基于GSM的移動監(jiān)控定位系統(tǒng)設(shè)計

2　移動監(jiān)控定位系統(tǒng)通信網(wǎng)的選擇
　　
無線通信網(wǎng)絡(luò)是移動監(jiān)控定位系統(tǒng)的一個重要組成部分，可分為無線專網(wǎng)和公用的無線通信網(wǎng)絡(luò)2大類，其中無線專網(wǎng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)、移動通信網(wǎng)是比較常見的幾種形式。

2．1　無線專網(wǎng)
　　
無線專網(wǎng)就是專門為移動監(jiān)控定位系統(tǒng)建設(shè)的無線通信網(wǎng)，他有自己的交換中心、基站及監(jiān)控平臺，缺點是組網(wǎng)費(fèi)用較高、覆蓋面積有限，但無線專網(wǎng)系統(tǒng)更改靈活、抗毀能力強(qiáng)且具有移動性，適合用于抗洪救災(zāi)指揮系統(tǒng)、軍事作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)等專用性較強(qiáng)的領(lǐng)域。

2．2　衛(wèi)星通信網(wǎng)
　　
衛(wèi)星通信有靜止軌道衛(wèi)星通信、中軌道衛(wèi)星通信、低軌道衛(wèi)星通信3種，衛(wèi)星起中繼的作用，地球站用來作基站或與用戶相連。衛(wèi)星通信的特點是覆蓋面積大，可以做到全球通，而且對氣候和傳輸距離不敏感。在一般無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋不到的地方，例如沙漠、森林地區(qū)特別適用，此外，在航海領(lǐng)域，通過基于衛(wèi)星通信網(wǎng)的監(jiān)控定位系統(tǒng)對航海的船只進(jìn)行導(dǎo)航、實時監(jiān)控，當(dāng)遇到海盜、海難等時可以及時進(jìn)行處理；在航空領(lǐng)域，在民航客機(jī)運(yùn)營中采用監(jiān)控定位系統(tǒng)可以避免飛機(jī)空中相撞、當(dāng)發(fā)生劫機(jī)事件時可通過飛機(jī)上的攝像頭及時了解機(jī)上狀況，在軍用飛機(jī)作戰(zhàn)時可以依托此系統(tǒng)組成空中指揮平臺等。缺點是系統(tǒng)終端設(shè)備復(fù)雜，費(fèi)用較高，不利于普及。

2．3　移動通信網(wǎng)
　　
近年來，移動通信發(fā)展如火如荼，從模擬的AMPS網(wǎng)到數(shù)字蜂窩GSM網(wǎng)，到CDMA移動通信網(wǎng)，現(xiàn)在日本一些國家又提出了第四代移動通信網(wǎng)（即4G）的概念，并開始開發(fā)和研制。相對于無線專網(wǎng)或衛(wèi)星通信網(wǎng)，移動通信網(wǎng)比較普及，依托移動通信網(wǎng)建設(shè)監(jiān)控定位系統(tǒng)具有覆蓋面積大、組網(wǎng)費(fèi)用低等優(yōu)點，利用移動通信網(wǎng)的數(shù)據(jù)接入功能開展增值業(yè)務(wù)，還可提高網(wǎng)絡(luò)的資源利用率。不過，移動通信網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率一般較低，若提高數(shù)據(jù)傳輸速率，需要對原有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造。例如，利用CDPD（分組數(shù)據(jù)交換）技術(shù)，可在模擬蜂窩AMPS網(wǎng)上提供分組數(shù)據(jù)服務(wù)，信道速率為19．2 kb／s。在數(shù)字蜂窩通信網(wǎng)中，GSM網(wǎng)的數(shù)據(jù)速率只有9．6 kb／s，當(dāng)GSM網(wǎng)采用GRPS（通用分組無線服務(wù)）技術(shù)或EDGE（增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率）技術(shù)改進(jìn)后，他將分別提供115．2 kb／s和384 kb／s的數(shù)據(jù)速率。另外，在IS-95B，CDMAOne中都增強(qiáng)了移動數(shù)據(jù)服務(wù)能力，而CDMA2000可提供高達(dá)2 Mb／s的數(shù)據(jù)速率。利用移動通信網(wǎng)建設(shè)移動監(jiān)控定位系統(tǒng)開通便捷、易于維護(hù)，能夠覆蓋手機(jī)信號可以到達(dá)的所有區(qū)域，非常適合于車輛船只調(diào)度、110報警指揮、鐵路列車無線調(diào)度等方面的應(yīng)用。

