基于GPRS环境的设备运行在线数据采集与发布毕业论文.docx
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基于GPRS环境的设备运行在线数据采集与发布毕业论文
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目录
1绪论1
1.1开发研究背景及意义1
1.2GPRS目前在石油化工行业中的应用状况1
1.2.1系统特点2
1.2.2系统结构与原理2
1.3GPRS网络监控在其他领域的应用4
2GPRS概述6
2.1GPRS分组交换通信技术6
2.2GPRS网络结构7
2.3GPRS协议栈7
2.4GPRS网络接口8
2.5GPRS的特点10
3移动式数据集中发布器程序编写语言J2ME概述11
3.1设计规格11
3.2架构介绍12
3.3开发工具12
4GPRS网络数据采集与发布系统原理13
5移动式数据集中发布器程序开发前准备16
5.1选择开发环境16
5.2配置开发环境16
6手机数据发布程序项目可行性分析20
6.1编写目的20
6.2项目背景、程序设计流程20
6.3技术的可行性22
6.4开发的风险22
6.5资源的有效性22
6.6经济的可行性22
6.7与现有程序比较的优越性23
6.8该程序的开发可能带来的影响23
6.9结论23
7简要设计说明25
7.1用户界面设计25
7.2功能和数据设计26
8详细设计说明27
8.1程序系统的目标设计27
8.2详细设计方法27
8.2.1结构化生命周期法27
8.2.2原型法28
8.3部分代码设计28
8.4简介服务器的搭建31
8.4.1Tomcat简介32
8.4.2搭建服务器32
9设计中待解决的问题34
10结论35
参考文献36
附录数据发布移动端详细代码37
致谢52
1绪论
1.1开发研究背景及意义
（GPRS网络）传递给数据管理服务器，数据服务器可通过DDN专线、ADSL、ISDN连接等形式连接到企业内部网络上，在控制中心的服务器上建立一个中央数据库，对收到的数据进行整理贮存，产生相应的报表和指示。
并可以在其上开发分析决策模块，判断要监控对象的工作状态（如是否正常工作，有何异常事件），并对该情况做出相应指令，传回数据终端侧执行，或通过短信发送给管理和维护人员。
从而实现了对现场设备运行状态的实时监控，实现了数据在人员、控制中心和设备间的互通互传，使技术人员和管理人员无论在任何地方都可以得到每个监控点的数据，并可以进行及时响应。
由于GPRS更适合应用在小数据量、高实时性要求的场合，利用GPRS网络提供的简单高效的通信传输手段和广域无线IP接入平台，可以构建几乎所有中低速率的远程数据传输业务。
目前GPRS技术在远程数据采集方面已经得到了广泛的运用。
如油田监测、电力监控、远程抄表、路灯监控、环境监测、气象监测、水利监测、热网监测、电表监测、机房监控、交通指示、煤炭监控、地震监测、车辆诱导、供水监控、高速公路监测、噪声实时监控、环保重点污染源监控、供水管网实时传输监控、电力配网自动化遥控系统等等。
1.2GPRS目前在石油化工行业中的应用状况
由于GPRS的出色表现，也随着国内油田的发展及工业自动化水平的提高，利用现代通信技术所开发的GPRS无线通讯模块和现代计算机所组成的系统对采油设备、采油数据的远距离监控与采集这种服务于油田采油的新技术已经展现在人们眼前。
油田的一个采油场由多口油井、计量间、管汇阀组、转油站、联合站、原油外输系统、油罐以及油田的其它分散设施组成，那么整个采油场的各种设施的工作状态及采出油品的数据（主要有温度、压力、流量等）就直接关系到油田生产的稳定及原油质量。
目前大多由人工每日定时检查设备运行情况并测量、统计采油数据。
由于油井数量多且分布范围由几十至上百平方公里，这种方式必然使工人劳动强度加重，并且影响了设备监控与采油数据的实时性，甚至准确性。
所以油场的自动化、信息化就显得极为突出。
随着计算机技术、通信技术的发展，石油天然气行业生产监控系统也得到了很大发展。
以计算机、GPRS无线通信模块为基础的油田监测和控制系统可大大提高油田生产效率，降低综合成本，实现油田生产、管理的自动化、信息化。
为了达到这个目标，必须开发一个可靠的以微型计算机技术、现代通信技术为基础的油田监测和操作系统；开发新而廉价的油田作业监测方法；开发一个易为用户存取的数据库和记录系统。
1.2.1系统特点
石油天然气行业工业监控系统应用具有以下特点：
①一般地域跨越很大，因此要求电台支持长距离传输；
②井站的无人值守远动控制决定了电台要具备抵抗恶劣的天气环境的能力；
