宋慶國(guó) ，李 慧 ，李學(xué)海 ，劉 敏

(1.石家莊信息工程職業(yè)學(xué)院，河北 石家莊050081；2.河北鑫恒翌科技有限公司，河北 石家莊050091；3.石家莊郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 石家莊050021)

近年來(lái)，國(guó)家電網(wǎng)公司大力開(kāi)拓農(nóng)村電力市場(chǎng)。新一輪農(nóng)網(wǎng)改造升級(jí)工作的啟動(dòng)及走收的全面取消，為便攜式移動(dòng)收費(fèi)終端設(shè)備營(yíng)造了廣泛的應(yīng)用空間。國(guó)家發(fā)改委有關(guān)負(fù)責(zé)人表示，截至目前，全國(guó)除西藏和新疆以外的29個(gè)省(區(qū)、市)已經(jīng)召開(kāi)了居民階梯電價(jià)聽(tīng)證會(huì)。各地價(jià)格主管部門(mén)認(rèn)真研究了聽(tīng)證會(huì)參加人提出的意見(jiàn)和建議，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步修改和完善了實(shí)施方案，并于2012年6月中旬陸續(xù)出臺(tái)，自7月1日起開(kāi)始在全國(guó)全面試行居民階梯電價(jià)改革方案。全新電費(fèi)計(jì)算方式的制定勢(shì)必對(duì)電力移動(dòng)收費(fèi)終端提出新的功能需求，即電力移動(dòng)收費(fèi)終端的軟件系統(tǒng)或者資源文件要及時(shí)進(jìn)行更新，以提升終端性能，進(jìn)而滿(mǎn)足收費(fèi)系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求。

針對(duì)電力移動(dòng)收費(fèi)終端系統(tǒng)對(duì)穩(wěn)定性和可靠性的需求，嵌入式系統(tǒng)成為首選。目前，嵌入式設(shè)備軟件更新有兩種方式：一種是在本地使用PC機(jī)，通過(guò)串口(或者網(wǎng)口)將軟件下載到設(shè)備中，完成軟件系統(tǒng)的升級(jí)；另一種則是利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行在線升級(jí)。前一種方式只能在本地進(jìn)行軟件升級(jí)操作，不便于批量更新，較適合于實(shí)驗(yàn)室調(diào)試使用及設(shè)備小批量生產(chǎn)時(shí)使用，而后一種方式可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行在線終端的批量升級(jí)。但實(shí)際上，許多終端設(shè)備并沒(méi)有集成在線升級(jí)功能，即終端的功能升級(jí)是不可能實(shí)現(xiàn)的。因此努力尋求一種方法，在不對(duì)終端進(jìn)行任何改變的情況下就能通過(guò)某種方式來(lái)升級(jí)終端功能，將不可能變?yōu)榭赡堋?/p>

1 策略設(shè)計(jì)

信息由許多字節(jié)組成，一個(gè)或多個(gè)字節(jié)組成一個(gè)信息單元，定義一個(gè)名稱(chēng)，表達(dá)確定的含義。為了保證信息能在平臺(tái)和終端之間正確無(wú)誤地傳輸，可采用事先約定的方式，將信息按照一定的結(jié)構(gòu)組織起來(lái)。表1、表2給出了信息的結(jié)構(gòu)。

表1 GB/T 18657.1中的異步式傳輸幀格式

表2 YD/T 1363.3-2005中的信息結(jié)構(gòu)

信息的組成也可采用一種簡(jiǎn)單、通用的超文本標(biāo)記語(yǔ)言，如HTML語(yǔ)言、XML語(yǔ)言等。HTML文本是由HTML命令組成的描述性文本，HTML命令可以說(shuō)明文字、圖形、動(dòng)畫(huà)、聲音、表格、鏈接等。HTML文檔制作不是很復(fù)雜，且功能強(qiáng)大，支持不同數(shù)據(jù)格式的文件嵌入。

