专利名称：基于gsm/gprs网的石油和天然气管道远程监控系统的制作方法
技术领域：
本发明属于信息在输入/输出设备之间传送的技术，属于数字无线传送系统领域。具体地说涉及一种基于GSM/GPRS网的石油和天然气管道远程监控系统。
具体包括有GSM(global system for mobile communication)全球移动通信系统。GPRS(general packet radio service)通用分组无线业务。SCADA(supervisorcontrol and data acquisition)监测监控及数据采集系统。RTU(remoteterminal unie)监测监控及数据采集系统的远程控制单元。
背景技术：
随着天然气西气东输工程的启动、人类环境保护意识的逐渐加强和中国经济的飞速发展，石油和天然气的需求量必然要迅猛增长，石油和天然气管道工程以及城市燃气管道工程也定会大规模建设，为保证石油和天然气及城市燃气系统的安全高效运行，干支线管道和城市燃气管道工程的自动化控制系统必然将随着这些工程的上马而大规模地被采用。目前，石油和天然气管道主要采用光纤通信、微波通信、专线接入或卫星通信等通信方式传输管道输运参数信号，这些通信方式的建设、维护和运行费用的投入是可观的；并且工程建设还受到地形地貌、城市建筑、城市交通和无线频率的限制，同时新建的传输网络存在大量的资源浪费。
美、英、加等国家都大力开展有关研究，但目前均采用卫星通信技术[1]或自建微波站[2]、长波[3]的方式、还有一部分采用某些节点方法[4]，我国的有关研究尚处于初始阶段。因GSM/GPRS网刚刚起步拓展，以GSM/GPRS网传输远距离监测和控制数据技术国内外均未有报导。经过科技文献查新检索，有关数据传输的文献数十篇，关于将GSM/GPRS网数据传输用于石油和天然气支线管道测量参数的传递，国内外尚未发现与此相同的专利或文献报道。
对石油和天然气管道采用的SCADA系统，即监测监控及数据采集系统。其主要结构包括控制与传送单元RTU、通讯网络及控制中心(称SCADA主站)。目前的RTU系统与控制中心称之为SCADA主站的远程通讯链路只提供了常规的VHF/UHF的讯道、无线集群系统、专线(光纤、DDN等)、模拟微波和数字微波通信接口，没有提供无线公共移动数字网的通信接口和系统，而利用移动通信网传输数据，不需要建设通信站，也不需要铺设通信线路，更不需要投入人力物力进行运营维护。
发明内容
本发明专利目的是提供一种基于GSM/GPRS网的石油和天然气管道远程监控系统，为了上述通用RTU提供增加GSM/GPRS网的通信收发接口和SCADA控制中心主站的通信收发接口，以此形成新的GSM/GPRS网数据传输用于石油和天然气支线管道测量参数的传递的系统。
本发明的技术路线本发明是利用国家公众移动通信网，研制石油和天然气管道中的检测节点(尤其是城市天然气管网系统的各监测节点)测量参数和控制信号的无线通信传输通道，即干支线管道SCADA(监测监控及数据采集系统)中的RTU和SCADA控制中心主站的GSM/GPRS网络无线传输的接口系统，支持节点可实现GSM/GPRS网的无线传输通道。
采用GSM/GPRS公共数字移动网技术实现对管道测量参数和控制信号的传输，特别是适用于在GSM/GPRS公共数字移动网覆盖区域内的石油和天然气管道干线和支线(尤其是城市天然气管网)监测节点运行参数和控制信号的传输，并具有很高的数据传输安全性，经济性。我国已建立了公共数字移动网(GSM)，用户已达1亿多。GSM系统成熟，网络运行稳定，通信传输安全，覆盖范围大，这给我们研究的课题提供了安全可靠的通信开发基础。
对于支线完全可以进行可靠通信与控制。对于干线建立若干定向直放站进行接力，另外，根据对石油和天然气管道干支线节点运行参数的传递和控制的绝对准确与及时的要求，在干线可提供除光纤传送外加入另一种即本专利的传送方式，这样就可以采用数据流双向认证和数据流双向传送、双向校对校验的数学模型，通过对数据流双向认证和数据流双向传送、双向校对校验，使得石油和天然气管道测量传递的参数是准确的，控制是可靠的。