③整个系统庞大，监测井站数量多，要求无线通信系统速率要高，轮询响应速度快；
④同时因为石油天然气行业是国家的能源基础，其所采用工控系统都是最先
进可靠的设备，所以做为整个系统关键保证的无线通信链路也必须要可靠稳定且性能优异才能保证整个工控系统的最佳运行。
GPRS无线通讯模块在石油天然气行业的典型应用是在油井和气井的三遥（遥测、遥信、遥控）和自动计量方面——井站数据通过GPRS无线通讯模块传送到采油队控制中心，采油队再通过专用广域通信网或无线网络与上一级的采油厂或石油公司的总控制中心连通。
1.2.2系统结构与原理
基于GPRS的油田抽油机远程在线监控系统研究的主要内容是实时在线监测抽油机的电机温度、电机工作电流、电压,抽油机的光杆运行参数,井口原油温度与原油压力和防偷盗信息等参数。
通过GPRS与远程监控中心相连,经过对信息的整合,得出抽油机实际运行状态与性能评估,对越限的抽油机报警并实施远程在线停机或现场紧急停机操作;对存在故障隐患的抽油机实施报警预案,自动生成排查检修工作表,从而实现远程对在线运行参数的监测,同时通过Internet与油田管理级相连,形成数据共享。
系统原理图如图1-1所示。
图1-1以微机、GPRS无线通信模块为基础的生产监控系统图
① 油田监控中心：
计算机、GPRS无线通讯模块、天线、系统软件、数据库
② 井队监控中心：
计算机、GPRS无线通讯模块、天线、监控软件
③ 远端井口：
数据采集装置、GPRS无线通讯模块、天线
系统采用高精度专用传感器实时采集抽油机运行的各种数据,然后将采样数据送入抽油机运行状态参数处理单元,即智能监测仪。
安装在不同油井现场的智能监测仪定时完成对本站设备的在线监测工作,并通过基于GPRS的通信模块将监测数据上传到监测中心的大型数据库中,以实现数据的共享。
在线监测中心对存在潜在隐患的设备进行有效地跟踪监测,通过专家系统对设备运行状态做出性能评估与报警预案。
同时,在线监测中心服务器通过监测中心的局域网和油田管理系统相连。
上述监测数据可通过远程通信网络将现场监测数据传送到局内的MIS网络系统,供有关职能部门有权限地查看,也可以通过MIS网络系统进行有权限的远程手动采样控制,极大地方便了运行和管理。
图1-2油田远程监测各级关系图
生产监控操作系统的基础，是每天24小时对远方产油或产气井的所有主要环节和地面分离及储存系统的各种常规的或独特的传感器采集的数据进行记录。
1.3GPRS网络监控在其他领域的应用
GPRS网络远程监控不仅在石油、石化领域有很深入的应用，而且在我国其他行业均有普遍的应用，如电力、农业、消防、交通、热力等等。
下图是GPRS网络在现代农业中的应用例图。
图1-3GPRS在农业节水灌溉大棚动态监测中的应用
2GPRS概述
GPRS是通用分组无线服务技术（GeneralPacketRadioService）的简称，它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务。
GPRS可说是GSM的延续。
GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包（Packet）式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。
GPRS的传输速率可提升至56甚至114Kbps。
2.1GPRS分组交换通信技术
GPRS经常被描述成“2.5G”，也就是说这项技术位于第二代（2G）和第三代（3G）移动通讯技术之间。
它通过利用GSM网络中未使用的TDMA信道，提供中速的数据传递。
GPRS突破了GSM网只能提供电路交换的思维方式，只通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换，这种改造的投入相对来说并不大，但得到的用户数据速率却相当可观。
而且，因为不再需要现行无线应用所需要的中介转换器，所以连接及传输都会更方便容易。
如此，使用者既可联机上网，参加视讯会议等互动传播，而且在同一个视讯网络上（VRN）的使用者，甚至可以无需通过拨号上网，而持续与网络连接。
GPRS分组交换的通信方式在分组交换的通信方式中，数据被分成一定长度的包（分组），每个包的前面有一个分组头（其中的地址标志指明该分组发往何处）。
数据传送之前并不需要预先分配信道，建立连接。
而是在每一个数据包到达时，根据数据报头中的信息（如目的地址），临时寻找一个可用的信道资源将该数据报发送出去。
