摘要：本文提出了一種基于5G/4G/3G的無線數據采集系統設計原理和實現方案，簡要介紹了5G/4G/3G技術的基本知識，描述了5G/4G/3G無線傳輸應用于石化數據傳輸的實現方法。通過實際應用，獲得了理想的效果。
關鍵詞：5G/4G/3G；DDN；石油；化工；無(wu)線數傳；加油站；數據采集；

一、背景介紹

隨著我國(guo)(guo)經濟(ji)的(de)(de)快速(su)發展和人民(min)生活水(shui)平的(de)(de)不斷(duan)提高，對(dui)成(cheng)品(pin)油(you)的(de)(de)需(xu)求迅速(su)增長。中國(guo)(guo)成(cheng)品(pin)油(you)零售(shou)市場對(dui)外開(kai)放(fang)已近兩年。審視(shi)國(guo)(guo)內成(cheng)品(pin)油(you)市場環境，一個微妙的(de)(de)變化日益清(qing)晰，那就是作為(wei)成(cheng)品(pin)油(you)銷售(shou)最前端(duan)的(de)(de)加油(you)站(zhan)被(bei)推到了市場最前沿。作為(wei)石油(you)工業鏈(lian)條中的(de)(de)重要一環，加油(you)站(zhan)行(xing)業同樣(yang)維系著國(guo)(guo)民(min)經濟(ji)命脈(mo)。如(ru)何(he)在市場日益開(kai)放(fang)的(de)(de)大環境下守住或(huo)爭奪這塊陣地，無疑是要有專業的(de)(de)先進管理(li)水(shui)平和快速(su)的(de)(de)優(you)質服務(wu)。

原有(you)加(jia)油站(zhan)信息系(xi)統地(di)(di)面(mian)網(wang)(wang)(wang)絡(luo)建設較(jiao)早，設備性能低，線路速度低，時延長，已很(hen)難(nan)(nan)滿足各(ge)子站(zhan)各(ge)種安(an)全(quan)(quan)數據，庫存數據等資料傳輸的(de)要(yao)求(qiu)，很(hen)難(nan)(nan)滿足進(jin)(jin)行數據綜(zong)合(he)傳輸的(de)需求(qiu)；衛星網(wang)(wang)(wang)覆蓋面(mian)小，速度低，且加(jia)油站(zhan)之間無(wu)法直接通(tong)信，限制(zhi)了(le)網(wang)(wang)(wang)絡(luo)功能。因此，構建一個更(geng)完善，更(geng)快捷，更(geng)安(an)全(quan)(quan)的(de)氣(qi)象廣域(yu)網(wang)(wang)(wang)絡(luo)平臺迫在眉睫。廣域(yu)網(wang)(wang)(wang)不僅要(yao)在速度，容(rong)量上完全(quan)(quan)滿足需求(qiu)；而且需要(yao)將原本(ben)松散的(de)網(wang)(wang)(wang)絡(luo)從(cong)規格(ge)，管理軟件(jian)，安(an)全(quan)(quan)防護等方面(mian)進(jin)(jin)行整合(he)和(he)統一。并且還(huan)需要(yao)具有(you)可擴(kuo)展性，未來可以(yi)方便地(di)(di)進(jin)(jin)行升級。而以(yi)上的(de)這些不足都可以(yi)通(tong)過2G/3G/4G無(wu)線網(wang)(wang)(wang)絡(luo)來實現。

二、傳統方式對比

1、電話撥號方式：當用戶刷卡后，POS機通過撥號接入公司數據中心，接通后傳送交易數據。這種方式的最大問題是在安全上存在很大隱患，由于電話撥號保密性較差，電話撥號音可能會泄露用戶的密碼。另外，在使用電話撥號方式時，顧客每刷卡一次，POS機就撥號一次，需要10-20秒時間建立連接，因此每筆交易時間較長。同時，由于POS機使用普通業務電話，容易發生掉線，安全性也較差，撥外線容易占線，對場所依賴性很強，移動性差，從而影響交易的實時性。 
2、專線方式(shi)： POS機往往采(cai)用(yong)(yong)RS-232接口聯(lian)網(wang)后通過一條(tiao)專線連(lian)接到銀行數據(ju)中心。專線方式(shi)的優(you)點是線路傳(chuan)輸質量(liang)較高，但其缺點是DDN專線月租費(fei)較貴，DDN專線初裝費(fei)約為5000～10000元(yuan)，每月的線路使用(yong)(yong)費(fei)約為800～1200元(yuan)左右。

