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(dòng)數(shù)據(jù)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(gè)子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)并分析了各部分的原理，結(jié) 合實(shí)際的車輛管理系統(tǒng)，介紹了其工作原理，對(duì)系統(tǒng)中的不足及其進(jìn)一步修改提出了看 法。 關(guān)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(duì)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(nèi)部，如何行之有效地提高車輛的使用效率，加強(qiáng)管理也成為一個(gè)日益重要的 問題，隨之一系列的智能車輛管理系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。 二、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)及功能 智能車輛管理系統(tǒng)集成了現(xiàn)代移動(dòng)通信技術(shù)、GPS技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)等。系統(tǒng)由交 通操作中心（TOC）、移動(dòng)終端以及選擇的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)三部分組成。 1．TOC是整個(gè)智能車輛管理系統(tǒng)的核心所在。操作中心的功能達(dá)到的程度就決定了 TOC系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。 TOC可以歸納為4個(gè)主要的子系統(tǒng)（子系統(tǒng)間關(guān)系如圖1所示）： o 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：用于存儲(chǔ)從多個(gè)信息源接收到的數(shù)據(jù)； 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(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前狀態(tài) 、管理用戶帳戶等。顯然，一個(gè)很重要的需求就是快的系統(tǒng)響應(yīng)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(guān)的功能（TRF）：該模塊執(zhí)行所有的計(jì)算為車輛提供相關(guān)的交通信 息，其利用來自于數(shù)據(jù)源的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行分析并采用預(yù)測(cè)模型來進(jìn)行交 通管理； o 通信子系統(tǒng)：在TOC和車載系統(tǒng)之間負(fù)責(zé)信息傳輸?shù)闹饕涌?，用于向車輛發(fā)送信 息，以指導(dǎo)車輛花費(fèi)最短的時(shí)間到達(dá)目的地；從車輛接收定位信息以及來自于 公路感應(yīng)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(guān)系 . 2．有關(guān)無線技術(shù)的選擇： 當(dāng)前存在著許多種的無線傳輸技術(shù)，因而對(duì)于車輛管理系統(tǒng)來說，面臨著多 種選擇，這種多樣性也會(huì)大大影響管理系統(tǒng)的可行性。這項(xiàng)決定必須基于對(duì)無線傳輸手 段的成本和一系列的性能參數(shù)的清晰考慮之上。 主要考慮的內(nèi)容包括：可靠性、網(wǎng)絡(luò)覆蓋狀況、傳輸機(jī)制和系統(tǒng)安全性等（目前國(guó)內(nèi) 幾種主要移動(dòng)通信網(wǎng)的比較如表1所示）。 | | | |平均數(shù)|設(shè)備及| | |模擬 |支持語| |技術(shù) |可靠性|覆蓋 |據(jù)速率|通信 |安全性|模式 |或 |音或數(shù)| | | | |(kbps)|費(fèi)用等| | |數(shù)字 |據(jù) | |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(shù)字 |均可 | |CDPD |很好 |一般 |19.2 |很好 |很好 |雙工 |數(shù)字 |數(shù)據(jù) | 表1 目前國(guó)內(nèi)幾種移動(dòng)通信網(wǎng)的比較 從以上目前國(guó)內(nèi)存在的幾種移動(dòng)通信網(wǎng)可以看出，CDPD網(wǎng)絡(luò)在可靠性、數(shù)據(jù)速率、成 本費(fèi)用和安全性等方面等都具有一定的優(yōu)勢(shì)： o CDPD系統(tǒng)采用了空間分集接收技術(shù)以及FEC同ARQ相結(jié)合的差錯(cuò)控制技術(shù)，改善了無 線信號(hào)傳輸中由于衰落和多徑效應(yīng)等造成的信號(hào)損傷，提高了系統(tǒng)的可靠性； o 無線終端在登錄系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)需比較其ARN和ASN，以決定其是否有獲得網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的 權(quán)限，隨后動(dòng)態(tài)交換一對(duì)密鑰，采用RC40加密，加強(qiáng)了無線鏈路上數(shù)據(jù)的安全性 ； o CDPD是無線的IP網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)無線終端都有自己的IP地址，可以方便地與其它通信網(wǎng) 絡(luò)（如DDN、X.25和ISDN等）進(jìn)行互聯(lián)； o CDPD網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，一般按照數(shù)據(jù)量來計(jì)費(fèi)，而且其鏈路的使用效率較高 ，因此費(fèi)用比較便宜。 CDPD技術(shù)區(qū)別于以往的以電路交換為基礎(chǔ)的移動(dòng)通信技術(shù)，采用了分組數(shù)據(jù)傳輸，因 此特別適合于突發(fā)數(shù)據(jù)的傳輸。避免了電路交換進(jìn)行的數(shù)據(jù)通信首先必須進(jìn)行連接。從 而造成接續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)而實(shí)際傳輸時(shí)間又很短的弊病。實(shí)際上，在車輛管理系統(tǒng)之中，不 論是移動(dòng)終端送至操作中心的定位數(shù)據(jù)還是下傳的控制指令，都是屬于小數(shù)據(jù)量的信息 。因此，作為這種應(yīng)用，CDPD技術(shù)是一種優(yōu)選的方案。 當(dāng)然由于CDPD的發(fā)展的時(shí)間比較晚，正處于成長(zhǎng)壯大期，網(wǎng)絡(luò)的覆蓋問題還有待于進(jìn) 一步完善。 3．