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GSM網(wǎng)絡(luò )通信在車(chē)載定位系統中的應用（一）

     GSM（全球移動(dòng)通信系統）是ETSI（歐洲無(wú)線(xiàn)電通信標準委員會(huì )）制定的歐洲蜂窩移動(dòng)通信標準。GSM最重要的業(yè)務(wù)是語(yǔ)音通信，語(yǔ)音被數字編碼并作為數據流，以電路交換的模式被GSM網(wǎng)絡(luò )傳輸。但是它使用的電路交換信道在空氣界面上允許的最大傳輸率為14.4kbit/s，因此GSM受到限制。
  GPRS是在GSM標準基礎上基于分組交換技術(shù)的主要發(fā)展，它提供給無(wú)線(xiàn)用戶(hù)高得多的傳輸速率以滿(mǎn)足爆炸性的數據傳輸的需要。在理論上GPRS用戶(hù)可以同時(shí)使用幾個(gè)時(shí)隙（分組數據信道）以達到最高為170kbit/s的傳輸速率。由于信道僅僅在數據包被傳送或接收時(shí)被分配給用戶(hù)，這使得基于流量收費成為可能。大量的數據業(yè)務(wù)使得在用戶(hù)間有效平衡網(wǎng)絡(luò )資源，因為業(yè)務(wù)供應商可以使用傳輸時(shí)隙用于其他用戶(hù)活動(dòng)。通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)（GPRS）,作為移動(dòng)電話(huà)標準GSM的數據延伸，正被看作是第一種真正的分組轉換結構，它使得移動(dòng)用戶(hù)能夠從高速傳輸數率中得益，而且可以通過(guò)他們的移動(dòng)終端完成各種數據業(yè)務(wù)應用。GPRS業(yè)務(wù)被劃分為類(lèi):PTP（點(diǎn)對點(diǎn)）和PTM（點(diǎn)對多點(diǎn)）業(yè)務(wù)。
  全球定位系統（GPS）是美國國防部經(jīng)20多年的試驗研究，耗資100多億美元，于1993年12月正式全面投入運行的新一代星際無(wú)線(xiàn)電導航系統。它的出現和發(fā)展已帶動(dòng)起一個(gè)潛力巨大、競爭日趨激烈的新興市場(chǎng)，據最新統計數字表明，目前GPS的全球用戶(hù)逾400萬(wàn)，相關(guān)產(chǎn)品和服務(wù)市場(chǎng)正在迅速擴大，GPS已發(fā)展成為一個(gè)重要的產(chǎn)業(yè)。
隨著(zhù)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展和交通管理的智能化，車(chē)輛GPS導航定位將成為全球衛星定位系統應用的最大潛力市場(chǎng)之一。就我國國情來(lái)說(shuō)，車(chē)輛GPS導航定位在專(zhuān)用車(chē)輛調度監控、公交車(chē)智能管理、出租車(chē)運營(yíng)管理等領(lǐng)域具有廣闊的市場(chǎng)前景。通信分系統是車(chē)輛GPS導航定位的關(guān)鍵分系統之一。過(guò)去，通信分系統通過(guò)無(wú)線(xiàn)電臺等相關(guān)方式來(lái)實(shí)現，存在頻率資源緊張、覆蓋范圍小等問(wèn)題。近年來(lái)，隨著(zhù)GSM通信技術(shù)的成熟，把GSM網(wǎng)絡(luò )通信與GPS系統結合起來(lái)，將很好地解決GPS數據傳輸的瓶頸問(wèn)題，本文在此將對車(chē)載GPS定位管理系統的架構、GSM通信實(shí)現方式及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行詳述。

一、車(chē)載定位系統概述
  應用GSM通信技術(shù)的車(chē)載定位系統一般由三部分構成：①車(chē)載單元；②監控中心；③GSM通信服務(wù)系統
（一）車(chē)載單元
  車(chē)載終端設備包括：控制單元（CPU）、顯示單元（可選）、GPS接收機、GSM手機（或其他通信模塊：如西門(mén)子TC35或MC35，不過(guò)要基于手機模塊接口重新設計外圍電路）、防盜報警器（可選）。
  主要功能為：
（1）防盜報警功能：當有緊急情況發(fā)生時(shí)，用戶(hù)可以觸發(fā)隱蔽的報警按鈕，車(chē)載單元會(huì )自動(dòng)將GPS接收機中的位置數據通過(guò)GSM手機的短消息功能傳送給監控中心。防盜激活功能，當車(chē)輛遭遇非法入侵時(shí)自動(dòng)發(fā)送報警信息至控制中心；