三、本方案優勢

在以上的(de)(de)分析中我們可(ke)以明顯(xian)看(kan)到傳(chuan)統的(de)(de)方(fang)式和網絡連接方(fang)式已(yi)經不能(neng)滿足加(jia)油(you)站低投入高效益的(de)(de)需求。網絡改造(zao)迫在眉睫，但是如果(guo)采用2G/3G/4G無線方(fang)式傳(chuan)輸數據則有(you)情況就大不一樣了，具有(you)以下優(you)勢：

1、安全保密性高。一方面與傳統有線傳輸方式相比較，無線傳輸僅僅指的是從用戶端到2G/3G/4G基站，而從基站到用戶數據中心都是通過有線網絡進行傳輸。另一方面，由于5G/4G/3G所采用的無線通信技術也決定了較其他無線通信方式具有更大的安全保障。
2、資費便宜，計費合理。5G/4G/3G資費包月資費很便宜，由于沒有大數據量的傳輸，所以沒有必要采用資費很高的專線（DDN等）。而5G/4G/3G可以根據通信的數據量進行計費。在2G/3G/4G網中，沒有數據傳輸時是不被計費的。所以營業網點不需要頻繁建立連接，當然也不必支付傳輸空閑時的專線費用，而客戶再也不用不耐煩地等待電話撥號登錄的過程。
3、設備投資低。傳統的DDN等專線，專線Modem，撥號方式則需要購買Modem Pool ，普通Modem，ISDN Modem等設備。而采用5G/4G/3G無線方式只需要購買無線數傳即可，投資要小得多。
4、新增和改變網點方便。如果采用了5G/4G/3G方式，用戶可隨意改變自己的營業網點，而無須擔心線路的維護或在移動時導致的通訊中斷。新增營業點時也無需進行布線，埋線等牽涉多方的工作。
5、線路穩定，永不掉線。5G/4G/3G采用的分組技術，所以能夠最好地支持頻繁的或少量突發型的數據業務。
6、網絡接入速度快。5G/4G/3G登錄網絡的時間時很短暫，相對撥號方式的1、2分鐘，它只需要5-6秒，而且一旦連接，則時刻在線，因此可以提供與現有數據網的無縫連接。
7、傳輸速率高。提供高達153.6Kbps的分組數據業務，可以開展無線INTERNET，無線多媒體，無線電子商務，視頻點播等業務。
8、網絡覆蓋好。由于5G/4G/3G使用是800M的頻段，它的覆蓋廣度和深度好，從2001年開始建設5G/4G/3G網絡，經過三年共三期的建設，到2003年，5G/4G/3G網絡總容量達到5000萬戶以上，網絡覆蓋包括西藏在內的全國31個省、自治區、直轄市的300個以上地級市，經濟發達地區覆蓋到鄉，中等發達地區覆蓋到縣。與此同時5G/4G/3G提供覆蓋全國99%地域范圍的可漫游、移動無線數據服務。5G/4G/3G網絡覆蓋已經非常完善，而且具備PDSN服務節點，保證無線分組數據接入的可行性。
9、5G/4G/3G技術(shu)采用800兆頻段，具備綠色環(huan)保，輻射(she)(she)小(xiao)等優(you)于GSM無(wu)線傳輸(shu)的優(you)勢。在(zai)射(she)(she)頻火(huo)花能量大于6瓦時，極短(duan)時間即可(ke)(ke)引燃(ran)可(ke)(ke)燃(ran)氣(qi)體，引發(fa)加油站安全(quan)生產事(shi)故，而5G/4G/3G系(xi)統發(fa)射(she)(she)功(gong)率最高只(zhi)有200毫(hao)瓦，普通(tong)通(tong)話(hua)功(gong)率可(ke)(ke)控制在(zai)零(ling)點(dian)幾毫(hao)瓦，其輻射(she)(she)作(zuo)用可(ke)(ke)以忽略不計(ji)。

