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【摘要】本文对中小尺度自动气象站网的发展背景做了简要对的介绍，由于新业务的发展和国民生产对气象数据的要求不断提高，传统的数据传输方式逐渐落后，不能满足自动气象站网络的实际需求，因此本文利用新的无线传输技术对自动气象站网的实际解决方案作出了分析i，并找出了合适的方案。
【关键词】中小尺度；自动站；GPRS；组网方案
1.前言
气象与人的生活息息相关，对国家经济发展中的方方面面同样影响深远，因此准确及时的获取气象资料就显得尤为重要[1]。地面气象观测是取得气象资料的最基本手段，是大气探测，乃至整个大气科学及气象业务工作基础的基础，凝聚着广大地面气象观测人员的心血、智慧和责任。为了获取大气状况的高时间空间密度、高精度、高质量的资料，取代气象观测人员艰苦繁重的日复一日的手工劳动，实现全自动化气象观测，从新中国建立初期起，我国科技工作者就进行了长达半个世纪的不懈努力。为了适应国民经济、社会进步和人民生活对气象工作越来越高的需求，加快气象现代化建设的协调发展，改变我国大气探测严重落后的局面，在国家的关心支持下，上世纪90年代，中国大气监测自动化系统工程建设终于得以全面迅速展开，其中自动气象站及其网络是发展的重中之重。
区别与原有人工观测方式，自动气象站是一种能自动收、处理、存储或传输气象信息的装置。传感器将气象参数转换成数据采集器所需的模拟量、数字、频率等，以便进行测量，数据采集器将传感器送来的参量按设定的要求进行处理。经过处理的气象资料用有线或无线的方式传输给用户存储起来。
随着科学技术的发展和社会经济建设的需求，国内外生产自动气象站的厂家不断增加，但是在这些自动气象站实现方案中，大部分厂家出于成本和技术限制仍然使用有线数据传输方式。一些传统的无线传输方式如卫星通信，虽然技术上已经成熟，但成本昂贵，难以在全国范围内推广。相比之下，新兴的依托于民用移动通信网络的GPRS传输方式非常经济适用，特别是对于中、小尺度自动气象站这种往往要布置在一些偏远地区，不易架设有线网络，数据传输量又比较大的地区，GPRS在气象数据传输方面的优势就更加明显。所以本文就着重与研究GPRS通信方式在中、小尺度自动气象站网中的使用，已经具体的解决方案选择。
2.基于GPRS的应用解决方案
GPRS作为GSM分组数据的一种业务，很大程度上拓展了GSM无线数据业务空间。下面将结合中国移动公司的GPRS业务来介绍一下常用的GPRS解决方案，介绍下主要包括Internet连接、传统WAP接入、虚拟专用网络接入、基于GPRS的终端安装业务、专线接入、GPRS下的短消息服务等6种业务。
2.1 基于GPRS的Internet接入解决方案
（1）业务描述
这是GPRS诞生之初的主要设计目的，利用手机+电脑店的方式接入Internet如图2.1所示，直到后来手机直接接入网络等应用。
（2）终端用户的IP地址分配方案与网络连接解决方案
电脑通过手机接入Internet业务的用户可以获得一个公有IP地址或者似有IP地址。由于公有地址资源有限，分配私有地址是较为可行的方案。手机登陆网络后就会由GGSN分配一个私有地址，该地址经过NAT转换就可以用于手机将数据发送到CMNET（移动梦网的APN）
（3）Internet的不同接入方式
GGSN接入Internet有透明和非透明两种方式。考虑到中国的国情，各个移动运营商同时都是ISP，因此一般采用透明方式接入因特网，可大大节省成本和接入时间。
此种方案比较适合自动气象站数据端传输，主要是成本较低，但有时会受到INTERNET线路影响。
2.2 基于GPRS的WAP业务
（1）GPRS是承载WAP的最佳选择
在GPRS通讯方式下，实现WAP业务一般由有3种克星的方式：传统电路数据传输、文字短消息、GPRS分组数据传输。与直接使用GPRS分组数据相比，其他方式都有一些缺点：
短消息方式虽然可以实现WAP功能，一条短消息最多只能包括160个字节，对于大数据量数据传输非常麻烦。短消息方式对数据传输质量也很难保证。而传统的电路数据传输方式缺点更多，这里就不再赘述。
（2）IP地址分配方式
WAP业务的用户IP也是由GGSN分配的，当然必须首先由RADIUS授权。