对石油和天然气支线管道采用的SCADA系统，即监测监控及数据采集系统。其主要结构包括控制与通讯接口单元RTU、通讯网络及控制中心。目前的RTU系统的远程通讯链路只提供了常规的VHF/UHF的讯道、无线集群系统、专线(光纤、DDN等)、模拟微波和数字微波通信接口，由于GSM网刚大规模发展，因此RTU没有提供无线公共移动数字网的通信接口和接收系统。GPRS是通用分组无线业务，是在GSM移动通讯网络基础上实现高速移动数据业务，该业务可实现与现有的标准数据业务无缝连接，GPRS刚刚起步，RTU更没有提供无线公共移动数字网的通信接口和接收系统。本发明是解决集中控制，分散采集的集散系统模式的RTU这些通信接口和SCADA控制中心主站的接口的技术问题，也就是通用RTU增加GSM/GPRS网的通信收发接口和SCADA控制中心主站的通信收发接口，以此形成新的GSM/GPRS网数据传输用于石油和天然气支线管道测量参数的传递系统，以及整个系统的操作方法。
本发明的目的是这样实现的本发明的基于GSM/GPRS网的石油和天然气管道远程监控系统，其特征在于它包括有在石油天然气管道干支线C上间隔设置检测点的数据发送与接收单元A；检测点的数据发送与接收单元A连接GSM/GPRS数据中转服务器E，GSM/GPRS数据中转服务器E通过SGM/GPRS公共移动数字电信网D连接SCADA监测监控及数据采集系统主站的接收数据与发送单元B，SCADA主站接收数据与发送单元B连接SCADA监测监控及数据采集系统主站F；SCADA监测监控及数据采集系统主站F连接个人化信息接收器G；在该系统中，D和E是利用现有的通讯技术设施和通讯模式；其中A为检测点的数据发送与接收单元，结构为RTU监测监控及数据采集系统的远程控制单元的常规输出与输入接口101分别连接接受RTU传来的温度、流量、压力的数据的转发控制器201、202、203；101还连接RTU接受命令的转发控制器204；101还连接GSM/GPRS发/接主控制器301；数据的转发控制器201、202、203连接GSM/GPRS发/接主控制器301；RTU接受命令的转发控制器204连接命令鉴别控制器302，GSM/GPRS发/接主控制器301连接命令鉴别控制器302；GSM/GPRS发/接主控制器301连接GSM/GPRS发/接模块401，GSM/GPRS发/接模块401连接带有放大功能的GSM/GPRS发/接天线402；B为SCADA监测监控及数据采集系统主站接收数据与发送单元，结构为SCADA控制中心控制主站的输出与输入接口100连接GSM/GPRS发/接数据和命令的主控单元501、GSM/GPRS发/接数据和命令的主控单元501串行连接GSM/GPRS发/接阵列转发控制器601，GSM/GPRS发/接阵列转发控制器601并联连接数据GSM/GPRS发/接模块阵列701、702、703、704，数据GSM/GPRS发/接模块阵列701、702、703、704分别连接带有放大功能的GSM/GPRS发/接天线801、802、803、804；GSM/GPRS发/接数据和命令的主控单元501连接负责命令的发/接的命令GSM/GPRS发/接模块70c，命令GSM/GPRS发/接模块70c连接带有放大功能的GSM/GPRS发/接天线80c、GSM/GPRS发/接数据和命令的主控单元501连接负责突发事件的信息发/接的控制中心主站向个人一区域管道主管负责人GSM/GPRS发/接模块70p，GSM/GPRS发/接模块70p连接带有放大功能的GSM/GPRS发/接天线80p。
本发明的系统的操作方法包括以下部分(1)C(石油天然气管道干支线)运行正常情况下，A(检测点的数据发送与接收单元)按规定的时间，A向B发送石油天然气管道输运参数中的温度、压力和流量，具体动作是A该接口以201、202、203接受RTU传来的温度、流量、压力的数据转发给301，同时301的串口也接受RTU传来的温度、流量、压力的串行数据，对这两组数据进行比较，为真，301发给302备查，这样，监测节点测量参数通过数据对比，以分组报文编码形式，打包成符合移动通讯方式传送。通过401的GSM/GPRS发/接模块和402为带有放大功能的GSM/GPRS发/接天线向B发送。A然后检测是否由B是否已接收的信息，作相应处理。当B没有接收到该信息时，设备自主从302内部存储器调出数据采取再发送方式给B。