四、系統構成

 （圖）加油站數據采集(ji)系(xi)統示意圖

1、加油站數據采集終端
加油站數據采集終端負責主要分為下面三類：
1）加油站油罐實時監測數據：通過液位儀，流量計，空氣甲醇含量探測器，煙感，溫度，濕度等監測設備對油罐的油料進出管道泄漏情況和油庫環境進行實時監測。
2）加油交易數據：直接獲取加油機加油記錄，加油站進行每一筆加油的收款，打票處理，其明細的商流數據能對營銷分析提供強大的支持。
3）IC卡油積分系統數據：通過成品油零售的電子化，以IC卡取代傳統的現金，油票等結算方式，實現加油款的電子支付和交易數據的自動采集。
2、無線傳輸設備
鑒于對通訊模塊的要求，選擇廈門才茂通信無線數傳。它具有體積小，功耗低，配置使用簡單，即插即用。支持主備數據通道，并行多數據通道，實時在線和按需撥號多種工作方式，并且支持APN網絡接入等功能不僅可以保障數據安全可靠還能讓客戶根據需傳輸節省資費。
3、數據管理中心
油庫業務管理（對接收到的業務數據源進行和管理）；油庫安全管理（管理接收到的油庫安全信息并設置安全閥值報警）；數據管理（數據庫備份、恢復等功能）；
加油站采集終端通過RS232/485通訊接口與無線數傳串口連接，數據監控中心可以采用多種方式連接網絡，例如固定IP，APN，ADSL等。
無線傳輸設備通(tong)過(guo)GPRS網絡連接到(dao)(dao)遠(yuan)程數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)中心(xin)服(fu)務器(qi)主機，與中心(xin)建立TCP/IP連接后(hou)開(kai)啟透(tou)明(ming)數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)通(tong)道。當(dang)采集(ji)終端需要上(shang)報(bao)數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)的時候(hou)將數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)直(zhi)接送往串口(kou)，此(ci)時無線數(shu)(shu)傳就會把收(shou)到(dao)(dao)的數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)原封不動地發(fa)(fa)送到(dao)(dao)數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)中心(xin)服(fu)務器(qi)主機。當(dang)數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)中心(xin)下發(fa)(fa)的命(ming)令(ling)或數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)傳輸到(dao)(dao)無線數(shu)(shu)傳后(hou)，無線數(shu)(shu)傳通(tong)過(guo)串口(kou)送到(dao)(dao)采集(ji)終端，從(cong)而(er)實現了數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)雙向(xiang)透(tou)明(ming)傳輸。

五、系統功能

該系統(tong)主(zhu)要是對(dui)加油(you)(you)站(zhan)(zhan)(zhan)的所(suo)有(you)管理(li)(li)(li)(li)數(shu)(shu)據(ju)的集成(cheng)。并且通(tong)過(guo)(guo)網(wang)絡(luo)將各個油(you)(you)庫(ku)和他們所(suo)屬的銷(xiao)售管理(li)(li)(li)(li)部(bu)門聯(lian)系起(qi)來，及時(shi)的反饋(kui)加油(you)(you)站(zhan)(zhan)(zhan)各類信息，供銷(xiao)售管理(li)(li)(li)(li)部(bu)門制訂計劃。通(tong)過(guo)(guo)數(shu)(shu)據(ju)中心(xin)實現數(shu)(shu)據(ju)共享(xiang)后(hou)成(cheng)品油(you)(you)銷(xiao)售管理(li)(li)(li)(li)系統(tong)將覆蓋成(cheng)品油(you)(you)銷(xiao)售系統(tong)的進、銷(xiao)、存、管理(li)(li)(li)(li)的所(suo)有(you)環節(jie)，使(shi)(shi)各個環節(jie)的管理(li)(li)(li)(li)更(geng)(geng)科(ke)學，更(geng)(geng)合理(li)(li)(li)(li)；同時(shi)也使(shi)(shi)所(suo)有(you)的環節(jie)運轉更(geng)(geng)緊密，更(geng)(geng)高效，反應更(geng)(geng)迅(xun)速。具體在加油(you)(you)站(zhan)(zhan)(zhan)管理(li)(li)(li)(li)業務中包含以下功(gong)能：油(you)(you)庫(ku)業務管理(li)(li)(li)(li)，罐存監(jian)測管理(li)(li)(li)(li)，車隊(dui)業務管理(li)(li)(li)(li)等。

