發布日期：2022-04-18 點擊率：81
一、 需求分析
GPRS 是目前解決移動通信信息服務的一種較完美的業務，它是以數據流量計費、覆蓋范圍廣泛、數據傳輸速度更快。GPRS 的推出，為行業和企業用戶開展無線辦公提供了基礎設施平臺，為推動移動辦公的應用和發展創造了有利條件。與有線網絡相比，GPRS網絡具有租用費用低、移動辦公，不受地域制約等優點。GPRS 的出現為企業和行業用戶開展無線辦公提供了一種新的選擇。
在煤炭企業，安全生產是擺在各級領導工作的第一位大事。而目前國內的煤炭生產安全事故不斷，特別是不斷發生的重大瓦斯爆炸事故造成了嚴重的損失，已經引起各級部門領導的高度重視，正采取措施保障煤炭安全生產。
隨著企業信息化的不斷深入，安全生產信息化成為企業信息化首當其沖的重要內容。利用現代化的信息技術手段，建設安全生產監督管理信息網絡系統，才能將安全生產監督管理工作落到實處。
在我國煤炭行業，大多數企業都已經或正在進行生產調度、監測監控等系統的建設，這些系統的建立在實現安全生產的過程中起到了重要的作用；但是由于各種系統建于不同時期，使用不同的技術，各系統無法有效的集成，使安全生產監測監控信息不能很好的整合、利用。將安全生產監測監控信息及時、準確的傳送到各級相關人員手中，缺乏有效的手段。系統需要在地面的中央控制室可對全礦井生產過程及設備實現自動化監測和控制，并能把信息通過網絡傳送給礦級領導，使領導在辦公室即可隨時了解生產、安全等信息，實現全礦井的統一調度和統一管理。需要系統的信息由下而上逐級集中，可與礦務局、焦煤公司的局域網內的計算機聯網，實現實時遠程查看。而控制既可集中于監控層操作，也可分散于設備控制層實施。各個子系統均可獨立自成體系，可以按照礦井要求分步配置，進而實現最佳配置。
針對這些問題，廈門四信通信開發人員，在多年的網絡測控經驗的基礎上，采用目前世界上最先進的數據通信技術，開發出了礦井安全遠程監測GPRS網絡系統，可以對煤礦進行分級管理，進行有效監管，預防和減少安全生產事故的發生。該系統采用先進成熟的GPRS 無線數據終端為遠程傳輸模塊，依托穩定、可靠的中國移動GPRS 網絡，系統運行可靠，數據采集實時性強。該系統有效的解決了其他通信方式存在的各種問題。在保證數據傳輸的及時、準確的前提下，將系統運行費用也降低到了最低；同時，通信鏈路由專業的運營商來維護，避免了用戶在使用監測系統的同時，還需要耗費很大精力去維護通信線路等問題；節約了用戶的初期建設投資和運行維護費用。
GPRS 無線傳輸數據有以下優勢：
1．GPRS 用戶可隨意分布和移動自己的網絡點，無須擔心線路的維護或有線在移機時導致的通訊中斷。建設新的營業點無需進行拉線，埋線等工作。較光纖，或專線系統投資較少，設備安裝方便。
2．終端價格比較低，與 DDN 相比，較 DTU 或 DDN 專線 Modem 其終端價格便宜很多。
3．儀器設備反向控制：本系統對符合環保總局制訂的標準數據協議的儀器設備，可以實現儀器設備的時間校正、狀態報告、開關以及其他監測、控制等功能。
4．GPRS 資費便宜，計費合理。GPRS 資費包月比有線電話網絡資費還便宜。環保數據采集業務沒有大數據量的信息傳輸，不必要采用資費很高的專線（DDN、幀中繼）。GPRS還可根據通信的數據量和提供的服務質量進行計費。在 GPRS 網中，用戶只需與網絡建立一次連接，就可長時間的保持這種連接，并只在傳輸數據時才占用信道并被計費，保持時不占用信道不計費。這樣，營業點即不用頻繁建立連接，也不必支付傳輸間隙時的費用。