(2)在C(石油天然气管道干支线)运行正常情况下，A(检测点的数据发送与接收单元)接收B(SCADA主站接收数据与发送单元)的轮询命令，具体动作是301具有判断巡检功能，命令为真，则A向B发送石油天然气管道输运参数中的温度、压力和流量，具体动作是A以201、202、203接受RTU传来的温度、流量、压力的数据转发给301，同时301的串口也接受RTU传来的温度、流量、压力的串行数据，对这两组数据进行比较，为真，301发给302备查。这样，监测节点测量参数通过数据对比，以分组报文编码形式，打包成符合移动通讯方式传送。通过401的GSM/GPRS发/接模块和402为带有放大功能的GSM/GPRS发/接天线向B发送。A然后检测是否由B是否已接收的信息，作相应处理。当控制中心主站没有接收到该信息时，设备自主从302内部存储器调出数据采取再发送方式给B。
(3)C(石油天然气管道干支线)的某一个检测点运行非正常情况下，由于A的301存有温度、流量、压力的警戒数据，对每次采集传送的数据进行比较，发现警戒数据则主动采取事件突发发送方式，具体动作是A以201、202、203接受RTU传来的非正常的温度、流量、压力的数据转发给301，同时301的串口也接受RTU传来的非正常的温度、流量、压力的串行数据，对这两组数据进行比较，为真，301发给302备查，这样，监测节点测量参数通过数据对比，以分组报文编码形式，打包成符合移动通讯方式紧急传送，通过401的GSM/GPRS发/接模块和402为带有放大功能的GSM/GPRS发/接天线向B紧急发送。A然后检测是否由控制中心主站是否已接收的信息，作相应处理。当B没有接收到该信息时，A设备自主从302内部存储器调出数据采取再紧急发送方式给B。
(4)通过801、802、803、804、80c、80p为带有放大功能的GSM/GPRS发/接天线，701、702、703、704以阵列方式接受各个检测多点RTU通过A传来的温度、流量、压力的数据，因701、702、703、704是阵列方式，在601的控制和协调下，不会发生数据堵塞，同时601通过GSM/GPRS网方式接收监测点测量参数数据，对其数据进行分组报文解码，并进行拆分数据的逆运算(数据整合)后，传送给501，501检测是否由F控制中心主站已接收到信息的完整性，并作相应处理。当F控制中心主站接收到该信息判断不完整时，B主动发送再传送命令。可以实现①命令检测节点再接收数据。②定时命令检测节点接收数据。③事件接收数据。同时501不仅通过70c、80c专门通道命令指定的监测点重新再发送数据，而且501还可通过70c、80c专门通道来接收和监视重新再发送数据的命令是否到达，保证重发命令的安全和可靠。
(5)CADA控制中心主站F依据传递的数据下达的正常或非正常情况的处理命令，则通过501、70c、80c专门通道传送，保证命令的安全和可靠。A接到控制中心主站B发来的命令，通过402带有放大功能的GSM/GPRS发/接天线和401的GSM/GPRS发/接模块发送给301，通过301发给302，302根据发来的命令和301采集的数据进行比较后，通过204发送给RTU执行，并将接受命令和执行情况通过204、302、301，再通过401的GSM/GPRS发/接模块和402带有放大功能的GSM/GPRS发/接天线发送给B，A然后检测是否由B已接收的信息，作相应处理。当B没有接收到该信息时，设备自主从302内部存储器调出执行命令情况，采取再发送方式给B。
(6)70p、80p为B根据F的命令向个人(区域管道主管负责人)GSM/GPRS发/接模块和带有放大功能的GSM/GPRS发/接天线，负责突发事件的信息及时向区域管道主管负责人的手机发送。
(7)501有相应的数据库，承担记录、查询、检索按本专利方式进行石油天然气管道输运参数数据的功能和记录、查询、检索按本专利方式传送数据工作的情况。501可进行大屏幕显示与打印数据记录并传递给100也就是SCADA控制中心主站F作进一步的数据处理。
(8)A、B之间的数据交换是在D的环境下，由E完成的。
