基于GSM的移動(dòng)監控定位系統設計

2　移動(dòng)監控定位系統通信網(wǎng)的選擇
　　
無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )是移動(dòng)監控定位系統的一個(gè)重要組成部分，可分為無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)和公用的無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )2大類(lèi)，其中無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)、衛星通信網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)是比較常見(jiàn)的幾種形式。

2．1　無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)
　　
無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)就是專(zhuān)門(mén)為移動(dòng)監控定位系統建設的無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)，他有自己的交換中心、基站及監控平臺，缺點(diǎn)是組網(wǎng)費用較高、覆蓋面積有限，但無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)系統更改靈活、抗毀能力強且具有移動(dòng)性，適合用于抗洪救災指揮系統、軍事作戰指揮系統等專(zhuān)用性較強的領(lǐng)域。

2．2　衛星通信網(wǎng)
　　
衛星通信有靜止軌道衛星通信、中軌道衛星通信、低軌道衛星通信3種，衛星起中繼的作用，地球站用來(lái)作基站或與用戶(hù)相連。衛星通信的特點(diǎn)是覆蓋面積大，可以做到全球通，而且對氣候和傳輸距離不敏感。在一般無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )覆蓋不到的地方，例如沙漠、森林地區特別適用，此外，在航海領(lǐng)域，通過(guò)基于衛星通信網(wǎng)的監控定位系統對航海的船只進(jìn)行導航、實(shí)時(shí)監控，當遇到海盜、海難等時(shí)可以及時(shí)進(jìn)行處理；在航空領(lǐng)域，在民航客機運營(yíng)中采用監控定位系統可以避免飛機空中相撞、當發(fā)生劫機事件時(shí)可通過(guò)飛機上的攝像頭及時(shí)了解機上狀況，在軍用飛機作戰時(shí)可以依托此系統組成空中指揮平臺等。缺點(diǎn)是系統終端設備復雜，費用較高，不利于普及。

2．3　移動(dòng)通信網(wǎng)
　　
近年來(lái)，移動(dòng)通信發(fā)展如火如荼，從模擬的AMPS網(wǎng)到數字蜂窩GSM網(wǎng)，到CDMA移動(dòng)通信網(wǎng)，現在日本一些國家又提出了第四代移動(dòng)通信網(wǎng)（即4G）的概念，并開(kāi)始開(kāi)發(fā)和研制。相對于無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)或衛星通信網(wǎng)，移動(dòng)通信網(wǎng)比較普及，依托移動(dòng)通信網(wǎng)建設監控定位系統具有覆蓋面積大、組網(wǎng)費用低等優(yōu)點(diǎn)，利用移動(dòng)通信網(wǎng)的數據接入功能開(kāi)展增值業(yè)務(wù)，還可提高網(wǎng)絡(luò )的資源利用率。不過(guò)，移動(dòng)通信網(wǎng)的數據傳輸速率一般較低，若提高數據傳輸速率，需要對原有網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行改造。例如，利用CDPD（分組數據交換）技術(shù)，可在模擬蜂窩AMPS網(wǎng)上提供分組數據服務(wù)，信道速率為19．2 kb／s。在數字蜂窩通信網(wǎng)中，GSM網(wǎng)的數據速率只有9．6 kb／s，當GSM網(wǎng)采用GRPS（通用分組無(wú)線(xiàn)服務(wù)）技術(shù)或EDGE（增強數據速率）技術(shù)改進(jìn)后，他將分別提供115．2 kb／s和384 kb／s的數據速率。另外，在IS-95B，CDMAOne中都增強了移動(dòng)數據服務(wù)能力，而CDMA2000可提供高達2 Mb／s的數據速率。利用移動(dòng)通信網(wǎng)建設移動(dòng)監控定位系統開(kāi)通便捷、易于維護，能夠覆蓋手機信號可以到達的所有區域，非常適合于車(chē)輛船只調度、110報警指揮、鐵路列車(chē)無(wú)線(xiàn)調度等方面的應用。