（2）導航功能：GPS提供移動(dòng)目標的準確位置、速度和方向等數據，無(wú)差分的定位精度在10m左右，差分精度為3-5m。系統可以通過(guò)調度中心進(jìn)行導航，也可以在終端上存儲電子地圖。
（3）通話(huà)功能：車(chē)載GSM手機可進(jìn)行通話(huà)，當用戶(hù)離車(chē)時(shí)還可將手機取下正常使用。
（4）服務(wù)：提供一組服務(wù)按鈕，當車(chē)主需要服務(wù)時(shí)按下相應按鈕，由服務(wù)中心提供服務(wù)。
（二）監控中心
  監控中心中GPS差分基準模塊用以產(chǎn)生差分修正信息，送往中央處理機；中央處理機將管理數據庫，并將各種調度、指令信息、差分修正信息通過(guò)GSM通信模塊發(fā)往各車(chē)載單元，同時(shí)將收到的各車(chē)載單元發(fā)來(lái)的信息送往電子地圖或數據庫儲存；地理信息系統GIS模塊的電子地圖將準確地顯示所監控的所有車(chē)輛的實(shí)時(shí)位置；GSM通信模塊的功能是將中央處理機送出的命令和差分修正信號發(fā)往各車(chē)載單元，同時(shí)接收由各車(chē)載單元發(fā)出的車(chē)輛的GPS信息和傳感器信息。
（三）GSM通信服務(wù)系統
GSM通信服務(wù)系統由GSM通信模塊和GSM通信網(wǎng)絡(luò )組成，其功能主要是在車(chē)載單元與監控中心之間進(jìn)行數據傳輸，確保各車(chē)載單元發(fā)出的車(chē)輛GPS信息、傳感器信息和中央處理機送出的指令和差分修正信號在車(chē)載單元與監控中心之間進(jìn)行穩定傳送。通信軟件采用VC++實(shí)現：COMM_SEVER與COMM_CLIENT 的通信采用WINSOCK組件。

二、GSM通信服務(wù)系統詳析
GSM通信服務(wù)系統根據數據傳輸方式的不同，可采用短信和GPRS兩種方式。就短信服務(wù)來(lái)說(shuō)，由于短信服務(wù)是GSM中唯一不要求建立端—端路徑的業(yè)務(wù)，這為利用短信服務(wù)傳輸GPS信息提供了良好的條件。短信服務(wù)一般可采用兩種方式：①“點(diǎn)對點(diǎn)”工作方式；②“點(diǎn)對中心”工作方式。就GPRS服務(wù)來(lái)說(shuō)，由于GPRS（General Packet Radio Service）與GSM電路交換方式不同，屬于分組交換方式的數據通信系統，具有“永遠在線(xiàn)、高速傳輸、快速登錄、流量計費”等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于像車(chē)載定位系統那樣突發(fā)性數據的應用。
（一） “點(diǎn)對中心”服務(wù)模式
  所謂“點(diǎn)對中心”服務(wù)模式,即車(chē)載單元和監控中心的通信方式。有三種通信方式：
1. 短信服務(wù)中心直接轉發(fā)：
GSM短消息技術(shù)簡(jiǎn)介及其特點(diǎn):短消息服務(wù)(SMS)是GSM技術(shù)應用的一項重要內容，它具有一些突出特點(diǎn)如：一次可傳輸140個(gè)字節的數據，數據的內容可以是字符或數字；可以在GSM網(wǎng)絡(luò )內端對端傳輸，還可以從GSM網(wǎng)絡(luò )外(如互聯(lián)網(wǎng))發(fā)送短消息給一個(gè)端點(diǎn)站；短消息通過(guò)設在移動(dòng)通信部門(mén)的短消息中心(MSC)用GSM系統的信令信道傳送，與語(yǔ)音信道不沖突，即使終端處在通話(huà)狀態(tài)下也可進(jìn)行傳送；在短消息傳送過(guò)程中，不進(jìn)行呼叫連接建立和釋放的過(guò)程；MSC具有短消息的存儲功能，在終端設備關(guān)機時(shí)，可以保持消息在一定時(shí)間內有效等。利用這些特點(diǎn)，及其雙向傳輸的性能，可方便地實(shí)現對于采集站設備的信息采集和遠程控制，即實(shí)現遙測和遙控。
