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1集群通信技术在 GPS 车辆监控系统中的 应用摘要:介绍了 GPS 车辆监控系统的通信方式,基于集群系统的介绍,着重阐明了集群通信技术在车辆监控系统中的应用,包括系统组成、信道利用方式、呼叫方式、同步方式、数据传输格式等内容。关键词:GPS,集群通信,车辆监控系统1.概述GPS 车辆监控系统是利用 GPS 接收机、无线通信、地理信息技术对移动用户进行监控、调度、指挥的新型车辆管理系统。按照子功能划分,车辆监控系统由三部分组成:定位部分、通信部分、显示部分。其中,比较常用的通信方式为常规通信、集群通信、GSM 的短信息业务三种。基于常规通信的车辆监控系统,其设计、组网及使用相对简单,但其作用范围较小;GSM 的短信息业务用于定位数据传输目前较为流行,其覆盖范围大,可以全国漫游,但是其时延问题是制约其发展的瓶颈,且其呼叫功能无法与集群系统相比;集群系统是专用的调度指挥系统,对某些特殊单位而言具有不可比拟的优势。本文就集群方式下 GPS 车辆监控系统的设计及信道利用等方面进行介绍。2集群系统无线集群实际上就是多信道中继(转发)系统中自动共享若干个信道,并在此基础上集小群(组)为大群(组),加上诸多呼叫、故障处理等功能而形成的无线通信系2统。和常规通信方式相比,集群通信系统具有信道利用率高、服务质量好、通话阻塞率低、通话具有私密性、系统智能化程度高、具有交换功能、可与 PABX 或 PSTN 互连等优点。集群通信系统的分类方法有多种,按照信令类型分有模拟信令、数字信令及混合信令系统;按照信令方式分有共路信令方式和随路信令方式;按照话音分有数字集群、模拟集群;按控制方式分有集中控制、分散控制等等。目前较为广泛使用的为集中控制方式的模拟集群系统,信令有 MPT1327 标准的,也有非公开标准的。基于 MPT1327 标准信令的系统,传输车辆定位数据可以在信令信道中进行;而非公开信令标准,车辆定位数据只能在话音信道中进行。相应地,对车辆的数字信息必须进行调制才能在话音信道中传输。3基于集群通信方式的 GPS 车辆监控系统31 系统组成基于集群的 GPS 车辆监控系统如图 1 所示。其中,集群网为系统提供无线通信链路以进行话音和数据传输,数据传输可以利用话音的多种呼叫方法实现。图 1GPS 车辆监控系统组成监控中心以矢量化电子地图为背景,监控软件具有实时显示移动用户的所有信息以及信息查询功能。同时,监控中心兼有差分基准站的功能,为整个监控范围内的移动用户提供差分 GPS 修正信息,使车辆定位精度提高到 10 米以内。各移动用3户设备由集群电台和 GPS 接收机及控制逻辑电路组成,控制电路不仅形成系统需要的逻辑时序,还具有数据处理功能,包括调制解调器。32 信道利用方式在集中控制方式的集群系统中,各个信道的管理在一个控制信道上实现。移动用户守候在控制信道上,发起呼叫或接收呼叫均在该信道上进行。一旦申请到信道,则主呼方和被呼方在申请到的信道上完成话音联络,之后转换到控制信道上守候。利用话音信道传输车辆定位数据,每传输一次定位信息,电台都需要申请一次信道,而申请时间不传输任何数据,时间利用率较低;且申请不到空闲信道时,该车辆的信息就会丢失。所以传输数据的用户应该设置优先级,以保证数据的可靠传输。 33 呼叫方式在集群通信系统中,用户的呼叫方式有:单呼、组呼、群呼、私密呼叫等。基于 GPS的车辆监控系统,为提高系统定位精度采用差分方式,差分信息由监控中心以组呼的方式下发,分配在同一组内的用户均可接收。为使各移动用户的数据都能够实时采集,采用时分多址(TDMA)的方法,即各车辆按照图 2 所示的时序依次发起呼叫。其中两相邻用户之间的时间间隔包括数据发送时间和保护时间(防止数据相互影响)。一个采样周期内可容纳的用户数为,其中,为采样周期。为了避免监控中心对某用户的话音调度影响其它用户的数据传输,话音呼叫和数4据呼叫分别在不同的组进行。移动用户传输数据时工作在数据组,利用专用信道完成。当监控中心需要对某用户进行话音呼叫时,首先发送一个切换命令将该用户的组号设置为话音组,而后再进行话音呼叫。在规定的时限内完成通话,由用户自动切换到数据组再传输数据。在监控中心,话音呼叫和数据呼叫分别利用不同的无线集群电台完成。34 同步方式在 GPS 车辆监控系统中,通常采用异步的数据传输,接收端和发送端不需要同步。但是,各移动用户的数据采集为时分多址方式,相互之间的时序关系不能混叠,也就是说,移动用户之间必须同步。各移动用户的同步方式有两种:利用 GPS 接收机的秒脉冲进行同步;利用监控中心发送广播同步码进行同步。秒脉冲和同步码均提供给各移动用户统一的时间起点,不同车辆的发送时隙由不同的延迟来产生。利用监控中心发送同步码,可以在一个采样周期内发送 1 个同步码,也可以周期性地发送多个同步码。35 数据传输格式监控系统中的数据传输分上行和下行两部分。上行数据主要为被监控车辆的实时位置、速度、时间、状态(包括报警、故障等);下行数据主要为 GPS 差分修正信息,采用 RTCM104 格式的通用电文,如果是监控中心同步的方式,还包括广播同步码。A上行数据格式5数据报头用户地址纬度经度速度时间车辆状态B下行数据格式数据报头广播同步码 RTCM 电文调度命令用户地址上行和下行的数据报头不同,用于对上、下行数据的解码。用户地址指是各监控车辆的识别号码,调度命令为监控中心对相应地址车辆的操作,如紧急救援、去某地运输、关闭汽车引擎等,广播同步码在利用秒脉冲同步的系统中不用。车辆状态由驾驶员根据实际情况输入,如遇劫报警、车辆故障等。4结束语利用专用信令格式的模拟集群实现 GPS 车辆监控系统的数据传输,在目前只能利用话音信道进行。由于话音信道的带宽较窄,且集群系统中可能会伴随有亚音频信令,所以,在选择调制解调器时应该特别注意其波特率、调制方式和数据带宽等指标。一般地,调制方式为 FSK、波特率为 1200、2400bps,数据带宽限制在 3KHz以内的调制解调器都可以选用。集群通信技术在 GPS 车辆监控系统中的应用包括其系统组成、集群信道利用方式、呼叫方式、同步方式、数据传输格式等。但是,基于专用信令的集群系统,其信道申请、维持、释放等过程及其占用的时间无法确切知道,仅通过试验的手段获取粗略的数据,对系统的扩容是一个较大的障碍。随着数字化时代的来临,数字集群系统也应运而生,基于数字集群系统的 GPS 车辆监控系统也将问世。由于数字集群的信道利用率高,系统扩容就相对简单一些。
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