除了以上介紹的幾種通信網(wǎng)，還有數字集群通信網(wǎng)、無(wú)繩電話(huà)通信網(wǎng)（包括DECT系統、PHS系統等）等網(wǎng)絡(luò )，他們都可以用來(lái)傳輸監控定位數據。

3　基于GSM的移動(dòng)監控定位系統方案設計
　　
通過(guò)以上幾種通信網(wǎng)絡(luò )的比較，移動(dòng)通信網(wǎng)是最為經(jīng)濟、最易普及的一種方法。第三代移動(dòng)通信網(wǎng)CDMA具有較高的數據傳輸能力，但目前CDMA網(wǎng)還處于實(shí)驗網(wǎng)階段，而GSM數字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)在國內及國際上都已非常普及，市場(chǎng)應用最廣泛，覆蓋面積最大，在技術(shù)上也是最成熟的。所以，利用GSM移動(dòng)通信網(wǎng)建設移動(dòng)監控定位系統是當前比較合理的選擇。通過(guò)GSM移動(dòng)通信網(wǎng)傳輸監控定位數據可以有3種方法：利用話(huà)音通道傳輸、利用SMS（短消息業(yè)務(wù)）傳輸、利用改進(jìn)的GSM的高速數據通道傳輸。

3．1　利用GSM的話(huà)音通道通信的設計方法
　　
利用GSM的話(huà)音通道傳輸數據和在普通電話(huà)線(xiàn)上一樣，在收發(fā)兩端通過(guò)MODEM調制解調進(jìn)行數據通信，這種方法技術(shù)成熟，應用范圍廣，在GSM網(wǎng)覆蓋的范圍內均可使用，缺點(diǎn)是在數據傳輸之前需要先撥號，呼叫建立時(shí)間較長(cháng)，一般為10 s左右，而且通信費用與移動(dòng)電話(huà)費相同，費用較高。采用這種方法建立的移動(dòng)監控定位系統如圖1所示。

移動(dòng)終端的設備組成如圖2所示。

在圖2中，移動(dòng)終端的GPS接收機可以獲取位置、速度信息，攝像頭捕獲圖像信息，麥克風(fēng)傳送話(huà)音，報警設備提供報警信息，他們送入數據接口設備進(jìn)行格式轉換后，經(jīng)MODEM調制，通過(guò)GSM手機發(fā)向GSM移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )。系統監控中心通過(guò)中繼線(xiàn)路與GSM網(wǎng)交換中心連接，中繼線(xiàn)路為電話(huà)線(xiàn)、光纖或微波提供的話(huà)音通道，移動(dòng)終端的數據由監控中心的MODEM解調、接口處理后送入相應分系統。如GPS信息送入GIS（地理信息系統）分系統、圖像和話(huà)音送入多媒體顯示分系統、報警信息送入報警處理分系統。監控中心可以通過(guò)調度指揮分系統對各個(gè)移動(dòng)終端進(jìn)行控制，網(wǎng)絡(luò )管理分系統負責整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的運行、管理工作。
　　
利用GSM的話(huà)音通道設計移動(dòng)監控定位系統時(shí)，可根據移動(dòng)終端數量和實(shí)際需求隨意添加、刪除信道數和業(yè)務(wù)功能，還可組成簡(jiǎn)單的點(diǎn)—點(diǎn)移動(dòng)監控系統，例如用于家庭監控等。

3．2　利用GSM的SMS通信的設計方法
　　
SMS（短消息業(yè)務(wù)）是GSM網(wǎng)的一項增值業(yè)務(wù)，他通過(guò)控制信道傳輸數據，支持點(diǎn)—點(diǎn)消息業(yè)務(wù)及消息廣播業(yè)務(wù)等多種方式。通過(guò)SMS傳輸數據的移動(dòng)監控定位系統如圖3所示。

