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

     GSM（全球移動通信系統(tǒng)）是ETSI（歐洲無線電通信標準委員會）制定的歐洲蜂窩移動通信標準。GSM最重要的業(yè)務是語音通信，語音被數(shù)字編碼并作為數(shù)據(jù)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(chǔ)上基于分組交換技術(shù)的主要發(fā)展，它提供給無線用戶高得多的傳輸速率以滿足爆炸性的數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰�。在理論上GPRS用戶可以同時使用幾個時隙（分組數(shù)據(jù)信道）以達到最高為170kbit/s的傳輸速率。由于信道僅僅在數(shù)據(jù)包被傳送或接收時被分配給用戶，這使得基于流量收費成為可能。大量的數(shù)據(jù)業(yè)務使得在用戶間有效平衡網(wǎng)絡(luò)資源，因為業(yè)務供應商可以使用傳輸時隙用于其他用戶活動。通用分組無線業(yè)務（GPRS）,作為移動電話標準GSM的數(shù)據(jù)延伸，正被看作是第一種真正的分組轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，它使得移動用戶能夠從高速傳輸數(shù)率中得益，而且可以通過他們的移動終端完成各種數(shù)據(jù)業(yè)務應用。GPRS業(yè)務被劃分為類:PTP（點對點）和PTM（點對多點）業(yè)務。
  全球定位系統(tǒng)（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線電導航系統(tǒng)。它的出現(xiàn)和發(fā)展已帶動起一個潛力巨大、競爭日趨激烈的新興市場，據(jù)最新統(tǒng)計數(shù)字表明，目前GPS的全球用戶逾400萬，相關(guān)產(chǎn)品和服務市場正在迅速擴大，GPS已發(fā)展成為一個重要的產(chǎn)業(yè)。
隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和交通管理的智能化，車輛GPS導航定位將成為全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)應用的最大潛力市場之一。就我國國情來說，車輛GPS導航定位在專用車輛調(diào)度監(jiān)控、公交車智能管理、出租車運營管理等領(lǐng)域具有廣闊的市場前景。通信分系統(tǒng)是車輛GPS導航定位的關(guān)鍵分系統(tǒng)之一。過去，通信分系統(tǒng)通過無線電臺等相關(guān)方式來實現(xiàn)，存在頻率資源緊張、覆蓋范圍小等問題。近年來，隨著GSM通信技術(shù)的成熟，把GSM網(wǎng)絡(luò)通信與GPS系統(tǒng)結(jié)合起來，將很好地解決GPS數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i問題，本文在此將對車載GPS定位管理系統(tǒng)的架構(gòu)、GSM通信實現(xiàn)方式及優(yōu)缺點進行詳述。

一、車載定位系統(tǒng)概述
  應用GSM通信技術(shù)的車載定位系統(tǒng)一般由三部分構(gòu)成：①車載單元；②監(jiān)控中心；③GSM通信服務系統(tǒng)
（一）車載單元
  車載終端設(shè)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：如西門子TC35或MC35，不過要基于手機模塊接口重新設(shè)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，用戶可以觸發(fā)隱蔽的報警按鈕，車載單元會自動將GPS接收機中的位置數(shù)據(jù)通過GSM手機的短消息功能傳送給監(jiān)控中心。防盜激活功能，當車輛遭遇非法入侵時自動發(fā)送報警信息至控制中心；
（2）導航功能：GPS提供移動目標的準確位置、速度和方向等數(shù)據(jù)，無差分的定位精度在10m左右，差分精度為3-5m。系統(tǒng)可以通過調(diào)度中心進行導航，也可以在終端上存儲電子地圖。
（3）通話功能：車載GSM手機可進行通話，當用戶離車時還可將手機取下正常使用。
（4）服務：提供一組服務按鈕，當車主需要服務時按下相應按鈕，由服務中心提供服務。
（二）監(jiān)控中心
  監(jiān)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(shù)據(jù)庫，并將各種調(diào)度、指令信息、差分修正信息通過GSM通信模塊發(fā)往各車載單元，同時將收到的各車載單元發(fā)來的信息送往電子地圖或數(shù)據(jù)庫儲存；地理信息系統(tǒng)GIS模塊的電子地圖將準確地顯示所監(jiān)控的所有車輛的實時位置；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)往各車載單元，同時接收由各車載單元發(fā)出的車輛的GPS信息和傳感器信息。
（三）GSM通信服務系統(tǒng)
GSM通信服務系統(tǒng)由GSM通信模塊和GSM通信網(wǎng)絡(luò)組成，其功能主要是在車載單元與監(jiān)控中心之間進行數(shù)據(jù)傳輸，確保各車載單元發(fā)出的車輛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載單元與監(jiān)控中心之間進行穩(wěn)定傳送。通信軟件采用VC++實現(xiàn)：COMM_SEVER與COMM_CLIENT 的通信采用WINSOCK組件。

