工業(yè)遠(yuǎn)程控制與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù).doc

TP24分類號(hào)：_密級(jí)：_：_單位代碼：_碩士學(xué)位論文論文題目：工業(yè)遠(yuǎn)程控制與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基于RFID_GSM技術(shù)的遠(yuǎn)程測控系統(tǒng) 學(xué)號(hào)：_作 者：_專 業(yè) 名 稱：_2012年04月16日內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文工業(yè)遠(yuǎn)程控制與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基于RFID_GSM技術(shù)的遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)論文題目： 作者：_指 導(dǎo) 教 師： 單位： 協(xié)助指導(dǎo)教師： 單位： 單位： 論文提交日期：2012年 04月 16日學(xué)位授予單位：工業(yè)遠(yuǎn)程控制與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基于RFID_GSM技術(shù)的遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)Industrial Remote Control and Internet of Things TechnologyThe Romote Measurement and Control System Based on RFID_GSM Technology研究生姓名：指導(dǎo)教師姓名：包頭014010，中國Candidate： Supervisor： School of Inner Mongolia University of Science and TechnologyBaotou 014010，P.R.CHINA獨(dú)創(chuàng)性說明本人鄭重聲明：所呈交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果，也不包含為獲得內(nèi)蒙古科技大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書所使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說明并表示了謝意。簽名：_ 日期：_關(guān)于論文使用授權(quán)的說明本人完全了解內(nèi)蒙古科技大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。（保密的論文在解密后應(yīng)遵循此規(guī)定）簽名：_ 導(dǎo)師簽名：_ 日期：_摘要隨著我國工業(yè)自動(dòng)化水平的發(fā)展，現(xiàn)有的工業(yè)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)完成了企業(yè)涵蓋范圍內(nèi)所有設(shè)備或生產(chǎn)車間（線）的互聯(lián)與控制。但是，龐大的生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)是需要維護(hù)的，隨著企業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，生產(chǎn)線維護(hù)成本的降低愈加迫切，生產(chǎn)企業(yè)和科研人員已經(jīng)意識(shí)到，只有在現(xiàn)有工業(yè)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)備與設(shè)備互聯(lián)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)設(shè)備維修人員、生產(chǎn)調(diào)度人員與工控網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)、互動(dòng)，才能更有效的降低生產(chǎn)線維護(hù)成本，降低故障時(shí)間，拓展流程管理和維護(hù)空間維度，進(jìn)一步提升流程工業(yè)自動(dòng)化水平，提高工業(yè)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)運(yùn)行效率。本文深入分析了物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)和主要特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上針對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)存在的故障處理滯后、故障設(shè)備與維修工人之間沒有信息交流、故障范圍不能及時(shí)隔離等問題，提出一種融合M2M技術(shù)的新型工業(yè)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。論文以城市供熱管網(wǎng)運(yùn)行控制為應(yīng)用背景，研制完成了融合M2M技術(shù)的城市熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)傳輸層采用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，管理層中引入M2M邏輯業(yè)務(wù)管理技術(shù)，將感知識(shí)別層、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層以及管理服務(wù)層信息有機(jī)集成，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備與設(shè)備、設(shè)備與人之間信息互動(dòng)，論文主要研究的內(nèi)容包括：1.研究遠(yuǎn)程工業(yè)控制中人（設(shè)備維護(hù)工人和生產(chǎn)調(diào)度管理者）與物（設(shè)備或生產(chǎn)流程）互聯(lián)、互動(dòng)的模式；2.采用嵌入式技術(shù)完成了基于ISO14443TypeA的新型熱網(wǎng)RFID巡檢終端采集單元的工程化設(shè)計(jì)；3.研究、開發(fā)遠(yuǎn)程工業(yè)控制中人與設(shè)備、人與工藝流程信息互動(dòng)軟件；4.基于M2M、RFID_GSM技術(shù)的供熱管網(wǎng)運(yùn)行控制工程化設(shè)計(jì)；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有全面感知、可靠傳遞、智能計(jì)算等優(yōu)點(diǎn)，是自動(dòng)化應(yīng)用領(lǐng)域的新興熱點(diǎn)。文中注重闡述了融合M2M技術(shù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場RFID數(shù)據(jù)采集控制器的硬件、軟件設(shè)計(jì)；討論了人與設(shè)備互聯(lián)、互動(dòng)的模式；詳細(xì)論述了遠(yuǎn)程工業(yè)控制中人與設(shè)備、人與工藝流程互聯(lián)、互動(dòng)軟件開發(fā)。本課題提出工業(yè)運(yùn)行控制與設(shè)備維護(hù)技術(shù)集成的一種全新思路，可用于電力、石油、化工、環(huán)境監(jiān)測等工業(yè)遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域。