基于CDPD的智能車輛管理系統(tǒng)
基于CDPD的智能車輛管理系統(tǒng) 上海郵電移動數據通信有限公司 黃平 鄭武 摘要： 本文主要闡述了智能車輛管理系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)的結構并分析了各部分的原理，結 合實際的車輛管理系統(tǒng)，介紹了其工作原理，對系統(tǒng)中的不足及其進一步修改提出了看 法。 關鍵詞： 智能車輛管理系統(tǒng)、TOC、CDPD、GPS Abstract: Each subsystem structure and principle of Intelligent Vehicle Information System is described. According to practical system, its working principle is introduced and some suggestion is given for the fault of the system. Key Word: Intelligent Vehicle Information System, TOC (Traffic Operation Center), CDPD (Cellular Digital Packet Data), GPS (Global Position System) 一、引言 隨著交通事業(yè)的發(fā)展，人們對車輛管理的需求也越來越高，在公交、出租以及企事 業(yè)單位的內部，如何行之有效地提高車輛的使用效率，加強管理也成為一個日益重要的 問題，隨之一系列的智能車輛管理系統(tǒng)應運而生。 二、系統(tǒng)體系結構及功能 智能車輛管理系統(tǒng)集成了現(xiàn)代移動通信技術、GPS技術以及計算機技術等。系統(tǒng)由交 通操作中心（TOC）、移動終端以及選擇的移動通信網絡三部分組成。 1．TOC是整個智能車輛管理系統(tǒng)的核心所在。操作中心的功能達到的程度就決定了 TOC系統(tǒng)設計的復雜度。 TOC可以歸納為4個主要的子系統(tǒng)（子系統(tǒng)間關系如圖1所示）： o 數據庫系統(tǒng)：用于存儲從多個信息源接收到的數據； o 用戶接口：該模塊提供給操作者執(zhí)行管理和控制功能，例如監(jiān)視網絡的當前狀態(tài) 、管理用戶帳戶等。顯然，一個很重要的需求就是快的系統(tǒng)響應速度和刷新速 率；另外還要求交互的友好以減少操作失 敗的可能； o 與交通管理相關的功能（TRF）：該模塊執(zhí)行所有的計算為車輛提供相關的交通信 息，其利用來自于數據源的實時數據，對其進行分析并采用預測模型來進行交 通管理； o 通信子系統(tǒng)：在TOC和車載系統(tǒng)之間負責信息傳輸的主要接口，用于向車輛發(fā)送信 息，以指導車輛花費最短的時間到達目的地；從車輛接收定位信息以及來自于 公路感應器等傳感器上的道路擁塞信息等。 圖1 TOC各子系統(tǒng)之間的關系 . 2．有關無線技術的選擇： 當前存在著許多種的無線傳輸技術，因而對于車輛管理系統(tǒng)來說，面臨著多 種選擇，這種多樣性也會大大影響管理系統(tǒng)的可行性。這項決定必須基于對無線傳輸手 段的成本和一系列的性能參數的清晰考慮之上。 主要考慮的內容包括：可靠性、網絡覆蓋狀況、傳輸機制和系統(tǒng)安全性等（目前國內 幾種主要移動通信網的比較如表1所示）。 | | | |平均數|設備及| | |模擬 |支持語| |技術 |可靠性|覆蓋 |據速率|通信 |安全性|模式 |或 |音或數| | | | |(kbps)|費用等| | |數字 |據 | |第一代| | | | | | | |兩者 | |蜂窩 |一般 |較好 |9.6 |一般 |差 |雙工 |模擬 |均可 | |第二代| | | |一般~ | | | |兩者 | |蜂窩 |很好 |較好 |9.6 |較好 |很好 |雙工 |數字 |均可 | |CDPD |很好 |一般 |19.2 |很好 |很好 |雙工 |數字 |數據 | 表1 目前國內幾種移動通信網的比較 從以上目前國內存在的幾種移動通信網可以看出，CDPD網絡在可靠性、數據速率、成 本費用和安全性等方面等都具有一定的優(yōu)勢： o CDPD系統(tǒng)采用了空間分集接收技術以及FEC同ARQ相結合的差錯控制技術，改善了無 線信號傳輸中由于衰落和多徑效應等造成的信號損傷，提高了系統(tǒng)的可靠性； o 無線終端在登錄系統(tǒng)時，系統(tǒng)需比較其ARN和ASN，以決定其是否有獲得網絡服務的 權限，隨后動態(tài)交換一對密鑰，采用RC40加密，加強了無線鏈路上數據的安全性 ； o CDPD是無線的IP網絡，每個無線終端都有自己的IP地址，可以方便地與其它通信網 絡（如DDN、X.25和ISDN等）進行互聯(lián)； o CDPD網絡作為數據通信網絡，一般按照數據量來計費，而且其鏈路的使用效率較高 ，因此費用比較便宜。 CDPD技術區(qū)別于以往的以電路交換為基礎的移動通信技術，采用了分組數據傳輸，因 此特別適合于突發(fā)數據的傳輸。避免了電路交換進行的數據通信首先必須進行連接。從 而造成接續(xù)時間很長而實際傳輸時間又很短的弊病。