5．GPRS 能最好地支持頻繁的、少量突發型數據業務。通信質量穩定可靠，永不掉線。
6．GPRS 網絡接入速度快，提供了與現有數據網的無縫連接。由于 GPRS 網本身就是一個分組型數據網, 支持 TCP/IP、X.25 協議，因此無需經過 PSTN 等網絡的轉接，直接與分組數據網（IP 網或 X.25 網）互通，接入速度僅幾秒鐘，快于電路型數據業務。采用TCP/IP 協議，較以前的無線數據網絡（集群，雙向傳呼，GSM 短信息）而言，網絡接入更加直接方便。
7．覆蓋較好，比較很多無線數據網絡（集群，雙向傳呼，CDPD，CDMA）而言，其網絡覆蓋是最好的。
二、解決方案
1．網絡結構圖
2、 功能模塊組成
a． 安全數據采集/傳輸
礦井原始數據采集（使用網絡、RS485、RS232、RS422 等接口直接采集瓦斯、一氧化碳以及硫化氫等有害氣體的濃度以及通風、掘進等數據）；
告警閾值數據設定（設定有害氣體的告警閾值，用以進行告警判斷）；
將實時數據通過遠程無線網絡傳輸到上一級單位；
上級單位接收下屬各礦上報的實時數據，并存入本地實時數據庫；
b. 安全信息告警
告警信息生成（將礦井原始數據和告警閾值進行比較，如果超過閾值則產生告警）；
告警數據上報上級單位（將告警數據上報給上級單位）；
逐級通知安全責任人（根據告警策略將告警信息逐級發送到安全責任人的手機上，督促其盡快處理）。在通知安全責任人時，可以根據告警策略的設置，分級分時通知安全責任人。當同時發生幾種告警時，根據系統的設定可以自動選擇發送優先級，例如同時發生瓦斯和硫化氫告警時優先發送瓦斯告警）。
c. 安全信息分析統計
系統定期將安全信息進行匯總、統計，并可輸出各種報表。
d. 基本管理
信息源管理（對原始數據和告警閾值數據進行配置和管理）；
告警策略管理（配置安全數據的告警策略，例如通知安全責任人的順序等）；
數據管理（數據庫備份、恢復等功能）；
3. 系統功能
（1）系統具備具備的功能有：監測瓦斯、風速、負壓、溫度、一氧化碳、饋電及風門開關等環境參數，還可以監測煤倉煤位、水倉的水位及主要機電設備開停等生產參數；監測電壓、電流、功率等電力參數；機電設備運行保護參數。
（2）配接更大的面積上顯示更多的工藝流程模擬圖、監測曲線、表格和文字，
① 系統生成及操作；
② 測點生成及操作；
③ 工藝流程模擬圖形顯示；
④ 各測點數據表格顯示；
⑤ 井上、井下各類模擬量參數的實時表格、拄狀圖、變化曲線顯示；
⑥ 井上、井下主要設備開停等開關量的實時值和開/停時間顯示；
⑦ 原煤產量等累計量的實時值和累計值顯示；
⑧ 各類報警除表格顯示外，還有聲訊信號；
⑨ 時鐘和日期顯示；
⑩ 系統相關設備及軟件操作說明跟蹤顯示。
（3）系統可配置顯示屏，可以顯示動、靜態模擬圖形、數據表格、歷史曲線、分層顯示采掘平面圖、測點配置，實時數據顯示等。也可通過顯示屏控制主機編制礦井實時礦井安全信息或提示。
（4）系統的人機界面十分友好，所有顯示和打印有操作人員只要用鼠標進行簡單的點擊即可，任何人都可方便使用，即使偶爾有錯誤的操作也不會影響系統的正常工作。為了確保系統配置等信息不被破壞，專門為系統管理人員、普通操作人員定義了操作權限并配置相應的口令密碼，只有口令密碼正確才能進入系統進行操作權限范圍內的操作。
（5）系統所有被檢測的參數、開/停信息及累計量累計、存儲，并可連續保持一年（系統軟件每三分鐘存盤一次），如有特殊情況可保存更長時間，這些數據可隨時用表格、二維曲線等形式顯示出來，可以打印保存。對重要設備用戶能夠調整模擬量或設備開停信息和存儲時間。