與圖1不同的是，移動(dòng)終端的數據通過(guò)SMS全部發(fā)送到短消息業(yè)務(wù)中心，系統監控中心通過(guò)中繼線(xiàn)路（如DDN）從短消息業(yè)務(wù)中心獲取數據。通過(guò)SMS傳輸數據具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　?。?）信道建立時(shí)間短，數據傳輸速率快；
　?。?）不占用話(huà)音信道，通話(huà)時(shí)不影響數據傳輸；
　?。?）由于不占用話(huà)音通道，通信費用低廉；
　?。?）通過(guò)短消息廣播業(yè)務(wù)，可提供點(diǎn)對多點(diǎn)的數據傳送；
　?。?）系統擴容方便。
　　
另一方面，由于控制信道的傳輸速率為781 kb／s，所以數據傳輸速率不可能很快。SMS還受信息長(cháng)度的限制，點(diǎn)—點(diǎn)信息長(cháng)度為140 B，消息廣播業(yè)務(wù)信息長(cháng)度為82 B，這就決定了傳輸的數據不能太長(cháng)，他適用于信息量少而通信頻繁的系統應用。此外，隨著(zhù)系統容量增加，SMS還會(huì )加重GSM網(wǎng)絡(luò )控制信道的負擔。

3．3　利用GSM的高速數據通道通信的設計方法
　　
在以上2種數據傳送手段中，數據速率都較慢，只適合傳輸諸如GPS數據、報警信息、控制信息等較短的數據，若傳輸監控圖像、移動(dòng)終端下載地理信息就比較困難，為此，需要進(jìn)一步提高GSM通信網(wǎng)的數據傳輸速率。GRPS（通用分組無(wú)線(xiàn)服務(wù)）是最近興起的一種新技術(shù)，他通過(guò)在原有GSM網(wǎng)上添加協(xié)議關(guān)口和改動(dòng)少量設備，就可以提供高達115．2 kb／s的數據傳輸速率，GRPS支持X．25，TCP／IP等協(xié)議?，F在世界上許多大公司都在抓緊開(kāi)發(fā)GRPS功能，國內東方通信公司和Motorola公司在合作開(kāi)發(fā)GRPS手機和相關(guān)設備。提高GSM數據傳輸速率的另外一種技術(shù)稱(chēng)為EDGE（增強數據速率），他可支持384 kb／s的數據速率。
　　
在以上3種設計方法中，利用GSM的GPRS或EDGE

提供的高速數據通道通信是比較理想的一種方式，目前正在研究開(kāi)發(fā)過(guò)程中，GSM的話(huà)音通道應用最普及，但通信費較高，利用SMS業(yè)務(wù)傳輸數據是最經(jīng)濟、合理的方法，而且SMS業(yè)務(wù)也正在逐步走向普及。

4　移動(dòng)監控定位系統的業(yè)務(wù)功能
　　
基于GSM通信網(wǎng)設計的移動(dòng)監控定位系統可提供以下幾種功能：
　　
　?。?）定位功能　通過(guò)移動(dòng)終端發(fā)送的GPS信息，監控中心可對移動(dòng)目標進(jìn)行實(shí)時(shí)的跟蹤定位，監控移動(dòng)目標的行使速度、運行狀態(tài)，并且可以通過(guò)GIS系統在地圖上實(shí)時(shí)顯示運動(dòng)軌跡；相反，監控中心通過(guò)地圖可查詢(xún)區域內車(chē)輛的有關(guān)資料，如車(chē)輛牌照、單位名稱(chēng)、司機姓名、行使速度等。

　?。?）調度指揮功能　因為監控中心掌握各個(gè)移動(dòng)目標的地理位置和運行狀態(tài)，可根據需要進(jìn)行調度指揮。例如在出租車(chē)運營(yíng)中采用此系統，監控中心可根據客戶(hù)叫車(chē)電話(huà)通知附近車(chē)輛前去服務(wù)。

    （3）報警功能　移動(dòng)終端發(fā)送的報警信息分為自身故障報警信息和突發(fā)事件報警信息2種，以長(cháng)途客運車(chē)為例，自身故障報警包括車(chē)輛漏油、發(fā)動(dòng)機狀態(tài)異常等；突發(fā)事件報警信息包括行車(chē)途中遭遇路橋坍塌、交通事故、攔路搶劫等。當出現警情時(shí)，監控中心可根據客車(chē)的報警信息分類(lèi)處理，通過(guò)與110、120聯(lián)網(wǎng)及時(shí)通知交通、公安部門(mén)。

