利用GSM短消息業(yè)務(wù)實(shí)現GPS車(chē)輛監控

　 摘 要： 分析了目前車(chē)輛監控系統常用的VHF／UHF單信道呼叫網(wǎng)、集群移動(dòng)通信網(wǎng)的特點(diǎn)，以及GSM提供的幾種業(yè)務(wù)，進(jìn)而提出利用GSM的短消息業(yè)務(wù)來(lái)實(shí)現車(chē)輛監控系統的方案，設計了系統的結構和組網(wǎng)方式，并指出系統的容量由短消息服務(wù)中心的處理能力和無(wú)線(xiàn)信令信道的承載能力決定。

關(guān)鍵詞： 全球衛星定位技術(shù)（GPS） GSM短消息業(yè)務(wù)車(chē)輛監控系統

1 車(chē)輛監控系統

現代車(chē)輛監控系統是一種集全球衛星定位技術(shù)（GPS）、地理信息技術(shù)（GIS）和現代通信技術(shù)于一體的高科技系統。它將移動(dòng)目標的動(dòng)態(tài)位置（經(jīng)度、緯度）、時(shí)間、狀態(tài)等信息，實(shí)時(shí)地通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信鏈路傳送至監控中心站，而后在具有地理信息查詢(xún)功能的電子地圖上進(jìn)行移動(dòng)目標運動(dòng)軌跡的顯示，并對目標的位置、速度、運動(dòng)方向、車(chē)輛狀態(tài)等用戶(hù)感興趣的參數進(jìn)行監控和查詢(xún)。為調度管理提供可視化依據，特別適合公安、銀行、保安、機場(chǎng)等單位對某些特種車(chē)輛的監控和調度管理。

車(chē)輛監控系統的拓撲結構如圖1所示，各移動(dòng)車(chē)輛的組成與功能完全相同。

移動(dòng)車(chē)輛配備的GPS接收機用以獲取自己當前的位置、時(shí)間等信息，然后通過(guò)通信鏈路向監控中心站發(fā)送狀態(tài)和位置等信息；在監控中心站，無(wú)線(xiàn)接收機接收各子站的位置信息，并通過(guò)通信控制器送往電子地圖，顯示各移動(dòng)車(chē)輛的運行軌跡。系統由監控軟件實(shí)現對各移動(dòng)車(chē)輛的狀態(tài)監控，并可利用無(wú)線(xiàn)通信對各移動(dòng)車(chē)輛進(jìn)行調度指揮，這樣就實(shí)現了對各移動(dòng)車(chē)輛的監控管理。

根據目前我國移動(dòng)通信的現狀，組建車(chē)輛監控系統一般利用現有的具有數據傳輸功能的通信系統，以降低成本，或利用不具備數據傳輸功能的模擬通信系統，對系統進(jìn)行一定的改造，開(kāi)發(fā)接口與控制電路，采用音頻調制解調器（MODEM），把數據調制在模擬通信所能夠傳輸的音頻帶寬內，使之能夠用以傳輸數據。目前GPS車(chē)輛監控系統常用的通信方案主要有：VHF／UHF單信道呼叫網(wǎng)、集群移動(dòng)通信網(wǎng)。VHF／UHF單信道呼叫網(wǎng)屬于早期的移動(dòng)通信方式，用這種通信網(wǎng)實(shí)現的車(chē)輛監控系統各移動(dòng)車(chē)臺可采用時(shí)分多路（TDMA）方式來(lái)避免不同車(chē)輛之間的相互干擾，保證移動(dòng)車(chē)臺與監控中心站之間的正常通信，各移動(dòng)車(chē)臺按照事先規定好的時(shí)隙向監控中心站發(fā)送定位信息，監控中心站可以將調度命令在某一固定的時(shí)隙發(fā)送給移動(dòng)臺。監控系統的容量由每臺車(chē)發(fā)送信息占用的時(shí)間和發(fā)送定位信息的頻度來(lái)決定，目前一個(gè)頻率點(diǎn)可以監控約120臺車(chē)。集群通信系統（TrunkMobile Radio System)是專(zhuān)用調度通信系統，是共享頻率資源、分擔費用、共享信道資源、改善服務(wù)的多用途、高效能的無(wú)線(xiàn)調度系統。集群移動(dòng)通信系統多樣化的呼叫方式如群呼、組呼等加強了控制中心對車(chē)輛的調度能力?；诩合到y的車(chē)輛監控系統也有與單信道呼叫網(wǎng)相似的缺點(diǎn)。由于集群系統屬于專(zhuān)用移動(dòng)通信網(wǎng)，因此集群網(wǎng)的覆蓋范圍一般不大，容量也不可能太大，這就限制了車(chē)輛監控的范圍，不能滿(mǎn)足大范圍車(chē)輛監控系統的需要；而且由于集群系統一般采用大區制，通信受多徑干擾以及通信盲區的問(wèn)題依然不能改善，數據通信質(zhì)量較差。