關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；M2M；遠(yuǎn)程控制；RFID終端；AbstractWith the development of Chinas industrial automation, industrial remote control system completed interconnection and control between the equipment of the business scope and the of production workshop (line). However, the huge production run systems need to maintain. With the expansion of business scale, the reduction of the production line maintenance cost is even more urgent. Production enterprise and scientific research personnel have realized that, only on the basis of the interrelation between equipment and equipment in the existing industrial remote control system, it is to achieve the interrelation and interaction within the equipment maintenance personnel, production scheduling personnel and industrial networks that we can more effectively reduce the maintenance cost of a production line, reduce fault time, expand the process management and maintenance space dimension to further improve the process industry automation level and improve the efficiency of the industrial remote control system.This design deeply analyzed the content networking core technology and the main character for the problem of failure treatment lag existing in the traditional industrial remote control system, without information exchange between the fault equipment and maintenance workers, and that can not be isolated the fault area, to put forward a new type of industrial remote control system fusing the M2M technology. This paper, with the applications background of the urban heating network operation control, completed the city heating network monitoring and controlling system fusing the M2M technology. This system, with the transport layer the using mobile communication network and the management layer introducing the M2M logical business management techniques management business management technology M2M logic, Will perceive the recognition layer, the organic integration of network construction layer and service information layer, to achieve the Information interaction between the equipment and devices, equipment and people. The contents of the paper include:1) A study of the Interrelated and interactive mode between human (equipment, maintenance workers and production scheduling manager) and material (equipment or production process) in the remote industrial control;2) A study of the acquisition unit engineering design of the new heating network RFID data logging terminal based on the ISO14443TypeA using embedded technology;3) A study and development of the information interactive software of human, equipment and process in the remote industrial control;4) A engineering design heating pipe network control based on the M2M, RFID_GSM technology;The internet of things technology has many advantages, for example, overall perception of Things technology, reliable delivery, intelligent computing, etc. So that it is a emerging hot spot for automation applications. This paper in focus described the hardware and software design of the industrial field RFID data acquisition controller with the integration of M2M technology; And it discussed the connection and interaction mode between people and equipment, gave a detailed discussion of the software development of the interactive and interrelation within equipment, technological process and human on the remote industrial control. This topic proposed a new thought of the integration of the industrial operation control and maintenance of technology, so that it can be used for electric power, petroleum, chemical, environmental monitoring and other industrial remote control field.Key Words：Internet of things; M2M; The remote control; RFID terminal;目 錄摘要IAbstractII1緒論11.1 課題研究的背景及意義11.1.1 課題的研究背景11.1.2 課題研究的意義21.2 國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢31.3 物聯(lián)網(wǎng)對(duì)工業(yè)遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域的影響41.4 課題研究內(nèi)容52 物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)技術(shù)概述72.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)72.1.1 物聯(lián)網(wǎng)概述72.1.2 物聯(lián)網(wǎng)組織架構(gòu)72.2 M2M通訊方式92.3短消息服務(wù)（SMS）112.3.1 短消息服務(wù)簡介112.3.2 SMS的體系結(jié)構(gòu)122.3.3 GSM AT相關(guān)指令132.3.4工業(yè)控制中采用SMS技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)132.4 本章小結(jié)143 工業(yè)遠(yuǎn)程控制與M2M技術(shù)集成方法研究163.1 工業(yè)M2M系統(tǒng)架構(gòu)163.2 融合M2M技術(shù)的城市熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)173.2.1 M2M故障報(bào)警與處理183.2.2 M2M異地控制183.3.3 M2M巡檢管理203.3 本章小結(jié)204 RFID數(shù)據(jù)采集控制器214.1 數(shù)據(jù)采集與控制單元總體結(jié)構(gòu)214.2 主控制器224.2.1中央處理器224.2.2電源模塊設(shè)計(jì)234.2.3通信接口設(shè)計(jì)244.2.4主控制器樣機(jī)244.3 RFID射頻模塊254.3.1射頻芯片264.3.2 