3G/4G无线网络加油站数据采集系统应用方案

第一部分：需求分析

    近年来，随着我国国民经济的快速发展、交通基础设施的不断改善和机动车保有量的快速增加，加油站已成为民众生活中不可或缺的一部分。50年代全国加油站总量只有70座左右；60年代末不到200座左右；70年代末发展到600座左右；1985年全国加油站大约有3600多座；1990年底为5000多座；1993年猛增到38000座左右；1996底达到42600座。2000年底，全国加油站总数达到8万多座。面对这一组数据如何对遍布全国角落的加油站进行科学管理是石化企业所面临的一个难道.
　　在我国，加油站已经是由少到多、由分散经营到规模经营、由单一经济成分向多种经济成分、由经验型管理向专业化管理、由单品种经营向多种经营转化的发展过程。
　　石油、石化两大集团在国内南北地区形成各自的加油站分销网络后，开始相互渗透，双方在竞争中加强联合，相互促进，共同提高。近年来，国外跨国石油公司通过各种途径进入国内成品油零售市场，与各地方、中国石油合资经营的加油站相继在国内亮相。目前世界几大石油公司在国内都有加油站，而这些公司在成品油分销业务上先进的管理方式和技术都是值得其它石油公司学习的。

    随着我国经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，对成品油的需求迅速增长。中国成品油零售市场对外开放已近两年。审视国内成品油市场环境，一个微妙的变化日益清晰，那就是作为成品油销售最前端的加油站被推到了市场最前沿。作为石油工业链条中的重要一环，加油站行业同样维系着国民经济命脉。如何在市场日益开放的大环境下守住或争夺这块阵地，无疑是要有专业的先进管理水平和快速的优质服务。

    原有加油站信息系统地面网络建设较早，设备性能低、线路速度低、时延长，已很难满足各子站各种安全数据，库存数据等资料传输的要求，很难满足进行数据综合传输的需求；卫星网覆盖面小、速度低，且加油站之间无法直接通信，限制了网络功能。因此，构建一个更完善、更快捷、更安全的广域网络平台迫在眉睫。全省广域网不仅要在速度、容量上完全满足需求；而且需要将原本松散的网络从规格、管理软件、安全防护等方面进行整合和统一。并且还需要具有可扩展性，未来可以方便地进行升级。而以上的这些不足都可以通过3G/4G无线网络来实现。

第二部分：3G/4G无线网络简介

    3G/4G无线网络是目前通信信息服务中传输速度最快的二种业务，它是以数据流量计费、或大数据的包月包年计费。覆盖范围广泛、数据传输速度更快。3G/4G的推出，不仅加速个人手机上网速度，而且为行业和企业用户开展无线数据传输提供了基础设施平台，为推动移动办公的应用和发展创造了有利条件。与GPRS以及有线网络相比，3G/4G无线网络具有租用费用低、移动办公，不受地域制约等优点。3G/4G无线网络的出现为企业和行业用户开展无线速度传输办公提供了一种新的选择。

    3G/4G无线通信方式更适合于加油站数据采集业务，目前加油站控制中心与各加油点大部分采用有线交互传输或者GPRS传输。传输速度慢，用电话线传送数据按时间计费，带来诸多不便，费用也不便宜。、

3G/4G无线网络优点

    1、覆盖范围。构建加油站信息采集传输系统要求数据通信覆盖范围广，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。由于加油站数量众多，分布在全省范围内，部分加油站位于偏僻地区，而且地理位置分散。另外，还必须考虑今后系统扩充的可能，必须具有良好的可扩展性。由于目前3G/4G基站已覆盖国内绝大部分地区，能够满足加油站数据传输系统对覆盖范围的要求。 

    2、数据传输速率高。目前3G/4G实际数据传输速率比GPRS快几倍，能满快速的足加油站数据传输速率的需求。

    3、系统的传输容量大。石化控制中心要和每一个加油站实现实时连接。由于加油站数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而3G/4G技术能很好地满足传输突发性数据的需要。

    4、通信费用控制灵活。采用传统的有线方式建立加油站数据传输系统，必须租用专线或电话线进行连接。由于加油站必须与中心随时保持连线状态，而每次数据发送的数据量很小，线路资源利用率很低，平均每一个加油站每月的线路费用为800～1200元。而如果采用3G/4G通信方式，由于3G/4G无线网络采用按数据流量计费的方式，资源利用率高，如果数据量很大的情况下也可按包月或包年计费。