(9)系统的数字安全保障SCADA控制中心主站和节点机各自都拥有一对公钥体制中的密钥，其中节点机在基站登记备案，SCADA控制中心主站公钥也同时在节点机出厂时输入节点机内；当发起传送请求时，产生一个随机的请求号CR(Client Random)，用节点机的公钥对此请求号和SCADA控制中心主站身份信息进行加密，将密文发送给节点机，节点机接到信息后用自己的私钥进行解密运算，获取随机的请求号和基站信息明文，节点机根据SCADA控制中心主站注册信息表查出SCADA控制中心主站的公钥，将随机的请求号和自己产生的一个随机数SR(Server Random)一起加密后传回SCADA控制中心主站，SCADA控制中心主站用自己的私钥解密，获得随机请求号和随机数明文，将随机数再用节点机的公钥加密发送给节点机，由节点机解密获得随机数的明文，至此，完成了SCADA控制中心主站和节点机双方身份的认证；同时由随机请求号和随机数根据一定的算法产生本次连接的主密钥(Master Session Key)，用来作为之后数据通讯中对称密码算法的密钥，因此，每次传送的加密密钥都是随机的；对实际数据的加密，包括SCADA控制中心主站的请求和节点机的处理结果，经过如下的处理首先，利用单向散列函数(Secure-Hash-Function)计算所要发送消息的校验和，将结果用自己的私钥进行加密，即签名，再利用主密钥和对称密码算法加密消息和签名发送给对方，接收方接到加密后的密文数据后，利用自己掌握的主密钥解密获得消息的明文和对方的签名，对对方的签名用对方的公钥解密，与所获得的明文进行校验和比较，从而确定所获得明文信息的有效性，其通讯信息包含传送的可靠的结果。
本发明与现有技术相比，具有的优点是本发明的系统具有数据传输的安全性和低廉的建设、运营和维护费用。石油和天然气管道建设，石油和天然气管道干线、支线和城市燃气网利用GSM/GPRS移动通信网传输数据，不需要建设通信站，也不需要铺设通信线路，更不需要投入人力物力进行运营维护。对于支线完全可以进行可靠通信与控制，对于干线建立若干定向直放站进行接力，另外，根据对石油和天然气管道干支线节点运行参数的传递和控制的绝对准确与及时的要求，在干线可提供除光纤传送外的另一种本专利的低成本的建设和传送方式，这样就可以采用数据流双向认证和数据流双向传送、双向校对校验的数学模型，通过对数据流双向认证和数据流双向传送、双向校对校验，使得石油和天然气支线管道测量传递的参数是达到准确和控制可靠的要求。
每个节点的测量参数和控制参数含温度、流量、压力和几个开关量，这四个参数每测量和控制一次只需要几个字节，随着通信的发展，通信费越来越低。各种通信方式的建设和运营维护费用对比如下表
目前，石油和天然气管道主要采用光纤通信、微波通信、专线接入或卫星通信等通信方式传输管道输运参数信号，这些通信方式的建设、维护和运行费用的投入是可观的；并且工程建设还受到受地形地貌、城市建筑、城市交通和无线频率的限制，同时新建的传输网络存在大量的资源浪费。美、英、加等国家都大力开展有关研究，但目前均采用卫星通信技术[1]或自建微波站[2]、长波[3]的方式、还有一部分采用某些节点方法[4]，我国的有关研究尚处于初始阶段。因GSM/GPRS网刚刚起步拓展，以GSM/GPRS网传输远距离监测和控制数据技术国内外均未有报导。经过科技文献查新检索，有关数据传输的文献数十篇，关于将GSM/GPRS网数据传输用于石油和天然气支线管道测量参数的传递，国内外尚未发现与此相同的专利或文献报道。由此可见本发明是一个具有现实价值和国际水平的系统。
。
图1是本发明的总体系统的构成基于GSM/GPRS公共移动数字电信网的石油天然气管道输运参数传送和命令相互传送示意2是本发明的基于GSM/GPRS公共移动数字电信网的石油天然气管道输运参数监测点的RTU接口单元装置A模块3是本发明的基于GSM/GPRS公共移动数字电信网的石油天然气管道支线输运参数面向SCADA控制中心主站接口B单元装置模块4是本发明的基于GSM/GPRS公共移动数字电信网的石油天然气管道输运参数监测点的RTU接口单元装置A的电路之一5是本发明的基于GSM/GPRS公共移动数字电信网的石油天然气管道输运参数监测点的RTU接口单元装置A的电路之二6是本发明的基于GSM/GPRS公共移动数字电信网的石油天然气管道支线输运参数面向SCADA控制中心主站接口B单元装置电路之一7是本发明的基于GSM/GPRS公共移动数字电信网的石油天然气管道支线输运参数面向SCADA控制中心主站接口B单元装置电路之二图具体实施例请参照图1，本发明包含A为检测点的数据发送与接收单元；B为SCADA主站接收数据与发送单元；C为石油天然气管道干支线；D为SGM/GPRS公共移动数字电信网；E为GSM/GPRS数据中转服务；F为SCADA主站；G为个人化接收信息。