集系统的软硬件研究，表明GPRS网络方式构建网络化滑坡监测系统是可行的、经济的和方便的，为技术人员及时有效地远程监测滑坡体提供了便利条件。
关键词：
通用分组无线业务（GPRS）技术；滑坡；数据采集；远程监控
GPRSTechnologyAndItsResearchOfApplicationInSlipperMonitoring
Abstract
Landslidedisastermonitoringisgenerallyatalowlevelintermsoftechniqueandautomation．Themonitoringdatacollectionoflandslidehascharacteristicsof
（1）workingintherelativelybadenvironment,difficulttouseandsupplyalternatingcurrentsometimes,
（2）quitedifficultgenerallytoadoptthewiredcommunicationbecauseoftheseparatedistributionofsensorsandthelongtransmissiondistance．Inrecentyears,alongwiththemobiletechnicaldevelopment,theGPRSisappliedtograduallytheslippermonitors.ThistextanalyzedGPRSthatisappliedinappearanceadvantageofmonitoring,passingtocorrespondwithothertechnics'comparison,puttingforwardtheexploitationGPRSproceedtheprojectthatappearancemonitors.Consideringvariouskindsoffactorscomprehensively，wechooseGPRSasthemaintechniqueofmonitoringdatacollectionandtransmission．Thispaperintroducesthesoftwareandhardwareonlong—distancedatacollectionbasedonGPRS．Theresultshowsthatthistechniqueisfeasible．economicalandconvenient．Forthetechniciansprovidingconvenientlythelong-distancemonitoringtheslipperyontimeandavailably.
Keywords：
GPRSTechnique；Slipper；Datacollection；Long—distancemonitoring
目录
1绪论1
1.1研究背景及现状1
1.1.1研究的背景1
1.1.2研究的现状1
1.2本文研究内容2
2GPRS技术简析3
2.1通用分组无线业务（GPRS）3
2.2无线数据发展3
2.2.1迅猛发展的移动数据业务3
2.2.2GPRS无线数据技术3
2.2.3前景看好的GPRS移动数据通信市场4
2.32G网络向3G网络的演进途径4
2.4GPRS系统提供的业务5
2.5GPRS的路由管理6
2.6GPRS的协议结构7
2.7GPRS的网络结构8
2.8GPRS系统的性能特点9
2.9GPRS系统的优势10
3滑坡的概述12
3.1滑坡的定义与组成要素12
3.1.1滑坡（Iandslide）的定义12
3.1.2滑坡的主要组成要素有12
3.2滑坡的种类12
3.3产生滑坡的主要条件与外界诱发作用的影响13
3.4滑坡活动强度的主要因素13
3.5影响滑坡的活动时间、空间分布的相关因素及其规律14
3.6人类活动诱发滑坡的主要因素15
3.7滑坡发生前的异常（前兆）现象15
3.8滑坡体稳定性的识别方法16
3.9不稳定的滑坡体常具有下列迹象16
4GPRS在滑坡中的监测17
4.1几种通信方式的比较17
4.1.1有线通信与无线通信的比较17
4.1.2GSM短消息通讯方式18
4.1.3CDPD短消息通讯方式18
4.2基于GPRS的无线监控系统19
4.2.1GPRS系统简介19