MFRC522與主控制器接口274.3.3天線及匹配電路284.3.4射頻模塊樣機(jī)314.4 RFID數(shù)據(jù)采集控制器軟件設(shè)計(jì)324.4.1軟件功能概述324.4.2主控制器與上位機(jī)通訊命令協(xié)議設(shè)定344.4.3系統(tǒng)操作命令集364.4.4主控MCU程序374.5 本章小結(jié)385 融合M2M技術(shù)的城市熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)395.1上位機(jī)監(jiān)控平臺(tái)軟件架構(gòu)395.1.1系統(tǒng)目標(biāo)395.1.2系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)395.1.3 M2M后臺(tái)運(yùn)行程序框架415.2故障報(bào)警與故障處理425.2.1故障診斷報(bào)警435.2.2 SMS應(yīng)用網(wǎng)關(guān)的實(shí)現(xiàn)445.2.3報(bào)警短消息用戶信息格式設(shè)計(jì)505.2.4故障短信報(bào)警處理流程綜述505.3遠(yuǎn)程維護(hù)子系統(tǒng)515.3.1交互指令協(xié)議設(shè)計(jì)515.3.2 SMS控制指令解析535.4基于RFID巡檢管理子系統(tǒng)545.4.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)545.4.2巡檢管理系統(tǒng)功能模塊555.5用戶界面程序555.4.1平臺(tái)數(shù)據(jù)用戶信息協(xié)議555.4.2監(jiān)控平臺(tái)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)575.4.3用戶界面585.6 本章小結(jié)59結(jié)論60參 考 文 獻(xiàn)621緒論1.1 課題研究的背景及意義1.1.1 課題的研究背景工業(yè)遠(yuǎn)程控制是指生產(chǎn)調(diào)度中心通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)，對(duì)遠(yuǎn)端（位于數(shù)公里、數(shù)十公里以上處）的各個(gè)生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)流程實(shí)施控制。隨著世界經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，企業(yè)規(guī)模越來越大，工業(yè)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的規(guī)模、功能和市場需求也逐年大幅增長。目前，工業(yè)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)已發(fā)展到集計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)于一體，完全實(shí)現(xiàn)了與生產(chǎn)車間本地控制相媲美的控制效果。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使一個(gè)企業(yè)分布在不同地域的、相互關(guān)聯(lián)的子生產(chǎn)車間或監(jiān)控站，通過工業(yè)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制和無人值守。現(xiàn)有的工業(yè)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的一般框架為：采用傳感技術(shù)感知設(shè)備或生產(chǎn)線運(yùn)行參數(shù)；根據(jù)實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)，采用各種先進(jìn)的控制理論生成控制命令；通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)調(diào)整生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)，并將生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)傳遞到遠(yuǎn)端的生產(chǎn)調(diào)度中心和相關(guān)用戶。毋庸置疑，現(xiàn)有的工業(yè)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)完成了企業(yè)涵蓋范圍內(nèi)，所有設(shè)備或生產(chǎn)車間（線）的互聯(lián)與控制。但是，龐大的生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)是需要維護(hù)的，隨著企業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，生產(chǎn)線維護(hù)成本的降低愈加迫切，生產(chǎn)企業(yè)和科研人員已經(jīng)意識(shí)到，只有在現(xiàn)有工業(yè)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)備與設(shè)備互聯(lián)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)設(shè)備維修人員、生產(chǎn)調(diào)度人員與工控網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)、互動(dòng)，才能更有效的降低生產(chǎn)線維護(hù)成本，降低故障時(shí)間，拓展流程管理和維護(hù)空間維度，進(jìn)一步提升流程工業(yè)自動(dòng)控制水平，提高工業(yè)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)運(yùn)行效率。如何在設(shè)備與設(shè)備互聯(lián)的工控網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)物與人的互聯(lián)、互動(dòng)，使設(shè)備維修人員、生產(chǎn)調(diào)度人員無論身在何時(shí)、何地都能感知生產(chǎn)線的運(yùn)行狀態(tài)，并參與管理，實(shí)現(xiàn)“在線維護(hù)”，是本課題研究的目的。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是以泛在網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)、泛在感知為核心，泛在服務(wù)為目的，泛在智能拓展為目標(biāo)的綜合性一體化信息處理技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的是“機(jī)器與機(jī)器”之間互感、互知、互動(dòng)的信息交流，即M2M。M2M（Machine-to-Machine，Machine-to-Man）也可理解為通過多種通訊技術(shù)，如FieldBuses（CanBus、ModBus、ProfiBus等），Zigbee，GPRS，CDMA，WiFi，TCP/IP等等，連接各種末端設(shè)備或子系統(tǒng)，采用M2M Middleware/Web Services/SOA等標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)表達(dá)技術(shù)，將終端設(shè)備或子系統(tǒng)匯總到一個(gè)統(tǒng)一的管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視、自動(dòng)報(bào)警、控制、診斷和維護(hù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的全局化管理和服務(wù)。本課題以工業(yè)遠(yuǎn)程控制為背景，引用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在現(xiàn)有工業(yè)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)備與設(shè)備互聯(lián)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)設(shè)備維修人員、生產(chǎn)調(diào)度人員與工控網(wǎng)絡(luò)的信息互動(dòng)。目前，有關(guān)這方面的研究成果還未見報(bào)到，而企業(yè)對(duì)遠(yuǎn)程工業(yè)控制與物聯(lián)網(wǎng)融合技術(shù)的迫切需求，已讓我們清晰地看到了廣闊的市場前景。其重要的學(xué)術(shù)意義也已經(jīng)被自動(dòng)控制領(lǐng)域?qū)W者所共識(shí)。