短消息業(yè)務(wù)是GSM/DCS1800系統中唯一不需要建立端到端業(yè)務(wù)通道服務(wù)。點(diǎn)對點(diǎn)短消息是以任意形式的字母數字串，通過(guò)數字控制信道傳送的�？臻e時(shí)占用獨立專(zhuān)用控制信道(SDCCH)，信息速率為782b/s；通話(huà)時(shí)占用慢速隨路控制信道(SACCH)，信道速率為383b/s。為了避免時(shí)延過(guò)長(cháng)，以及對這些爭搶接入信道負荷過(guò)大，每條短消息最大幀長(cháng)度為140個(gè)字節(按ASCII字符7bit編碼為160個(gè)字符)。因此可以在任何時(shí)候發(fā)送或接收短消息的傳輸協(xié)議數據單元TPDU(Transport Protocol Data Unit)， 無(wú)論話(huà)音或數據通信是否正在進(jìn)行。由于公眾GSM網(wǎng)絡(luò )在全球范圍內實(shí)現了聯(lián)網(wǎng)和漫游，建立GSM系統不須再組建專(zhuān)用通信網(wǎng)絡(luò )，所以具有實(shí)時(shí)傳輸數據功能的短消息應用將可以做成傳輸各種檢測、監控數據信號和控制命令的數據通信系統，可以廣泛用于遠程監控、定位導航、個(gè)人通信終端等。
  車(chē)載單元和監控中心都采用類(lèi)手機的短信收發(fā)通信模塊，車(chē)載單元短信收發(fā)通信模塊將短信和要發(fā)往的目的站一同發(fā)給短信服務(wù)中心（SMSC），再由SMSC轉發(fā)給監控中心短信收發(fā)通信模塊；同理監控中心短信收發(fā)通信模塊也將包括中央處理機送出短信和要發(fā)往的目的站一同發(fā)給SMSC，再由SMSC轉發(fā)給車(chē)載單元�！�
短信服務(wù)系統中SME 服務(wù)器負責建立與短信服務(wù)中心，各個(gè)監控中心和遠程數據庫的數據通信連接; 對SMSC發(fā)來(lái)的數據幀進(jìn)行數據格式轉換后, 根據幀類(lèi)型錄入中心數據庫; 然后將數據發(fā)送到所屬的監控平臺, 并對各監控平臺發(fā)來(lái)的指令幀進(jìn)行格式轉換, 把轉換后的消息幀發(fā)送到SMSC。將需要計費的消息的數目錄入數據庫, 作為用戶(hù)計費依據; 如需要加解密則進(jìn)行數據加解密工作。
  這種短信服務(wù)模式最大的優(yōu)點(diǎn)是短信收發(fā)通信模塊價(jià)格低廉，無(wú)額外的網(wǎng)絡(luò )開(kāi)銷(xiāo)，通信成本較低；但該短信服務(wù)模式有時(shí)時(shí)延會(huì )相當長(cháng)，并且監控中心短信收發(fā)通信模塊數據處理能力較低，僅適用于車(chē)輛較少的情況。
    2.DDN專(zhuān)用數字電路或Internet轉發(fā)：
  短信上行時(shí)，車(chē)載單元短信模塊將包括GPS信息在內的短信和要發(fā)往的目的站信息一同發(fā)給通信服務(wù)中心中的SMSC，再由通信服務(wù)中心轉發(fā)，最后經(jīng)DDN專(zhuān)用數字電路或Internet路由至監控中心進(jìn)行處理；短信下行時(shí)，監控中心將包括中央處理機送出的命令和差分修正信號在內的短信和要發(fā)往的目的站信息經(jīng)DDN專(zhuān)用數字電路或Internet路由至通信服務(wù)中心，再發(fā)給SMSC，最后由SMSC轉發(fā)給車(chē)載單元短信模塊。
通信服務(wù)中心是這部分系統的核心，通常設在離移動(dòng)電話(huà)交換機較近的機房?jì)�，通過(guò)高速數據專(zhuān)線(xiàn)與其他部分連接。它是一個(gè)單獨的計算機網(wǎng)絡(luò )（Novell網(wǎng)），由GSM交換機、SMSC 短消息服務(wù)中心（或專(zhuān)用7號信令協(xié)議處理單元）、路由器、廣域網(wǎng)端口、工作站等組成。它要完成4項基本功能：
（1）通過(guò)短消息方式實(shí)現與車(chē)載單元的雙向數據通信。
（2）具有與廣域網(wǎng)聯(lián)結端口，可實(shí)現無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信網(wǎng)與有線(xiàn)計算機網(wǎng)的連接。
（3）能夠按指揮監控中心或用戶(hù)的要求，使系統完成某些功能，如靜音、顯示話(huà)費等。
     （4）車(chē)輛信息數據庫及維護功能。
  這種短信服務(wù)模式優(yōu)點(diǎn)是數據處理能力強，時(shí)延�。ㄒ话阍�2~10s范圍內），適用于車(chē)輛較多的情況。但該短信服務(wù)模式網(wǎng)絡(luò )開(kāi)銷(xiāo)較大，需自建路由器，申請IP地址；若從安全性考慮采用DDN專(zhuān)線(xiàn)方式，還存在租用電路開(kāi)銷(xiāo)。