4.2.2无线监控系统的物理结构19
4.2.3GPRS系统主要特点20
4.3滑坡监测的总体结构21
4.4系统结构与总体方案设计22
4.5GPRS通讯终端设计22
4.5.1硬件电路设计22
4.5.2终端软件设计23
4.6调度中心设计24
4.7GPRS滑坡监测的总体设计框图26
4.8GPRS系统数据采集与传输终端的硬件设计27
4.9GPRS对坡数据的采集与传输29
4.10GPRS的传输原理及实现32
4.11GPRS系统的网络拓扑结构33
4.12系统的应用软件33
4.13工作站监控软件的功能34
5总结和展望36
5.1总结36
5.2工作展望36
参考文献37
致谢38
1绪论
1.1研究背景及现状
1.1.1研究的背景
近两年，随着全球移动通信的迅猛发展，国际上一些发达国家的移动通信运营商在移动电话市场趋于饱和的情况下，已经把业务的触角逐步从话音业务放到拓展移动数据业务上来。
目前，数据业务在全球移动通信运营商的总收入中已占4％～5％。
移动数据业务是从短消息业务发展起来的。
近年来，在全球掀起了一场短消息的热潮。
据统计，2001年全球共发送2500亿条短消息。
近年来，移动互联及2．5代技术的应用给移动数据业务的发展注入了强大的动力，同时，它还为移动通信运营商提供了大发展的商机。
近年来，我国移动数据业务已经开始崛起，其短信息业务呈现爆炸性增长的态势。
目前，全国每天的短信息发送量为1亿条。
有关专家预测，今年全国短信息发送量将达到400亿条。
目前，我国两大移动通信运营商——中国移动和中国联通均把大力发展移动数据业务作为其业务的新的增长点。
中国移动于2001年7月在全国15个省区市开始GPRS商用试验。
5月17日，中国移动GPRS正式在全国投入商用。
GPRS的实时在线、高速传输、自如切换、快捷登录、按量计费等优势为提高移动数据业务的有效性创造了便利的条件。
由此可见，目前，中国的移动通信运营商已经把目标从过去的单纯地提供语音业务迅速转变为提供以移动互联网为基础的数据业务。
1.1.2研究的现状
今天，GSM（GlobalSystemforMobileCommunications）已经能够通过SMS业务和电路交换来处理信息，其中后者处理数据和传真的速度已经达到了14.4Kb/s。
为了提高现在的GSM的数据传输的性能，经营者和基础设备提供者指定了向GSMII发展的新的扩展方向，它旨在：
1.通过几个电路信道来提供高速电路交换数据（HSCSD）；
2.用GPRS来提供能够进入外部分组数据网络的无线分组（诸如X..25或因特网）；
3.为GSM的发展提供增强的数据传输速度，通过运用新的调制解调方案为HSCSD和GPRS提供3倍以上的数据吞吐量增强型数据业务（EDGE）；
4.提供通用移动通信系统（UMTS），这是运用在新的基础结构配置基础上的一种新的无线技术。
这些扩充可获得更高的数据吞吐量、更有效的频谱利用率并可减少通话联接时间。
我们实现GPRS的方式就是在GSM或者TDMA网络系统中加入一种分组数据节点，通过这种方式，我们为移动终端和网关节点之间的分组数据提供路由。
这种网关节点将提供一种能够与外部分组网络——一种能够接入因特网及企业网的互连网络——协同工作的功能。
我们几乎不用对现有的GSM和TDMA节点进行技术更新，并且，对于GSM/TDMA和GPRS来说，在基站和控制站之间也可使用相同的传输连接。
1.2本文研究内容
近年来，我国移动通信业获得了极大的发展。
基于无线新技术的增值服务悄然地改变着城市的面貌、改变着人民的生活方式。
无线应用不仅美化了城市、增添了生活现代感、而且能改善投资环境、增加安全性，为我们带来巨大的社会、经济效益；另外，无线应用也是展现一个城市现代化、国际化水平的重要标志。
无线应用现已成为城市生活中一个不可缺少的重要组成部分。
目前，整个基于无线系统的监控管理还停留在一个较低的水平，多是采用发传真，打电话的形式通过人工来控制，只有部分控制点使用了定时器装置。
在这种模式下，出现故障不能及时发现，存在隐患不能及时排除，导致整个系统运行效率低下，不便管理，而且这种模式也无法解决迅速部署灵活监控的现代监控管理的要求。
采用先进的GPRS技术的无线监控管理系统，集计算机、通信、机电、自动控制等多种先进技术于一体，成功实现了对无线分布式系统的实时监控管理和灵活部署，解决了传统控制由于没有通讯功能，无法实现集中监控的问题，将运行维护人员从大量繁琐的工作中解放出来，提高无线系统的运行质量，增强无线的可靠性和可控性，能及时发现定位无线系统故障，大大减少了系统停用带来的不良影响。