（6）系統有簡便的繪圖工具。所有動態、靜態圖都可由礦上一般操作人員繪制（繪圖時不影響主機實時監測功能）。
（7）系統具有列表顯示功能。模擬圖及相關顯示內容包括地點、名稱、單位、報警門限、斷電門限、監測值、最大值、平均值、最小值、斷電命令、饋電狀態、超限報警、斷電邏輯不符報警、傳感器故障、封鎖與解鎖等。開關量顯示內容包括地點、名稱、開/停時刻、狀態、工作時間、開停次數、傳感器狀態、閉鎖與解鎖等。累計量顯示內容包括地點、名稱、單位、累計量值等。
（8）系統具有模擬量實時曲線和歷史曲線功能，在同一坐標上用不同顏色顯示最大值，平均值，最小值曲線，在一屏上，最多顯示6個模擬量曲線，并設時間標尺，可顯示對應時間標尺的模擬量
（9）系統具有柱壯圖顯示功能。能直觀地反映開機率、開/停次數、傳感器狀態、閉鎖與解鎖等，并設時間標尺。
（10）系統具有模擬動畫顯示功能。能形象、直觀、全面地反映安全生產狀況。點擊設備圖標即可顯示該設備的有關內容，包括工藝流程模擬圖、相應設備開停、相應模擬量數值和曲線等。
（11）方便地由用戶自行生成各類表格，打印所要求的各類數據表格、圖形及曲線。
（12）對各類報警信息進行處理，并實時進行存儲和報警。傳感器數值超限時聲光報警提示，并在監控主機的相應的條目以變換背景顏色和閃爍的方式提醒用戶發出報警信號的具體設備及安裝地點。
（13）系統具有防雷電功能，再加上接口和分站的光電隔離；為了確保萬無一失，專門在主傳輸電纜聯接監測主機端配置了法國生產的避雷器。
4．系統設計原則
● 根據用戶的使用要求；
● 根據煤炭行業標準GB3836-2000 和新版《煤礦安全規程》規定的要求來選型；
● 技術先進、成熟，功能實用性強，確保可靠；
● 組合方便，擴展性能好。能為以后系統擴展留有充分的余地，為系統升級提供便利；
● 開放性與兼容性良好，能實現系統的軟、硬件連接；系統之間充分開放，互容度高；
● 擴展功能多樣化，系統通過聯機實現信息交換、監視、控制和管理；
● 優化設備功能以達到經濟、有效，減少維護、管理人員；
● 人機界面良好，運行管理方便，數據準確，反應迅速，操作簡便。
5、系統組成
(1)
傳輸等多種功能。智能數據集中器可直接通過標準接口連接到監控儀器，完成對監控參數的采集或進行控制操作。產品既可支持單個儀器設備，也可以同時支持多個儀器設備。
(4)
2．監控中心
礦井安全遠程監測無線網絡系統的監控中心為地面聯網的2 臺計算機：監控主機和副機，當主
機出現故障時，副機立即代替主機進行監控，計算機通過通信接口不斷地與各個分站進行數據通信，
分站和測點可分布于地面或井下任何地方，分站采集各測點傳感器的信號，通過 GPRS無線數據終端與通信接口相連，向主機傳遞數據，同時分站又不停地對所接的傳感器巡測，進行數據預處理、顯示或根據需要控制輸出。系統主機不斷地把接收到的各分站測點數據實時處理、顯示并定時存盤。
經過數年多的建設，中國移動 GPRS 網實現了沿海地區的全面覆蓋和山區地區的地市覆蓋，并且于 2002 年 5.17 正式向用戶提供服務。GPRS 業務的高速數據傳輸、"永遠在線"、"流量計費"和"全國漫游"的特性以及中國移動的優質網絡，滿足了不同層次。
u 客戶中心通過一條2M APN專線接入移動公司GPRS網絡，雙方互聯路由器之間采用私有固定IP地址進行廣域連接，在GGSN與移動公司互聯路由器之間采用GRE隧道。
四．移動公司專線 APN 傳輸方式