    5、良好的实时响应与处理能力。与短消息服务比较，由于3G/4G具有实时在线特性，系统无时延，可很好的满足系统对数据 采集和传输实时性的要求。

第三部分：产品特点介绍

    该产品采用ARM9工业级高性能嵌入式处理器，以实时操作系统为软件支撑平台,超大内存,内嵌自主知识产权的TCP/IP协议栈；设备支持双数据中心备份，以及多数据中心同步接收数据等功能；设备提供在线维持技术，保持数据终端永久在线，保存数据链路任何时候畅通，实现高速、稳定、可靠的TCP/UDP透明数据传输功能。针对网络流量和产品功耗比较敏感的客户，本产品支持语音、短信、数据触发上线以及超时自动断线的功能，降低流量降低产品功耗，实现低功耗功能。
    该产品拥有ARM9工业级处理器和智能三级保护，它不但通过电力3000V电击测试，还拥有专利技术，产品性能稳定可靠。
    该产品已广泛应用于电力集中抄表、水表集中抄表、热网监控、燃气监控、水利监控、环保检测、气象检测、地震监测，交通控制等等行业。

工业级设计
1.工业级CPU：工业级高性能嵌入式处理，高速缓存数据，加快高速数据访问速度；带缓村，高速指令缓存，加强了指令处理速度。
2.工业级无线模块：采用工业级无线模块，抗干扰强，传输稳定。
3.实时操作系统：采用LINUX2.6操作系统，带内存管理单元，实时性强，功能升级快，系统稳定，带完善TCP/IP协议栈；或者嵌入式UCOS操作系统。
4.强化电路板：PCB采用遵循20H和3W原则，同时公司所有产品电路板都采用生益材质来生产，确保板材的稳定可靠。
5.工业级元器件：整机元器件采用严格筛选的工业级元器件来生产。
6.工业级电源：宽压电源设计，电源适应范围为DC6V~DC32V，内置电源反向保护和过压过流保护。

稳定可靠
1.三层系统保护：在原来两级（软件保护+CPU内置看门狗WDT保护）系统保护的基础上，增加一级系统虚拟值守VWM（Virtual Man Watch）检测保护功能，确保系统稳定可靠
2.UIM/SIM卡ESD保护：1.8V/3V/5V标准的推杆式用户卡接口，内置15KV ESD保护。
3.串口ESD保护：RS232/RS485/TTL/RS422,内置15KV ESD保护。
4.金属外壳：采用金属外壳，防辐射，抗干扰；外壳和系统安全隔离，防雷设计；符合电力安规要求；防护等级为IP41；特别适合于环境恶劣的工业控制领域。
5.所有无线模块都有通过CGD认证或者FCC认证或者CE认证。
6.高速处理CPU：采用高速性能工业级CPU，可以更加高速地处理各种协议数据转换；解决了业内“假在线”、“假死机”、“当机”等疑难问题。
7.超大内存：FLASH64Mbits，SDRAM，256Mbits（不同型号内存不同），有超大的内存来缓存客户发送数据，同时接收超大数据包，数据不丢失。
8.DNS自动获取：自动获取DNS，不再需要人工配置输入DNS；规避了因为选择的DNS服务器异常，导致DTU设备当机的严重现象。
9.完善的协议栈：新系统加载了完善的TCP/IP协议栈，采用了完善的TCP/IP协议栈；使网络通信性能优异，掉线概率极大降低。
10.EMC性能优异：通过电力3000V电击测试，特别适合在工业领域环境恶劣下使用；系统EMC/EMI优异，系统稳定可靠；通过EMC测试；

功能强大
1.TCP透明数据传输和UDP透明数据传输；支持多种工作模式
2.支持虚拟数据专用网（APN/VPDN）
3.支持双数据中心备份及多数据中心（8个）接受数据，最大支持发送中心达256个
4.智能防掉线。支持在线检测，在线维持，掉线自动重拨，确保设备永远在线
5.远程唤醒：支持短信、语音、数据等唤醒方式以及超时断开网络连接
6.支持固定IP通信方式；支持DDNS动态域名通信方式
7.支持短信远程配置，远程控制；支持短消息告警
8.丰富接口：提供RS232接口或者RS485接口或者TTL接口或者RS422接口或者USB接口接口，全接口支持。
9.完善的网络支持：提供包括2G网络（GSM网络），2.5G网络（GPRS网络），2.75G网络（EDGE网络），3G网络（WCDMA网络、EVDO网络、TD-SCDMA网络），4G网络（HSPA+网络、LTE网络），全网络的产品支持。
10.数据包传输状态报告
11.标准的AT命令界面
12.可以用做普通拨号MODEM
13.支持串口软件升级
14.同时支持LINUX、UNIX和WINDOWS操作系统

