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

     GSM（全球移動通信系統(tǒng)）是ETSI（歐洲無線電通信標(biāo)準(zhǔn)委員會）制定的歐洲蜂窩移動通信標(biāo)準(zhǔn)。GSM最重要的業(yè)務(wù)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(biāo)準(zhǔn)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Ｔ诶碚撋螱PRS用戶可以同時(shí)使用幾個(gè)時(shí)隙（分組數(shù)據(jù)信道）以達(dá)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(shí)被分配給用戶，這使得基于流量收費(fèi)成為可能。大量的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)使得在用戶間有效平衡網(wǎng)絡(luò)資源，因?yàn)闃I(yè)務(wù)供應(yīng)商可以使用傳輸時(shí)隙用于其他用戶活動。通用分組無線業(yè)務(wù)（GPRS）,作為移動電話標(biāo)準(zhǔn)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(wù)應(yīng)用。GPRS業(yè)務(wù)被劃分為類:PTP（點(diǎn)對點(diǎn)）和PTM（點(diǎn)對多點(diǎn)）業(yè)務(wù)。
  全球定位系統(tǒng)（GPS）是美國國防部經(jīng)20多年的試驗(yàn)研究，耗資100多億美元，于1993年12月正式全面投入運(yùn)行的新一代星際無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。它的出現(xiàn)和發(fā)展已帶動起一個(gè)潛力巨大、競爭日趨激烈的新興市場，據(jù)最新統(tǒng)計(jì)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(wù)市場正在迅速擴(kuò)大，GPS已發(fā)展成為一個(gè)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(dǎo)航定位將成為全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)應(yīng)用的最大潛力市場之一。就我國國情來說，車輛GPS導(dǎo)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(yùn)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(dǎo)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(shí)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(shí)現(xiàn)方式及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行詳述。

一、車載定位系統(tǒng)概述
  應(yīng)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(wù)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(jī)、GSM手機(jī)（或其他通信模塊：如西門子TC35或MC35，不過要基于手機(jī)模塊接口重新設(shè)計(jì)外圍電路）、防盜報(bào)警器（可選）。
  主要功能為：
（1）防盜報(bào)警功能：當(dāng)有緊急情況發(fā)生時(shí)，用戶可以觸發(fā)隱蔽的報(bào)警按鈕，車載單元會自動將GPS接收機(jī)中的位置數(shù)據(jù)通過GSM手機(jī)的短消息功能傳送給監(jiān)控中心。防盜激活功能，當(dāng)車輛遭遇非法入侵時(shí)自動發(fā)送報(bào)警信息至控制中心；
（2）導(dǎo)航功能：GPS提供移動目標(biāo)的準(zhǔn)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(jìn)行導(dǎo)航，也可以在終端上存儲電子地圖。
（3）通話功能：車載GSM手機(jī)可進(jìn)行通話，當(dāng)用戶離車時(shí)還可將手機(jī)取下正常使用。
（4）服務(wù)：提供一組服務(wù)按鈕，當(dāng)車主需要服務(wù)時(shí)按下相應(yīng)按鈕，由服務(wù)中心提供服務(wù)。
（二）監(jiān)控中心
  監(jiān)控中心中GPS差分基準(zhǔn)模塊用以產(chǎn)生差分修正信息，送往中央處理機(jī)；中央處理機(jī)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(shí)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(zhǔn)確地顯示所監(jiān)控的所有車輛的實(shí)時(shí)位置；GSM通信模塊的功能是將中央處理機(jī)送出的命令和差分修正信號發(fā)往各車載單元，同時(shí)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(wù)系統(tǒng)
GSM通信服務(wù)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(jìn)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(jī)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(jìn)行穩(wěn)定傳送。通信軟件采用VC++實(shí)現(xiàn)：COMM_SEVER與COMM_CLIENT 的通信采用WINSOCK組件。

二、GSM通信服務(wù)系統(tǒng)詳析
GSM通信服務(wù)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(wù)來說，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(yuǎn)在線、高速傳輸、快速登錄、流量計(jì)費(fèi)”等優(yōu)點(diǎn)，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(yīng)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(wù)中心直接轉(zhuǎn)發(fā)：
GSM短消息技術(shù)簡介及其特點(diǎn):短消息服務(wù)(SMS)是GSM技術(shù)應(yīng)用的一項(xiàng)重要內(nèi)容，它具有一些突出特點(diǎn)如：一次可傳輸140個(gè)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(gè)端點(diǎn)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(jìn)行傳送；在短消息傳送過程中，不進(jìn)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(jī)時(shí)，可以保持消息在一定時(shí)間內(nèi)有效等。利用這些特點(diǎn)，及其雙向傳輸?shù)男阅埽煞奖愕貙?shí)現(xiàn)對于采集站設(shè)備的信息采集和遠(yuǎn)程控制，即實(shí)現(xiàn)遙測和遙控。
短消息業(yè)務(wù)是GSM/DCS1800系統(tǒng)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(shù)字串，通過數(shù)字控制信道傳送的。空閑時(shí)占用獨(dú)立專用控制信道(SDCCH)，信息速率為782b/s；通話時(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)延過長，以及對這些爭搶接入信道負(fù)荷過大，每條短消息最大幀長度為140個(gè)字節(jié)(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(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(jìn)行。由于公眾GSM網(wǎng)絡(luò)在全球范圍內(nèi)實(shí)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(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)功能的短消息應(yīng)用將可以做成傳輸各種檢測、監(jiān)控?cái)?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(yuǎn)程監(jiān)控、定位導(dǎo)航、個(gè)人通信終端等。
  車載單元和監(jiān)控中心都采用類手機(jī)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(wù)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(jī)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(wù)系統(tǒng)中SME 服務(wù)器負(fù)責(zé)建立與短信服務(wù)中心，各個(gè)監(jiān)控中心和遠(yuǎn)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(jìn)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(jìn)行格式轉(zhuǎn)換, 把轉(zhuǎn)換后的消息幀發(fā)送到SMSC。將需要計(jì)費(fèi)的消息的數(shù)目錄入數(shù)據(jù)庫, 作為用戶計(jì)費(fèi)依據(jù); 如需要加解密則進(jìn)行數(shù)據(jù)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，無額外的網(wǎng)絡(luò)開銷，通信成本較低；但該短信服務(wù)模式有時(shí)時(shí)延會相當(dāng)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(shí)，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(wù)中心中的SMSC，再由通信服務(wù)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(jìn)行處理；短信下行時(shí)，監(jiān)控中心將包括中央處理機(jī)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(wù)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(wù)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(jī)較近的機(jī)房內(nèi)，通過高速數(shù)據(jù)專線與其他部分連接。它是一個(gè)單獨(dú)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（Novell網(wǎng)），由GSM交換機(jī)、SMSC 短消息服務(wù)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(xiàng)基本功能：
（1）通過短消息方式實(shí)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(shí)現(xiàn)無線移動通信網(wǎng)與有線計(jì)算機(jī)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(fèi)等。
     （4）車輛信息數(shù)據(jù)庫及維護(hù)功能。
  這種短信服務(wù)模式優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，時(shí)延小（一般在2~10s范圍內(nèi)），適用于車輛較多的情況。但該短信服務(wù)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。