無線終端 基于CDPD網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)能囕v管理系統(tǒng)的無線終端部分由三個(gè)模塊組成：GPS接收機(jī)模塊、 CDPD Modem模塊和數(shù)據(jù)處理及串口通信模塊。 GPS系統(tǒng)是基于衛(wèi)星的無線電導(dǎo)航系統(tǒng),提供了對(duì)無限數(shù)量用戶的全球連續(xù)覆蓋，用戶 配置了接收機(jī)后就可以處理由衛(wèi)星廣播的信號(hào)。GPS導(dǎo)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(dǎo)航臺(tái)所不及的，GPS的衛(wèi)星數(shù)目較多且分布合理，所以地 球上任何地點(diǎn)都可連續(xù)同步地觀測(cè)到至少4顆衛(wèi)星，從而構(gòu)成全球定位。 CDPD網(wǎng)絡(luò)用戶必須通過CDPD Modem來獲得無線通信的接入，其與網(wǎng)絡(luò)之間的通信是通過A接口來實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)定義， 其物理位置可以隨著時(shí)間的變化而變化，但必須保持連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)接入。無線資源管理以 及移動(dòng)性管理能夠保證無線終端平滑地進(jìn)行越區(qū)切換和漫游。 三、智能車輛管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 智能車輛管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)框圖如圖2所示。由于CDPD作為無線的IP網(wǎng)絡(luò)，可方便地 與DDN、X.25和ISDN等網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，因此來自于移動(dòng)終端的定位數(shù)據(jù)通過CDPD網(wǎng)絡(luò)，再經(jīng)過 其它網(wǎng)絡(luò)傳輸傳送至指定的服務(wù)器。 在實(shí)際的車輛管理系統(tǒng)之中，交通操作中心（TOC）采用了客戶機(jī)- 服務(wù)器的體系結(jié)構(gòu)。 服務(wù)器上的應(yīng)用主要由兩部分組成： o 定位數(shù)據(jù)采集及其處理； o 數(shù)據(jù)庫采用的是Microsoft SQL Server6.5，用于存儲(chǔ)定位數(shù)據(jù)、用戶信息、車輛里程統(tǒng)計(jì)信息等。 其工作原理是：收集來自于移動(dòng)終端的定位信息，寫入數(shù)據(jù)庫中，同時(shí)將包含定位信 息的該份報(bào)文發(fā)送給客戶機(jī)，以便于客戶機(jī)的實(shí)時(shí)處理與軌跡顯示；數(shù)據(jù)庫中保存了一 段時(shí)期的車輛軌跡信息，以便于歷史回放等功能的實(shí)現(xiàn)。另外，在數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)之中， 還加入了有關(guān)過橋及隧道的次數(shù)統(tǒng)計(jì)，通過連續(xù)分析車輛的經(jīng)緯度進(jìn)行實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)。 圖2 智能車輛管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 客戶端的實(shí)現(xiàn)中，采用了電子地圖，在客戶機(jī)收到來自于服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)的定位信息時(shí)， 根據(jù)經(jīng)緯度值顯示在電子地圖上并進(jìn)行動(dòng)態(tài)地更新?？蛻舳酥羞€包括一系列對(duì)數(shù)據(jù)庫的 處理操作，增加、刪除和修改車輛信息、用戶信息以及設(shè)定用戶權(quán)限等。另外，除了獲 取車輛的運(yùn)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(yùn)行，從而 做到對(duì)整個(gè)運(yùn)行狀況的縱覽。 終端主要就是在單片機(jī)的控制之下，將來自于GPS接收模塊的信息按照預(yù)先設(shè)定的發(fā)送 頻度，發(fā)送給CDPD Modem，通過CDPD網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給控制中心；同時(shí)還要將來自于控制中心的指令進(jìn)行分析，以 決定下一步的行動(dòng)。 當(dāng)然整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中還是有一些不足的。例如，終端的實(shí)現(xiàn)中，目前的產(chǎn)品還不能 根據(jù)車速來動(dòng)態(tài)地決定發(fā)送間隔，這就會(huì)造成車速很慢時(shí)，會(huì)發(fā)送大量冗余的數(shù)據(jù)，造 成服務(wù)器的處理負(fù)擔(dān)，也加大了CDPD的網(wǎng)絡(luò)流量；智能車輛管理系統(tǒng)的“智能”程度還需 要進(jìn)一步地完善，如對(duì)道路擁塞程度的分析以指引其它車輛及時(shí)避開，還需要和其它智 能系統(tǒng)的互聯(lián)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換才能得到，而我們現(xiàn)在的相對(duì)還是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)。這 一切都需要在軟件的進(jìn)一步開發(fā)中得到完善。 四、結(jié)束語 從智能車輛管理系統(tǒng)的框架體系結(jié)構(gòu)和具體實(shí)現(xiàn)中可以看出，系統(tǒng)是順應(yīng)現(xiàn)代交通管 理以及企業(yè)內(nèi)部管理的需求，技術(shù)上是可行的，同時(shí)CDPD技術(shù)也為數(shù)據(jù)傳輸提供了一個(gè) 優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。 實(shí)際上，無線數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域的應(yīng)用有著非常巨大的市場(chǎng)，許多原本為話音設(shè)計(jì)的移動(dòng) 網(wǎng)絡(luò)也正在開展一系列的附加業(yè)務(wù)來支持分組服務(wù)，如GSM中的GPRS技術(shù)等。CDPD在無線 ATM、無線POS、車輛定位和遙感遙測(cè)等方面都有著出色的應(yīng)用，同時(shí)CDPD也面臨著嚴(yán)峻 的挑戰(zhàn)，其網(wǎng)絡(luò)覆蓋以及頻率資源問題制約了許多應(yīng)用的開展。 參考文獻(xiàn)： 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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