工業(yè)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)發(fā)展至今，已經(jīng)完成了分布在不同地域的、相互關(guān)聯(lián)的子生產(chǎn)車間或監(jiān)控站與企業(yè)調(diào)度中心的信息互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了集中控制即所有設(shè)備或子生產(chǎn)車間的互聯(lián)與控制。如何在設(shè)備與設(shè)備互聯(lián)的工控網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)物與人的互聯(lián)、互動(dòng)，使設(shè)備維修人員、生產(chǎn)調(diào)度人員無論在何時(shí)、何地都能感知生產(chǎn)線的運(yùn)行狀態(tài)，并參與管理，是本課題研究的目的。1.1.2 課題研究的意義進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著感知識(shí)別技術(shù)的快速發(fā)展，信息從傳統(tǒng)的人工生成的單通道模式轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯ど珊妥詣?dòng)生成的雙通道模式。以傳感器和智能識(shí)別終端為代表的信息自動(dòng)生成設(shè)備可以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地開展對(duì)物理世界的感知、測量和監(jiān)控。目前世界上大約有50億個(gè)具有通信能力的微處理器和微控制器。低成本芯片制造使得可聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)目激增，而網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使得綜合利用來自物理世界的信息變?yōu)榭赡堋Ｄ壳埃锫?lián)網(wǎng)技術(shù)下的M2M產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)和居民生活。為了保證機(jī)器到機(jī)器、機(jī)器到人之間的正常通信，必須保證能對(duì)整個(gè)M2M系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。當(dāng)工業(yè)現(xiàn)場出現(xiàn)故障時(shí)，能準(zhǔn)確地判斷是哪個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)送故障，從而第一時(shí)間進(jìn)行設(shè)備維護(hù)和恢復(fù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引入對(duì)工業(yè)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的意義主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：增強(qiáng)機(jī)器設(shè)備之間的通信與網(wǎng)絡(luò)功能。M2M不是簡單的數(shù)據(jù)在機(jī)器和機(jī)器之間的傳輸，更重要的是，它是機(jī)器和機(jī)器之間的一種智能化、交互式的通信。也就是說，即使人們沒有實(shí)時(shí)發(fā)出信號(hào)，機(jī)器也會(huì)根據(jù)既定程序主動(dòng)進(jìn)行通信，并根據(jù)所得到的數(shù)據(jù)智能化地做出選擇，對(duì)相關(guān)設(shè)備發(fā)出正確的指令。可以說，智能化、交互式成為了M2M有別于其它應(yīng)用的典型特征，這一特征下的機(jī)器也被賦予了更多的“思想”和“智慧”1。實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器設(shè)備、人與工藝流程之間的互聯(lián)與互動(dòng)。傳統(tǒng)的工業(yè)遠(yuǎn)程控制僅僅局限于機(jī)器設(shè)備之間的通信與互聯(lián)，而人作為設(shè)備維護(hù)監(jiān)控方，其所處的位置一般在監(jiān)控室或工業(yè)現(xiàn)場。人以獨(dú)立的個(gè)體存在工藝流程之外，并沒有實(shí)現(xiàn)人與設(shè)備的信息互聯(lián)、互動(dòng)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)則可以改變這一現(xiàn)狀，人不再是獨(dú)立于被控生產(chǎn)線之外的個(gè)體，而是生產(chǎn)線上的一個(gè)移動(dòng)的節(jié)點(diǎn)。隨時(shí)參與生產(chǎn)線、機(jī)器設(shè)備的信息互動(dòng)。通過人與機(jī)器設(shè)備、人與工藝流程的互聯(lián)、互動(dòng)，及時(shí)隔離事故范圍，減小故障損失，間接降低生產(chǎn)成本。當(dāng)工業(yè)現(xiàn)場發(fā)生故障報(bào)警時(shí)，專業(yè)維護(hù)工人可不在工業(yè)現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程故障隔離控制，在時(shí)間與空間上提高了工作效率，將工業(yè)事故損失降到最低。1.2 國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢（一）國內(nèi)現(xiàn)工作基礎(chǔ)與計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)不同，我國在M2M技術(shù)研發(fā)方面處于世界前列，具有重大的影響力，同美國、英國、德國一起成為國際標(biāo)準(zhǔn)制定的主導(dǎo)國，而且是世界上極少數(shù)能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的國家之一。盡管我國在物聯(lián)網(wǎng)研究中取得了一些成績，但還存在一些問題：（1）標(biāo)準(zhǔn)化體系的缺失2，從行業(yè)技術(shù)來看，目前主要缺乏以下兩個(gè)方面標(biāo)準(zhǔn)：數(shù)據(jù)模型的標(biāo)準(zhǔn)化和接口的標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化體系的建立將成為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的首要條件；（2）IPv4地址不足，制約著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展；（3）根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)，物聯(lián)網(wǎng)除了面對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全問題之外，還存在著一些特殊的安全問題如：a.物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、感知節(jié)點(diǎn)的本地安全問題；b. 感知網(wǎng)絡(luò)的傳輸與信息安全問題；c. 核心網(wǎng)絡(luò)的傳輸與信息安全問題；d. 物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的安全問題。以上問題也是本課題研究要面臨的問題。在工業(yè)遠(yuǎn)程控制中使用Internet技術(shù)，國內(nèi)外已日漸成熟，尤其是用于石油化工、城市管網(wǎng)、環(huán)境監(jiān)控、礦產(chǎn)等領(lǐng)域，但工業(yè)遠(yuǎn)程控制與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合方面的研究與應(yīng)用目前還鮮見報(bào)道。（二）技術(shù)發(fā)展趨勢目前的遠(yuǎn)程工業(yè)控制系統(tǒng)雖然實(shí)現(xiàn)了大型企業(yè)子生產(chǎn)線的互聯(lián)，但還沒有維護(hù)人員與工藝控制網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，而企業(yè)對(duì)此需求已非常迫切，它不僅可以提高工作效率，降低生產(chǎn)運(yùn)行成本，提升自動(dòng)化水平，而且可將企業(yè)運(yùn)行模式推上一個(gè)全新的管理框架。近兩年，代表物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)先進(jìn)水平的美、英、日、德等國的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)品發(fā)展迅速，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)滲透到人類生活、生產(chǎn)各個(gè)領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展階段和趨勢見表1.1.