基于cdpd的智能车辆管理系统研究

基于CDPD的智能车辆管理系统上海邮电移动数据通信有限公司黄平 郑武摘要：本文主要阐述了智能车辆管理系统的各个子系统的结构并分析了各部分的原理，结合实际的车辆管理系统，介绍了其工作原理，对系统中的不足及其进一步修改提出了看法。关键词：智能车辆管理系统、TOC、CDPD、GPSAbstract: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、引言随着交通事业的发展，人们对车辆管理的需求也越来越高，在公交、出租以及企事业单位的内部，如何行之有效地提高车辆的使用效率，加强管理也成为一个日益重要的问题，随之一系列的智能车辆管理系统应运而生。二、系统体系结构及功能智能车辆管理系统集成了现代移动通信技术、GPS技术以及计算机技术等。系统由交通操作中心（TOC）、移动终端以及选择的移动通信网络三部分组成。1TOC是整个智能车辆管理系统的核心所在。操作中心的功能达到的程度就决定了TOC系统设计的复杂度。TOC可以归纳为4个主要的子系统（子系统间关系如图1所示）：l 数据库系统：用于存储从多个信息源接收到的数据；l 用户接口：该模块提供给操作者执行管理和控制功能，例如监视网络的当前状态、管理用户帐户等。显然，一个很重要的需求就是快的系统响应速度和刷新速率；另外还要求交互的友好以减少操作失 败的可能；l 与交通管理相关的功能（TRF）：该模块执行所有的计算为车辆提供相关的交通信息，其利用来自于数据源的实时数据，对其进行分析并采用预测模型来进行交通管理；l 通信子系统：在TOC和车载系统之间负责信息传输的主要接口，用于向车辆发送信息，以指导车辆花费最短的时间到达目的地；从车辆接收定位信息以及来自于公路感应器等传感器上的道路拥塞信息等。图1 TOC各子系统之间的关系.2有关无线技术的选择：当前存在着许多种的无线传输技术，因而对于车辆管理系统来说，面临着多种选择，这种多样性也会大大影响管理系统的可行性。这项决定必须基于对无线传输手段的成本和一系列的性能参数的清晰考虑之上。主要考虑的内容包括：可靠性、网络覆盖状况、传输机制和系统安全性等（目前国内几种主要移动通信网的比较如表1所示）。技术可靠性覆盖平均数据速率(kbps)设备及通信 费用等安全性模式模拟或数字支持语音或数据第一代蜂窝一般较好9.6一般差双工模拟两者均可第二代蜂窝很好较好9.6一般较好很好双工数字两者均可CDPD很好一般19.2很好很好双工数字数据表1 目前国内几种移动通信网的比较从以上目前国内存在的几种移动通信网可以看出，CDPD网络在可靠性、数据速率、成本费用和安全性等方面等都具有一定的优势：l CDPD系统采用了空间分集接收技术以及FEC同ARQ相结合的差错控制技术，改善了无线信号传输中由于衰落和多径效应等造成的信号损伤，提高了系统的可靠性；l 无线终端在登录系统时，系统需比较其ARN和ASN，以决定其是否有获得网络服务的权限，随后动态交换一对密钥，采用RC40加密，加强了无线链路上数据的安全性；l CDPD是无线的IP网络，每个无线终端都有自己的IP地址，可以方便地与其它通信网络（如DDN、X.25和ISDN等）进行互联；l CDPD网络作为数据通信网络，一般按照数据量来计费，而且其链路的使用效率较高，因此费用比较便宜。CDPD技术区别于以往的以电路交换为基础的移动通信技术，采用了分组数据传输，因此特别适合于突发数据的传输。避免了电路交换进行的数据通信首先必须进行连接。从而造成接续时间很长而实际传输时间又很短的弊病。实际上，在车辆管理系统之中，不论是移动终端送至操作中心的定位数据还是下传的控制指令，都是属于小数据量的信息。因此，作为这种应用，CDPD技术是一种优选的方案。