2GPRS技术简析
2.1通用分组无线业务（GPRS）
GPRS是（GeneralPacketRadioService）的缩写，即通用分组无线业务。
随着技术发展和社会进步，人类已进入一个“互连”时代，Internet带给人们的不只是信息量的增加，更是一种思想的变革，它推动着各种业务的互连和技术的革新。
移动业务在带给人们移动方便性的同时，也产生了更大的信息量传送需求，从而对第二代系统的网络结构和应用模式提出了挑战，2.5G移动通信技术（GPRS）应运而生。
GPRS技术基于TDMA方式的GSM系统实现，是在GSM网络和技术上发展起来的系统，它充分利用了GSM系统的无线结构，通过进一步在GSM网络中增加数据设备提供高速数据应用，从而保证采用GSM系统的运营商实现从2G系统到2.5G系统的平滑过渡，实现从电路方式业务到分组方式的转变。
2.2无线数据发展
2.2.1迅猛发展的移动数据业务
在第一代无线网络上传送数据的业务开始于先进的移动电话系统（AMPS），它是一种电路交换数据通信系统，通过在一台例便携式电脑上安装一蜂窝调制解调器（一种能够支持AMPS）的标准调制解调器）才能实现这种数据传送。
由AMPS开始的第一代无线分组数据网络——蜂窝数字分组数据系统（CDPD），它传输数据的速率已经达到了19.2Kb/s。
现在该网络覆盖了将近87%的美国国土。
此外，它还引入部分支持SMS的功能来提供类似寻呼和文字信息的服务。
在第二代无线网络系统中，SMS业务变成了特别的推广应用方案。
它用现有的2G无线网络基础结构，再附加上SMS中心部分。
2G还通过空中接口引入了同步数据和传真业务，它的最初的数据传输速率已经上升到14.4Kb/s。
这就使其用户能够发送传真，能够通过拨号进入网络服务器提供的账户、企业账户以及诸如此类的账户。
第二代无线通信为分组数据技术提供了广阔的发展空间，并且在2.5G中也同样如此。
2.5G也包括了GPRS和分组数据对码分多址的支持。
现在数据分组转换速率已经从原来的9.6Kb/s上升到现在的19.2Kb。
在将来的2G时代，我们将期望分组转换速率达到115Kb/s。
如果3G业务服务成为现实，它将支持384Kb/s~2Mb/s范围的数据速率。
多媒体和高速度的因特网接入将我们期望的规范化数据应用。
2.2.2GPRS无线数据技术
今天，GSM已经能够通过SMS业务和电路交换来处理信息，其中后者处理数据和传真的速度已经达到了14.4Kb/s。
为了提高现在的GSM的数据传输的性能，经营者和基础设备提供者指定了向GSMII发展的新的扩展方向，它旨在：
1.通过几个电路信道来提供高速电路交换数据（HSCSD）；
2.用GPRS来提供能够进入外部分组数据网络的无线分组（诸如X..25或因特网）；
3.为GSM的发展提供增强的数据传输速度，通过运用新的调制解调方案为HSCSD和GPRS提供3倍以上的数据吞吐量增强型数据业务（EDGE）；
4.提供通用移动通信系统（UMTS），这是运用在新的基础结构配置基础上的一种新的无线技术。
这些扩充可获得更高的数据吞吐量、更有效的频谱利用率并可减少通话联接时间。
我们实现GPRS的方式就是在GSM或者TDMA网络系统中加入一种分组数据节点，通过这种方式，我们为移动终端和网关节点之间的分组数据提供路由。
这种网关节点将提供一种能够与外部分组网络——一种能够接入因特网及企业网的互连网络——协同工作的功能。
我们几乎不用对现有的GSM和TDMA节点进行技术更新，并且，对于GSM/TDMA和GPRS来说，在基站和控制站之间也可使用相同的传输连接[1]。
2.2.3前景看好的GPRS移动数据通信市场
世纪之交开启的通用分组无线业务GPRS，作为迈向第三代个人多媒体业务的重要里程碑将使移动通信与数据网络合二为一。
它将使IP业务得以引入更为广阔的移动市场，同时也将使移动网络能够提供更多的增值业务。
GSM是当前全球使用最为广泛的移动电话系统。
以目前GSM为基础的gprs作为向第三代移动电话系统发展过程中的一个至关重要和必不可少的一步，已成为迈向第三代部署的基石，并已开启了无线数据市场的大门。
事实上，传统的话音服务和其带来的利润增长现在已经出现了停滞不前。