油庫業務管理：主要針對整個油庫的實際業務活動進行管理，包括入庫管理，出庫管理，實物庫存管理，出庫日報，保管庫存管理等。
油庫安全監測：主要針對油庫的環境變化進行系統監測，把險情發生的概率降到最低。
入庫管理：入庫數據，統計超耗及途損。
出庫管理：對銷售，代儲，移庫，配送等多種出庫業務類型進行管理。
實物庫存管理：提供油罐動態計量及庫存數據。
出庫日報：提供油庫每日出庫統計。 
保管庫存管理：提供日/月報保管帳制作。
油庫盤點：提供油庫商品盤點表，損溢統計，油品調整。
罐存監測管理：系統定時接收加油站返回的數據，加油站定時巡檢油罐的各個測量點，回報各個測量點的溫度和壓力狀況，以及整個油罐的液位高度。所有油罐的溫度，壓力和液位高度數據通過2G/3G/4G返回系統，記錄在數據庫中。還可進行油罐安全監測和存量歷史跟蹤。
車隊管理：能按照供油需求和供油安排，制定詳盡的車隊運油計劃，建立運輸安排。并按照內部運輸的要求進行車隊運輸的統一安排和管理（此系統需要石油行業物流配送系統支持）。
通道建(jian)立成(cheng)功后(hou)，無線(xian)數傳(chuan)(chuan)串口實(shi)時監控(kong)采(cai)集(ji)器的(de)(de)數據(ju)(ju)，只要(yao)集(ji)線(xian)器串口有數據(ju)(ju)過來(lai)(lai)，無線(xian)數傳(chuan)(chuan)將全透明進(jin)行實(shi)時傳(chuan)(chuan)輸(shu)。如果數據(ju)(ju)量小，或需要(yao)定時傳(chuan)(chuan)輸(shu)數據(ju)(ju)的(de)(de)，無線(xian)數傳(chuan)(chuan)可(ke)設置數據(ju)(ju)觸發模式(shi)，或根據(ju)(ju)加油站的(de)(de)實(shi)際應用(yong)(yong)也可(ke)考(kao)慮修改(gai)軟件來(lai)(lai)實(shi)現數據(ju)(ju)傳(chuan)(chuan)輸(shu)的(de)(de)需要(yao)。這樣(yang)就(jiu)可(ke)靈活(huo)應用(yong)(yong)不同的(de)(de)數據(ju)(ju)傳(chuan)(chuan)輸(shu)需求來(lai)(lai)采(cai)取不同的(de)(de)傳(chuan)(chuan)輸(shu)方式(shi)，以減少及節(jie)約不必要(yao)的(de)(de)傳(chuan)(chuan)輸(shu)費(fei)用(yong)(yong)。

六、本方案優點

1、利用才茂通信無線數傳可不用布線，且采用多點對一中心的組網方式，實現了數據的一中心統一管理。
2、無線數傳采用高性能工業級處理器以及看門狗等安全機制設計，保證無線數傳 萬一通信中斷也會自行檢測然后自動斷電重啟，保證無線數傳永遠在線，通信鏈路永遠正常。
3、由于采集點是直接連入中心，對現有的網絡不會造成任何的中斷和影響。
4、無線數傳采用標準的工業串口通信，即插即用，且高規格的模具設計，體積小巧方便維護。
5、無線數傳完全采用國際標準的TCP/IP安全傳輸協議機制，保證數據的安全和及時，而且采用完全透明傳輸機制，保證數據的準確性。
6、多中心設計，可同時設置4個中心監控采集現場，避免因某個中心網絡不穩定或者關閉導致無法對加油站現場進行監控而產生安全隱患。
7、無線數傳進行人性化工程設計，可是工程人員無需到現場就可以遠程直接對網絡參數進行相應的配置，達到時間和人力的合理利用。
8、高(gao)規格(ge)材(cai)料(liao)選配，可在 -40~+75oC， 相對濕度 95%(無凝結(jie))環境下正常工作。

七、總結

加油(you)(you)站5G/4G/3G數(shu)據(ju)(ju)采集系(xi)統的(de)(de)建立標志著石油(you)(you)化工行(xing)業的(de)(de)先(xian)進管理水平，能通(tong)過5G/4G/3G的(de)(de)準確(que)、快速的(de)(de)數(shu)據(ju)(ju)傳輸(shu)，中心可(ke)進行(xing)對(dui)(dui)數(shu)據(ju)(ju)的(de)(de)存(cun)儲，歷史趨(qu)勢分(fen)析，報(bao)表打印等信(xin)息查詢，可(ke)不斷地對(dui)(dui)各個加油(you)(you)站的(de)(de)最(zui)新數(shu)據(ju)(ju)進行(xing)統計及(ji)分(fen)析，了(le)解加油(you)(you)站的(de)(de)最(zui)新情況，以方便控(kong)制中心對(dui)(dui)加油(you)(you)站做到更快，更好、準確(que)的(de)(de)調度工作。