在这种传送方式中，数据的发送和接收方同信道之间没有固定的占用关系，信道资源可以看作是由所有的用户共享使用。
由于数据业务在绝大多数情况下都表现出一种突发性的业务特点，对信道带宽的需求变化较大，因此采用分组方式进行数据传送将能够更好地利用信道资源。
例如一个进行WWW浏览的用户，大部分时间处于浏览状态，而真正用于数据传送的时间只占很小比例。
这种情况下若采用固定占用信道的方式，将会造成较大的资源浪费。
在GPRS系统中采用的就是分组通信技术，用户在数据通信过程并不固定占用无线信道，因此对信道资源能够更合理地应用。
在GSM移动通信的发展路标中，GPRS是移动业务和分组业务相结合的第一步，也是采用GSM技术体制的第二代移动通信技术向第三代移动通信技术发展的重要里程碑。
2.2GPRS网络结构
GPRS网络引入了分组交换和分组传输的概念，这样使得GSM网络对数据业务的支持从网络体系上得到了加强。
图2-1给出了GPRS网络的组成示意图。
GPRS其实是叠加在现有的GSM网络的另一网络，GPRS网络在原有的GSM网络的基础上增加了SGSN（服务GPRS支持节点）、GGSN（网关GPRS支持节点）等功能实体。
GPRS共用现有的GSM网络的BSS系统，但要对软硬件进行相应的更新；同时GPRS和GSM网络各实体的接口必须作相应的界定；另外，移动台则要求提供对GPRS业务的支持。
GPRS支持通过GGSN实现的和PSPDN的互联，接口协议可以是X.75或者是X.25，同时GPRS还支持和IP网络的直接互联。
支持GPRS的GSM网络
移动交换中心
本地位置寄存器
GPRS网关支持节点
GPRS支
持节点
基站收发信机
移动终端
图2-1GPRS网络结构
2.3GPRS协议栈
GPRS协议规程体现了无线和网络相结合的特征。
其中既包含类似局域网技术中的逻辑链路控制LLC子层和媒体接入控制MAC子层，又包含RLC和BSSGP等新引入的特定规程。
并且各种网络单元所包含的协议层次也有所不同，如PCU中规程体系与无线接入相关，GGSN中规程体系完全与数据应用相关，而SGSN规程体系则涉及两个方面，它既要连接PCU进行无线系统和用户管理，又要连接GGSN进行数据单元的传送。
SGSN的PCU侧的Gb接口上采用帧中继规程，与GGSN侧的Gn接口上则采用TCP/IP规程，SGSN中协议低层部分，如NS和BSSGP层与无线管理相关，高层部分，如LLC和SNDCP则与数据管理相关。
由GPRS系统的端到端之间的应用协议结构可知，GPRS网络是存在于应用层之下的承载网络，它用于以承载IP或X.25等数据业务。
由于GPRS本身采用IP数据网络结构，所以基于GPRS网络的IP应用规程结构可理解为两层IP结构，即应用级的IP协议以及采用IP协议的GPRS系统本身。
GPRS氛围传输面和控制面两个方面。
传输面为提供用户信息传送及其相关信息传送控制过程（如流量控制，错误检测和恢复等）的分层规程。
控制面则包括控制和支持用户面功能的规程，如分组域网络接入连接控制（附着与去激活过程），网络接入连接特性（PDP上下文激活和去激活），网络接入连接的路由选择（用户移动性支持），网络资源的设定控制等。
2.4GPRS网络接口
GPRS系统中存在各种不同的接口种类。
GPRS接口涉及帧中继规程、七号信令协议、IP协议等不同规程种类，内容非常多。
以下分别予以简单介绍。
GPRS接口种类
①Gb接口
Gb链路提供BSS与SGSN之间的连接，用以传送小区管理和路由区切换信息，并进行MS与SGSN之间的数据传送。
②Gr接口
Gr接口指GPRS系统中SGSN与HLR之间的接口，用于传送MS的加密信息，鉴权信息和用户数据库信息等。
③Gn/Gp接口
Gn是同一个PLMN内部GSN之间的接口，Gp是不同PLMN中GSN之间的接口，Gn与GP接口都采用基于IP的GTP协议规程，提供协议规程数据包在GSN结点间通过GTP隧道协议传送的机制。
④Gi接口
Gi接口是GPRS网络与外部数据网络的接口点，它可以采用X.25协议、X.75协议或IP协议等接口方式。
⑤Gs接口
Gs接口为SGSN与MAC之间的接口，在Gs接口存在的情况下，MS可通过SGSN进行IMSI/GPRS联合附着、LA/RA联合更新，并采用寻呼协调通过SGSN进行GPRS附着用户的电路寻呼，从而降低系统无线资源的利用，减少系统信令链路负荷，有效提高网络性能。
⑥Ga接口
SGSN/GGSN与计费网关CG之间的接口是用于传送计费信息，它采用类似GTP的GTP协议。
图2-2GPRS网络接口示意图
2.5GPRS的特点
（1）应用上的特点
目前，用手机上网还显得有些不尽人意。