除了以上介紹的幾種通信網(wǎng)，還有數(shù)字集群通信網(wǎng)、無繩電話通信網(wǎng)（包括DECT系統(tǒng)、PHS系統(tǒng)等）等網(wǎng)絡(luò)，他們都可以用來傳輸監(jiān)控定位數(shù)據(jù)。

3　基于GSM的移動監(jiān)控定位系統(tǒng)方案設(shè)計
　　
通過以上幾種通信網(wǎng)絡(luò)的比較，移動通信網(wǎng)是最為經(jīng)濟(jì)、最易普及的一種方法。第三代移動通信網(wǎng)CDMA具有較高的數(shù)據(jù)傳輸能力，但目前CDMA網(wǎng)還處于實驗網(wǎng)階段，而GSM數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)在國內(nèi)及國際上都已非常普及，市場應(yīng)用最廣泛，覆蓋面積最大，在技術(shù)上也是最成熟的。所以，利用GSM移動通信網(wǎng)建設(shè)移動監(jiān)控定位系統(tǒng)是當(dāng)前比較合理的選擇。通過GSM移動通信網(wǎng)傳輸監(jiān)控定位數(shù)據(jù)可以有3種方法：利用話音通道傳輸、利用SMS（短消息業(yè)務(wù)）傳輸、利用改進(jìn)的GSM的高速數(shù)據(jù)通道傳輸。

3．1　利用GSM的話音通道通信的設(shè)計方法
　　
利用GSM的話音通道傳輸數(shù)據(jù)和在普通電話線上一樣，在收發(fā)兩端通過MODEM調(diào)制解調(diào)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，這種方法技術(shù)成熟，應(yīng)用范圍廣，在GSM網(wǎng)覆蓋的范圍內(nèi)均可使用，缺點是在數(shù)據(jù)傳輸之前需要先撥號，呼叫建立時間較長，一般為10 s左右，而且通信費(fèi)用與移動電話費(fèi)相同，費(fèi)用較高。采用這種方法建立的移動監(jiān)控定位系統(tǒng)如圖1所示。

移動終端的設(shè)備組成如圖2所示。

在圖2中，移動終端的GPS接收機(jī)可以獲取位置、速度信息，攝像頭捕獲圖像信息，麥克風(fēng)傳送話音，報警設(shè)備提供報警信息，他們送入數(shù)據(jù)接口設(shè)備進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換后，經(jīng)MODEM調(diào)制，通過GSM手機(jī)發(fā)向GSM移動網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)監(jiān)控中心通過中繼線路與GSM網(wǎng)交換中心連接，中繼線路為電話線、光纖或微波提供的話音通道，移動終端的數(shù)據(jù)由監(jiān)控中心的MODEM解調(diào)、接口處理后送入相應(yīng)分系統(tǒng)。如GPS信息送入GIS（地理信息系統(tǒng)）分系統(tǒng)、圖像和話音送入多媒體顯示分系統(tǒng)、報警信息送入報警處理分系統(tǒng)。監(jiān)控中心可以通過調(diào)度指揮分系統(tǒng)對各個移動終端進(jìn)行控制，網(wǎng)絡(luò)管理分系統(tǒng)負(fù)責(zé)整個網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行、管理工作。
　　
利用GSM的話音通道設(shè)計移動監(jiān)控定位系統(tǒng)時，可根據(jù)移動終端數(shù)量和實際需求隨意添加、刪除信道數(shù)和業(yè)務(wù)功能，還可組成簡單的點—點移動監(jiān)控系統(tǒng)，例如用于家庭監(jiān)控等。

3．2　利用GSM的SMS通信的設(shè)計方法
　　
SMS（短消息業(yè)務(wù)）是GSM網(wǎng)的一項增值業(yè)務(wù)，他通過控制信道傳輸數(shù)據(jù)，支持點—點消息業(yè)務(wù)及消息廣播業(yè)務(wù)等多種方式。通過SMS傳輸數(shù)據(jù)的移動監(jiān)控定位系統(tǒng)如圖3所示。