采用表1或者表2所述的格式組織信息格式，如果終端沒(méi)有在線升級(jí)功能，那么已經(jīng)發(fā)售給客戶(hù)使用的終端要想完成功能升級(jí)，只能把終端寄回廠家，或找廠家工作人員到客戶(hù)使用地使用PC機(jī)通過(guò)串口(或者網(wǎng)口)將軟件下載到終端。若采用B/S架構(gòu)設(shè)計(jì)終端和平臺(tái)，且采用GPRS進(jìn)行數(shù)據(jù)交互時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸將是一個(gè)刺手的問(wèn)題（采用有線方式時(shí)可以不考慮）[1]。綜合考慮以上各因素，提出一種在不對(duì)終端固化軟件進(jìn)行任何改動(dòng)的情況下完成終端功能升級(jí)的策略。在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中融入了瘦客戶(hù)端和B/S架構(gòu)的設(shè)計(jì)思想，即在傳統(tǒng)通信協(xié)議的基礎(chǔ)上加入HTML語(yǔ)言，這樣可在稍許增加或者不增加數(shù)據(jù)流量的情況下，即可使終端適應(yīng)新的業(yè)務(wù)需要。

2 具體實(shí)施

分布式電力移動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交互采用終端請(qǐng)求、平臺(tái)應(yīng)答的方式進(jìn)行。在YD/T 1363.3-2005固定通信協(xié)議的基礎(chǔ)上添加HTML或XML通信協(xié)議，即將HTML或XML部分作為固定式通信協(xié)議INFO中的一個(gè)或者幾個(gè)字段。在發(fā)送端發(fā)送HTML或XML格式的數(shù)據(jù)字段；在接收端按固定協(xié)議的格式進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證和解析[2]，解析出來(lái)的各獨(dú)立數(shù)據(jù)字段就是HTML或XML標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言。為適應(yīng)系統(tǒng)發(fā)展的需求變化，保證系統(tǒng)建設(shè)具有良好的獨(dú)立性、規(guī)范性、兼容性、靈活性、開(kāi)放性和擴(kuò)展性，具體的包含關(guān)系如圖1所示。

2.1 數(shù)據(jù)鏈路結(jié)構(gòu)

分布式電力移動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心采用具有內(nèi)網(wǎng)的固定IP+APN專(zhuān)線。數(shù)據(jù)中心申請(qǐng)APN業(yè)務(wù)，通過(guò)一條2 Mb/s的APN專(zhuān)線接入通信運(yùn)營(yíng)商GPRS網(wǎng)絡(luò)，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進(jìn)行廣域連接。通信服務(wù)商為供電公司數(shù)據(jù)中心分配專(zhuān)用的APN，其他任何單位和個(gè)人不得申請(qǐng)接入該APN，用于GPRS專(zhuān)網(wǎng)的SIM卡僅開(kāi)通該專(zhuān)用APN，限制其他功能使用。收費(fèi)終端和數(shù)據(jù)中心服務(wù)器平臺(tái)之間采用端到端的數(shù)據(jù)交互。對(duì)交互數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC16校驗(yàn)、3DES加密及ZIP壓縮，避免信息在整個(gè)傳輸過(guò)程中發(fā)生泄露，同時(shí)也節(jié)省數(shù)據(jù)流量。雙方采用防火墻進(jìn)行隔離，并在防火墻上進(jìn)行IP地址和端口過(guò)濾，因此數(shù)據(jù)中心和終端之間建立起VPN專(zhuān)線通道。在專(zhuān)線組網(wǎng)方式下，繳費(fèi)信息在GPRS內(nèi)網(wǎng)中傳輸，無(wú)需經(jīng)過(guò)外部公網(wǎng)，因此延時(shí)較小，安全性和穩(wěn)定性得到雙重保證。具體的鏈路連接關(guān)系如圖2所示。

2.2 收費(fèi)終端裝置

電力移動(dòng)繳費(fèi)終端是融通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、電子技術(shù)于一體，面向供電企業(yè)電費(fèi)繳費(fèi)業(yè)務(wù)而設(shè)計(jì)的一種便攜式可移動(dòng)收費(fèi)網(wǎng)點(diǎn)。電力繳費(fèi)終端可部署在電力代辦點(diǎn)，與供電公司的SG186系統(tǒng)的繳費(fèi)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)電費(fèi)繳費(fèi)、電費(fèi)查詢(xún)等業(yè)務(wù)的信息化處理。電力移動(dòng)繳費(fèi)終端裝置采用三星公司的微控制器S3C6410作為硬件平臺(tái)，采用微軟公司的嵌入式操作系統(tǒng)WinCE6.0R3為軟件平臺(tái)，并針對(duì)打印機(jī)、讀卡器、鍵盤(pán)和GPRS模塊開(kāi)發(fā)相應(yīng)的中間件來(lái)支持應(yīng)用軟件的運(yùn)行[3]。終端裝置的模塊化結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2.3 功能升級(jí)