而以GPRS为基础的通信增值业务，包括手机上网、Email等Internet业务等正在急速上升。
GPRS已为运营商提供了开辟全新市场的能力。
通过部署GPRS，运营商可以开辟新型市场和收入来源。
分组交换使他们能够有效地使用现有的网络容量。
GPRS将支持开展创新服务，以便吸引新的客户，从而提高客户的忠诚度并降低处理成本。
由于GPRS使用的是现有的GSM网，所以其可以一举在全国范围内推出。
这样，运营商将会拥有一个新的机会，使其在新型服务合作伙伴关系的基础上与互联网服务提供商或信息提供商合作。
新的市场带来的另一个新商机就是GPRS要有新终端，这无疑为终端设备制造商提供了一个新的市场增长点。
2.32G网络向3G网络的演进途径
从GSM网络演进到3GWCDMA网络
如何实现从现有第二代移动通信网络顺利演进到第三代移动通信系统，在保证现有投资的基础上采用最少成本进行过渡，是运营商和设备制造商面临的共同问题。
GSM系统目前在国内市场范围很大，GPRS技术的引入更表明GSM网络新的生命力。
那么，对于即将到来的第三移动通信系统，GSM网络又该如何发展？
GPRS系统是GSM发展史上的里程碑，它引入了无线分组交换技术，提供了无线数据业务应用的新模式，同时在网络建设、规划、运营方面给运营商提供了宝贵的经验。
第三代移动通信系统进一步发展了目前电路交换和分组交换的概念，进行了网络功能的扩展和业务模式的更新，它是第三代网络发展中不可缺少的一环。
从GSM网络发展到3G的WCDMA技术，其可能采取的路径为GSM-GPRS-EDGE-3GWCDMA。
其中，GPRS到EDGE的演进并不是必需的。
一般来讲，对于能够获得3G牌照的无线系统运营商，EDGE将是一个很好的选择，它们可以采用EDGE技术进一步提升网络性能，从而为客户提供更好的服务。
2.4GPRS系统提供的业务
GPRS能够提供两个MS之间或MS与GPRS终端或外部PDN终端之间的数据传送能力。
它能提供两类业务：
1.点到点（PointToPoint）
2.点到多点（PointToMultipoint）
点到点业务包括三种：
点到点无连接业务、点到点连接业务和点到点信息业务。
第一种是数据类的业务，是为了支持非交互型的突发应用，它们建立在ISO8473制定的无连接网络协议（CLNP）或RFC791规定的IP网络协议基础之上。
这种业务提供单个用户到单个目的用户之间的独立分组传送。
第二种提供用户之间的逻辑联系，支持基于X.25或ISO8348制定的面向连接网络协议（CONP）的突发事务处理或交互型应用。
点至多点业务也包括三种：
点到多点组播业务、点到多点群呼业务和IP组播业务。
支持向多个用户传送一个消息，到多个用户的数据由一个业务请求发起。
GPRS系统可以根据用户的需要，灵活地提供9.05~171.2kb/s的数据传输速率，因此它具有较强的承载能力，可以承载所有点到点（PTP）和点到多点（PTM）业务：
1.短信息服务。
可覆盖目前GSM基于电路交换的短信息服务，并提供比它速度更快、内容更多的短信息服务。
2.信息查询，包括短信息点播以及股票、天气信息|交通信息查询等。
3.虚拟专用网MVPN。
4.移动Internet/Intranet接入（包括Web浏览、Email、FTP等），实现移动互联网和移动办公室。
5.信息发布。
6.视频点播。
7.网络游戏[2]。
2.5GPRS的路由管理
GPRS网络的主要特点之一是移动用户收发的数据分组路由。
这一特点可以分为两方面：
数据分组路由和移动性管理。
GGSNR主要功能是与外部数据网进行交互。
GGSN利用由SGSN记录的有关移动台（MS）位置的路由信息适时更新位置目录，并把GPRS骨干网上压缩的外部数据网协议分组发送到当前正在为移动台服务的SGSN上。
它也把外部数据网分组解压并传输到合适的数据网中，并悼念发送到计费网关上的计费数据。
GPRS网中各种设备的用途如下图所示。
图2-1GPRS的路由管理
有3种可能的路由方案：
移动用户产生的消息（可能性1）、当移动台外在归属网络入网时的消息（可能性2）、当移动台漫游到另一个GPRS运营商的网络入网时的消息（可能性3）。
在这些问题中，运营商的GPRS网络由多个GSN（具有网关和服务功能）和一个内部运营商骨干组成的。
GPRS运营商允许通过内部运营商骨干网漫游。
