利用GSM短消息業(yè)務(wù)實現(xiàn)GPS車輛監(jiān)控

　 摘 要： 分析了目前車輛監(jiān)控系統(tǒng)常用的VHF／UHF單信道呼叫網(wǎng)、集群移動通信網(wǎng)的特點，以及GSM提供的幾種業(yè)務(wù)，進而提出利用GSM的短消息業(yè)務(wù)來實現(xiàn)車輛監(jiān)控系統(tǒng)的方案，設(shè)計了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組網(wǎng)方式，并指出系統(tǒng)的容量由短消息服務(wù)中心的處理能力和無線信令信道的承載能力決定。

關(guān)鍵詞： 全球衛(wèi)星定位技術(shù)（GPS） GSM短消息業(yè)務(wù)車輛監(jiān)控系統(tǒng)

1 車輛監(jiān)控系統(tǒng)

現(xiàn)代車輛監(jiān)控系統(tǒng)是一種集全球衛(wèi)星定位技術(shù)（GPS）、地理信息技術(shù)（GIS）和現(xiàn)代通信技術(shù)于一體的高科技系統(tǒng)。它將移動目標的動態(tài)位置（經(jīng)度、緯度）、時間、狀態(tài)等信息，實時地通過無線通信鏈路傳送至監(jiān)控中心站，而后在具有地理信息查詢功能的電子地圖上進行移動目標運動軌跡的顯示，并對目標的位置、速度、運動方向、車輛狀態(tài)等用戶感興趣的參數(shù)進行監(jiān)控和查詢。為調(diào)度管理提供可視化依據(jù)，特別適合公安、銀行、保安、機場等單位對某些特種車輛的監(jiān)控和調(diào)度管理。

車輛監(jiān)控系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示，各移動車輛的組成與功能完全相同。

移動車輛配備的GPS接收機用以獲取自己當前的位置、時間等信息，然后通過通信鏈路向監(jiān)控中心站發(fā)送狀態(tài)和位置等信息；在監(jiān)控中心站，無線接收機接收各子站的位置信息，并通過通信控制器送往電子地圖，顯示各移動車輛的運行軌跡。系統(tǒng)由監(jiān)控軟件實現(xiàn)對各移動車輛的狀態(tài)監(jiān)控，并可利用無線通信對各移動車輛進行調(diào)度指揮，這樣就實現(xiàn)了對各移動車輛的監(jiān)控管理。

根據(jù)目前我國移動通信的現(xiàn)狀，組建車輛監(jiān)控系統(tǒng)一般利用現(xiàn)有的具有數(shù)據(jù)傳輸功能的通信系統(tǒng)，以降低成本，或利用不具備數(shù)據(jù)傳輸功能的模擬通信系統(tǒng)，對系統(tǒng)進行一定的改造，開發(fā)接口與控制電路，采用音頻調(diào)制解調(diào)器（MODEM），把數(shù)據(jù)調(diào)制在模擬通信所能夠傳輸?shù)囊纛l帶寬內(nèi)，使之能夠用以傳輸數(shù)據(jù)。目前GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)常用的通信方案主要有：VHF／UHF單信道呼叫網(wǎng)、集群移動通信網(wǎng)。VHF／UHF單信道呼叫網(wǎng)屬于早期的移動通信方式，用這種通信網(wǎng)實現(xiàn)的車輛監(jiān)控系統(tǒng)各移動車臺可采用時分多路（TDMA）方式來避免不同車輛之間的相互干擾，保證移動車臺與監(jiān)控中心站之間的正常通信，各移動車臺按照事先規(guī)定好的時隙向監(jiān)控中心站發(fā)送定位信息，監(jiān)控中心站可以將調(diào)度命令在某一固定的時隙發(fā)送給移動臺。監(jiān)控系統(tǒng)的容量由每臺車發(fā)送信息占用的時間和發(fā)送定位信息的頻度來決定，目前一個頻率點可以監(jiān)控約120臺車。集群通信系統(tǒng)（TrunkMobile Radio System)是專用調(diào)度通信系統(tǒng)，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、高效能的無線調(diào)度系統(tǒng)。集群移動通信系統(tǒng)多樣化的呼叫方式如群呼、組呼等加強了控制中心對車輛的調(diào)度能力。基于集群系統(tǒng)的車輛監(jiān)控系統(tǒng)也有與單信道呼叫網(wǎng)相似的缺點。由于集群系統(tǒng)屬于專用移動通信網(wǎng)，因此集群網(wǎng)的覆蓋范圍一般不大，容量也不可能太大，這就限制了車輛監(jiān)控的范圍，不能滿足大范圍車輛監(jiān)控系統(tǒng)的需要；而且由于集群系統(tǒng)一般采用大區(qū)制，通信受多徑干擾以及通信盲區(qū)的問題依然不能改善，數(shù)據(jù)通信質(zhì)量較差。