二、GSM通信服務系統(tǒng)詳析
GSM通信服務系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸方式的不同，可采用短信和GPRS兩種方式。就短信服務來說，由于短信服務是GSM中唯一不要求建立端—端路徑的業(yè)務，這為利用短信服務傳輸GPS信息提供了良好的條件。短信服務一般可采用兩種方式：①“點對點”工作方式；②“點對中心”工作方式。就GPRS服務來說，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(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，具有“永遠在線、高速傳輸、快速登錄、流量計費”等優(yōu)點，特別適用于像車載定位系統(tǒng)那樣突發(fā)性數(shù)據(jù)的應用。
（一） “點對中心”服務模式
  所謂“點對中心”服務模式,即車載單元和監(jiān)控中心的通信方式。有三種通信方式：
1. 短信服務中心直接轉(zhuǎn)發(fā)：
GSM短消息技術(shù)簡介及其特點:短消息服務(SMS)是GSM技術(shù)應用的一項重要內(nèi)容，它具有一些突出特點如：一次可傳輸140個字節(jié)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的內(nèi)容可以是字符或數(shù)字；可以在GSM網(wǎng)絡(luò)內(nèi)端對端傳輸，還可以從GSM網(wǎng)絡(luò)外(如互聯(lián)網(wǎng))發(fā)送短消息給一個端點站；短消息通過設(shè)在移動通信部門的短消息中心(MSC)用GSM系統(tǒng)的信令信道傳送，與語音信道不沖突，即使終端處在通話狀態(tài)下也可進行傳送；在短消息傳送過程中，不進行呼叫連接建立和釋放的過程；MSC具有短消息的存儲功能，在終端設(shè)備關(guān)機時，可以保持消息在一定時間內(nèi)有效等。利用這些特點，及其雙向傳輸?shù)男阅�，可方便地實現(xiàn)對于采集站設(shè)備的信息采集和遠程控制，即實現(xiàn)遙測和遙控。
短消息業(yè)務是GSM/DCS1800系統(tǒng)中唯一不需要建立端到端業(yè)務通道服務。點對點短消息是以任意形式的字母數(shù)字串，通過數(shù)字控制信道傳送的�？臻e時占用獨立專用控制信道(SDCCH)，信息速率為782b/s；通話時占用慢速隨路控制信道(SACCH)，信道速率為383b/s。為了避免時延過長，以及對這些爭搶接入信道負荷過大，每條短消息最大幀長度為140個字節(jié)(按ASCII字符7bit編碼為160個字符)。因此可以在任何時候發(fā)送或接收短消息的傳輸協(xié)議數(shù)據(jù)單元TPDU(Transport Protocol Data Unit)， 無論話音或數(shù)據(jù)通信是否正在進行。由于公眾GSM網(wǎng)絡(luò)在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游，建立GSM系統(tǒng)不須再組建專用通信網(wǎng)絡(luò)，所以具有實時傳輸數(shù)據(jù)功能的短消息應用將可以做成傳輸各種檢測、監(jiān)控數(shù)據(jù)信號和控制命令的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，可以廣泛用于遠程監(jiān)控、定位導航、個人通信終端等。
  車載單元和監(jiān)控中心都采用類手機的短信收發(fā)通信模塊，車載單元短信收發(fā)通信模塊將短信和要發(fā)往的目的站一同發(fā)給短信服務中心（SMSC），再由SMSC轉(zhuǎn)發(fā)給監(jiān)控中心短信收發(fā)通信模塊；同理監(jiān)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(zhuǎn)發(fā)給車載單元。　
短信服務系統(tǒng)中SME 服務器負責建立與短信服務中心，各個監(jiān)控中心和遠程數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)通信連接; 對SMSC發(fā)來的數(shù)據(jù)幀進行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換后, 根據(jù)幀類型錄入中心數(shù)據(jù)庫; 然后將數(shù)據(jù)發(fā)送到所屬的監(jiān)控平臺, 并對各監(jiān)控平臺發(fā)來的指令幀進行格式轉(zhuǎn)換, 把轉(zhuǎn)換后的消息幀發(fā)送到SMSC。將需要計費的消息的數(shù)目錄入數(shù)據(jù)庫, 作為用戶計費依據(jù); 如需要加解密則進行數(shù)據(jù)加解密工作。
  這種短信服務模式最大的優(yōu)點是短信收發(fā)通信模塊價格低廉，無額外的網(wǎng)絡(luò)開銷，通信成本較低；但該短信服務模式有時時延會相當長，并且監(jiān)控中心短信收發(fā)通信模塊數(shù)據(jù)處理能力較低，僅適用于車輛較少的情況。
    2.DDN專用數(shù)字電路或Internet轉(zhuǎn)發(fā)：
  短信上行時，車載單元短信模塊將包括GPS信息在內(nèi)的短信和要發(fā)往的目的站信息一同發(fā)給通信服務中心中的SMSC，再由通信服務中心轉(zhuǎn)發(fā)，最后經(jīng)DDN專用數(shù)字電路或Internet路由至監(jiān)控中心進行處理；短信下行時，監(jiān)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(nèi)的短信和要發(fā)往的目的站信息經(jīng)DDN專用數(shù)字電路或Internet路由至通信服務中心，再發(fā)給SMSC，最后由SMSC轉(zhuǎn)發(fā)給車載單元短信模塊。
通信服務中心是這部分系統(tǒng)的核心，通常設(shè)在離移動電話交換機較近的機房內(nèi)，通過高速數(shù)據(jù)專線與其他部分連接。它是一個單獨的計算機網(wǎng)絡(luò)（Novell網(wǎng)），由GSM交換機、SMSC 短消息服務中心（或?qū)Ｓ?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）通過短消息方式實現(xiàn)與車載單元的雙向數(shù)據(jù)通信。
（2）具有與廣域網(wǎng)聯(lián)結(jié)端口，可實現(xiàn)無線移動通信網(wǎng)與有線計算機網(wǎng)的連接。
（3）能夠按指揮監(jiān)控中心或用戶的要求，使系統(tǒng)完成某些功能，如靜音、顯示話費等。
     （4）車輛信息數(shù)據(jù)庫及維護功能。
  這種短信服務模式優(yōu)點是數(shù)據(jù)處理能力強，時延�。ㄒ话阍�2~10s范圍內(nèi)），適用于車輛較多的情況。但該短信服務模式網(wǎng)絡(luò)開銷較大，需自建路由器，申請IP地址；若從安全性考慮采用DDN專線方式，還存在租用電路開銷。