實際上，在車輛管理系統(tǒng)之中，不 論是移動終端送至操作中心的定位數據還是下傳的控制指令，都是屬于小數據量的信息 。因此，作為這種應用，CDPD技術是一種優(yōu)選的方案。 當然由于CDPD的發(fā)展的時間比較晚，正處于成長壯大期，網絡的覆蓋問題還有待于進 一步完善。 3．無線終端 基于CDPD網絡傳輸的車輛管理系統(tǒng)的無線終端部分由三個模塊組成：GPS接收機模塊、 CDPD Modem模塊和數據處理及串口通信模塊。 GPS系統(tǒng)是基于衛(wèi)星的無線電導航系統(tǒng),提供了對無限數量用戶的全球連續(xù)覆蓋，用戶 配置了接收機后就可以處理由衛(wèi)星廣播的信號。GPS導航衛(wèi)星距離地面高度約為20200km ，其覆蓋區(qū)域之大是任何地面導航臺所不及的，GPS的衛(wèi)星數目較多且分布合理，所以地 球上任何地點都可連續(xù)同步地觀測到至少4顆衛(wèi)星，從而構成全球定位。 CDPD網絡用戶必須通過CDPD Modem來獲得無線通信的接入，其與網絡之間的通信是通過A接口來實現(xiàn)的。根據定義， 其物理位置可以隨著時間的變化而變化，但必須保持連續(xù)的網絡接入。無線資源管理以 及移動性管理能夠保證無線終端平滑地進行越區(qū)切換和漫游。 三、智能車輛管理系統(tǒng)的實現(xiàn) 智能車輛管理系統(tǒng)實現(xiàn)的網絡框圖如圖2所示。由于CDPD作為無線的IP網絡，可方便地 與DDN、X.25和ISDN等網絡互聯(lián)，因此來自于移動終端的定位數據通過CDPD網絡，再經過 其它網絡傳輸傳送至指定的服務器。 在實際的車輛管理系統(tǒng)之中，交通操作中心（TOC）采用了客戶機- 服務器的體系結構。 服務器上的應用主要由兩部分組成： o 定位數據采集及其處理； o 數據庫采用的是Microsoft SQL Server6.5，用于存儲定位數據、用戶信息、車輛里程統(tǒng)計信息等。 其工作原理是：收集來自于移動終端的定位信息，寫入數據庫中，同時將包含定位信 息的該份報文發(fā)送給客戶機，以便于客戶機的實時處理與軌跡顯示；數據庫中保存了一 段時期的車輛軌跡信息，以便于歷史回放等功能的實現(xiàn)。另外，在數據庫的設計之中， 還加入了有關過橋及隧道的次數統(tǒng)計，通過連續(xù)分析車輛的經緯度進行實時統(tǒng)計。 圖2 智能車輛管理系統(tǒng)網絡結構圖 客戶端的實現(xiàn)中，采用了電子地圖，在客戶機收到來自于服務器轉發(fā)的定位信息時， 根據經緯度值顯示在電子地圖上并進行動態(tài)地更新。客戶端中還包括一系列對數據庫的 處理操作，增加、刪除和修改車輛信息、用戶信息以及設定用戶權限等。另外，除了獲 取車輛的運行狀態(tài)信息之外，操作控制中心還可以發(fā)出信息用于控制車輛的運行，從而 做到對整個運行狀況的縱覽。 終端主要就是在單片機的控制之下，將來自于GPS接收模塊的信息按照預先設定的發(fā)送 頻度，發(fā)送給CDPD Modem，通過CDPD網絡發(fā)送給控制中心；同時還要將來自于控制中心的指令進行分析，以 決定下一步的行動。 當然整個系統(tǒng)的設計中還是有一些不足的。例如，終端的實現(xiàn)中，目前的產品還不能 根據車速來動態(tài)地決定發(fā)送間隔，這就會造成車速很慢時，會發(fā)送大量冗余的數據，造 成服務器的處理負擔，也加大了CDPD的網絡流量；智能車輛管理系統(tǒng)的“智能”程度還需 要進一步地完善，如對道路擁塞程度的分析以指引其它車輛及時避開，還需要和其它智 能系統(tǒng)的互聯(lián)進行實時數據交換才能得到，而我們現(xiàn)在的相對還是一個獨立的系統(tǒng)。這 一切都需要在軟件的進一步開發(fā)中得到完善。 四、結束語 從智能車輛管理系統(tǒng)的框架體系結構和具體實現(xiàn)中可以看出，系統(tǒng)是順應現(xiàn)代交通管 理以及企業(yè)內部管理的需求，技術上是可行的，同時CDPD技術也為數據傳輸提供了一個 優(yōu)秀的網絡基礎。 實際上，無線數據通信領域的應用有著非常巨大的市場，許多原本為話音設計的移動 網絡也正在開展一系列的附加業(yè)務來支持分組服務，如GSM中的GPRS技術等。CDPD在無線 ATM、無線POS、車輛定位和遙感遙測等方面都有著出色的應用，同時CDPD也面臨著嚴峻 的挑戰(zhàn)，其網絡覆蓋以及頻率資源問題制約了許多應用的開展。 參考文獻： 1.CDPD System Specification Release1.1-January 19,1995 2. Peter Rysavy, Wirelesss IP: Ready to Lift Off, March 1999 3.Scott D. Elliott, Daniel J. Dailey, Wireless Communications for Intelligent Transportation Systems, Artech House, Inc., 1995 ----------------------- [pic] [pic]
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