数传电台在工业控制领域的应用已经很广泛了

数传电台在工业控制领域的应用已经很广泛了，目前仍然是工业控制领域的主要传输手段。凭借GPRS等网络覆盖广、数据传输可靠性高、组网便捷、成本低廉等因素，GPRS等网络的数据传输称为近两年来迅速崛起的数传方式。在此我们从传输机制、组网方式等多方面进行比较分析，并提供数传电台网络向GPRS等数传网络迁升的方案。本文也可作为用户选择数传媒介的参考。1、数传电台组网方式及其特点根据国家无线电管理委员会频率规划，将223.025M～235.000MHz作为遥测、遥控、数据传输等业务使用的频段，其中229.0M～235.0MHz频段在北京地区用于射电天文业务。其他业务不得对其产生有害干扰。用于近距离（1000米以内）操作时≤0.5瓦，设置在城区、近郊区时：≤5瓦，设置在远郊区、野外时：≤25瓦。数传电台受发射功率限制，传输距离最大只有数十公里，而且，超长距离的发送需要大功率发射，需要提供大功率电源。这一特性决定了数传电台的应用只能限定在一定的区域范围内。数传电台组成的数据传输网络独占一个频率资源，在同一频点上同时只能有一个设备发送数据。一般采用中心对远端多点的通信分配方式，采用轮询方式查询数据，轮询周期与电台数量有密切关系。假设访问一个站点需要0.5秒，轮询等待超时时间设定为3秒，系统有100个终端，那么在所有终端工作正常情况下轮询周期是0.5×100=50秒，如果有一台终端由于设备故障、频率干扰等原因导致传输失败，系统在此终端将等待3秒，轮询的最长周期可能是3×100=300秒。数传电台的轮询模式以及覆盖，决定了网络的容量有一定限度。无线电台组网示意图数传电台的建设成本，除了数传电台的采购成本，还需要包括架设塔台、架天线等基站建设成本，传输距离越远，基站建设成本就越大。数传电台由用户单位自行建造，无需缴纳通信费用，但是频率占用费以及对电台设备的维护费用也是笔不小的开销，电台数量越少，单位成本就越高。数传电台建设受城市建设影响极大，建设好的数传网络很可能受城市中新增的高楼大厦所阻挡，楼群对电波的反射、折射也有很大的影响，自建电台数据传输网络必须针对城市建设中出现的情况不断调整网络，包括移动天线位置、增加天线高度等，必要时可能还要根据无线电管理机构的要求调整频率。这些在后期运行成本中占据很大的份额，并且永远也不知道下一步会有哪些需要的工作及开支。GPRS数据传输网络构成与优势GPRS网络已经组成了覆盖全国的数据网络，它是利用“分组交换（Packet-Switched）”概念所发展的一套无线传输方式。是一种新型的分组数据传输业务。GPRS在数传领域采用DTU+网络接入的方式组网，GPRS等网络已经形成了覆盖全国的数据网络，采用这种方式组成数据传输网络极其方便，只要附近有GPRS等网络基站，就可以架设数据采集终端，没有通信距离的限制，GPRS等网络终端的发射功率都很小，一般2W，加上电源管理等功能，可满足部分依靠太阳能电池供电的采集点使用。GPRSDTU组网示意图在一个应用系统中，两台或多台数传电台组网，每个数据网络占用一个频率，当此频率受到干扰时，将严重影响数据传输。GPRS与GSM共用频段，GSM采用TDMA/FDMA多址工作方式，每个频道有8个时隙（8信道）。依据小区用户数量（密度），GSM可采用不同的小区频率复用方式。由于GPRS可用频段宽，容易满足组建公网对信道数的需要。GPRS等网络是公众生活中的一个重要交流工具，其工作频率也受到无线电管理委员会的重点保护，频率受干扰的机会非常少。并且GPRS等网络的跳频机制能有效地解决当某一频率受到干扰的问题。