將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入遠(yuǎn)程工業(yè)控制領(lǐng)域是自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展方向。設(shè)備智能化、工藝物聯(lián)化將是未來工業(yè)遠(yuǎn)程控制的發(fā)展趨勢。最終實(shí)現(xiàn)機(jī)器與機(jī)器、人與機(jī)器之間的互聯(lián)，機(jī)器運(yùn)行信息可以通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到設(shè)備維護(hù)工程師或生產(chǎn)調(diào)度師手機(jī)上，也可以發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)等終端設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)信息共享。表1.1 物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展階段和趨勢類 別2010年之前2010-2015年2015-2020年2020年后發(fā)展趨勢單個(gè)物體間互聯(lián)；低功耗、低成本物與物之間聯(lián)網(wǎng)和傳感器聯(lián)網(wǎng)半智能化無線傳感網(wǎng)全智能化傳感網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化RFID安全及隱私標(biāo)準(zhǔn)；無線頻帶；分布式控制處理協(xié)議針對(duì)待定產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)；交互式協(xié)議和交互頻率；容錯(cuò)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)；智能化集成傳感器和系統(tǒng)智能響應(yīng)行為標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用RFID在物流、零售、公共交通產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用；建立不同系統(tǒng)間交互的框架增強(qiáng)互操作性，分布式控制及分布式數(shù)據(jù)庫，待定融合網(wǎng)絡(luò)；在惡劣環(huán)境和環(huán)保、工業(yè)、農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用分布式代碼執(zhí)行；全球化應(yīng)用；自適應(yīng)系統(tǒng)；分布式存儲(chǔ)、分布式處理，物體與移動(dòng)手機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)連接人和物服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的融合；產(chǎn)業(yè)整合；異質(zhì)系統(tǒng)間的應(yīng)用器件更小，更廉價(jià)的傳感器、標(biāo)簽、主動(dòng)系統(tǒng)；智能多波段射頻天線；高頻標(biāo)簽、嵌入式讀取終端提高信息容量、感知能力；提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率和數(shù)據(jù)吞吐量，片上集成射頻；與其他材料整合提高傳輸速率；自主智能標(biāo)簽、低功耗集成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)芯片更廉價(jià)材料；新物理效應(yīng)。可生物降解器件；納米處理組件功耗低功耗芯片組，降低功耗改善能量管理，提高電池性能可再生能源，多種能量來源能量捕獲，生物降解電池1.3 物聯(lián)網(wǎng)對(duì)工業(yè)遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域的影響工業(yè)遠(yuǎn)程控制包含信號(hào)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理、運(yùn)行控制等環(huán)節(jié)，而物聯(lián)網(wǎng)包括全面感知、可靠傳遞、智慧處理幾部分，顯然物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與工業(yè)遠(yuǎn)程控制技術(shù)是相似的。物聯(lián)網(wǎng)只是更加強(qiáng)調(diào)無線、海量信息（包括物亦包括人）采集、智能計(jì)算。而工業(yè)遠(yuǎn)程控制目前只對(duì)象物（包括生產(chǎn)線、工業(yè)過程或設(shè)備），實(shí)際上，如上面分析，工業(yè)遠(yuǎn)程控制技術(shù)發(fā)展至今，已迫切需要將人（設(shè)備維護(hù)工程師）作為一個(gè)子節(jié)點(diǎn)涵蓋其中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)，使其成為可能。在物聯(lián)網(wǎng)的3個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域傳感器、RFID和M2M(機(jī)器對(duì)機(jī)器)中， 工業(yè)自動(dòng)化廠商至少在傳感器和M2M領(lǐng)域有很強(qiáng)的優(yōu)勢。10年前，主要集中在設(shè)備領(lǐng)域的針對(duì)M2M 之間的通信已經(jīng)出現(xiàn)。10年間，M2M的概念不僅擴(kuò)展到機(jī)器與人、機(jī)器與服務(wù)等更寬泛的概念，而且還成為“物聯(lián)網(wǎng)的主要現(xiàn)實(shí)形態(tài)”，這也帶動(dòng)了在M2M中大量應(yīng)用的自動(dòng)化需求。現(xiàn)在，更多的自動(dòng)化和智能技術(shù)已經(jīng)從M2M應(yīng)用的自動(dòng)化控制擴(kuò)展到社會(huì)生活的方方面面3。在感知層面，工業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)控領(lǐng)域也積累了上千種的產(chǎn)品和解決方案，包括工業(yè)計(jì)算機(jī)、工業(yè)交換機(jī)、數(shù)據(jù)采集器、觸摸屏和應(yīng)用軟件等。在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，最末端的傳感器數(shù)量眾多，收集到的數(shù)據(jù)也相當(dāng)龐雜，如果不加分析處理就將這些信息傳遞到后臺(tái)，必將對(duì)網(wǎng)絡(luò)層和后臺(tái)處理系統(tǒng)造成負(fù)擔(dān)。而如果把部分?jǐn)?shù)據(jù)分析工作放在前端，就能提高效率。相應(yīng)地，自動(dòng)化行業(yè)在前端數(shù)據(jù)處理上積累了不少經(jīng)驗(yàn)，代表型產(chǎn)品內(nèi)嵌在工業(yè)計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)采集軟件就能夠勝任這個(gè)“工作”3。物聯(lián)網(wǎng)是信息通信技術(shù)發(fā)展的新一輪制高點(diǎn)，正在工業(yè)遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域廣泛滲透和應(yīng)用，并與未來先進(jìn)制造技術(shù)相結(jié)合，形成新的智能化的制造體系。這一過程正在不斷發(fā)展和完善之中。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的火爆發(fā)展，給工業(yè)遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域也帶來不可阻擋的發(fā)展良機(jī)，把握物聯(lián)網(wǎng)為自動(dòng)化發(fā)展的新機(jī)遇，將為自動(dòng)化行業(yè)在十二五期間帶來新的飛躍和發(fā)展。1.4 課題研究內(nèi)容為解決工業(yè)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中存在的故障處理滯后、故障設(shè)備與維修工人之間沒有信息交流、故障范圍不能及時(shí)隔離等問題，本文提出融合M2M技術(shù)的遠(yuǎn)程工業(yè)過程控制解決方案。