当A与B之间进行数据和命令传送的时候，通过D和E利用现有的通讯技术设施和通讯模式，E由GSM/GPRS公共移动数字电信网管理部门特殊批准的专门信道进行，再由B传送到F，突发事件时B通过E传送到G。
本发明的基于GSM/GPRS公共移动数字电信网的石油天然气管道输运参数监测点的RTU接口单元装置A组成的模块见图2，电路图见图3。
图2中的101为RTU常规输出与输入接口，201、202、203为接受RTU传来的温度、流量、压力的数据的转发控制器，204为RTU接受命令的转发控制器，301为GSM/GPRS发/接主控制器，302为命令鉴别控制器，401为为GSM/GPRS发/接模块，402为带有放大功能的GSM/GPRS发/接天线。
该接口以201、202、203接受RTU传来的温度、流量、压力的数据转发给301，同时301的串口也接受RTU传来的温度、流量、压力的串行数据，对这两组数据进行比较，为真，301发给302备查，同时通过401的GSM/GPRS发/接模块和402为带有放大功能的GSM/GPRS发/接天线向中心站发送。301还存有温度、流量、压力的警戒数据，对每次数据进行比较，发现警戒数据则主动发送。301也具有判断巡检功能。对于控制中心主站发来的命令，301发给302，302根据发来的命令和301采集的数据进行比较后，通过204发送给RTU。
其软件设计的关键为(1)监测节点测量参数通过数据对比，以分组报文编码形式，打包成符合移动通讯方式传送。
(2)检测是否由主站已接收的信息，作相应处理。当控制中心主站没有接收到该信息时，设备自主从内部存储器调出数据采用再发送方式。
(3)由于对数据和命令的接收发送分别由各自的控制器完成，因此主控制器的相应支持软件协调完成整个系统的工作。
(4)主控制器有接受控制中心主站预设发送的阈值、发送的模式功能。
(5)可以实现①执行控制中心主站命令再发送数据。②定时发送数据。③事件发送数据。
(6)可完成控制中心主站触发的通讯方式和RTU触发的通讯方式的传送。控制中心主站触发的通讯方式包括轮询方式、广播方式、控制命令下发方式。RTU触发的通讯方式包括事件和突发传输方式。
图3中的100为SCADA控制中心控制主站的输出与输入接口，501为GSM/GPRS发/接数据和命令的主控单元、601为GSM/GPRS发/接阵列转发控制器并与501串行连接，701、702、---70n为数据GSM/GPRS发/接模块阵列，70c为命令GSM/GPRS发/接模块，负责命令的发/接，70p为控制中心主站向个人(区域管道主管负责人)GSM/GPRS发/接模块，负责突发事件的信息发/接。801、802、80n、80c、80p为带有放大功能的GSM/GPRS发/接天线。
通过801、802、80n、80c为带有放大功能的GSM/GPRS发/接天线，701、702、---70n以阵列方式接受各个检测多点RTU传来的温度、流量、压力的数据，因是阵列方式，在601的控制和协调下，不会发生数据堵塞，同时601作数据整合后传送给501，501进行大屏幕显示与打印数据记录并传递给100也就是SCADA控制中心主站作数据处理。SCADA控制中心主站依据传递的数据下达的命令，则通过501、70c、80c、专门通道传送，保证命令的安全和可靠。70p、80p为向个人(区域管道主管负责人)GSM/GPRS发/接模块和带有放大功能的GSM/GPRS发/接天线，负责突发事件的信息及时向区域管道主管负责人的手机发送，保证信息的安全和可靠地传递。
其软件设计的关键为(1)制中心主站通过GSM/GPRS网方式接收节点测量参数数据，对其数据进行分组报文解码，并进行拆分数据的逆运算(数据整合)。
