論無線通信預付費設計

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目前普遍使用的預付費系統是IC卡的預付費電能表和載波集抄的預付費系統，這兩類系統基本上是針對居民用戶的。近年來也出現了IC卡預付費計量裝置，用于大用戶的預付費。

由于IC卡電表內部電路通過卡口暴露在外，易于受到攻擊。遭受攻擊后，要么損壞，要么在切斷入戶總電源后，影響即可消失，不留下任何“破壞”證據，重新接通電源后，1C卡電表仍可正常使用，檢測不出任何問題。不能將用戶的用電情況實時傳送到管理端，因此電力部門要進行用電分析時，還得進行人工抄表。由于用戶預付費后，供電部門很少到用戶處進行用電檢查，致使很多用電異常長時間無法發現，造成供電部門的經濟損失。

一、關于無線通信的預付費系統研究

隨著無線通信(GSM)的迅猛發展，無線通信的網絡覆蓋面越來越廣，通過無線通信網絡提供的數據通信(GPRS)服務進行遠程數據的采集和監控成為目前電力抄表、監控的研究和應用熱點。

中國移動GPRS系統可提供廣域的無線IP連接。在移動通信公司的GPRS業務平臺上構建電力遠程抄表、預付費系統，實現電表及預付費數據的無線數據傳輸具有可充分利用現有網絡，縮短建設周期，降低建設成本的優點，而且設備安裝方便、維護簡單。

該系統結合電費回收的特點和難點，利用電信部門進行“手機繳費業務”，把客戶的手機號碼與銀行卡賬號進行捆綁，通過手機短信的方式，為擁有銀行卡的移動客戶提供個性化的金融服務。通過該項業務，移動客戶可以隨時隨地以手機短信的方式輕松地繳納多種費用。供電部門采取這種方式收取電費，既可減少收取電費的前臺工作，又為電費回收提供了一個有效的手段。

無線通信的大用戶預付費系統不僅能有效避免用戶拖欠電費，而且還具有防竊電、預收費、遠程無線抄表功能，易安裝，安全可靠。

二、關于無線通信的預付費系統的特點

1、實時性強

由于GPRS具有實時在線特性，系統無時限，可以同步發送、接收、處理所有終端的數據?？珊芎玫臐M足系統對數據采集和傳輸實時性的要求。

2、可對用戶設備進行遠程控制

通過GPRS雙向系統還可實現對用戶設備進行遠程控制，進行參數調整、開關等控制操作。

3、建設成本低

由于采用GPRS的無線公網平臺，只需安裝用戶端設備即可，不需要為預付費系統進行專門布線，前期投資少、見效快，后期升級、維護成本低。

4、監控范圍廣

GPRS覆蓋范圍廣，在GSM/GPRS網絡的覆蓋范圍之內，都可以完成對用戶的控制和管理。而且，擴容無限制，接入地點無限制，能滿足山區、鄉鎮和跨地區的接入需求。

5、系統的傳輸容量大

主站和每一個預付費終端保持實時連接。由于預付費終端數量眾多，系統要求能滿足突發性數據傳輸的需要，而GPRS技術能很好地滿足傳輸突發性數據的需要。

6、數據傳送速率高

每個預付費終端每次數據傳輸量在10Kbps之內。GPRS網絡傳送速率理論上可達171.2kbit/s，目前GPRS實際數據傳輸速率在40Kbps左右，完全能滿足本系統數據傳輸速率（≥10Kbps）的需求。

7、通信費用低

采用包月計費方式，運營成本低。

三、關于無線通信的預付費系統組成

由于GPRS是基于IP地址的數據分組通信網絡，主站計算機主機配置固定的IP地址，各個預付費終端通過GPRS模塊和該主機進行通信。

1、預付費終端

付費終端位于大用戶配電室，終端與用戶電表通過RS485接口進行通信，采集電表信息；預付費終端的控制結點接用戶開關的輪次跳閘開關，對開關進行控制；預付費終端的狀態結點接用戶開關的開關干節點，采集開關狀態信息。

預付費終端內置嵌入式處理器對數據進行處理、協議封裝后發送到無線通信網絡，通過GPRS網絡傳送至主站預付費系統中，實現終端與主站系統的實時在線連接。

2、主站

主站服務器申請配置固定IP地址，可以采用移動通信公司提供的DDN專線或互聯網與GPRS網絡相連。由于DDN專線可提供較高的帶寬，當預付費終端數量增加，中心不用擴容即可滿足需求。

主站配置RADIUS服務器，RADIUS服務器接受到GPRS網絡傳來的數據后先進行AAA認證，然后傳送到主站計算機主機，通過系統軟件對數據進行還原顯示，并進行數據處理。

主站計算機主機可進行業務管理和計費管理，對電力數據進行校驗、計算、存儲、分析、管理等，可對異常情況進行警告，同時對用戶使用情況實時監控，保證電力公司的合法收益。

3、GPRS/GSM移動數據傳輸網絡

終端采集的數據經無線通信網絡空中接口功能模塊同時對數據進行解碼處理，轉換成在公網數據傳送的格式，通過中國移動的GPRS網絡進行傳輸，最終傳送到主站IP地址。

由于GPRS是基于IP地址的數據分組通信網絡，主站計算機主機配置固定的IP地址，各個終端采用GPRS模塊和該主機進行通信。

主站通過公網使用VPN接入到移動GPRS網，這種方式成本比較低，安全性比較高，而且速度和網絡服務質量都有保障；也可以通過GPRS專線接入到移動GPRS網，這種方式成本高，安全性高、穩定可靠。

