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集群通信技術(shù)在GPS車(chē)輛監控系統中的應用
摘要：介紹了GPS車(chē)輛監控系統的方式，基于集群系統的介紹，著(zhù)重闡明了集群通信技術(shù)在車(chē)輛監控系統中的應用，包括系統組成、信道利用方式、呼叫方式、同步方式、數據傳輸格式等內容。關(guān)鍵詞：GPS，集群通信，車(chē)輛監控系統
1. 概述
GPS車(chē)輛監控系統是利用GPS接收機、無(wú)線(xiàn)通信、信息技術(shù)對移動(dòng)用戶(hù)進(jìn)行監控、調度、指揮的新型車(chē)輛系統。按照子功能劃分，車(chē)輛監控系統由三部分組成：定位部分、通信部分、顯示部分。其中，比較常用的通信方式為常規通信、集群通信、GSM的短信息業(yè)務(wù)三種。
基于常規通信的車(chē)輛監控系統，其設計、組網(wǎng)及使用相對簡(jiǎn)單，但其作用范圍較��；GSM的短信息業(yè)務(wù)用于定位數據傳輸目前較為流行，其覆蓋范圍大，可以全國漫游，但是其時(shí)延問(wèn)題是制約其發(fā)展的瓶頸，且其呼叫功能無(wú)法與集群系統相比；集群系統是專(zhuān)用的調度指揮系統，對某些特殊單位而言具有不可比擬的優(yōu)勢。本文就集群方式下GPS車(chē)輛監控系統的設計及信道利用等方面進(jìn)行介紹。
2． 集群系統
無(wú)線(xiàn)集群實(shí)際上就是多信道中繼（轉發(fā)）系統中自動(dòng)共享若干個(gè)信道，并在此基礎上集小群（組）為大群（組），加上諸多呼叫、故障處理等功能而形成的無(wú)線(xiàn)通信系統。
和常規通信方式相比，集群通信系統具有信道利用率高、服務(wù)質(zhì)量好、通話(huà)阻塞率低、通話(huà)具有私密性、系統智能化程度高、具有交換功能、可與PABX或PSTN互連等優(yōu)點(diǎn)。
集群通信系統的分類(lèi)方法有多種，按照信令類(lèi)型分有模擬信令、數字信令及混合信令系統；按照信令方式分有共路信令方式和隨路信令方式；按照話(huà)音分有數字集群、模擬集群；按控制方式分有集中控制、分散控制等等。目前較為廣泛使用的為集中控制方式的模擬集群系統，信令有MPT1327標準的，也有非公開(kāi)標準的�；贛PT1327標準信令的系統，傳輸車(chē)輛定位數據可以在信令信道中進(jìn)行；而非公開(kāi)信令標準，車(chē)輛定位數據只能在話(huà)音信道中進(jìn)行。相應地，對車(chē)輛的數字信息必須進(jìn)行調制才能在話(huà)音信道中傳輸。
3．基于集群通信方式的GPS車(chē)輛監控系統
3．1 系統組成
基于集群的GPS車(chē)輛監控系統如圖1所示。其中，集群網(wǎng)為系統提供無(wú)線(xiàn)通信鏈路以進(jìn)行話(huà)音和數據傳輸，數據傳輸可以利用話(huà)音的多種呼叫方法實(shí)現。
圖1 GPS車(chē)輛監控系統組成
監控中心以矢量化地圖為背景，監控軟件具有實(shí)時(shí)顯示移動(dòng)用戶(hù)的所有信息以及信息查詢(xún)功能。同時(shí)，監控中心兼有差分基準站的功能，為整個(gè)監控范圍內的移動(dòng)用戶(hù)提供差分GPS修正信息，使車(chē)輛定位精度提高到10米以?xún)�。各移�?dòng)用戶(hù)設備由集群電臺和GPS接收機及控制電路組成，控制電路不僅形成系統需要的邏輯時(shí)序，還具有數據處理功能，包括調制解調器。
3．2 信道利用方式
在集中控制方式的集群系統中，各個(gè)信道的管理在一個(gè)控制信道上實(shí)現。移動(dòng)用戶(hù)守候在控制信道上，發(fā)起呼叫或接收呼叫均在該信道上進(jìn)行。一旦到信道，則主呼方和被呼方在申請到的信道上完成話(huà)音聯(lián)絡(luò )，之后轉換到控制信道上守候。
利用話(huà)音信道傳輸車(chē)輛定位數據，每傳輸一次定位信息，電臺都需要申請一次信道，而申請時(shí)間不傳輸任何數據，時(shí)間利用率較低；且申請不到空閑信道時(shí)，該車(chē)輛的信息就會(huì )丟失。所以傳輸數據的用戶(hù)應該設置優(yōu)先級，以保證數據的可靠傳輸。
3．3 呼叫方式