該系統(tǒng)集信號(hào)檢測、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程控制與一體，該系統(tǒng)具有機(jī)器對(duì)機(jī)器以及機(jī)器對(duì)人之間互感、互知、互動(dòng)的特點(diǎn)；實(shí)現(xiàn)了故障快速診斷、報(bào)警、定位及故障設(shè)備與維修工人之間信息交流功能，同時(shí)也符合未來工業(yè)遠(yuǎn)程控制節(jié)能減排、M2M互動(dòng)技術(shù)發(fā)展的趨勢。主要研究內(nèi)容包括：研究遠(yuǎn)程工業(yè)控制中人（設(shè)備維護(hù)工人和生產(chǎn)調(diào)度管理者）與物（設(shè)備或生產(chǎn)流程）互聯(lián)、互動(dòng)的模式；采用嵌入式技術(shù)完成了基于ISO14443TypeA的新型熱網(wǎng)RFID巡檢終端采集單元的工程化設(shè)計(jì)；研究、開發(fā)遠(yuǎn)程工業(yè)控制中人與設(shè)備、人與工藝流程信息互動(dòng)軟件；研究遠(yuǎn)程工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)與SMS技術(shù)集成方法；基于M2M、RFID_GSM技術(shù)的供熱管網(wǎng)運(yùn)行控制工程化設(shè)計(jì)。2 物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)技術(shù)概述2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)2.1.1 物聯(lián)網(wǎng)概述目前，物聯(lián)網(wǎng)還沒有一個(gè)精確且公認(rèn)的定義。這主要?dú)w因于：第一，物聯(lián)網(wǎng)的理論體系還沒有完全建立，對(duì)其認(rèn)識(shí)還不夠深入，還不能透過現(xiàn)象看出本質(zhì)；第二，由于物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)、傳感網(wǎng)等都有密切關(guān)系，不同領(lǐng)域的研究者對(duì)物聯(lián)網(wǎng)思考所基于的出發(fā)點(diǎn)各異，短期內(nèi)還沒達(dá)成共識(shí)。通過與傳感網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)等相關(guān)網(wǎng)絡(luò)的比較分析，我們認(rèn)為：物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的是“機(jī)器與機(jī)器”之間互感、互知、互動(dòng)的信息交流，即M2M。M2M（Machine-to-Machine，Machine-to-Man）也可理解為通過多種通訊技術(shù)，如FieldBuses（CanBus、ModBus、ProfiBus等），Zigbee，GPRS，CDMA，WiFi，TCP/IP等等，連接各種末端設(shè)備或子系統(tǒng)，采用M2M Middleware/Web Services/SOA等標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)表達(dá)技術(shù)，將終端設(shè)備或子系統(tǒng)匯總到一個(gè)統(tǒng)一的管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視、自動(dòng)報(bào)警、診斷和維護(hù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的全局化管理和服務(wù)。M2M是將數(shù)據(jù)從一臺(tái)終端傳送到另一臺(tái)終端，也就是就是機(jī)器與機(jī)器(Machine to Machine)的對(duì)話。但從廣義上M2M可代表機(jī)器對(duì)機(jī)器(Machine to Machine)、人對(duì)機(jī)器(Man to Machine)、機(jī)器對(duì)人(Machine toMan)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)機(jī)器(Mobile to Machine)之間的連接與通信，它涵蓋了所有實(shí)現(xiàn)在人、機(jī)器、系統(tǒng)之間建立通信連接的技術(shù)和手段。2.1.2 物聯(lián)網(wǎng)組織架構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)是一種非常復(fù)雜、形式多樣的系統(tǒng)技術(shù)。根據(jù)信息生成、傳輸、處理和應(yīng)用的原則，可以把物聯(lián)網(wǎng)分為4層：感知識(shí)別層、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層、管理服務(wù)層和綜合應(yīng)用層4。如圖2.1所示：圖2.1 物聯(lián)網(wǎng)四層模型1）感知識(shí)別層。感知識(shí)別是物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)，是聯(lián)系物理世界和信息世界的紐帶。感知識(shí)別層即包括射頻識(shí)別（RFID）、無線傳感器等信息自動(dòng)生成設(shè)備，也包括各種智能電子產(chǎn)品用來人工生成信息。另外，作為一種新興技術(shù)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要通過各種類型的傳感器對(duì)物質(zhì)性質(zhì)、環(huán)境狀態(tài)、行為模式等信息開展大規(guī)模、長期、實(shí)時(shí)的獲取。2）網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層。這層的主要作用是把下層（感知識(shí)別層）數(shù)據(jù)接入互聯(lián)網(wǎng)，供上層服務(wù)使用。互聯(lián)網(wǎng)以及下一代互聯(lián)網(wǎng)（包含IPv6等技術(shù)）是物聯(lián)網(wǎng)的核心網(wǎng)絡(luò)，處在邊緣的各種無線網(wǎng)絡(luò)則提供隨時(shí)隨地的網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)。無線廣域網(wǎng)包括現(xiàn)有的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)及其演進(jìn)技術(shù)（包括3G、4G通信技術(shù)），提供廣闊范圍內(nèi)連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)。無線城域網(wǎng)包括現(xiàn)有的WIMAX技術(shù)（802.16系列標(biāo)準(zhǔn)），提供城域范圍（約100km）高速數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。無線局域網(wǎng)包括現(xiàn)在廣為流行的WIFI(802.11系列標(biāo)準(zhǔn))，為一定區(qū)域內(nèi)（家庭、校園、餐廳、機(jī)場等）的用戶提供網(wǎng)絡(luò)訪問服務(wù)。無線個(gè)域網(wǎng)絡(luò)包括藍(lán)牙（802.15.1標(biāo)準(zhǔn)）、ZigBee（802.15.4標(biāo)準(zhǔn)）等通信協(xié)議。這類網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是低功耗、低傳輸速率、短距離，一般用作個(gè)人電子產(chǎn)品互聯(lián)、工業(yè)設(shè)備控制等領(lǐng)域。各種不同類型的無線網(wǎng)絡(luò)適用于不同的環(huán)境，合力提供 便捷的網(wǎng)絡(luò)接入，是實(shí)現(xiàn)物物互聯(lián)的重要基礎(chǔ)設(shè)施。3）管理服務(wù)層。在高性能計(jì)算和海量存儲(chǔ)技術(shù)的支持下，管理服務(wù)層將大規(guī)模數(shù)據(jù)高效、可靠地組織起來，為上層行業(yè)應(yīng)用提供智能的支撐平臺(tái)。存儲(chǔ)是信息處理第一步。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)以及其后發(fā)展起來的各種海量存儲(chǔ)技術(shù)，包括網(wǎng)絡(luò)化存儲(chǔ)（如數(shù)據(jù)中心），已廣泛應(yīng)用于IT、金融、電信、自動(dòng)化等行業(yè)。面對(duì)海量信息，如何有效地組織和查詢數(shù)據(jù)是核心問題。管理服務(wù)層的主要特點(diǎn)是“智慧”。有了豐富翔實(shí)的數(shù)據(jù)，機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘、專家系統(tǒng)等手段，管理服務(wù)層功能日趨強(qiáng)大。4）綜合應(yīng)用層?