(2)测是否由控制中心主站已接收到信息的完整性，作相应处理。当控制中心主站接收到该信息判断不完整时，主动发送再传送命令。
(3)可以实现①命令检测节点再接收数据。②定时命令检测节点接收数据。③事件接收数据。
(4)相应的数据库，记录、查询、检索相关石油天然气管道输运参数数据。
(5)相应的数据库，记录、查询、检索相关传送数据工作的情况。
(6)矩阵驱动接收软件设计可以实现无堵塞接收。
(7)数据接收、命令发送和同时个人化(区域管道主管负责人)发送到个人(区域主管)分道进行，保证数据、命令、信息的可靠和安全。
图4、5的101为监测点的RTU常规输出与输入接口，201、202、203、204、301、302为各类型的8位单片机，比如AT89、68***、AT20**、80**、87**等等。401为GSM/GPRS发/接模块，402为带有放大功能的GSM/GPRS发/接天线模块。
图6、7中的501为PC机，使用的是常规输出与输入串/并接口，601为单片机阵列(2n个)可使用各类型的8位单片机，比如89C**、68***、20**、87**等等，每两个单片机P0和P1口相连，一个串口连接701、702、703、704、70c、70p，一个串口连接501的串口扩展头。701、702、703、704、70c、70p为GSM/GPRS发/接模块，801、802、803、804、80c、80p为带有放大功能的GSM/GPRS发/接天线。
权利要求
1.基于GSM/GPRS网的石油和天然气管道远程监控系统，其特征在于它包括有在石油和天然气管道干支线C上间隔设置的检测点的数据发送与接收单元A；检测点的数据发送与接收单元A连接GSM/GPRS数据中转服务器E，GSM/GPRS数据中转服务器E通过SGM/GPRS公共移动数字电信网D连接SCADA监测监控及数据采集系统主站的接收数据与发送单元B，SCADA主站接收数据与发送单元B连接SCADA监测监控及数据采集系统主站F；SCADA监测监控及数据采集系统主站F连接个人化信息接收器G；在该系统中，D和E是利用现有的通讯技术设施和通讯模式；其中A为检测点的数据发送与接收单元，结构为RTU监测监控及数据采集系统的远程控制单元的常规输出与输入接口101分别连接接受RTU传来的温度、流量、压力的数据的转发控制器201、202、203；101还连接RTU接受命令的转发控制器204；101还连接GSM/GPRS发/接主控制器301；数据的转发控制器201、202、203连接GSM/GPRS发/接主控制器301；RTU接受命令的转发控制器204连接命令鉴别控制器302，GSM/GPRS发/接主控制器301连接命令鉴别控制器302；GSM/GPRS发/接主控制器301连接GSM/GPRS发/接模块401，GSM/GPRS发/接模块401连接带有放大功能的GSM/GPRS发/接天线402；B为SCADA监测监控及数据采集系统主站接收数据与发送单元，结构为SCADA控制中心控制主站的输出与输入接口100连接GSM/GPRS发/接数据和命令的主控单元501、GSM/GPRS发/接数据和命令的主控单元501串行连接GSM/GPRS发/接阵列转发控制器601，GSM/GPRS发/接阵列转发控制器601并联连接数据GSM/GPRS发/接模块阵列701、702、703、704，数据GSM/GPRS发/接模块阵列701、702、703、704分别连接带有放大功能的GSM/GPRS发/接天线801、802、803、804；GSM/GPRS发/接数据和命令的主控单元501连接负责命令的发/接的命令GSM/GPRS发/接模块70c，命令GSM/GPRS发/接模块70c连接带有放大功能的GSM/GPRS发/接天线80c、GSM/GPRS发/接数据和命令的主控单元501连接负责突发事件的信息发/接的控制中心主站向个人—区域管道主管负责人GSM/GPRS发/接模块70p，GSM/GPRS发/接模块70p连接带有放大功能的GSM/GPRS发/接天线80p。