　?。?）視頻監控功能　通過(guò)加裝攝像頭，監控中心可隨時(shí)查看移動(dòng)目標的視頻圖像并進(jìn)行錄像，如可監視長(cháng)途客運車(chē)司機在途中有無(wú)違規拉客、拒載行為，若車(chē)內發(fā)生搶劫、偷盜等犯罪事件，可通過(guò)錄像回放協(xié)助破案，等等。

　?。?）通話(huà)功能　當采用SMS或高速數據通道傳輸64數據時(shí)，在數據傳輸過(guò)程中，移動(dòng)終端還具有正常GSM數字電話(huà)功能。

　?。?）導向功能　在移動(dòng)車(chē)內安裝GIS系統，可以實(shí)現車(chē)輛自我導向功能，而且全國漫游。

　?。?）歷史資料查詢(xún)功能　用戶(hù)可以通過(guò)監控中心的記錄查詢(xún)移動(dòng)終端的歷史情況，如查詢(xún)車(chē)輛在過(guò)去某個(gè)時(shí)間的位置、速度、狀態(tài)等數據，并可進(jìn)行運行軌跡回放。
　　
在實(shí)際系統設計中，針對不同的用途，系統可繁可簡(jiǎn)，小到點(diǎn)—點(diǎn)的監控，大到幾百個(gè)移動(dòng)終端的監控定位系統，業(yè)務(wù)功能如GPS定位、視頻圖像監控等也可根據需要進(jìn)行添加或刪除。

5　結　語(yǔ)
　　
移動(dòng)監控定位系統在我國有很大的市場(chǎng)潛能，近幾年在全國各地建起了不同形式的移動(dòng)監控定位系統，如GPS車(chē)輛跟蹤系統、移動(dòng)指揮調度系統、車(chē)輛導航系統等。2000年5月，上海市建成了公用移動(dòng)GPS系統，他使用GSM作為通信平臺，為上海以及華東地區的用戶(hù)提供GPS定位及監控信息服務(wù)，用戶(hù)只需要購買(mǎi)GPS車(chē)載設備就可以加入網(wǎng)絡(luò )。北京市也已建成GSM／GPS衛星定位服務(wù)系統，他以衛星通信為基礎，可提供高精度的三維定位信息，將向公眾開(kāi)放靜態(tài)車(chē)
輛防盜、動(dòng)態(tài)車(chē)輛追蹤等服務(wù)。
　　
另外，國內許多通信網(wǎng)絡(luò )公司可以提供GPS接收機、GSM／GPS一體機、GIS系統、系統監控軟件平臺及整套系統解決方案，但由于剛剛起步，系統設計還存在許多問(wèn)題，例如：監控軟件功能比較落后，動(dòng)態(tài)數據處理能力較差；數據通信格式不統一，不同廠(chǎng)商間的產(chǎn)品不兼容；由于監控數據通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸，多數系統未采取加密措施，監控定位信息很容易被截獲等。

參考文獻

［1］　趙榮黎．數字蜂窩移動(dòng)通信系統［M］．北京：電子工業(yè)出版社，1997．
［2］　丁瑾，吳文昊，等．數字無(wú)線(xiàn)本地環(huán)路系統［M］．北京：電子工業(yè)出版社，1997．
［3］　郭峰，等．無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)［M］．北京：電子工業(yè)出版社，1997．
［4］　樊昌信，等．通信原理［M］．北京：國防工業(yè)出版社，1981．
［5］　賈玉濤，等．實(shí)用移動(dòng)無(wú)線(xiàn)電通信［M］．北京：國防工業(yè)出版社，1995．
［6］　鄭祖輝，等．集群移動(dòng)通信工程［M］．北京：人民郵電出版社，1996．