；ヂ?lián)網(wǎng)最初用來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間通信，進(jìn)而發(fā)展到連接以人為主體的用戶，現(xiàn)在正在朝物物人互聯(lián)這一目標(biāo)前進(jìn)。伴隨著這一進(jìn)程，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用也發(fā)生了翻天覆地的變化。從早期的以數(shù)據(jù)服務(wù)為主要特征的文件傳輸、電子郵件，到以用戶為中心的應(yīng)用。如萬維網(wǎng)、電子商務(wù)、社交網(wǎng)絡(luò)等，再發(fā)展到物品追蹤、環(huán)境感知、智能物流、智能交通、智能電網(wǎng)等。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用數(shù)量激增，呈現(xiàn)多樣化、規(guī)模化、行業(yè)化等特點(diǎn)。物聯(lián)網(wǎng)各層之間既相對(duì)獨(dú)立又聯(lián)系密切。在綜合應(yīng)用層以下，同一層次上的不同技術(shù)互為補(bǔ)充，適用于不同環(huán)境，構(gòu)成該層次技術(shù)的全套應(yīng)對(duì)策略。而不同層次提供各種技術(shù)的配置和組合，根據(jù)應(yīng)用需求，構(gòu)成完整的解決方案。總而言之，技術(shù)的選擇應(yīng)以應(yīng)用為向?qū)?，根?jù)具體的需求和環(huán)境，選擇合適的感知技術(shù)、聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息處理技術(shù)。2.2 M2M通訊方式在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中，人與設(shè)備之間的通訊，實(shí)際上是人借助手機(jī)、PDA等相關(guān)便攜設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，即設(shè)備與設(shè)備通信。人（維護(hù)工人和調(diào)度管理者）與物（設(shè)備或生產(chǎn)流程）的通訊是人與設(shè)備完成互動(dòng)的重要組成部分，它負(fù)責(zé)在數(shù)據(jù)采集端與人之間的信息傳遞，以此方式實(shí)現(xiàn)遙測與遙控功能，因此，通訊方式的選擇對(duì)人與設(shè)備最終完成互感、互動(dòng)起著至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)工業(yè)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中，人與物（設(shè)備或生產(chǎn)流程）之間的互動(dòng)模式則是人機(jī)操作模式，即監(jiān)控人員在工控機(jī)上操作、維修人員生產(chǎn)現(xiàn)場與設(shè)備之間的信息交互。當(dāng)人脫離工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備時(shí)，唯一能實(shí)現(xiàn)人與物之間的通訊方式，則是無線通訊網(wǎng)絡(luò)模式。當(dāng)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)需要通過無線網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)，目前在工業(yè)遠(yuǎn)程控制中采用的技術(shù)主要有：IEEE802.11a/b/g WLAN、Zigbee、RFID和無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)（業(yè)務(wù)類型：GPRS、USSD、SMS）。雖然它們最初為不同的應(yīng)用目的而設(shè)計(jì)，但是在人與設(shè)備、設(shè)備到設(shè)備（M2M）的無線通信方面它們各有優(yōu)勢。IEEE802.11a/b/g WLANWLAN 802.11的最初設(shè)計(jì)目的是在計(jì)算機(jī)到計(jì)算機(jī)間取代有線的以太網(wǎng)連接，在M2M應(yīng)用中特別是工業(yè)環(huán)境下它取得廣泛的應(yīng)用，它有完備的以太網(wǎng)分層、協(xié)議以及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)支持。802.11b和g工作在2.4GHz，備選的802.11a工作在5GHz，主要部署在2.4G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)有干擾或者網(wǎng)絡(luò)中有過多無線設(shè)備以及可靠性是首要目標(biāo)的場合。WLAN設(shè)備可以工作在對(duì)等模式下，但是更常用的是通過無線接入點(diǎn)通信。使用WLAN的缺點(diǎn)是功耗大、成本高、協(xié)議開銷大、需要接入點(diǎn)。其優(yōu)點(diǎn)是方便現(xiàn)有WLAN網(wǎng)絡(luò)，提供高效的數(shù)據(jù)速率，其包含豐富的網(wǎng)路協(xié)議和Web服務(wù)，提供多樣的安全特性。ZigbeeZigbee也工作在2.4GHz，它的目的主要是解決設(shè)備信息互連。它是針對(duì)諸如傳感器甚至燈開關(guān)的小設(shè)備的簡單無線網(wǎng)絡(luò)方案，對(duì)帶寬和功耗的需求都很低。因?yàn)樗莔esh網(wǎng)絡(luò)，所以它不需要中心接入點(diǎn)。Zigbee到以太網(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換器通常用來連接Zigbee網(wǎng)絡(luò)和基于以太的網(wǎng)絡(luò)。它的缺點(diǎn)是：所形成的網(wǎng)狀網(wǎng)如何適配于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)目前還是問題；以及沒有完整的規(guī)范來保證安全性。其優(yōu)點(diǎn)是：低數(shù)據(jù)率保證功耗更低，Mesh網(wǎng)絡(luò)可以讓成百上千的Zigbee設(shè)備互連，該網(wǎng)絡(luò)具有自形成和自愈能力，適合于有很多設(shè)備進(jìn)行M2M連接（如傳感網(wǎng)絡(luò)）。RFIDRFID射頻識(shí)別是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)5。利用射頻信號(hào)通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞，并通過所傳遞的信息達(dá)到自動(dòng)識(shí)別的目的。它通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作方便9。該無線電技術(shù)適合于工業(yè)生產(chǎn)流水線M2M信息傳遞與識(shí)別。其優(yōu)點(diǎn)是低成本、低功耗，缺點(diǎn)是無處理能力，需要讀寫器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)資源。無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)（業(yè)務(wù)類型：GPRS、SMS、USSD）無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)目前已經(jīng)發(fā)展成為覆蓋面積最廣、功能最強(qiáng)、設(shè)備最完善的無線通信網(wǎng)絡(luò)。無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)用于工業(yè)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集具體有以下優(yōu)點(diǎn)：1）組網(wǎng)費(fèi)用低廉。直接使用現(xiàn)有的無線移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)-GSM網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)費(fèi)用為零。2）網(wǎng)絡(luò)覆蓋地域廣泛。目前無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)在全國覆蓋率達(dá)95%以上，非偏遠(yuǎn)地區(qū)覆蓋率幾乎為100%。3）運(yùn)行費(fèi)用低。使用時(shí)無需與移動(dòng)運(yùn)營部門交涉，也無需繳納無線電管理費(fèi)用。4）按流量、SMS個(gè)數(shù)計(jì)費(fèi)。