u 為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請該APN。用于GPRS專網的SIM卡才能進入專網APN，防止其他非法用戶的進入。
u 用戶在內部建立RADIUS服務器，作為內部用戶接入的遠程認證服務器（或在APN路由器內，啟用路由器本地認證功能）。只有通過認證的用戶才允許接入，用以保證用戶內部安全。
u 用戶在內部建立DHCP服務器（或在APN路由器內，啟用DHCP功能），為通過認證的用戶分配用戶內部地址。
u 移動終端和服務器平臺之間采用端到端加密，避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。
雙方采用防火墻進行隔離，并在防火墻上進行IP地址和端口過濾。
此種方案無論實時性，安全性和穩定性較前一種方案都有大大提高，適合于安全性要求較高、數據點比較多、實時性要求較高的應用環境。在資金允許的情況下之最佳組網方式。
業務流程
GPRS專網系統終端上網登錄服務器平臺的流程為：
1）用戶發出GPRS登錄請求，請求中包括由移動公司為GPRS專網系統專門分配的專網APN；
2）根據請求中的APN，SGSN向DNS服務器發出查詢請求，找到與企業服務器平臺連接的GGSN，并將用戶請求通過GTP隧道封裝送給GGSN；
3）GGSN將用戶認證信息（包括手機號碼、用戶賬號、密碼等）通過專線送至Radius進行認證；
4）Radius認證服務器看到手機號等認證信息，確認是合法用戶發來的請求，向DHCP服務器請求分配用戶地址；
5）Radius認證通過后，由Radius向GGSN發送攜帶用戶地址的確認信息；
6）用戶得到了IP地址，就可以攜帶數據包，對GPRS專網系統信息查詢和業務處理平臺進行訪問。
附：
系統安全
在系統安全方面，本公司除了采用大型、多用戶的ORACLE數據庫、系統對用戶實現分級授權管理和提供防火墻功能及完善的數據備份功能外，對網絡無線數據監控中心還提供了安全技術解決方案，以確保數據安全可靠。
過濾技術
由于監控中心服務于GPRS子網用戶，所有訪問客戶的IP必為GPRS子網內的IP ，即所有的用戶必須通過VPDN才可能訪問該服務器。因此，我們在系統中采用了IP過濾技術，對所有接受的數據包進行過濾，拋棄掉所有的非法IP數據報。這一過程就好像將系統置身于CMNET的防火墻保護之下，所有的非法用戶只有先穿過了VPDN的安全防護才有可能訪問到本系統，但對于安全措施非常強大的VPDN網絡來說，這將是非常的困難。
采用IP過濾技術盡管可以防止一些非VPDN網段用戶的侵襲，但由于系統處于GPRS子網以外，IP過濾只能起到簡單的安全防護，對于那些利用IP偽裝技術的非法用戶則無法識別。
由于該系統是專業化的服務系統，訪問客戶是預先確定的，利用這一特點，我們在系統中采用了用戶ID和密碼驗證技術，系統中存儲了有所客戶端的MAC地址以及密碼，對通過了IP過濾的數據包，再驗證其ID號和密碼。對于該系統以外的非法用戶，獲取合法的MAC地址和密碼將十分困難，所以這一步極大可能地增加了系統的安全性。
系統采用標準的SSL數據安全通訊協議在客戶端和服務器端建立加密數據通道，保證私有數據傳輸的安全性；系統在應用層植入高可靠性的加密算法，使得數據在任何網絡出錯時都可以得到保證的高可靠性；采用MD5算法產生“報文摘要”已實現對所有發送報文的數字簽名，保證了數據傳輸過程中的完整性，防止數據被篡改。
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