GPRS运营商通过边界网关（BG）与内部运营商骨干网连接，BG能提供必要的因特网协议和路由协议，例如，边界网关协议（BGP）。
可预见的是GPRS运营商将在内部运营商网络上实施服务质量（QoS）机理以保证服务水平的一致性（SLA）。
该结构的主要优点是它的灵活性、可扩充性、协同性及可漫游。
GPRS网把所有的数据网络协议封装到自己的封装协议中，称之为GPRS隧道协议（GTP）。
这样做的目的是为了确保骨干网的安全性，简化路由机理及数据在GPRS网上的传输。
2.6GPRS的协议结构
图2-2GPRS协议模型
GPRS数据通信结构遵循协议分层和两个协议平面区分的著名原理。
信令平面由控制和支持用户信息传输的协议组成，相关的GPRS功能包括：
连接控制、路由和移动性管理。
传输平面覆盖用户信息传输、流量控制和错误处理等相关控制过程的协议。
图2-6是根据ISO/OSI参考模型提出的直至网络层的传输平面。
在网络层之上，则可以广泛采用各种标准协议，这些协议的选择不在GPRS规范范围之内。
GPRS支持MS与X.25、IP、和基于CLNP的网络互连。
在两个GSN之间，GPRS隧道协议（GTP）把PDU以隧道进程通过GPRS骨干网。
在GTP下面，使用TCP/UDP和IP作为GPRS骨干网络层的协议。
IP以下，可根据运营商的网络结构，分别采用基于以太网、ISDN或ATM的协议。
在SGSN与MS之间，子网会聚协议SNDCP把网络层协议映射到下层逻辑链路控制协议中，并实现以下功能：
将网络层消息复用到一个逻辑虚连接上，对消息进行加密、分段、压缩等。
BSSGP（BSSGPRSProtocol）协议是由GSM系统中使用的BSSMAP协议派生出来的，用于传送BSS与SGSN之间的路由和QoS相关信息。
MS与GPRS网络之间的无线通信，覆盖物理层和数据链路层功能。
根据标准建议，物理层分裂为一个物理链接子层（PLL）和一个物理射频子层（RFL），RFL符合GSM05系列建议，完成物理波形的调制和解调，PLL为MS与网络之间在物理信道上传送信息提供服务，这些服务功能包括数据单元成帧、检测和修正物理媒体传输错误等。
PLL子层利用RFL子层提供的服务。
数据链路层分为两个不同的子层：
逻辑链路控制子层（LLC）和无线链路控制/媒体接入控制（RLC/MAC）子层。
RLC/MAC子层完成数据和信令信息的有效多路复用、QoS控制及错误处理。
RLC/MAC子层提供了一种机制，允许多个MS共享一个传输媒介，该媒介可以由几个物理信道组成。
相应地，允许一个MS使用多个PDCH信道貌岸然（每个PDCH信道对应一个TDMA帧中的一个时隙）来传输数据。
RLC子层负责数据块在空中接口的传送，它采用自动请求重传（ARQ）的后向差错校正机制。
MAC子层本身由时隙ALOHA协议而来，它在MS与BTS间起作用，负责管理MS尝试接入无线信道的解决，对来自不同的MS的多个业务请求进行仲裁，以及响应各用户的业务请求。
逻辑链接控制（LLC）子层在RLC/MAC子层之上起作用，为MS和SGSN之间提供逻辑链路。
它允许引入可供选择的无线解决方案而无需对NSS有主要的改动，它与RLC/MAC相互独立，协议功能是基于GSM信令平面中应用的LAPD，但支持点到多点传输。
这一协议称为LAPG（LinkAccessProcedureontheG-channcl）。
2.7GPRS的网络结构
由于GPRS是GSM系统中提供分组业务的一种方式，所以它能广泛应用于IP域。
其移动终端通过GSM网络提供的寻址方案和运营商具体网关互通协议实现全球网关通信。
GPRS网络是在现有GSM网络中增加GGSN和SGSN来实现的，使得用户能够在端到端分组方式下发送和接收数据。
其系统结构如图1所
图2-3GPRS总体结构及接入接口和参考点
图中，笔记本电脑通过串行或无线方式连接到GPRS蜂窝电话上；GPRS蜂窝电话与GSM基站通信，但与电路交换式数据呼叫不同，GPRS分组是从基站发送到GPRS服务支持节点（SGSN），而不是通过移动交换中心（MSC）连接到语音网络上。
SGSN与GPRS网关支持节点（GGSN）进行通信；GGSN对分组数据进行相应的处理，再发送到目的网络，如因特网或X.25网络。
来自因特网标识有移动台地址的IP包，由GGSN接收，再
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