GPRS業(yè)務(wù)只有在數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸時(shí)才會(huì)發(fā)生通信費(fèi)用，數(shù)據(jù)傳輸停止時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生費(fèi)用。SMS信息按數(shù)量計(jì)費(fèi)。5）系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性高。無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)有較大的冗余設(shè)備和信道，采用設(shè)備復(fù)用方式，數(shù)據(jù)通信可靠性高。一方面無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)；另一方面，無線通信頻段專用，受人為干擾較少，適合工業(yè)遠(yuǎn)程控制中人與設(shè)備、人與生產(chǎn)流程之間的互感與互動(dòng)。不同數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)模式的性能見表2.1。表2.1 不同數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)模式的性能和特點(diǎn)比較項(xiàng)目GPRSSMSUSSD電信信道分組數(shù)據(jù)信道PDCH信令信道SDCCH信令信道SDCCH/FACCH數(shù)據(jù)傳輸速率9.05-171.2kbit/s170字節(jié)/消息600bps-1000bps傳輸方式透明傳輸存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)透明傳輸響應(yīng)時(shí)間較快快通話狀態(tài)下更快支持的終端類型支持GSM Phase2 M2M終端支持GSM Phase2手機(jī)支持GSM Phase2手機(jī)用戶操作方便方便容易2.3短消息服務(wù)（SMS）2.3.1 短消息服務(wù)簡介SMS（Short Messaging Service）是最早的短消息業(yè)務(wù)，也是現(xiàn)在普及率最高的一種短消息業(yè)務(wù)。目前，這種短消息的長度被限定在140節(jié)之內(nèi)，這些字節(jié)可以是文本的，也可以是英文的。SMS以簡單方便的使用功能受到大眾的歡迎，卻始終是屬于第一代的無線數(shù)據(jù)服務(wù)，在內(nèi)容和應(yīng)用方面存在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的限制6。SMS 是一種存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)。也就是說，短消息并不是直接從發(fā)送人發(fā)送到接收人，而始終通過 SMS 中心進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的。如果接收人處于未連接狀態(tài)（可能電話已關(guān)閉）7，則消息將在接收人再次連接時(shí)發(fā)送。SMS 消息按消息收費(fèi)，因此要比通過基于 IP 的網(wǎng)絡(luò)（如，使用 GPRS 通用分組無線業(yè)務(wù)）發(fā)送的數(shù)據(jù)昂貴得多（每字節(jié)）8。要使用SMS，用戶需要預(yù)訂支持 SMS 的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，并且必須為該用戶啟用 SMS 的使用。用戶需要有發(fā)送短消息或接收短消息的目的地。該目的地通常是其他的移動(dòng)電話，但也可以是服務(wù)器。最后，用戶還需要有支持 SMS 的移動(dòng)電話（大多數(shù)手機(jī)都支持）9，并需要了解如何使用其特定型號(hào)的移動(dòng)電話發(fā)送或閱讀短消息。2.3.2 SMS的體系結(jié)構(gòu)GSM標(biāo)準(zhǔn)中定義的點(diǎn)-點(diǎn)短消息服務(wù)使得短消息能在移動(dòng)臺(tái)和短消息服務(wù)中心之間傳遞。這些服務(wù)中心是通過稱為SMS- GMSC的特定MSC同GSM網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系的。涉及SMS管理的協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)如圖2.2所示10。圖2.2 SMS體系結(jié)構(gòu)SME：Short Messaging Entity，短消息實(shí)體。它可以接收或改善短消息，位于固話系統(tǒng)、移動(dòng)基站或其他服務(wù)中心內(nèi)；SMSC：Short Message Service Center，短消息服務(wù)中心，負(fù)責(zé)在基站和SME間中繼、儲(chǔ)存或轉(zhuǎn)發(fā)短消息；移動(dòng)臺(tái)（ME）到SMSC的協(xié)議能傳輸來自移動(dòng)臺(tái)或朝向移動(dòng)臺(tái)的短消息，協(xié)議名為SMTP（Short Message Transmission Protocol）10；SMCGWMS或SMCGMSC，SMS-Gateway MSC，SMS網(wǎng)關(guān)。接收由SMSC發(fā)送的短消息，向HLR查詢路由信息，并將短消息傳送給接收者所在基站的交換中心；HLR：Home Location Register，歸屬位置寄存器。用于永久儲(chǔ)存管理用戶和服務(wù)記錄的數(shù)據(jù)庫，由SMSC產(chǎn)生。SMS網(wǎng)關(guān)與HLR之間的協(xié)議使前者可以要求HLR搜索可找到的用戶地址。它與MSC與HLR之間的協(xié)議一起，能在移動(dòng)臺(tái)因超出覆蓋區(qū)而丟失報(bào)文、隨后又可找到時(shí)加以提示；MSC：Mobile Switching Center，移動(dòng)交換中心。負(fù)責(zé)系統(tǒng)切換管理并控制來自或發(fā)向其他電話或數(shù)據(jù)系統(tǒng)的拔叫；VLR：Visitor Location Register，訪問位置寄存器。含有用戶臨時(shí)信息的數(shù)據(jù)庫。交換中心服務(wù)訪問用戶時(shí)需要這些信息。2.3.3 GSM AT相關(guān)指令A(yù)T 即Attention，通過串口發(fā)送AT命令，即可使用GSM Modem模塊。串行線對(duì)端的應(yīng)用設(shè)備包括終端設(shè)備TE(Terminal Equipment，TE)、數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE(Data Terminal Equipment)或其他應(yīng)用設(shè)備。這些終端或應(yīng)用設(shè)備可能運(yùn)行在嵌入式系統(tǒng)里。AT指令的演化被加入GSM07.05標(biāo)準(zhǔn)以及現(xiàn)在的GSM07.07標(biāo)準(zhǔn)。GSM模塊與計(jì)算機(jī)之間的通信協(xié)議是一些AT指令集，AT指令是以AT作首，字符結(jié)束的字符串，AT指令的響應(yīng)數(shù)據(jù)包在中。每個(gè)指令執(zhí)行成功與否都有相應(yīng)的返回。其他的一些非預(yù)期的信息(如有人撥號(hào)進(jìn)來、線路無信號(hào)等)，模塊將有對(duì)應(yīng)的一些信息提示，接收端可做相應(yīng)的處理11。與SMS有關(guān)的GSM AT指令如表2.2所示： 表2.2 相關(guān)的GSM AT指令Commands 07.05功能AT+CSMS選擇短信息服務(wù)AT+CPMS選擇短信息內(nèi)存AT+CMGF選擇短信息格式：0-文本；1-PDUAT+CSCA短信息中心的地址AT+CNMI顯示收到的短信息AT+CMGL列出SIM卡中的短信息AT+CMGR讀短信息AT+CMGS發(fā)送短信息AT+CMSS從SMS內(nèi)存中發(fā)消息AT+CMGW向SMS內(nèi)存中寫入待發(fā)短信息AT+CMGD刪除SMS內(nèi)存中的短信息AT+CSCB選擇蜂窩廣播消息AT+CMGC發(fā)出一條SMS命令對(duì)SMS的控制共有三種實(shí)現(xiàn)途徑：Block Mode;基于AT命令的Text Mode;基于AT命令的PDU Mode。目前，大多數(shù)手機(jī)均支持Text Mode和PDU模式。PDU模式是發(fā)送或接收手機(jī)SMS信息的一種方法，短信息正文經(jīng)過十六進(jìn)制編碼后被傳送。目前，PDU已取代Block Mode，因此本文主要探討PDU模式的發(fā)送。2.3.4工業(yè)控制中采用SMS技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)SMS短消息交互是GSM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中人與物（設(shè)備或生產(chǎn)流程）之間最為簡單和方便的