在集群通信系統中，用戶(hù)的呼叫方式有：?jiǎn)魏�、組呼、群呼、私密呼叫等�；贕PS的車(chē)輛監控系統，為提高系統定位精度采用差分方式，差分信息由監控中心以組呼的方式下發(fā)，分配在同一組內的用戶(hù)均可接收。
為使各移動(dòng)用戶(hù)的數據都能夠實(shí)時(shí)采集，采用時(shí)分多址（TDMA）的方法，即各車(chē)輛按照圖2所示的時(shí)序依次發(fā)起呼叫。其中兩相鄰用戶(hù)之間的時(shí)間間隔包括數據發(fā)送時(shí)間和保護時(shí)間（防止數據相互影響）。一個(gè)采樣周期內可容納的用戶(hù)數為，其中，為采樣周期。
為了避免監控中心對某用戶(hù)的話(huà)音調度影響其它用戶(hù)的數據傳輸，話(huà)音呼叫和數據呼叫分別在不同的組進(jìn)行。移動(dòng)用戶(hù)傳輸數據時(shí)工作在數據組，利用專(zhuān)用信道完成。當監控中心需要對某用戶(hù)進(jìn)行話(huà)音呼叫時(shí)，首先發(fā)送一個(gè)切換命令將該用戶(hù)的組號設置為話(huà)音組，而后再進(jìn)行話(huà)音呼叫。在規定的時(shí)限內完成通話(huà)，由用戶(hù)自動(dòng)切換到數據組再傳輸數據。
在監控中心，話(huà)音呼叫和數據呼叫分別利用不同的無(wú)線(xiàn)集群電臺完成。
3．4 同步方式
在GPS車(chē)輛監控系統中，通常采用異步的數據傳輸，接收端和發(fā)送端不需要同步。但是，各移動(dòng)用戶(hù)的數據采集為時(shí)分多址方式，相互之間的時(shí)序關(guān)系不能混疊，也就是說(shuō)，移動(dòng)用戶(hù)之間必須同步。
各移動(dòng)用戶(hù)的同步方式有兩種：①利用GPS接收機的秒脈沖進(jìn)行同步；②利用監控中心發(fā)送廣播同步碼進(jìn)行同步。秒脈沖和同步碼均提供給各移動(dòng)用戶(hù)統一的時(shí)間起點(diǎn)，不同車(chē)輛的發(fā)送時(shí)隙由不同的延遲來(lái)產(chǎn)生。利用監控中心發(fā)送同步碼，可以在一個(gè)采樣周期內發(fā)送1個(gè)同步碼，也可以周期性地發(fā)送多個(gè)同步碼。
3．5 數據傳輸格式
監控系統中的數據傳輸分上行和下行兩部分。上行數據主要為被監控車(chē)輛的實(shí)時(shí)位置、速度、時(shí)間、狀態(tài)（包括報警、故障等）；下行數據主要為GPS差分修正信息，采用RTCM－104格式的通用電文，如果是監控中心同步的方式，還包括廣播同步碼。
A．上行數據格式
數據報頭 用戶(hù)地址 緯度 經(jīng)度 速度 時(shí)間 車(chē)輛狀態(tài)
B．下行數據格式
數據報頭 廣播同步碼 RTCM電文 調度命令 用戶(hù)地址
上行和下行的數據報頭不同，用于對上、下行數據的解碼。用戶(hù)地址指是各監控車(chē)輛的識別號碼，調度命令為監控中心對相應地址車(chē)輛的操作，如緊急救援、去某地、關(guān)閉汽車(chē)引擎等，廣播同步碼在利用秒脈沖同步的系統中不用。車(chē)輛狀態(tài)由駕駛員根據實(shí)際情況輸入，如遇劫報警、車(chē)輛故障等。
4．結束語(yǔ)
利用專(zhuān)用信令格式的模擬集群實(shí)現GPS車(chē)輛監控系統的數據傳輸，在目前只能利用話(huà)音信道進(jìn)行。由于話(huà)音信道的帶寬較窄，且集群系統中可能會(huì )伴隨有亞音頻信令，所以，在選擇調制解調器時(shí)應該特別注意其波特率、調制方式和數據帶寬等指標。一般地，調制方式為FSK、波特率為1200、2400bps，數據帶寬限制在3KHz以?xún)鹊恼{制解調器都可以選用。
集群通信技術(shù)在GPS車(chē)輛監控系統中的應用包括其系統組成、集群信道利用方式、呼叫方式、同步方式、數據傳輸格式等。但是，基于專(zhuān)用信令的集群系統，其信道申請、維持、釋放等過(guò)程及其占用的時(shí)間無(wú)法確切知道，僅通過(guò)試驗的手段獲取粗略的數據，對系統的擴容是一個(gè)較大的障礙。隨著(zhù)數字化時(shí)代的來(lái)臨，數字集群系統也應運而生，基于數字集群系統的GPS車(chē)輛監控系統也將問(wèn)世。由于數字集群的信道利用率高，系統擴容就相對簡(jiǎn)單一些。
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