当然由于CDPD的发展的时间比较晚，正处于成长壮大期，网络的覆盖问题还有待于进一步完善。3无线终端基于CDPD网络传输的车辆管理系统的无线终端部分由三个模块组成：GPS接收机模块、CDPD Modem模块和数据处理及串口通信模块。GPS系统是基于卫星的无线电导航系统,提供了对无限数量用户的全球连续覆盖，用户配置了接收机后就可以处理由卫星广播的信号。GPS导航卫星距离地面高度约为20200km，其覆盖区域之大是任何地面导航台所不及的，GPS的卫星数目较多且分布合理，所以地球上任何地点都可连续同步地观测到至少4颗卫星，从而构成全球定位。CDPD网络用户必须通过CDPD Modem来获得无线通信的接入，其与网络之间的通信是通过A接口来实现的。根据定义，其物理位置可以随着时间的变化而变化，但必须保持连续的网络接入。无线资源管理以及移动性管理能够保证无线终端平滑地进行越区切换和漫游。三、智能车辆管理系统的实现智能车辆管理系统实现的网络框图如图2所示。由于CDPD作为无线的IP网络，可方便地与DDN、X.25和ISDN等网络互联，因此来自于移动终端的定位数据通过CDPD网络，再经过其它网络传输传送至指定的服务器。在实际的车辆管理系统之中，交通操作中心（TOC）采用了客户机-服务器的体系结构。服务器上的应用主要由两部分组成：l 定位数据采集及其处理；l 数据库采用的是Microsoft SQL Server6.5，用于存储定位数据、用户信息、车辆里程统计信息等。其工作原理是：收集来自于移动终端的定位信息，写入数据库中，同时将包含定位信息的该份报文发送给客户机，以便于客户机的实时处理与轨迹显示；数据库中保存了一段时期的车辆轨迹信息，以便于历史回放等功能的实现。另外，在数据库的设计之中，还加入了有关过桥及隧道的次数统计，通过连续分析车辆的经纬度进行实时统计。图2 智能车辆管理系统网络结构图客户端的实现中，采用了电子地图，在客户机收到来自于服务器转发的定位信息时，根据经纬度值显示在电子地图上并进行动态地更新。客户端中还包括一系列对数据库的处理操作，增加、删除和修改车辆信息、用户信息以及设定用户权限等。另外，除了获取车辆的运行状态信息之外，操作控制中心还可以发出信息用于控制车辆的运行，从而做到对整个运行状况的纵览。终端主要就是在单片机的控制之下，将来自于GPS接收模块的信息按照预先设定的发送频度，发送给CDPD Modem，通过CDPD网络发送给控制中心；同时还要将来自于控制中心的指令进行分析，以决定下一步的行动。当然整个系统的设计中还是有一些不足的。例如，终端的实现中，目前的产品还不能根据车速来动态地决定发送间隔，这就会造成车速很慢时，会发送大量冗余的数据，造成服务器的处理负担，也加大了CDPD的网络流量；智能车辆管理系统的“智能”程度还需要进一步地完善，如对道路拥塞程度的分析以指引其它车辆及时避开，还需要和其它智能系统的互联进行实时数据交换才能得到，而我们现在的相对还是一个独立的系统。这一切都需要在软件的进一步开发中得到完善。四、结束语从智能车辆管理系统的框架体系结构和具体实现中可以看出，系统是顺应现代交通管理以及企业内部管理的需求，技术上是可行的，同时CDPD技术也为数据传输提供了一个优秀的网络基础。实际上，无线数据通信领域的应用有着非常巨大的市场，许多原本为话音设计的移动网络也正在开展一系列的附加业务来支持分组服务，如GSM中的GPRS技术等。CDPD在无线ATM、无线POS、车辆定位和遥感遥测等方面都有着出色的应用，同时CDPD也面临着严峻的挑战，其网络覆盖以及频率资源问题制约了许多应用的开展。参考文献：1.CDPD System Specification Release1.1-January 19,19952. Peter Rysavy, Wirelesss IP: Ready to Lift O