（通信与信息系统专业论文）gsmr编组站手持终端及其软件设计.pdf

中文摘要 g s m - r 是由国际铁路联盟与欧洲电信标准组织提出的新一代铁路数字移动通 信标准，是我国铁路未来几十年内的主要通信系统。本文在分析我国铁路编组调 车作业的特点以及g s m - r 网络特性的基础上，通过对比，提出了一套适合编组站 环境的g s m - r 数字集群系统应用方案，简要叙述了各组成部分的功能。之后具体 说明了手持终端的设计方案，并着重阐述了终端软件设计以及终端与地面节点之 间的通信过程。 文章介绍了终端所使用的操作系统w i n d o w sc e n e t 及其集成开发工具 e m b e d d e dv is u a lc + + ，论述了其在嵌入式应用中的巨大优势。 根据手持终端的功能特点，文中将软件体系分为4 层结构，由低到高分别是 m a c 层、l l c 层、n e t 层、m m i 层。针对每层结构功能进行了细致的分析，提出相 应的程序设计方法，并对其中的串行通信端口控制、多线程处理机制、语音编解 码、屏幕驱动、窗口调度机制等重点部分进行了详细论述。 本文最后列出了各阶段终端软件测试方法与测试结果，对结果进行分析后提 出了优化方法，并对优化前后的性能进行了对比。 关键词：g s m r 、编组站、手持终端、w i n d o w sc e n e t a b s t r a c t g s m - rw h i c hw i l lb et h em a i nc o m m u n i c a t i o ns y s t e mo fc h i n ar a i l w a yi n s e v e r a ld e c a d e si san e wg e n e r a t i o no fd i g i t a lm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns t a n d a r df o r m i l w a y w h i c hw a sp r e s e n t e db yi n t e r n a t i o n a lu n i o no fr a i l w a ya n de u r o p e a n t e l e c o m m u n i c a t i o ns t a n d a r di n s t i t u t e t h ep a p e rg i v e sam e t h o df o rg s m - rd i g i t a l t r u n k i n gs y s t e m sa p p l i c a t i o na t c h i n am a s h a l l i n gs t a t i o n , w h i c hi sb a s e do nt h e a n a l y s i s o ft h eg s m rn e t w o r k sc h a r a c t e r i s t i c sa n dt h es p e c i a l t yo fc h i n a m a s h a l l i n gs t a t i o n t h ep a r t so ft h ec o m m u n i c a t i o ns y s t e ma r ed e s c r i p t e da n dt h e h a n d s e t sd e s i g nm e t h o d ，p a r t i c u l a r l yt h es o f t w a r ed e s i g nm e t h o da n dt h ep r o c e s so f c o m m u n i c a t i o nb e t w e e nh a n d s e tt e r m i n a l sa n dt h ef i xp o i n t ，a r ed e m o n s t r a t e d t h ep a p e ri n t r o d u c e st h ew m d o w sc e n e ts y s t e mu s e df o rt h eh a n d s e t 弱w e l l 雒t h ee m b e d d e dv i s u a lc + + i n t e g r a t e dd e v e l o p i n ge n v i r o n m e n t 。a n ds h o w st h e i m p o r t a n c eo fi ti nt h ee m b e d d e da p p l i c a t i o n s t h es o f t w a r ea r c h i t e c t u r ec o n s i s t so f4l a y e r sw h i c ha l em a ci a y e r , l l cl a y e r , n e t l a y e ra n dm m il a y e rf r o ml o wt oh i 曲a c c o r d i n gt o t h eh a n d s e tt e r m i n a l s f u n c t i o n a lc h a r a c t e r i s t i c s t h ef u n c t i o n so fe a c hl a y e ra l ea n a l y s e da n dp r o g a m m e d e s i g nm e t h o d sa l ep r e s e n t e d ，i nw h i c ht h em o s ti m p o r t a n tp a r ts u c ha sc o n t r o l l i n g c o m m u n i c a t i o np o r t , m e c h a n i s mo fm u l t i - t h r e a d , v o i c ee n c o d e ra n dd e c o d e r , l c d d r i v e r , m e c h a n i s mo fd i s p a t c h i n gw i n d o w