若出租汽車管理局建立了這樣的車輛監(jiān)控系統(tǒng)，就可以根據(jù)電子地圖上動態(tài)顯示的出租車的位置，準確地指揮、調(diào)度，以響應(yīng)用戶的服務(wù)。同樣，此系統(tǒng)也非常適用于公安部門110指揮中心、銀行押款車等。

2 基于GSM短消息業(yè)務(wù)的車輛監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

GSM（Global System for Mobile communication)系統(tǒng)是目前基于時分多址技術(shù)的移動通信體制中最成熟、最完善、應(yīng)用最廣的一種系統(tǒng)。我國目前已建成了覆蓋全國的GSM數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)，是我國公眾陸地移動通信網(wǎng)的主要方式。它提供多種業(yè)務(wù)，主要有話音業(yè)務(wù)、短消息業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等，選擇那一種業(yè)務(wù)傳送GPS車輛定位數(shù)據(jù)對整個系統(tǒng)的性能有很大的關(guān)系。

2.1 車輛監(jiān)控系統(tǒng)通信組網(wǎng)的GSM業(yè)務(wù)選擇

GSM的最基本的業(yè)務(wù)是話音業(yè)務(wù)，根據(jù)以前在集群電臺傳輸GPS數(shù)據(jù)的經(jīng)驗，GPS數(shù)據(jù)通過音頻調(diào)制解調(diào)器轉(zhuǎn)換成3.1kHz音頻信號，加到移動臺的音頻輸入來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。但由于GSM是數(shù)字移動通信系統(tǒng)，這樣既不需要也不可行，首先是GSM本來就具有數(shù)據(jù)傳輸能力，提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；再者，音頻調(diào)制解調(diào)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移動終端的音頻接口上，大于1300Hz的信號將有較大的失真從而導(dǎo)致接收端音頻調(diào)制解調(diào)器不能夠正確解調(diào)出音頻信號所攜帶的數(shù)據(jù)。測試表明，在話音通帶上用符合CCITTV.23建議的1200bit／s的調(diào)制解調(diào)器傳輸數(shù)據(jù)，其工作是不能令人滿意的。而根據(jù)CCITTV.21建議（300bit／s）的話音通帶數(shù)據(jù)，傳輸性能不會嚴重下降，但這樣的速率是不能為車輛監(jiān)控系統(tǒng)用戶所接受的。因此，音頻調(diào)制解調(diào)的方式不可用。

第二種選擇是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，GSM提供2400bps、4800bps、9600bps的異步數(shù)據(jù)傳輸能力，可用于傳輸GPS定位數(shù)據(jù)。但GSM是公眾網(wǎng)，其業(yè)務(wù)的使用需要通過撥號建立連接，一旦建立連接即需要計費。目前中國電信GSM的最小計費時間是1分鐘，GPS每次的定位數(shù)據(jù)不到20字節(jié)，采用效率為50％的編碼方式也不到40個字節(jié)，若按9600bps的速率，傳輸一次GPS位置數(shù)據(jù)的時間大約0.04s。而計費按1分鐘計，加上撥號處理時延，用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸GPS定位數(shù)據(jù)是極不經(jīng)濟的，若把一段時間的位置數(shù)據(jù)存儲起來，當調(diào)度中心需要時一起發(fā)送到中心站則是可行的?？梢赃x用GSM的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)作為查詢模式時的通信方案。