GPRS采用卷积编码，推荐4种编码方式：CS-1~CS-4（CS-1，码率1/2；CS-2，码率2/3），通过减少纠错比特适应不同传输信道质量要求。目前使用的CS-2编码纠错能力强，即使传输信道质量比较差，也能满足数据传输要求。GPRS等网络采用分组交换，在数据带宽满足的情况下，中心可以几乎同时向全部终端发出查询数据，组成上述电台组网案例中相同规模的GPRS数据传输网络，整个轮巡周期就是3~5秒，而且这个周期不随着终端数量的增长而增长，个别终端故障，不影响整个系统的轮询周期。如果针对GPRS的网络特点，改变传统的轮询模式，采用终端主动发送数据的方式，数据采集效率更高。在GPRS网络上组建数据传输网络，根据总的带宽需求，申请合适的中心接入方式与带宽，对终端数量没有限制。从而在电力、气象、水文等行业里实现大范围、大容量的检测网络成为可能。GPRS网络属于蜂窝网络结构，高大建筑对网络无线信号的影响只局限在小块区域，而且，移动运营商有专门的网络优化部门，根据网络上的流量、通信故障等情况，及时调整网络，用户根本不必关心网络的调整，更不需要为网络调整付出额外的支出。实现方案使用GPRSDTU开发新的数据传输网络，只需要按照GPRSDTU的组网方案实施，方便易行。在此不再赘述。现有大量的数传电台网络，需要改造成GPRS等网络数传网络。再此将重点探讨如何改造，并在改造过程中最大限度地减少工作量，充分利用原有资源，降低改造成本。网络规划，这是改造过程的第一步，重点是计算整个数据网络中的带宽需求，从而选择合适的终端与中心接入方式。GPRSDTU理论上可以满足13.4K~53.6Kbps，但在实际应用中，建议考虑应用的带宽需要在9600Kbps以下。对GPRS等网络的选择还要考虑当地网络的覆盖情况，目前在大部分地区，GPRS等网络都能做到全面覆盖。数传电台网络中，通常中心接入设备带宽与终端带宽相同，如果改造后的GPRS等网络同样沿用传统的轮询模式，则中心带宽的需求同样与终端相同。如果需要改变轮询模式，对终端同时发送查询指令，则中心带宽是所有终端带宽的总和。对于特别大型的项目，可以考虑对GPRSDTU分组，合理利用中心带宽。终端改造也许是整个改造过程中最轻松的环节，数传电台与DTU通过RS-232、RS-485等接口连接，改造所要做的是就是从接口上拔掉电台，插上设置好的GPRSDTU。剩下的工作就是观察这个安装地点GPRS等网络信号状况、记录DTU运行状态、调整天线等，直至终端正常运行并与中心连接。现在很多中心接入点都可以很方便接入INTERNET，利用互联网接入方式是大多数工程的首选。部分终端数量大、项目安全性和可靠性要求高的项目可以选用GPRS等网络专线接入。改造过程中的难点是在中心接收软件上，数传电台网络的中心软件一般通过一个RS-232口与中心电台连接，通过这个串行口与所有终端数据连接。改造方案如下：方案1：部分软件可以重新改写，中心软件将原先调用的串行口数据收发的函数替换成GPRSDTU配套的中心动态连接库函数，就可以方便地实现从数传电台到GPRS数传网络的转换。方案2：部分软件已不便于重新改写，如国外的软件、未保留源码的软件等等，这样的项目改造，只能采用增加中间件的方案实现，即增加一个中间处理软件，将网络接收到的数据转换成串口数据，通过虚拟串行口或者实际串口转发给原有软件，从而实现从数传电台到GPRS数传网络的平稳过渡。此方案已经在多个项目上实现，让几个已经瘫痪的数传电台网络通过GPRS等网络改造后重新投入运行。随GPRS等网络的发展，随着适于各种应用的终端产品的不断出现，同数传电台相比，GPRS等网络数据传输在建设成本、维护成本上有很大的优势。利用公用网络组建数据网络也是一种趋势。