简单易用
1.图形化配置工具：完善的图形化配置工具，提供快速配置功能，实现客户快速配置；提供批量配置功能，实现批量设备的配置。
2.中心软件：提供C#，VC，VB，DEPHI中心端软件，方便客户测试。
3.提供多种动态库DLL：公司提供C# ，VC，VB，DEPHI中心端软件的动态库支持，并提供使用说明文档，方便客户自行快速开发中心端应用软件。
4.丰富第三方软件支持：包括亚控软件，三维力控软件在内的业内主要中心端软件支持（驱动中选择“厦门才茂（桑荣）”或者“桑荣”的驱动 ），可以直接方便购买第三方软件来上项目，实现快速稳定低成本地完成项目。
5.检查软件：提供串口调试软件，网络速度检测软件，提供不同的调试等级输出，方便客户查看各种信息，快速定位问题。

第四部分：解决方案

1、网络拓扑图： 

 2、系统组成

本加油站数据采集系统由省、市石化控制中心；加油站设备、集线器和厦门才茂 CM510-21X DTU组成。

1）终端设备

终端条件: 

• 首先对DTU进行设置，设置要连接的中心IP和端口及其它必要性的设置，设置好之后加油站集线器通过RS232接口和DTU相连，DTU上电之后根据事先设置好的中心IP和端口进行连接，成功连接到中心软件后即可双向传输数据。
• 加油站具备数据采集系统或集线器， 加油站有不同的设备，不同的设备有不同的数据代码产生（包括加油机当前的储存量等计量高度信息），然后不同设备的串口汇集在一个集线器，再通过集线器RS232串口和DTU RS232串口相连,最终由DTU把加油站的代码信息发送到中心去。

目的：建立管理部门与加油站之间的信息网络，完整、及时、准确采集加油站经营数据，实现管理部门基本的零售业务管理、统计、分析，同时支持加油站基本日常业务管理，提高管理部门和加油站的工作效率。包括以下几个方面：

• 加油站油罐实时监测数据：通过液位仪、流量计、可然气体探测器、周界防范等设备对油罐的油料进出和管道泄漏情况进行实时监测。
• 加油交易数据：直接获取加油机加油记录，加油站进行每一笔加油的收款、打票处理，其明细的商流数据能对营销分析提供强大的支持。
• IC卡油积分系统数据：通过成品油零售的电子化，以IC卡取代传统的现金、油票等结算方式，实现加油款的电子支付和交易数据的自动采集。

2）控制中心

    中心条件:首先用某台能上网的PC机，条件必须能让外网访问的到，如运行中心软件的PC机在局域网里面，那要在局域网路由器做端口映射到本机PC，等这些条件具备之后在本机运行一个中心DEMO，开放一个端口，运行软件等待DTU的连接。

    DTU连接中心后，就可按要求进行传输数据，中心收到数据后，通过系统进行解密、过滤、筛选，最终获得所需要的数据进行分析、统计等工作。

    目的:主要是对加油站的所有管理数据的集成。并且通过网络将各个油库和他们所属的销售管理部门联系起来，及时的反馈加油站各类信息，供销售管理部门制订计划。通过数据中心实现数据共享后成品油销售管理系统将覆盖成品油销售系统的进、销、存、管理的所有环节，使各个环节的管理更科学、更合理；同时也使所有的环节运转更紧密、更高效，反应更迅速。具体在加油站管理业务中包含以下功能：油库业务管理、罐存监测管理、车队业务管理等。

• 油库业务管理：主要针对整个油库的实际业务活动进行管理，包括入库管理、出库管理、实物库存管理、出库日报、保管库存管理等。
• 入库管理：入库数据，统计超耗及途损。
• 出库管理：对销售、代储、移库、配送等多种出库业务类型进行管理。
• 实物库存管理：提供油罐动态计量及库存数据。
• 出库日报：提供油库每日出库统计。 
• 保管库存管理：提供日/月报保管帐制作。
• 油库盘点：提供油库商品盘点表，损溢统计，油品调整。
• 罐存监测管理：系统定时接收加油站返回的数据，加油站定时巡检油罐的各个测量点，回报各个测量点的温度和压力状况，以及整个油罐的液位高度。所有油罐的温度、压力和液位高度数据通过GPRS返回系统，记录在数据库中。还可进行油罐安全监测和存量历史跟踪。
• 车队管理：能按照供油需求和供油安排，制定详尽的车队运油计划，建立运输安排。并按照内部运输的要求进行车队运输的统一安排和管理（此系统需要石油行业物流配送系统支持）。

通道建立成功后，DTU串口实时监控采集器的数据，只要集线器串口有数据过来，DTU将全透明进行实时传输。如果数据量小，或需要定时传输数据的，DTU可设置手机呼叫及短信激活模式，或根据加油站的实际应用也可考虑修改软件来实现数据传输的需要。这样就可灵活应用不同的数据传输需求来采取不同的传输方式，以减少及节约不必要的传输费用。