與圖1不同的是，移動終端的數(shù)據(jù)通過SMS全部發(fā)送到短消息業(yè)務(wù)中心，系統(tǒng)監(jiān)控中心通過中繼線路（如DDN）從短消息業(yè)務(wù)中心獲取數(shù)據(jù)。通過SMS傳輸數(shù)據(jù)具有以下優(yōu)點：

　?。?）信道建立時間短，數(shù)據(jù)傳輸速率快；
　?。?）不占用話音信道，通話時不影響數(shù)據(jù)傳輸；
　　（3）由于不占用話音通道，通信費(fèi)用低廉；
　?。?）通過短消息廣播業(yè)務(wù)，可提供點對多點的數(shù)據(jù)傳送；
　?。?）系統(tǒng)擴(kuò)容方便。
　　
另一方面，由于控制信道的傳輸速率為781 kb／s，所以數(shù)據(jù)傳輸速率不可能很快。SMS還受信息長度的限制，點—點信息長度為140 B，消息廣播業(yè)務(wù)信息長度為82 B，這就決定了傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不能太長，他適用于信息量少而通信頻繁的系統(tǒng)應(yīng)用。此外，隨著系統(tǒng)容量增加，SMS還會加重GSM網(wǎng)絡(luò)控制信道的負(fù)擔(dān)。

3．3　利用GSM的高速數(shù)據(jù)通道通信的設(shè)計方法
　　
在以上2種數(shù)據(jù)傳送手段中，數(shù)據(jù)速率都較慢，只適合傳輸諸如GPS數(shù)據(jù)、報警信息、控制信息等較短的數(shù)據(jù)，若傳輸監(jiān)控圖像、移動終端下載地理信息就比較困難，為此，需要進(jìn)一步提高GSM通信網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率。GRPS（通用分組無線服務(wù)）是最近興起的一種新技術(shù)，他通過在原有GSM網(wǎng)上添加協(xié)議關(guān)口和改動少量設(shè)備，就可以提供高達(dá)115．2 kb／s的數(shù)據(jù)傳輸速率，GRPS支持X．25，TCP／IP等協(xié)議?，F(xiàn)在世界上許多大公司都在抓緊開發(fā)GRPS功能，國內(nèi)東方通信公司和Motorola公司在合作開發(fā)GRPS手機(jī)和相關(guān)設(shè)備。提高GSM數(shù)據(jù)傳輸速率的另外一種技術(shù)稱為EDGE（增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率），他可支持384 kb／s的數(shù)據(jù)速率。
　　
在以上3種設(shè)計方法中，利用GSM的GPRS或EDGE

提供的高速數(shù)據(jù)通道通信是比較理想的一種方式，目前正在研究開發(fā)過程中，GSM的話音通道應(yīng)用最普及，但通信費(fèi)較高，利用SMS業(yè)務(wù)傳輸數(shù)據(jù)是最經(jīng)濟(jì)、合理的方法，而且SMS業(yè)務(wù)也正在逐步走向普及。

4　移動監(jiān)控定位系統(tǒng)的業(yè)務(wù)功能
　　
基于GSM通信網(wǎng)設(shè)計的移動監(jiān)控定位系統(tǒng)可提供以下幾種功能：
　　
　?。?）定位功能　通過移動終端發(fā)送的GPS信息，監(jiān)控中心可對移動目標(biāo)進(jìn)行實時的跟蹤定位，監(jiān)控移動目標(biāo)的行使速度、運(yùn)行狀態(tài)，并且可以通過GIS系統(tǒng)在地圖上實時顯示運(yùn)動軌跡；相反，監(jiān)控中心通過地圖可查詢區(qū)域內(nèi)車輛的有關(guān)資料，如車輛牌照、單位名稱、司機(jī)姓名、行使速度等。

　?。?）調(diào)度指揮功能　因為監(jiān)控中心掌握各個移動目標(biāo)的地理位置和運(yùn)行狀態(tài)，可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)度指揮。例如在出租車運(yùn)營中采用此系統(tǒng)，監(jiān)控中心可根據(jù)客戶叫車電話通知附近車輛前去服務(wù)。

