论无线通信预付费设计

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目前普遍使用的预付费系统是IC卡的预付费电能表和载波集抄的预付费系统，这两类系统基本上是针对居民用户的。近年来也出现了IC卡预付费计量装置，用于大用户的预付费。

由于IC卡电表内部电路通过卡口暴露在外，易于受到攻击。遭受攻击后，要么损坏，要么在切断入户总电源后，影响即可消失，不留下任何“破坏”证据，重新接通电源后，1C卡电表仍可正常使用，检测不出任何问题。不能将用户的用电情况实时传送到管理端，因此电力部门要进行用电分析时，还得进行人工抄表。由于用户预付费后，供电部门很少到用户处进行用电检查，致使很多用电异常长时间无法发现，造成供电部门的经济损失。

一、关于无线通信的预付费系统研究

随着无线通信(GSM)的迅猛发展，无线通信的网络覆盖面越来越广，通过无线通信网络提供的数据通信(GPRS)服务进行远程数据的采集和监控成为目前电力抄表、监控的研究和应用热点。

中国移动GPRS系统可提供广域的无线IP连接。在移动通信公司的GPRS业务平台上构建电力远程抄表、预付费系统，实现电表及预付费数据的无线数据传输具有可充分利用现有网络，缩短建设周期，降低建设成本的优点，而且设备安装方便、维护简单。

该系统结合电费回收的特点和难点，利用电信部门进行“手机缴费业务”，把客户的手机号码与银行卡账号进行捆绑，通过手机短信的方式，为拥有银行卡的移动客户提供个性化的金融服务。通过该项业务，移动客户可以随时随地以手机短信的方式轻松地缴纳多种费用。供电部门采取这种方式收取电费，既可减少收取电费的前台工作，又为电费回收提供了一个有效的手段。

无线通信的大用户预付费系统不仅能有效避免用户拖欠电费，而且还具有防窃电、预收费、远程无线抄表功能，易安装，安全可靠。

二、关于无线通信的预付费系统的特点

1、实时性强

由于GPRS具有实时在线特性，系统无时限，可以同步发送、接收、处理所有终端的数据。可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。

2、可对用户设备进行远程控制

通过GPRS双向系统还可实现对用户设备进行远程控制，进行参数调整、开关等控制操作。

3、建设成本低

由于采用GPRS的无线公网平台，只需安装用户端设备即可，不需要为预付费系统进行专门布线，前期投资少、见效快，后期升级、维护成本低。

4、监控范围广

GPRS覆盖范围广，在GSM/GPRS网络的覆盖范围之内，都可以完成对用户的控制和管理。而且，扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。

5、系统的传输容量大

主站和每一个预付费终端保持实时连接。由于预付费终端数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要。

6、数据传送速率高

每个预付费终端每次数据传输量在10Kbps之内。GPRS网络传送速率理论上可达171.2kbit/s，目前GPRS实际数据传输速率在40Kbps左右，完全能满足本系统数据传输速率（≥10Kbps）的需求。

7、通信费用低

采用包月计费方式，运营成本低。

三、关于无线通信的预付费系统组成

由于GPRS是基于IP地址的数据分组通信网络，主站计算机主机配置固定的IP地址，各个预付费终端通过GPRS模块和该主机进行通信。

1、预付费终端

付费终端位于大用户配电室，终端与用户电表通过RS485接口进行通信，采集电表信息；预付费终端的控制结点接用户开关的轮次跳闸开关，对开关进行控制；预付费终端的状态结点接用户开关的开关干节点，采集开关状态信息。

预付费终端内置嵌入式处理器对数据进行处理、协议封装后发送到无线通信网络，通过GPRS网络传送至主站预付费系统中，实现终端与主站系统的实时在线连接。

2、主站

主站服务器申请配置固定IP地址，可以采用移动通信公司提供的DDN专线或互联网与GPRS网络相连。由于DDN专线可提供较高的带宽，当预付费终端数量增加，中心不用扩容即可满足需求。

主站配置RADIUS服务器，RADIUS服务器接受到GPRS网络传来的数据后先进行AAA认证，然后传送到主站计算机主机，通过系统软件对数据进行还原显示，并进行数据处理。

主站计算机主机可进行业务管理和计费管理，对电力数据进行校验、计算、存储、分析、管理等，可对异常情况进行警告，同时对用户使用情况实时监控，保证电力公司的合法收益。

3、GPRS/GSM移动数据传输网络

终端采集的数据经无线通信网络空中接口功能模块同时对数据进行解码处理，转换成在公网数据传送的格式，通过中国移动的GPRS网络进行传输，最终传送到主站IP地址。

由于GPRS是基于IP地址的数据分组通信网络，主站计算机主机配置固定的IP地址，各个终端采用GPRS模块和该主机进行通信。

主站通过公网使用VPN接入到移动GPRS网，这种方式成本比较低，安全性比较高，而且速度和网络服务质量都有保障；也可以通过GPRS专线接入到移动GPRS网，这种方式成本高，安全性高、稳定可靠。