第三種是短消息業(yè)務(wù)，GSM的短消息業(yè)務(wù)分為兩種：點對點短消息業(yè)務(wù)和短消息小區(qū)廣播業(yè)務(wù)，但目前短消息小區(qū)廣播業(yè)務(wù)還沒有開放。點對點短消息業(yè)務(wù)能夠使GSM數(shù)字移動通信網(wǎng)的用戶可以發(fā)出或接收長度有限（不超過140個字節(jié)）的數(shù)字或文字消息，并且短消息的收發(fā)不影響通話；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(cè)會保留所傳的消息，一旦網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)被叫方能被叫通時，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個字節(jié)以內(nèi)，這對GPS定位數(shù)據(jù)來講足夠了。短消息業(yè)務(wù)用于GPS車輛監(jiān)控最大的優(yōu)點在于其無需建立連接，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(shù)據(jù)隨時發(fā)送到監(jiān)控中心。

綜上所述，我們選用GSM的短消息業(yè)務(wù)來實現(xiàn)GPS車輛監(jiān)控。

2.2 通信組網(wǎng)方案設(shè)計

監(jiān)控中心站通過GSM通信網(wǎng)與移動中的車輛進行通話、短消息傳輸。接收短消息可用GSM用戶終端（如手機，車載臺），也可以用ISDN方式直接連接到移動通信局的短消息服務(wù)中心，這樣接收短消息更迅捷，系統(tǒng)容量可以更大。

用GSM實現(xiàn)自動車輛監(jiān)控系統(tǒng)中心站的原理框圖如圖2。

移動站由GSM移動終端（手機或車載臺）、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(shù)據(jù)、與GSM移動臺接口、控制移動臺自動撥號和自動收發(fā)數(shù)據(jù)、收發(fā)短消息、顯示車輛位置、自動／人工報警、遙控制動汽車等。報警主要用于車輛故障或特殊情況下使用。報警時可報告車輛編號、狀況、位置等信息，監(jiān)控中心收到報警信息后可遙控該車熄火，致使報警車輛不能離開出事地點。

GPS接收機用來接收GPS衛(wèi)星發(fā)來的信號并解算出定位信息，由控制單元讀取、顯示、并通過GSM送達監(jiān)控中心。

移動終端提供話音、短消息業(yè)務(wù)，控制單元可以向移動終端發(fā)送撥號等控制命令以溝通話音、收發(fā)短消息。車上控制單元把接收到的GPS定位數(shù)據(jù)通過GSM的短消息業(yè)務(wù)發(fā)送到中心站。GSM的短消息可與通話同時進行而互不影響。對一些特殊車輛需要實時監(jiān)控的，可以用GSM的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，GSM提供高達9600bps的數(shù)據(jù)傳輸速率，但費用比短消息要高。本系統(tǒng)采用短消息業(yè)務(wù)進行定位數(shù)據(jù)傳送，同時還可以通話。

2.3 性能分析

移動用戶通過GSM網(wǎng)將短消息輸入至SC（短消息服務(wù)中心），由SC通過MSC（移動交換中心）將短消息發(fā)送至指定的移動用戶。移動臺發(fā)送短消息至SC和SC將短消息發(fā)送至指定移動用戶是兩個相同的信令過程，只是方向相反。其中影響流量的接口主要有兩個：MS（移動臺）與BSS（基站）之間的接口--Um接口（無線接口）、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(xù)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)的車輛監(jiān)控系統(tǒng)的容量主要由短消息服務(wù)中心的處理能力和無線信令信道的承載能力決定。短消息處理中心的忙時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150萬用戶以上，消息存儲時延小于1s（95％的概率）。

總之，基于已進行的跑車實驗，可以得出結(jié)論：GSM作為公用陸地移動通信網(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(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，短消息業(yè)務(wù)經(jīng)濟實惠，是車輛監(jiān)控系統(tǒng)比較好的一種數(shù)據(jù)傳輸方式。但它的調(diào)度管理功能比較弱，可以通過監(jiān)控中心站的管理軟件來加強。