利用GSM短消息業(yè)務(wù)實(shí)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(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)來實(shí)現(xiàn)車輛監(jiān)控系統(tǒng)的方案，設(shè)計(jì)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(dòng)目標(biāo)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(jìn)行移動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡的顯示，并對(duì)目標(biāo)的位置、速度、運(yùn)動(dòng)方向、車輛狀態(tài)等用戶感興趣的參數(shù)進(jìn)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(jī)場(chǎng)等單位對(duì)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，各移動(dòng)車輛的組成與功能完全相同。

移動(dòng)車輛配備的GPS接收機(jī)用以獲取自己當(dāng)前的位置、時(shí)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(jī)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(dòng)車輛的運(yùn)行軌跡。系統(tǒng)由監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)各移動(dòng)車輛的狀態(tài)監(jiān)控，并可利用無線通信對(duì)各移動(dòng)車輛進(jìn)行調(diào)度指揮，這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)各移動(dòng)車輛的監(jiān)控管理。

根據(jù)目前我國(guó)移動(dòng)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)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(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(xiàn)的車輛監(jiān)控系統(tǒng)各移動(dòng)車臺(tái)可采用時(shí)分多路（TDMA）方式來避免不同車輛之間的相互干擾，保證移動(dòng)車臺(tái)與監(jiān)控中心站之間的正常通信，各移動(dòng)車臺(tái)按照事先規(guī)定好的時(shí)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(shí)隙發(fā)送給移動(dòng)臺(tái)。監(jiān)控系統(tǒng)的容量由每臺(tái)車發(fā)送信息占用的時(shí)間和發(fā)送定位信息的頻度來決定，目前一個(gè)頻率點(diǎn)可以監(jiān)控約120臺(tái)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(dān)費(fèi)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(dòng)通信系統(tǒng)多樣化的呼叫方式如群呼、組呼等加強(qiáng)了控制中心對(duì)車輛的調(diào)度能力?；诩合到y(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(diǎn)。由于集群系統(tǒng)屬于專用移動(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(dòng)態(tài)顯示的出租車的位置，準(zhǔn)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(jì)

GSM（Global System for Mobile communication)系統(tǒng)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(yīng)用最廣的一種系統(tǒng)。我國(guó)目前已建成了覆蓋全國(guó)的GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)，是我國(guó)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(duì)整個(gè)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(tái)傳輸GPS數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)，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(hào)，加到移動(dòng)臺(tái)的音頻輸入來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。但由于GSM是數(shù)字移動(dòng)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(hào)加在GSM移動(dòng)終端的音頻接口上，大于1300Hz的信號(hào)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(hào)所攜帶的數(shù)據(jù)。測(cè)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(huì)嚴(yán)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(hào)建立連接，一旦建立連接即需要計(jì)費(fèi)。目前中國(guó)電信GSM的最小計(jì)費(fèi)時(shí)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(gè)字節(jié)，若按9600bps的速率，傳輸一次GPS位置數(shù)據(jù)的時(shí)間大約0.04s。而計(jì)費(fèi)按1分鐘計(jì)，加上撥號(hào)處理時(shí)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(jì)的，若把一段時(shí)間的位置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來，當(dāng)調(diào)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(shù)據(jù)業(yè)務(wù)作為查詢模式時(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(duì)點(diǎn)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)短消息業(yè)務(wù)能夠使GSM數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)的用戶可以發(fā)出或接收長(zhǎng)度有限（不超過140個(gè)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(huì)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(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(hào)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(jié)以內(nèi)，這對(duì)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(diǎn)在于其無需建立連接，服務(wù)費(fèi)用低（以北京電信目前的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，短消息每月收費(fèi)15元），這適于把每次定位數(shù)據(jù)隨時(shí)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(shí)現(xiàn)GPS車輛監(jiān)控。

2.2 通信組網(wǎng)方案設(shè)計(jì)

監(jiān)控中心站通過GSM通信網(wǎng)與移動(dòng)中的車輛進(jìn)行通話、短消息傳輸。接收短消息可用GSM用戶終端（如手機(jī)，車載臺(tái)），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(tǒng)容量可以更大。

用GSM實(shí)現(xiàn)自動(dòng)車輛監(jiān)控系統(tǒng)中心站的原理框圖如圖2。

移動(dòng)站由GSM移動(dòng)終端（手機(jī)或車載臺(tái)）、GPS接收機(jī)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(dòng)臺(tái)接口、控制移動(dòng)臺(tái)自動(dòng)撥號(hào)和自動(dòng)收發(fā)數(shù)據(jù)、收發(fā)短消息、顯示車輛位置、自動(dòng)／人工報(bào)警、遙控制動(dòng)汽車等。報(bào)警主要用于車輛故障或特殊情況下使用。報(bào)警時(shí)可報(bào)告車輛編號(hào)、狀況、位置等信息，監(jiān)控中心收到報(bào)警信息后可遙控該車熄火，致使報(bào)警車輛不能離開出事地點(diǎn)。

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

移動(dòng)終端提供話音、短消息業(yè)務(wù)，控制單元可以向移動(dòng)終端發(fā)送撥號(hào)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(shí)進(jìn)行而互不影響。對(duì)一些特殊車輛需要實(shí)時(shí)監(jiān)控的，可以用GSM的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，GSM提供高達(dá)9600bps的數(shù)據(jù)傳輸速率，但費(fèi)用比短消息要高。本系統(tǒng)采用短消息業(yè)務(wù)進(jìn)行定位數(shù)據(jù)傳送，同時(shí)還可以通話。

2.3 性能分析

移動(dòng)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(dòng)交換中心）將短消息發(fā)送至指定的移動(dòng)用戶。移動(dòng)臺(tái)發(fā)送短消息至SC和SC將短消息發(fā)送至指定移動(dòng)用戶是兩個(gè)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(gè)：MS（移動(dòng)臺(tái)）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(hào)信令的信號(hào)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(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(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150萬用戶以上，消息存儲(chǔ)時(shí)延小于1s（95％的概率）。

總之，基于已進(jìn)行的跑車實(shí)驗(yàn)，可以得出結(jié)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(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，短消息業(yè)務(wù)經(jīng)濟(jì)實(shí)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(qiáng)。