因此，全面的解决方法GPRS也就这样应运而生了，这项全新技术可以令您在任何时间、任何地点都能快速方便地实现连接，同时费用又很合理。
简单地说：
速度上去了，内容丰富了，应用增加了，而费用却更加合理。
①广域覆盖
GPRS在全国31个省、240多个城市均有良好覆盖，基本上在手机可以打电话的地方都可以通过GPRS无线上网；
②高速数据传输
速度10倍于GSM，目前GPRS可支持56~115Kbps的峰值传输速率，理论峰值传输可达100余Kbps，还可以稳定地传送大容量的高质量音频与视频文件，可谓不一般的巨大进步。
③永远在线
由于建立新的连接几乎无需任何时间（即无需为每次数据的访问建立呼叫连接），因而您随时都可与网络保持联系，举个例子，若无GPRS的支持，当您正在网上漫游，而此时恰有电话接入，大部分情况下您不得不断线后接通来电，通话完毕后重新拨号上网。
这对大多数人来说，的确是件非常令人恼火的事。
而有了GPRS，您就能轻而易举地解决这个冲突。
④仅按数据流量计费
即根据您传输的数据量（如：
网上下载信息时）来计费，而不是按上网时间计费也就是说，只要不进行数据传输，哪怕您一直“在线”，也无需付费。
做个“打电话”的比方，在使用GSM+WAP手机上网时，就好比电话接通便开始计费；而使用GPRS+WAP上网则要合理得多，就像电话接通并不收费，只有对话时才计算费用。
总之，它真正体现了少用少付费的原则。
（2）GPRS与传统工业用GSM比较中突出的特点
①相对于GSM的9.6kbps的访问速度而言，GPRS拥有56~115Kbps的访问速度；
②在连接建立时间方面，GSM需要10-30秒，而GPRS只需要极短的时间就可以访问到相关请求；
③对于费用而言，GSM是按连接时间计费的，而GPRS只需要按数据流量计费；
④GPRS对于网络资源的利用率而相对远远高于GSM。
3移动式数据集中发布器程序编写语言J2ME概述
JavaME以往称作J2ME（JavaPlatform，MicroEdition），是为机顶盒、移动电话和PDA之类嵌入式消费电子设备提供的Java语言平台，包括虚拟机和一系列标准化的JavaAPI。
它和JavaSE、JavaEE一起构成Java技术的三大版本，并且同样是通过JCP（JavaCommunityProcess）制订的。
JavaME（Java2MicroEdition）是Java2的一个组成部分，它与J2SE、J2EE并称。
根据Sun的定义：
JavaME是一种高度优化的Java运行环境，主要针对消费类电子设备的，例如蜂窝电话和可视电话、数字机顶盒、汽车导航系统等等。
JavaME技术在1999年的JavaOneDeveloperConference大会上正式推出，它将Java语言的与平台无关的特性移植到小型电子设备上，允许移动无线设备之间共享应用程序。
3.1设计规格
J2ME在设计其规格的时候，遵循着「对于各种不同的装置而造出一个单一的开发系统是没有意义的事」这个基本原则。
于是J2ME先将所有的嵌入式装置大体上区分为两种:
一种是运算功能有限、电力供应也有限的嵌入式装置（比方说PDA、手机）；另外一种则是运算能力相对较佳、并且在电力供应上相对比较充足的嵌入式装置（比方说冷气机、电冰箱、电视机顶盒（Set-topBox））。
因为这两种型态的嵌入式装置，所以Java引入了一个叫做Configuration的概念，然后把上述运算功能有限、电力有限的嵌入式装置定义在ConnectedLimitedDeviceConfiguration（CLDC）规格之中；而另外一种装置则规范为ConnectedDeviceConfiguration（CDC）规格。
也就是说，J2ME先把所有的嵌入式装置利用Configuration的概念区隔成两种抽象的型态。
其实在这里大家可以把Configuration当作是J2ME对于两种类型嵌入式装置的规格，而这些规格之中定义了这些装置至少要符合的运算能力、供电能力、记忆体大小等规范，同时也定了一组在这些装置上执行的Java程序所能使用的类别函式库、这些规范之中所定义的类别函式库为Java标准核心类别函式库的子集合以及与该型态装置特性相符的扩充类别函式库。
比方就CLDC的规范来说，可以支援的核心类别函式库为Java.lang.*、Javaio.*、Java.util.*，而支援的扩充类别函式库为Javamicroeditionio.*。
区分出两种主要的Configuration之后，J2ME接著在定义出Profile的概念。
Profile是架构在Configuration之上的规格。