关于加油站数据传输的应用说明:

由于加油站设备不断的有数据到串口，而控制中心又不需要实时的数据，只需要每天定时发送一次或多次数据回数据中心即可。在这种情况下，为了能节约流量及费用，在我们DTU软件设置中可设置几小时上线传一次，在设定的在线时间内传输当前串口发过来的数据，当在线时间到时DTU就会从新下线休眠，等待下一次上线的时间。相关参数在参数配置软件里进行相关的设置（如特殊应用可与我司商务及研发部门进行商讨，以满足中石化公司的实际需求）。

3）组网实施

方案一：

    中心采用ADSL等INTELNET公网连接，采用公网固定IP服务的。

    此种方案向先INTERNET运营商申请ADSL等宽带业务，中心有公网固定IP的。

    加油站直接向中心发起连接。运行可靠稳定，推荐此种方案。

方案二：

    中心采用ADSL等INTELNET公网连接，采用公网动态IP+DNS解析服务的。

    客户先与DNS服务商联系开通动态域名，加油站先采用域名寻址方式连接DNS服务器，再由DNS服务器找到中心公网动态 IP，建立连接。此种方式可以大大节约公网固定IP的费用，但稳定性受制于DNS服务器的稳定，所以要寻找可靠的DNS服务商。此种方案适合小规模应用。

方案三：

中心采用APN专线， 所有点都采用内网固定IP

• 客户中心通过一条2M APN专线接入通信公司3G/4G无线网络，双方互联路由器之间采用私有固定IP地址进行广域连接，在GGSN与移动公司互联路由器之间采用GRE隧道。
• 为客户分配专用的APN，普通用户不得申请该APN。用于3G/4G专网的SIM卡才能进入专网APN，防止其他非法用户的进入。
• 用户在内部建立RADIUS服务器，作为内部用户接入的远程认证服务器（或在APN路由器内，启用路由器本地认证功能）。只有通过认证的用户才允许接入，用以保证用户内部安全。
• 用户在内部建立DHCP服务器（或在APN路由器内，启用DHCP功能），为通过认证的用户分配用户内部地址。
• 移动终端和服务器平台之间采用端到端加密，避免信息在整个传输过程中可能的泄漏。

双方采用防火墙进行隔离，并在防火墙上进行IP地址和端口过滤。

此种方案无论实时性，安全性和稳定性较前一种方案都有大大提高，适合于安全性要求较高、数据点比较多、实时性要求较高的应用环境。在资金允许的情况下之最佳组网方式。

业务流程 

3G/4G专网系统终端上网登录服务器平台的流程为： 

   1）用户发出3G/4G登录请求，请求中包括由通信公司为3G/4G专网系统专门分配的专网APN； 

2）根据请求中的APN，SGSN向DNS服务器发出查询请求，找到与企业服务器平台连接的GGSN，并将用户请求通过GTP隧道封装送给GGSN； 

3）GGSN将用户认证信息（包括手机号码、用户账号、密码等）通过专线送至Radius进行认证； 

4）Radius认证服务器看到手机号等认证信息，确认是合法用户发来的请求，向DHCP服务器请求分配用户地址； 

5）Radius认证通过后，由Radius向GGSN发送携带用户地址的确认信息； 

6）用户得到了IP地址，就可以携带数据包，对3G/4G专网系统信息查询和业务处理平台进行访问。 

第五部分：总结

    加油站3G/4G无线数据采集系统的建立标志着工业行业的先进管理水平，能通过3G/4G的准确、快速的数据传输，中心可进行对数据的存储、历史趋势分析、报表打印等信息查询、可不断地对各个加油站的最新数据进行统计及分析，了解加油站的最新情况，以方便控制中心对加油站做到更快，更好、准确的调度工作。

    在今天，信息技术正在深切变革着现代企业的经营管理模式。信息技术的应用对于提高石油行业销售管理、数据分析统计、经营决策水平将起到革命性的推进作用。 我国成品油销售市场随着经济的高速增长、市场的开放及中国汽车产业的快速壮大，其销售网络正呈现出扩张趋势，竞争日趋激烈的国内成品油销售市场对成品油销售企业业务管理提出了严峻挑战。因此通过先进的信息技术，建立起一套全面支撑成品油销售企业业务管理及运营的信息化平台，以提高成品油销售企业的管理水平和服务水平，提高各销售分公司的经营决策能力，从而进一步提高工作效率、降低成本、增强市场竞争能力具有重要意义。