四、预付费终端设计

1、终端功能设计

预付费：用户到供电公司预付费，记录到客户预付费账户中。主站系统将付费信息通过无线通信网络注入到无线通信低压预付费防窃电计量箱终端系统中，实现预付费。终端系统可实现共计54种不同电价的计费（含基本电费，最大需量电费、力率调整电费）。无线通信远程控制器中内置了一个与主站系统一样的功能完善的电费计费系统。

远程抄表：抄表结算日自动抄表，营销系统将预付费账户中的费用自动划拨到用户的结算账户中实现电费结算。

防窃电：计量箱本身具备完善的防窃电功能。无线通信远程控制器提供6路开关量输入，当检测到箱体、锁、封印的异常变动时，向相关人员手机发出报警信号或切断开关。开关切断后，需要用电检查人员授权才能够重新合闸。

负荷报警：系统检测用户的负荷运行状态，发现异常后，向相关人员报警。

负荷控制：主站远程负荷控制；本地负荷控制（功率控制、电量控制、电费控制）。提供2M内存、4路控制、6路遥信、2路485接口、1路UPS监控、交流采样、LED显示。

短信通知：可以设置4名相关人员的手机号码，出现异常后，向相关人员进行短信通知。

2、终端硬件结构设计

上图给出了为实现预付费终端各项功能而设计的高性能、双CPUD的控制系统硬件框图。其中，主CPU进行预付费的计算、数据采集、显示、与电表的交互、红外、电源管理；副CPU进行交流采样、控制和报警处理。

由于目前大多数GPRS模块不支持无线上网，因此需自行开发GPRS拨号上网登记注册、UDP数据收发等底层TCP/IP数据处理程序，GPRS业务提供的是点对点的链路，因此GPRS拨号上网需遵守PPP协议。PPP协议内嵌在系统中，同时还应具有链路检测功能，定时向主机服务器发送链路检测包，发现断网的情况应立刻重新连接网络。GPRS无线上网的过程分为两步：PPP链路上IP通道的建立和在建立好的IP通道基础上的域名解析。在请求服务器连接和数据通信阶段，IP通道的建立过程和IP通道数据交换过程分别见图。所有协议的数据包均封装在PPP协议包中发送出去，CPU通过串口与GPRS模块通信，进入数据交换过程后GPRS模块仅起到数据转发的作用，从CPU发送过来的数据被透明地传送出去，GPRS模块不做任何处理。

终端和主站服务器建立数据通信后就可按照电力通信规约对终端的各个参数进行查询、设置及远程控制。

终端和服务器的数据通信建立过程图

IP通道的建立过程图

五、系统安全措施

由于预付费的特殊性，系统需要极高的安全保障和稳定性。安全保障主要是防止来自系统内外的有意和无意的破环，稳定是指系统能够7×24小时不间断运行，即使出现硬件和软件故障，系统也不能中断运行。

1、APN专网模式：利用SIM卡的唯一性，划定用户可接入某系统的范围，可以有效避免非法入侵。采用中国移动分配的专门的APN进行无线网络接入，在网络侧对SIM卡和APN进行捆绑，只有属于指定行业的SIM卡才能访问专用APN。普通手机号的GPRS终端无法呼叫专门的APN。

2、对于特定用户，可通过主站给每个预付费终端分配特定的用户ID和密码，其他没有主站分配的用户ID和密码的终端将无法登录进入系统，系统的安全性进一步增强。

3、安全的防火墙过滤，设置防火墙软件保障系统安全。

六、系统保障措施

1、加强无线通信的预付费系统建设的组织领导

建立健全强有力的领导机构和实施机构，加强宏观调控和综合协调。应成立无线通信的预付费系统工作领导小组,负责系统建设的组织、指导和协调，以及规划、方案的制定和实施。

2、强化无线通信的预付费系统建设的统筹规划

无线通信的预付费系统的业务流程复杂、指标代码众多，为防止系统建设混乱，必须加强统筹规划，统一标准规范，以保证数据库的互联互通和信息的科学性、有效性。

3、加强无线通信的预付费系统人才培养

加强队伍建设，及时把既熟悉专业技术，又掌握网络与信息技术的人员充实到信息化部门和岗位，实施无线通信的预付费系统建设。组织信息化建设培训班，重点加强对各级分管用电营销信息化工作负责人的业务培训、系统管理员的技术培训和电费抄核收人员的应用操作培训，培养一批既懂电费业务、又熟悉无线通信信息技术的复合性人才。

4、加强无线通信的预付费系统管理制度和操作规程建设

在无线通信的预付费系统建设的进程中，网络安全、软件应用、数据采集、录入、维护、上报等方面经常会由于操作不规范而出现问题。因此，必须建立一系列无线通信的预付费系统管理制度和操作规程，使整个管理工作有章可循，有法可依，以保证整个信息系统的正常运行，促进无线通信的预付费系统管理的规范化。

5、加强计算机信息系统安全保密管理

计算机信息网络安全保密工作是无线通信的预付费系统建设的重要保障。在建设无线通信的预付费系统时要按照国家有关计算机安全技术标准规范进行，加强防范措施，尤其是系统必须与互联网实行物理隔离，公众网防病毒产品必须选用经国家认可的软硬件。要建立落实安全检查制度，制定应急措施，防范突发的灾难性破坏。要强化数据的保密意识，防范数据泄密，确保无线通信的预付费系统的安全与保密。■