    （3）報警功能　移動終端發(fā)送的報警信息分為自身故障報警信息和突發(fā)事件報警信息2種，以長途客運(yùn)車為例，自身故障報警包括車輛漏油、發(fā)動機(jī)狀態(tài)異常等；突發(fā)事件報警信息包括行車途中遭遇路橋坍塌、交通事故、攔路搶劫等。當(dāng)出現(xiàn)警情時，監(jiān)控中心可根據(jù)客車的報警信息分類處理，通過與110、120聯(lián)網(wǎng)及時通知交通、公安部門。

　?。?）視頻監(jiān)控功能　通過加裝攝像頭，監(jiān)控中心可隨時查看移動目標(biāo)的視頻圖像并進(jìn)行錄像，如可監(jiān)視長途客運(yùn)車司機(jī)在途中有無違規(guī)拉客、拒載行為，若車內(nèi)發(fā)生搶劫、偷盜等犯罪事件，可通過錄像回放協(xié)助破案，等等。

　　（5）通話功能　當(dāng)采用SMS或高速數(shù)據(jù)通道傳輸64數(shù)據(jù)時，在數(shù)據(jù)傳輸過程中，移動終端還具有正常GSM數(shù)字電話功能。

　?。?）導(dǎo)向功能　在移動車內(nèi)安裝GIS系統(tǒng)，可以實現(xiàn)車輛自我導(dǎo)向功能，而且全國漫游。

　?。?）歷史資料查詢功能　用戶可以通過監(jiān)控中心的記錄查詢移動終端的歷史情況，如查詢車輛在過去某個時間的位置、速度、狀態(tài)等數(shù)據(jù)，并可進(jìn)行運(yùn)行軌跡回放。
　　
在實際系統(tǒng)設(shè)計中，針對不同的用途，系統(tǒng)可繁可簡，小到點—點的監(jiān)控，大到幾百個移動終端的監(jiān)控定位系統(tǒng)，業(yè)務(wù)功能如GPS定位、視頻圖像監(jiān)控等也可根據(jù)需要進(jìn)行添加或刪除。

5　結(jié)　語
　　
移動監(jiān)控定位系統(tǒng)在我國有很大的市場潛能，近幾年在全國各地建起了不同形式的移動監(jiān)控定位系統(tǒng)，如GPS車輛跟蹤系統(tǒng)、移動指揮調(diào)度系統(tǒng)、車輛導(dǎo)航系統(tǒng)等。2000年5月，上海市建成了公用移動GPS系統(tǒng)，他使用GSM作為通信平臺，為上海以及華東地區(qū)的用戶提供GPS定位及監(jiān)控信息服務(wù)，用戶只需要購買GPS車載設(shè)備就可以加入網(wǎng)絡(luò)。北京市也已建成GSM／GPS衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)，他以衛(wèi)星通信為基礎(chǔ)，可提供高精度的三維定位信息，將向公眾開放靜態(tài)車
輛防盜、動態(tài)車輛追蹤等服務(wù)。
　　
另外，國內(nèi)許多通信網(wǎng)絡(luò)公司可以提供GPS接收機(jī)、GSM／GPS一體機(jī)、GIS系統(tǒng)、系統(tǒng)監(jiān)控軟件平臺及整套系統(tǒng)解決方案，但由于剛剛起步，系統(tǒng)設(shè)計還存在許多問題，例如：監(jiān)控軟件功能比較落后，動態(tài)數(shù)據(jù)處理能力較差；數(shù)據(jù)通信格式不統(tǒng)一，不同廠商間的產(chǎn)品不兼容；由于監(jiān)控數(shù)據(jù)通過無線傳輸，多數(shù)系統(tǒng)未采取加密措施，監(jiān)控定位信息很容易被截獲等。

參考文獻(xiàn)

［1］　趙榮黎．?dāng)?shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)［M］．北京：電子工業(yè)出版社，1997．
［2］　丁瑾，吳文昊，等．?dāng)?shù)字無線本地環(huán)路系統(tǒng)［M］．北京：電子工業(yè)出版社，1997．
［3］　郭峰，等．無線局域網(wǎng)［M］．北京：電子工業(yè)出版社，1997．
［4］　樊昌信，等．通信原理［M］．北京：國防工業(yè)出版社，1981．
［5］　賈玉濤，等．實用移動無線電通信［M］．北京：國防工業(yè)出版社，1995．
［6］　鄭祖輝，等．集群移動通信工程［M］．北京：人民郵電出版社，1996．