若出租汽車(chē)管理局建立了這樣的車(chē)輛監控系統，就可以根據電子地圖上動(dòng)態(tài)顯示的出租車(chē)的位置，準確地指揮、調度，以響應用戶(hù)的服務(wù)。同樣，此系統也非常適用于公安部門(mén)110指揮中心、銀行押款車(chē)等。

2 基于GSM短消息業(yè)務(wù)的車(chē)輛監控系統設計

GSM（Global System for Mobile communication)系統是目前基于時(shí)分多址技術(shù)的移動(dòng)通信體制中最成熟、最完善、應用最廣的一種系統。我國目前已建成了覆蓋全國的GSM數字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)，是我國公眾陸地移動(dòng)通信網(wǎng)的主要方式。它提供多種業(yè)務(wù)，主要有話(huà)音業(yè)務(wù)、短消息業(yè)務(wù)、數據業(yè)務(wù)等，選擇那一種業(yè)務(wù)傳送GPS車(chē)輛定位數據對整個(gè)系統的性能有很大的關(guān)系。

2.1 車(chē)輛監控系統通信組網(wǎng)的GSM業(yè)務(wù)選擇

GSM的最基本的業(yè)務(wù)是話(huà)音業(yè)務(wù)，根據以前在集群電臺傳輸GPS數據的經(jīng)驗，GPS數據通過(guò)音頻調制解調器轉換成3.1kHz音頻信號，加到移動(dòng)臺的音頻輸入來(lái)實(shí)現數據傳輸。但由于GSM是數字移動(dòng)通信系統，這樣既不需要也不可行，首先是GSM本來(lái)就具有數據傳輸能力，提供數據業(yè)務(wù)；再者，音頻調制解調器輸出的高端頻率一般都在2.0kHz以上，若這樣的信號加在GSM移動(dòng)終端的音頻接口上，大于1300Hz的信號將有較大的失真從而導致接收端音頻調制解調器不能夠正確解調出音頻信號所攜帶的數據。測試表明，在話(huà)音通帶上用符合CCITTV.23建議的1200bit／s的調制解調器傳輸數據，其工作是不能令人滿(mǎn)意的。而根據CCITTV.21建議（300bit／s）的話(huà)音通帶數據，傳輸性能不會(huì )嚴重下降，但這樣的速率是不能為車(chē)輛監控系統用戶(hù)所接受的。因此，音頻調制解調的方式不可用。

第二種選擇是數據業(yè)務(wù)，GSM提供2400bps、4800bps、9600bps的異步數據傳輸能力，可用于傳輸GPS定位數據。但GSM是公眾網(wǎng)，其業(yè)務(wù)的使用需要通過(guò)撥號建立連接，一旦建立連接即需要計費。目前中國電信GSM的最小計費時(shí)間是1分鐘，GPS每次的定位數據不到20字節，采用效率為50％的編碼方式也不到40個(gè)字節，若按9600bps的速率，傳輸一次GPS位置數據的時(shí)間大約0.04s。而計費按1分鐘計，加上撥號處理時(shí)延，用數據業(yè)務(wù)傳輸GPS定位數據是極不經(jīng)濟的，若把一段時(shí)間的位置數據存儲起來(lái)，當調度中心需要時(shí)一起發(fā)送到中心站則是可行的?？梢赃x用GSM的數據業(yè)務(wù)作為查詢(xún)模式時(shí)的通信方案。

第三種是短消息業(yè)務(wù)，GSM的短消息業(yè)務(wù)分為兩種：點(diǎn)對點(diǎn)短消息業(yè)務(wù)和短消息小區廣播業(yè)務(wù)，但目前短消息小區廣播業(yè)務(wù)還沒(méi)有開(kāi)放。點(diǎn)對點(diǎn)短消息業(yè)務(wù)能夠使GSM數字移動(dòng)通信網(wǎng)的用戶(hù)可以發(fā)出或接收長(cháng)度有限（不超過(guò)140個(gè)字節）的數字或文字消息，并且短消息的收發(fā)不影響通話(huà)；短消息業(yè)務(wù)可以使網(wǎng)絡(luò )端知道被叫方是否已經(jīng)收到短消息，如果傳送失敗，被叫方?jīng)]有回答確切消息，網(wǎng)絡(luò )一側會(huì )保留所傳的消息，一旦網(wǎng)絡(luò )發(fā)現被叫方能被叫通時(shí)，消息能被重發(fā)以確保被叫方能收到。