（3）与WAP网关的连接
和通过GPRS接入Internet一样，接入WAP网关也需要分配一个IP地址。由于WAP网管采用的是私有IP地址段，所以GGSN设备需要与WAP网管建立隧道才能连接。
2.3 虚拟专用网络接入业务
（1）虚拟专用网VPN的实现方式
目前几乎所有带GPRS功能的手机和GPRS模块都支持VPN的应用。不过要想通过GPRS方式使用VPN必须首先明确，GPRS数据发送设备是否支持VPN的连接协议，目前主要是PPTP和L2TP两种协议，其中L2TP是VPN较为成熟的解决方案。主要依靠其第二层隧道协议整合多协议的拨号以及现有因特网的隧道协议。
（2）GPRS接入VPN的特点
GPRS接入VPN为企业用户提供了一种由远程网络访问企业内部网络的途径，而且接入设备由于使用GPRS方式更加不受地域限制。这种方式不但支持用户全国范围内漫游，又具有传统VPN安全的特点。其方便灵活快速的能力又是传统VPN方式不能比拟的。
此种方案最适合自动气象站网使用，成本不高，又兼顾了安全与保密。
2.4 基于移动网络终端的数据业务
基于移动网络终端的数据业务的解决方案主要是只现在发展迅速的平板电脑等其他带有GPRS网络接入功能移动设备。其接入方式与第一种方案类似，这里不再赘述。
2.5 基于手机类终端软件的数据业务
（1）业务描述
在GPRS终端设备内置特定Inter
-net应用，即通过手机内置的一些应用软件实现登陆Internet而不需要再连接电脑作为数据源。早期应用主要局限在Email和即时通信服务。但近几年来，随着智能手机概念的兴起，此种应用成为GPRS网络的主要使用方式。
（2）终端软件的业务描述
早期手机受限于硬件性能和软件平台，往往只集成EMAIL和IM等少数网络功能。但随着智能手机概念的兴起，尤其近些年来各类性能强大，软件平台完善的智能手机使得各种丰富的网络应用登陆手机。到现在为止，智能手机平台已经基本可以实现PC接入Internet所能完成的一切功能。基于数据终端软件的业务对GPRS网络设备不会产生特别的影响，只需能够接入Internet网络，其他功能实现与计费方式均与Internet接入方式相同。
2.6 专线接入业务
（1）GPRS采用专线接入时，GGSN节点不在对接入的GPRS设备进行认证，GPRS网络可以看做是一种通信载体，只需简单的对数据包做通讯传输，用户端的安全认证和识别也都由业务中心负责。由于专线接入业务的特点，这种方式往往用于对安全性能及数据量较大的场合。如水质和空气的污染检测领域。
（2）这种方式下GGSN发送的数据不再需要ISP进行转发，而是直接通过专用线路（光缆等）直接接入接收数据的中心站。、
此种方案是虽然适合自动气象站网中心站使用的网络方案，但成本较高。
3.系统组网方案选择
数据端的通讯方式较好选择，DTU（全称数据传输单元，是专门用于将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据，通过无线通信网络进行传送的无线终端设备。）可直接通过RS-232串口与自动气象站相连，使用动态IP方式接入既方便接入，资费也较低。但中心站接入方式就要略微复杂一些，一般分为专线接入、GPRS接入和internet接入。三种方式各有优劣。采用专线接入需要向电信申请专线且需要一台支持GRE隧道功能的路由器，速度快，无干扰，可处理大量站点数据，但投入成本比较高；采用GPRS接入需向电信申请APN服务，传输带宽受到限制；而采用Internet接入成本较低，且不存在跨区域的问题，但会受Internet线路的限制。考虑到气象信息传输的特殊性，在实际使用中中、小尺度自动站网络应该使用前两种方案较为妥当，如图1。但是考虑到本课题中主要研究重点是放在数据端的网络设计，所以在验证数据时将使用第三种方案。
参考文献
[1]李黄主编.自动气象站实用手册[M].气象出版社,2007,10.
[2]胡玉峰主编.自动气象站原理与测量方法[M].北京:气象出版社,2004.
[3]太淑玲,赵月英.浅谈通用分组无线业务(GPRS)[J].黑龙江农业工程职业学院学报,2006,01.
[4]刘志杰.GPRS性能分析及优化[J].中国信通信,2010,15.