在繳費(fèi)過(guò)程中，終端要為客戶(hù)打印票據(jù)及查詢(xún)欠費(fèi)信息。

(1)電費(fèi)信息查詢(xún)。對(duì)查詢(xún)回來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行SOI、VER、CS和EOI常規(guī)校驗(yàn)，如有任何一項(xiàng)發(fā)生錯(cuò)誤，均返回對(duì)應(yīng)的失敗提示信息給對(duì)方。確認(rèn)以上各數(shù)據(jù)無(wú)誤后，進(jìn)行相應(yīng)的3DES解密，對(duì)解密后的數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC16校驗(yàn)，如有錯(cuò)誤或解密錯(cuò)誤，將出錯(cuò)信息返回給對(duì)方。本環(huán)節(jié)無(wú)誤后，對(duì)經(jīng)過(guò)解析的數(shù)據(jù)進(jìn)行字段檢索，檢索到相應(yīng)的字段后便可進(jìn)行數(shù)據(jù)字段提取，將提取出來(lái)的數(shù)據(jù)流送IE進(jìn)行顯示。

(2)電費(fèi)發(fā)票或收據(jù)打印。針對(duì)需要打印的數(shù)據(jù)信息的傳輸，在結(jié)構(gòu)上與“電費(fèi)信息查詢(xún)”保持一致。所不同的是具體的數(shù)據(jù)字段內(nèi)容不一樣，同一字段（如Printer表示打印數(shù)據(jù)）針對(duì)不同的打印機(jī)只是具體的字段數(shù)據(jù)內(nèi)容不同而已。這樣就可以給終端配備任意符合客戶(hù)需求的打印機(jī)，或按照客戶(hù)需求設(shè)計(jì)打印票樣。

2.4 提高系統(tǒng)可靠性

針對(duì)ADR到INFO的數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行CRC16校驗(yàn)，對(duì)VER之后包括CRC16在內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行3DES加密，對(duì)加密后的數(shù)據(jù)流再采用累加和校驗(yàn)。最終格式如圖4所示。

圖4 加密后數(shù)據(jù)格式

2.5 減少數(shù)據(jù)流量

GPRS業(yè)務(wù)以數(shù)據(jù)流量計(jì)費(fèi)，為了降低GPRS流量、縮短信息送達(dá)對(duì)方的時(shí)間，本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸采用了ZIP壓縮算法。

在國(guó)家電網(wǎng)實(shí)行階梯電價(jià)時(shí)，只要調(diào)整相應(yīng)字段的HTML文檔或者模板即可實(shí)現(xiàn)功能升級(jí)。專(zhuān)家預(yù)測(cè)，在不久的將來(lái)峰/平/谷電價(jià)的階梯化也會(huì)提上議事日程，到那時(shí)終端的功能升級(jí)只需在平臺(tái)上修改報(bào)表和模板即可輕松實(shí)現(xiàn)，還可以滿(mǎn)足各供電公司的個(gè)性化需要。

本文所談到的設(shè)計(jì)思想已在電力移動(dòng)收費(fèi)終端中得到使用，并在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行。據(jù)各現(xiàn)場(chǎng)人員反饋，系統(tǒng)功能調(diào)整方便，在速度、安全性和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用方面都達(dá)到了較理想的效果，完全可以滿(mǎn)足各供電公司個(gè)性化的需要。此外，由于瘦客戶(hù)端、B/S架構(gòu)是當(dāng)前主流的設(shè)計(jì)思想，本設(shè)計(jì)在其他行業(yè)或者設(shè)備上也有很好的推廣價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。

[1]吳永，涂用軍.基于移動(dòng)數(shù)據(jù)的LED顯示屏設(shè)計(jì)與仿真[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2009，35(11)：22-29.

[2]李英明，閆志輝，周水斌，等.基于 Lua腳本語(yǔ)言的嵌入式UART通信方案設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2012(4)：29-32.

[3]陳彩明，姚遠(yuǎn).一種手持式簡(jiǎn)易型智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2012(5)：53-55.