GSM的短消息業(yè)務(wù)利用信令信道傳輸，是GSM通信網(wǎng)所特有的，它不用撥號建立連接，直接把要發(fā)的信息加上目的地址發(fā)送到短消息服務(wù)中心，由短消息服務(wù)中心再發(fā)送給最終的信宿，短消息每次限制在140個(gè)字節以?xún)?，這對GPS定位數據來(lái)講足夠了。短消息業(yè)務(wù)用于GPS車(chē)輛監控最大的優(yōu)點(diǎn)在于其無(wú)需建立連接，服務(wù)費用低（以北京電信目前的收費標準，短消息每月收費15元），這適于把每次定位數據隨時(shí)發(fā)送到監控中心。

綜上所述，我們選用GSM的短消息業(yè)務(wù)來(lái)實(shí)現GPS車(chē)輛監控。

2.2 通信組網(wǎng)方案設計

監控中心站通過(guò)GSM通信網(wǎng)與移動(dòng)中的車(chē)輛進(jìn)行通話(huà)、短消息傳輸。接收短消息可用GSM用戶(hù)終端（如手機，車(chē)載臺），也可以用ISDN方式直接連接到移動(dòng)通信局的短消息服務(wù)中心，這樣接收短消息更迅捷，系統容量可以更大。

用GSM實(shí)現自動(dòng)車(chē)輛監控系統中心站的原理框圖如圖2。

移動(dòng)站由GSM移動(dòng)終端（手機或車(chē)載臺）、GPS接收機和控制處理單元組成。其框圖如圖3所示。

控制單元功能包括接收GPS定位數據、與GSM移動(dòng)臺接口、控制移動(dòng)臺自動(dòng)撥號和自動(dòng)收發(fā)數據、收發(fā)短消息、顯示車(chē)輛位置、自動(dòng)／人工報警、遙控制動(dòng)汽車(chē)等。報警主要用于車(chē)輛故障或特殊情況下使用。報警時(shí)可報告車(chē)輛編號、狀況、位置等信息，監控中心收到報警信息后可遙控該車(chē)熄火，致使報警車(chē)輛不能離開(kāi)出事地點(diǎn)。

GPS接收機用來(lái)接收GPS衛星發(fā)來(lái)的信號并解算出定位信息，由控制單元讀取、顯示、并通過(guò)GSM送達監控中心。

移動(dòng)終端提供話(huà)音、短消息業(yè)務(wù)，控制單元可以向移動(dòng)終端發(fā)送撥號等控制命令以溝通話(huà)音、收發(fā)短消息。車(chē)上控制單元把接收到的GPS定位數據通過(guò)GSM的短消息業(yè)務(wù)發(fā)送到中心站。GSM的短消息可與通話(huà)同時(shí)進(jìn)行而互不影響。對一些特殊車(chē)輛需要實(shí)時(shí)監控的，可以用GSM的數據通信業(yè)務(wù)，GSM提供高達9600bps的數據傳輸速率，但費用比短消息要高。本系統采用短消息業(yè)務(wù)進(jìn)行定位數據傳送，同時(shí)還可以通話(huà)。

2.3 性能分析

移動(dòng)用戶(hù)通過(guò)GSM網(wǎng)將短消息輸入至SC（短消息服務(wù)中心），由SC通過(guò)MSC（移動(dòng)交換中心）將短消息發(fā)送至指定的移動(dòng)用戶(hù)。移動(dòng)臺發(fā)送短消息至SC和SC將短消息發(fā)送至指定移動(dòng)用戶(hù)是兩個(gè)相同的信令過(guò)程，只是方向相反。其中影響流量的接口主要有兩個(gè)：MS（移動(dòng)臺）與BSS（基站）之間的接口--Um接口（無(wú)線(xiàn)接口）、BSS與MSC之間的接口--A接口。A接口采用7號信令的信號接續控制部分，其物理層連接采用PCM一次群（2.048Mb／s），而Um接口的信道速率是270.83kb／s，每時(shí)隙信道比特率是22.8kb／s。

以上分析，基于GSM短消息業(yè)務(wù)的車(chē)輛監控系統的容量主要由短消息服務(wù)中心的處理能力和無(wú)線(xiàn)信令信道的承載能力決定。短消息處理中心的忙時(shí)處理能力一般在每秒120條信息以上（以大唐電信的SMC30短消息中心為例），容量支持150萬(wàn)用戶(hù)以上，消息存儲時(shí)延小于1s（95％的概率）。

總之，基于已進(jìn)行的跑車(chē)實(shí)驗，可以得出結論：GSM作為公用陸地移動(dòng)通信網(wǎng)，具有其他通信方式所不可比擬的優(yōu)越性，它通信范圍廣、容量大、提供數據業(yè)務(wù)，短消息業(yè)務(wù)經(jīng)濟實(shí)惠，是車(chē)輛監控系統比較好的一種數據傳輸方式。但它的調度管理功能比較弱，可以通過(guò)監控中心站的管理軟件來(lái)加強。