[5]文志成编著.GPRS网络技术[J].北京:电子工业出版社,2005.
[6]基于GPRS的应用解决方案[OL].http://technic.xkq.com/20090513/96093.html.
【关键词】中小尺度；自动站；GPRS；组网方案
1.前言
气象与人的生活息息相关，对国家经济发展中的方方面面同样影响深远，因此准确及时的获取气象资料就显得尤为重要[1]。地面气象观测是取得气象资料的最基本手段，是大气探测，乃至整个大气科学及气象业务工作基础的基础，凝聚着广大地面气象观测人员的心血、智慧和责任。为了获取大气状况的高时间空间密度、高精度、高质量的资料，取代气象观测人员艰苦繁重的日复一日的手工劳动，实现全自动化气象观测，从新中国建立初期起，我国科技工作者就进行了长达半个世纪的不懈努力。为了适应国民经济、社会进步和人民生活对气象工作越来越高的需求，加快气象现代化建设的协调发展，改变我国大气探测严重落后的局面，在国家的关心支持下，上世纪90年代，中国大气监测自动化系统工程建设终于得以全面迅速展开，其中自动气象站及其网络是发展的重中之重。
区别与原有人工观测方式，自动气象站是一种能自动收、处理、存储或传输气象信息的装置。传感器将气象参数转换成数据采集器所需的模拟量、数字、频率等，以便进行测量，数据采集器将传感器送来的参量按设定的要求进行处理。经过处理的气象资料用有线或无线的方式传输给用户存储起来。
随着科学技术的发展和社会经济建设的需求，国内外生产自动气象站的厂家不断增加，但是在这些自动气象站实现方案中，大部分厂家出于成本和技术限制仍然使用有线数据传输方式。一些传统的无线传输方式如卫星通信，虽然技术上已经成熟，但成本昂贵，难以在全国范围内推广。相比之下，新兴的依托于民用移动通信网络的GPRS传输方式非常经济适用，特别是对于中、小尺度自动气象站这种往往要布置在一些偏远地区，不易架设有线网络，数据传输量又比较大的地区，GPRS在气象数据传输方面的优势就更加明显。所以本文就着重与研究GPRS通信方式在中、小尺度自动气象站网中的使用，已经具体的解决方案选择。
2.基于GPRS的应用解决方案
GPRS作为GSM分组数据的一种业务，很大程度上拓展了GSM无线数据业务空间。下面将结合中国移动公司的GPRS业务来介绍一下常用的GPRS解决方案，介绍下主要包括Internet连接、传统WAP接入、虚拟专用网络接入、基于GPRS的终端安装业务、专线接入、GPRS下的短消息服务等6种业务。
2.1 基于GPRS的Internet接入解决方案
（1）业务描述
这是GPRS诞生之初的主要设计目的，利用手机+电脑店的方式接入Internet如图2.1所示，直到后来手机直接接入网络等应用。
（2）终端用户的IP地址分配方案与网络连接解决方案
电脑通过手机接入Internet业务的用户可以获得一个公有IP地址或者似有IP地址。由于公有地址资源有限，分配私有地址是较为可行的方案。手机登陆网络后就会由GGSN分配一个私有地址，该地址经过NAT转换就可以用于手机将数据发送到CMNET（移动梦网的APN）
（3）Internet的不同接入方式
GGSN接入Internet有透明和非透明两种方式。考虑到中国的国情，各个移动运营商同时都是ISP，因此一般采用透明方式接入因特网，可大大节省成本和接入时间。
此种方案比较适合自动气象站数据端传输，主要是成本较低，但有时会受到INTERNET线路影响。
2.2 基于GPRS的WAP业务
（1）GPRS是承载WAP的最佳选择
在GPRS通讯方式下，实现WAP业务一般由有3种克星的方式：传统电路数据传输、文字短消息、GPRS分组数据传输。与直接使用GPRS分组数据相比，其他方式都有一些缺点：
短消息方式虽然可以实现WAP功能，一条短消息最多只能包括160个字节，对于大数据量数据传输非常麻烦。短消息方式对数据传输质量也很难保证。而传统的电路数据传输方式缺点更多，这里就不再赘述。
（2）IP地址分配方式
WAP业务的用户IP也是由GGSN分配的，当然必须首先由RADIUS授权。
（3）与WAP网关的连接
和通过GPRS接入Internet一样，接入WAP网关也需要分配一个IP地址。由于WAP网管采用的是私有IP地址段，所以GGSN设备需要与WAP网管建立隧道才能连接。