2.据权利要求1所述的基于GSM/GPRS网的石油和天然管道远程监控系统，其特征在于101为监测点的RTU常规输出与输入接口，201、202、203、204、301、302为各类型的8位单片机，401为GSM/GPRS发/接模块，402为带有放大功能的GSM/GPRS发/接天线模块；501为PC机，使用的是常规输出与输入串/并接口，601为单片机阵列2n个可使用各类型的8位单片机，每两个单片机P0和P1口相连，一个串口连接701、702、703、704、70c、70p，一个串口连接501的串口扩展头；701、702、703、704、70c、70p为GSM/GPRS发/接模块，801、802、803、804、80c、80p为带有放大功能的GSM/GPRS发/接天线的器件。
3.权利要求1所述的基于GSM/GPRS网的石油和天然气管道远程监控系统的操作方法，其特征在于具有以下操作过程(1)C-石油天然气管道干支线运行正常情况下，A-检测点的数据发送与接收单元的按规定的时间，A向B发送石油天然气管道输运参数中的温度、压力和流量，具体动作是A该接口以201、202、203接受RTU传来的温度、流量、压力的数据转发给301，同时301的串口也接受RTU传来的温度、流量、压力的串行数据，对这两组数据进行比较，为真，301发给302备查，这样，监测节点测量参数通过数据对比，以分组报文编码形式，打包成符合移动通讯方式传送；通过401的GSM/GPRS发/接模块和402为带有放大功能的GSM/GPRS发/接天线向B发送；A然后检测是否由B是否已接收的信息，作相应处理；当B没有接收到该信息时，设备自主从302内部存储器调出数据采取再发送方式给B；(2)在C-石油天然气管道干支线运行正常情况下，A-检测点的数据发送与接收单元接收B-SCADA主站接收数据与发送单元的轮询命令，具体动作是301具有判断巡检功能，命令为真，则A向B发送石油天然气管道输运参数中的温度、压力和流量，具体动作是A以201、202、203接受RTU传来的温度、流量、压力的数据转发给301，同时301的串口也接受RTU传来的温度、流量、压力的串行数据，对这两组数据进行比较，为真，301发给302备查；这样，监测节点测量参数通过数据对比，以分组报文编码形式，打包成符合移动通讯方式传送；通过401的GSM/GPRS发/接模块和402为带有放大功能的GSM/GPRS发/接天线向B发送；A然后检测是否由B是否已接收的信息，作相应处理；当控制中心主站没有接收到该信息时，设备自主从302内部存储器调出数据采取再发送方式给B；(3)在C-石油天然气管道干支线的某一个检测点运行非正常情况下，由于A的301存有温度、流量、压力的警戒数据，对每次采集传送的数据进行比较，发现警戒数据则主动采取事件突发发送方式，具体动作是A以201、202、203接受RTU传来的非正常的温度、流量、压力的数据转发给301，同时301的串口也接受RTU传来的非正常的温度、流量、压力的串行数据，对这两组数据进行比较，为真，301发给302备查，这样，监测节点测量参数通过数据对比，以分组报文编码形式，打包成符合移动通讯方式紧急传送，通过401的GSM/GPRS发/接模块和402为带有放大功能的GSM/GPRS发/接天线向B紧急发送；A然后检测是否由控制中心主站是否已接收的信息，作相应处理；当B没有接收到该信息时，设备自主从302内部存储器调出数据采取再紧急发送方式给B；(4)B通过801、802、803、804、80c为带有放大功能的GSM/GPRS发/接天线，701、702、703、704以阵列方式接受各个检测多点RTU通过A传来的温度、流量、压力的数据，因701、702、703、704是阵列方式，在601的控制和协调下，不会发生数据堵塞，同时601通过GSM/GPRS网方式接收监测点测量参数数据，对其数据进行分组报文解码，并进行拆分数据的逆运算—数据整合后，传送给501，501检测是否由F控制中心主站已接收到信息的完整性，并作相应处理；当F控制中心主站接收到该信息判断不完整时，B主动发送再传送命令；可以实现①命令检测节点再接收数据；②定时命令检测节点接收数据；③事件接收数据；同时501不仅通过70c、80c专门通道命令指定的监测点重新再发送数据，而且501还可通过70c、80c专门通道来接收和监视重新再发送数