之所以有Profile的概念，是为了要更明确地区分出各种嵌入式装置上Java程序该如何开发以及它们应该具有哪些功能。
因此Profile之中定义了与特定嵌入式装置非常相关的扩充类别函式库，而Java程序在各种嵌入式装置上的使用者介面该如何呈现就是定义在Profile里头。
Profile之中所定义的扩充类别函式库是根据底层Configuration内所定义的核心类别函式库所建立。
3.2架构介绍
与J2SE和J2EE相比，J2ME总体的的运行环境和目标更加多样化，但其中每一种产品的用途却更为单一，而且资源限制也更加严格。
为了在达到标准化和兼容性的同时尽量满足不同方面的需求，J2ME的架构分为Configuration、Profile和OptionalPackages（可选包）。
它们的组合取舍形成了具体的运行环境。
Configuration主要是对设备纵向的分类，分类依据包括存储和处理能力，其中定义了虚拟机特性和基本的类库。
已经标准化的Configuration有ConnectedLimitedDeviceConfiguration（CLDC）和ConnectedDeviceConfiguration（CDC）。
Profile建立在Configuration基础之上，一起构成了完整的运行环境。
它对设备横向分类，针对特定领域细分市场，内容主要包括特定用途的类库和API。
CLDC上已经标准化的Profile有MobileInformationDeviceProfile（MIDP）InformationModuleProfile（IMP）和，而CDC上标准化的Profile有FoundationProfile（FP）、PersonalBasisProfile（PBP）和PersonalProfile（PP）。
可选包独立于前面两者提供附加的、模块化的和更为多样化的功能。
目前标准化的可选包包括数据库访问、多媒体、蓝牙等等。
3.3开发工具
开发J2ME程序一般不需要特别的开发工具，开发者只需要装上JavaSDK及下载免费的SunJavaWirelessToolkit2.xx系列开发包，就可以开始编写J2ME程式，编译及测试，此外目前主要的IDE（Eclipse及NetBeans）都支持J2ME的开发，个别的手机开发商如Nokia、SonyEricsson、摩托罗拉、Android系统都有自己的SDK，供开发者再开发出兼容于其平台的程序。
4GPRS网络数据采集与发布系统原理
基于GPRS的远程数据采集系统通过各种终端将现场采集到的数据利用GPRS网络和Internet网络将数据传输到监控中心的数据库服务器。
该系统一般由数据采集系统，GPRS数据传输网络和监控中心三部分组成，系统框图如图4-1所示。
图4-1基于GPRS的远程数据采集系统框图
基于GPRS的远程数据采集系统的详细系统结构图如图4-2所示。
图4-2基于GPRS的远程数据采集系统的详细系统结构图
数据采集系统由应用终端（如：
传感器）和采集器两部分组成。
可采集的数据有很多种，由该系统的应用场合决定。
数据采集后，在与服务中心通讯前存储在终端子系统中。
采集器可通过RS232串口与集中器（GPRSDTU）相连。
集中器是GPRS数据传输网络中很重要的一个部分，它是GPRS数据传输装置，即GPRSDTU通讯模块。
它是远程数据采集系统的中心管理和控制设备，负责定时读取采集器数据、系统的命令传送、数据通讯、网络管理等功能。
各种采集数据首先利用RS485接口（通过双绞线）连接到位于各采集点的集中器，集中器再通过RS232/RS485接口与GPRS透明数据传输终端相连。
通过GPRS透明数据传输终端内置嵌入式处理器对数据进行处理、协议封装后发送到GPRS网络，通过GPRS网络传送至数据中心，实现各采集点数据和数据中心系统的实时在线连接。
集中器也可通过RS485接口直接连接到各采集器上，既可支持单个采集器，也可以同时支持多个采集器，实现对各采集器采集到的数据进行存储、预处理，并将采集到的数据实时传送到中心；同时，集中器还可将中心发送的遥控指令传给控制模块，对集中器进行控制操作。
监控中心由局域网构成，包括前置处理机、数据库服务器、工作站（中心计算机）及相应的应用管理软件等。
工作站既可以实时接收从采集器传来的数据，也可以将命令以及对远端采集器、集中器的设置参数等传到采集器和集中器，从而实现数据远程读取和采集器、集中器工作参数的远程设置。
数据库服务器存储采集数据。
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