四、預付費終端設計

1、終端功能設計

預付費：用戶到供電公司預付費，記錄到客戶預付費賬戶中。主站系統將付費信息通過無線通信網絡注入到無線通信低壓預付費防竊電計量箱終端系統中，實現預付費。終端系統可實現共計54種不同電價的計費（含基本電費，最大需量電費、力率調整電費）。無線通信遠程控制器中內置了一個與主站系統一樣的功能完善的電費計費系統。

遠程抄表：抄表結算日自動抄表，營銷系統將預付費賬戶中的費用自動劃撥到用戶的結算賬戶中實現電費結算。

防竊電：計量箱本身具備完善的防竊電功能。無線通信遠程控制器提供6路開關量輸入，當檢測到箱體、鎖、封印的異常變動時，向相關人員手機發出報警信號或切斷開關。開關切斷后，需要用電檢查人員授權才能夠重新合閘。

負荷報警：系統檢測用戶的負荷運行狀態，發現異常后，向相關人員報警。

負荷控制：主站遠程負荷控制；本地負荷控制（功率控制、電量控制、電費控制）。提供2M內存、4路控制、6路遙信、2路485接口、1路UPS監控、交流采樣、LED顯示。

短信通知：可以設置4名相關人員的手機號碼，出現異常后，向相關人員進行短信通知。

2、終端硬件結構設計

上圖給出了為實現預付費終端各項功能而設計的高性能、雙CPUD的控制系統硬件框圖。其中，主CPU進行預付費的計算、數據采集、顯示、與電表的交互、紅外、電源管理；副CPU進行交流采樣、控制和報警處理。

由于目前大多數GPRS模塊不支持無線上網，因此需自行開發GPRS撥號上網登記注冊、UDP數據收發等底層TCP/IP數據處理程序，GPRS業務提供的是點對點的鏈路，因此GPRS撥號上網需遵守PPP協議。PPP協議內嵌在系統中，同時還應具有鏈路檢測功能，定時向主機服務器發送鏈路檢測包，發現斷網的情況應立刻重新連接網絡。GPRS無線上網的過程分為兩步：PPP鏈路上IP通道的建立和在建立好的IP通道基礎上的域名解析。在請求服務器連接和數據通信階段，IP通道的建立過程和IP通道數據交換過程分別見圖。所有協議的數據包均封裝在PPP協議包中發送出去，CPU通過串口與GPRS模塊通信，進入數據交換過程后GPRS模塊僅起到數據轉發的作用，從CPU發送過來的數據被透明地傳送出去，GPRS模塊不做任何處理。

終端和主站服務器建立數據通信后就可按照電力通信規約對終端的各個參數進行查詢、設置及遠程控制。

終端和服務器的數據通信建立過程圖

IP通道的建立過程圖

五、系統安全措施

由于預付費的特殊性，系統需要極高的安全保障和穩定性。安全保障主要是防止來自系統內外的有意和無意的破環，穩定是指系統能夠7×24小時不間斷運行，即使出現硬件和軟件故障，系統也不能中斷運行。

1、APN專網模式：利用SIM卡的唯一性，劃定用戶可接入某系統的范圍，可以有效避免非法入侵。采用中國移動分配的專門的APN進行無線網絡接入，在網絡側對SIM卡和APN進行捆綁，只有屬于指定行業的SIM卡才能訪問專用APN。普通手機號的GPRS終端無法呼叫專門的APN。

2、對于特定用戶，可通過主站給每個預付費終端分配特定的用戶ID和密碼，其他沒有主站分配的用戶ID和密碼的終端將無法登錄進入系統，系統的安全性進一步增強。

3、安全的防火墻過濾，設置防火墻軟件保障系統安全。

六、系統保障措施

1、加強無線通信的預付費系統建設的組織領導

建立健全強有力的領導機構和實施機構，加強宏觀調控和綜合協調。應成立無線通信的預付費系統工作領導小組,負責系統建設的組織、指導和協調，以及規劃、方案的制定和實施。

2、強化無線通信的預付費系統建設的統籌規劃

無線通信的預付費系統的業務流程復雜、指標代碼眾多，為防止系統建設混亂，必須加強統籌規劃，統一標準規范，以保證數據庫的互聯互通和信息的科學性、有效性。

3、加強無線通信的預付費系統人才培養

加強隊伍建設，及時把既熟悉專業技術，又掌握網絡與信息技術的人員充實到信息化部門和崗位，實施無線通信的預付費系統建設。組織信息化建設培訓班，重點加強對各級分管用電營銷信息化工作負責人的業務培訓、系統管理員的技術培訓和電費抄核收人員的應用操作培訓，培養一批既懂電費業務、又熟悉無線通信信息技術的復合性人才。

4、加強無線通信的預付費系統管理制度和操作規程建設

在無線通信的預付費系統建設的進程中，網絡安全、軟件應用、數據采集、錄入、維護、上報等方面經常會由于操作不規范而出現問題。因此，必須建立一系列無線通信的預付費系統管理制度和操作規程，使整個管理工作有章可循，有法可依，以保證整個信息系統的正常運行，促進無線通信的預付費系統管理的規范化。

5、加強計算機信息系統安全保密管理

計算機信息網絡安全保密工作是無線通信的預付費系統建設的重要保障。在建設無線通信的預付費系統時要按照國家有關計算機安全技術標準規范進行，加強防范措施，尤其是系統必須與互聯網實行物理隔離，公眾網防病毒產品必須選用經國家認可的軟硬件。要建立落實安全檢查制度，制定應急措施，防范突發的災難性破壞。要強化數據的保密意識，防范數據泄密，確保無線通信的預付費系統的安全與保密。■