据的命令是否到达，保证重发命令的安全和可靠；(5)SCADA控制中心主站F依据传递的数据下达的正常或非正常情况的处理命令，则通过501、70c、80c专门通道传送，保证命令的安全和可靠；A接到控制中心主站B发来的命令，通过402带有放大功能的GSM/GPRS发/接天线和401的GSM/GPRS发/接模块发送给301，通过301发给302，302根据发来的命令和301采集的数据进行比较后，通过204发送给RTU执行，并将接受命令和执行情况通过204、302、301，再通过401的GSM/GPRS发/接模块和402带有放大功能的GSM/GPRS发/接天线发送给B，A然后检测是否由B已接收的信息，作相应处理；当B没有接收到该信息时，设备自主从302内部存储器调出执行命令情况，采取再发送方式给B；(6)70p、80p为B根据F的命令向个人—区域管道主管负责人GSM/GPRS发/接模块和带有放大功能的GSM/GPRS发/接天线，负责突发事件的信息及时向区域管道主管负责人的手机发送；(7)501有相应的数据库，承担记录、查询、检索按本专利方式进行石油天然气管道输运参数数据的功能和记录、查询、检索按本专利方式传送数据工作的情况；501可进行大屏幕显示与打印数据记录并传递给100也就是SCADA控制中心主站F作进一步的数据处理；(8)述A、B之间的数据交换是在D的环境下，由E完成的；(9)系统的数字安全保障SCADA控制中心主站和节点机各自都拥有一对公钥体制中的密钥，其中节点机在基站登记备案，SCADA控制中心主站公钥也同时在节点机出厂时输入节点机内；当发起传送请求时，产生一个随机的请求号CR-Client Random，用节点机的公钥对此请求号和SCADA控制中心主站身份信息进行加密，将密文发送给节点机，节点机接到信息后用自己的私钥进行解密运算，获取随机的请求号和基站信息明文，节点机根据SCADA控制中心主站注册信息表查出SCADA控制中心主站的公钥，将随机的请求号和自己产生的一个随机数SR-Server Random一起加密后传回SCADA控制中心主站，SCADA控制中心主站用自己的私钥解密，获得随机请求号和随机数明文，将随机数再用节点机的公钥加密发送给节点机，由节点机解密获得随机数的明文，至此，完成了SCADA控制中心主站和节点机双方身份的认证；同时由随机请求号和随机数根据一定的算法产生本次连接的主密钥-MasterSession Key，用来作为之后数据通讯中对称密码算法的密钥，因此，每次传送的加密密钥都是随机的；对实际数据的加密，包括SCADA控制中心主站的请求和节点机的处理结果，经过如下的处理首先，利用单向散列函数-Secure-Hash-Function计算所要发送消息的校验和，将结果用自己的私钥进行加密，即签名，再利用主密钥和对称密码算法加密消息和签名发送给对方，接收方接到加密后的密文数据后，利用自己掌握的主密钥解密获得消息的明文和对方的签名，对对方的签名用对方的公钥解密，与所获得的明文进行校验和比较，从而确定所获得明文信息的有效性，其通讯信息包含传送的可靠的结果。
全文摘要
基于GSM/GPRS网的石油和天然气管道远程监控系统，在石油和天然气管道干支线C上间隔设置检测点的数据发送与接收单元A；检测点的数据发送与接收单元A连接GSM/GPRS数据中转服务器E，数据中转服务器E通过SGM/GPRS公共移动数字电信网D连接SCADA监测监控及数据采集系统主站的接收数据与发送单元B，SCADA主站接收数据与发送单元B连接SCADA监测监控及数据采集系统主站F；SCADA系统主站F连接个人化信息接收器G；D和E是利用现有的通讯技术设施和通讯模式；但E由GSM/GPRS公共移动数字电信网管理部门特殊批准的专门信道。本系统具有数据传输的安全性和低廉的建设、运营和维护费用低。
文档编号H04W4/12GK1503094SQ0214910
公开日2004年6月9日 申请日期2002年11月25日 优先权日2002年11月25日
发明者李建, 张韬, 李宪祥, 郭君益, 刘伟, 赵启大, 朱建新, 张金权, 罗伟栋, 郭澎, 姜正州, 刘永, 常禄, 刘浩然, 贺天喜, 李彬, 建 李 申请人:天津麦克思韦科技有限公司