2.3 虚拟专用网络接入业务
（1）虚拟专用网VPN的实现方式
目前几乎所有带GPRS功能的手机和GPRS模块都支持VPN的应用。不过要想通过GPRS方式使用VPN必须首先明确，GPRS数据发送设备是否支持VPN的连接协议，目前主要是PPTP和L2TP两种协议，其中L2TP是VPN较为成熟的解决方案。主要依靠其第二层隧道协议整合多协议的拨号以及现有因特网的隧道协议。
（2）GPRS接入VPN的特点
GPRS接入VPN为企业用户提供了一种由远程网络访问企业内部网络的途径，而且接入设备由于使用GPRS方式更加不受地域限制。这种方式不但支持用户全国范围内漫游，又具有传统VPN安全的特点。其方便灵活快速的能力又是传统VPN方式不能比拟的。
此种方案最适合自动气象站网使用，成本不高，又兼顾了安全与保密。
2.4 基于移动网络终端的数据业务
基于移动网络终端的数据业务的解决方案主要是只现在发展迅速的平板电脑等其他带有GPRS网络接入功能移动设备。其接入方式与第一种方案类似，这里不再赘述。
2.5 基于手机类终端软件的数据业务
（1）业务描述
在GPRS终端设备内置特定Inter
-net应用，即通过手机内置的一些应用软件实现登陆Internet而不需要再连接电脑作为数据源。早期应用主要局限在Email和即时通信服务。但近几年来，随着智能手机概念的兴起，此种应用成为GPRS网络的主要使用方式。
（2）终端软件的业务描述
早期手机受限于硬件性能和软件平台，往往只集成EMAIL和IM等少数网络功能。但随着智能手机概念的兴起，尤其近些年来各类性能强大，软件平台完善的智能手机使得各种丰富的网络应用登陆手机。到现在为止，智能手机平台已经基本可以实现PC接入Internet所能完成的一切功能。基于数据终端软件的业务对GPRS网络设备不会产生特别的影响，只需能够接入Internet网络，其他功能实现与计费方式均与Internet接入方式相同。
2.6 专线接入业务
（1）GPRS采用专线接入时，GGSN节点不在对接入的GPRS设备进行认证，GPRS网络可以看做是一种通信载体，只需简单的对数据包做通讯传输，用户端的安全认证和识别也都由业务中心负责。由于专线接入业务的特点，这种方式往往用于对安全性能及数据量较大的场合。如水质和空气的污染检测领域。
（2）这种方式下GGSN发送的数据不再需要ISP进行转发，而是直接通过专用线路（光缆等）直接接入接收数据的中心站。、
此种方案是虽然适合自动气象站网中心站使用的网络方案，但成本较高。
3.系统组网方案选择
数据端的通讯方式较好选择，DTU（全称数据传输单元，是专门用于将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据，通过无线通信网络进行传送的无线终端设备。）可直接通过RS-232串口与自动气象站相连，使用动态IP方式接入既方便接入，资费也较低。但中心站接入方式就要略微复杂一些，一般分为专线接入、GPRS接入和internet接入。三种方式各有优劣。采用专线接入需要向电信申请专线且需要一台支持GRE隧道功能的路由器，速度快，无干扰，可处理大量站点数据，但投入成本比较高；采用GPRS接入需向电信申请APN服务，传输带宽受到限制；而采用Internet接入成本较低，且不存在跨区域的问题，但会受Internet线路的限制。考虑到气象信息传输的特殊性，在实际使用中中、小尺度自动站网络应该使用前两种方案较为妥当，如图1。但是考虑到本课题中主要研究重点是放在数据端的网络设计，所以在验证数据时将使用第三种方案。
参考文献
[1]李黄主编.自动气象站实用手册[M].气象出版社,2007,10.
[2]胡玉峰主编.自动气象站原理与测量方法[M].北京:气象出版社,2004.
[3]太淑玲,赵月英.浅谈通用分组无线业务(GPRS)[J].黑龙江农业工程职业学院学报,2006,01.
[4]刘志杰.GPRS性能分析及优化[J].中国信通信,2010,15.
[5]文志成编著.GPRS网络技术[J].北京:电子工业出版社,2005.
[6]基于GPRS的应用解决方案[OL].http://technic.xkq.com/20090513/96093.html.