sa r ed e m o n s t r a t e d a tt h el a s tt h et e s t i n gm e t h o di ss i v a t h ep a p e ra n a l y s e st h er e s u l t so ft e s t i n g ， t e l l st h ew a yo fo p t i m i z a t i o n ，a n dc o n t r a s t st h er e s u l t s k e yw o r d s ：g s m - rm a s h a l l i n gs t a t i o n ，h a n d s e tt e r m i n a l ，w i n d o w sc e n e t 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤壅盘茎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：卅豇交易签字只期：矽7 年月形日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤鲞盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨盗塞堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：前盔苏导师签名： 签字同期：芝唧年，月；二日 剃彳彳 签字同期：夕妒7 年月彩l ：t 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 我国铁路无线通信发展现状 近年来，我国铁路经历了重载运输、电气化改造、既有线提速、客运专线建 设等一系列的技术进步，正在向高速铁路、客运专线方向发展。铁路提速和客运 专线网络化、智能化、综合化的行车调度指挥系统需要高度可靠、高度安全、快 速接入的综合移动通信系统，以及透明、双向、大容量的车地间安全和调度指挥 的信息传输通道，推动了铁路通信信号技术的发展。【1 】 铁路通信网的功能是为旅客和铁路公务、应急抢险、行车维修等人员提供及 时可靠的通信，是一种集列车公务通信和区间移动作业通信为一体的列车移动通 信系统。我国铁路移动通信，从2 0 世纪6 0 年代开始，设备不断发展，制式不断完 善。在无线列调、平面调车、区间移动、单信道对讲机、道口无线、d l v i i s ( 调 度指挥管理信息系统) 、无线车次号传输、尾部风压无线传输、红外轴温无线传 输等方面都有较大的发展。 目前，中国铁路的无线通信设备主要包括4 0 0 - i z 无线列车调度和站场无线通 信两个系统。作为保障铁路行车安全的重要指挥通信手段，无线列车调度通信系 统共分为a ，b ，c 三种制式。 a 制式按调度员直接指挥机车行车的方式设计，以誓调度员一司机的通信 为主； b 制式按照车站指挥行车，允许调度员加入行车指挥的方式设计，以“车站 值班员一司机一车长”三者间的通话为主； c n 式按照车站值班员直接指挥行车的方式设计，可以提供车站台对调度台 的通信转接等。【2 j 另外，无线列调还可提供列车尾部风压信息传送、车机联控录音等功能。 站场无线通信系统主要用于铁路区段站、编组站间的无线通信，包括平面调 车、车号、列检等，均由相应的单位自行投资和建设，并被广泛使用。但这种4 0 0 m h z 的列车无线调度系统，仅能完成车站值班员与进入其管辖区段的列车车长以及列 车司机之间的通话联系，即仅当列车即将进站或即将出站时进行通话，在列车运 行时，一般不通话。由此可见，目前通信手段基本仍是模拟制式，所提供的业务 和功能与现代铁路运输的需要之间尚有差距，主要体现在： 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 单信道模拟无线列调制式枢纽地区同频干扰严重、信道接入困难，严重 制约铁路通信技术发展。 铁路移动数据通信业务日益增多，无线车次号、尾部风压等信息无线传 输都叠加在无线列调系统之上，造成资源紧张的无线列调信道不堪重负。 铁路工种繁多，各部门无线移动通信自成体系，不能互联互通。 模拟通信系统不能满足新一代基于通信的列车控制系统对车地间传输信 息的要求。 单信道无线列调不能满足现代铁路运输的信息化和旅客服务对车地间信 息传输提出的更高要求。 综上所述，我国铁路移动通信急需一种现代化的通信系统。 1 2 适合我国铁路发展的现代通信系统 据国际铁路联盟( c ) 对各种数字化移动通信系统研究的结果表明g s m r 和t e t r a 作为铁路下一代数字化移动通信系统都能够满足铁路未来高速重载发 展战略的需求。 1 2 1t e t r a 数字集群移动通信系统 t e t r a 为t e r r e s t f i a lt r u n k e dr a d i o ( 陆上集群无线电) 的缩写，是e t s i ( 欧洲电 信标准组织) 制定的数字集群标准。能够满足p m r ( 专用移动通信) 用户特殊需求。 具有业务多样化、频谱效率高、通信保密性好、兼容互联性强、呼叫建立快速、 调度特性良好、直通工作方式( d m o ) 等特点。与其它通信系统相比，其频谱效 率、兼容互联性、直通工作方式和安全性能方面的优势尤为突出。【3 】 作为一种数字通信系统，t e t r a 系统同样应用了数字通信系统中常用的技 术。t e t r a 的多址方式为t d m a 技术，话音编码方式为a c e l p ( 代数码本激励线 性预测) ，调制方式为r d 4 d q p s k 。 t e t r a 标准定义的业务包括承载业务、用户终端业务、补充业务三类。 承载业务提供电路模式数据( 单时隙和多时隙) 和分组模式数据两种方式，为 用户提供单时隙最大7 2 k b s ，4 时隙最大2 8 8 k b s 的用户数据传输速率。 用户终端业务为电路模式业务，包括话音业务、短数据业务( s d s ) 和状态信 息( s t a t u sm e s s a g e s ) 。 t e t r a 还定义了近3 0 种补充业务，这些补充业务大致可以分为两大类：调度 型补充业务、电话型补充业务。其中电话型补充业务与公众移动通信系统中使用 的补充业务类似。种类丰富的调度型补充业务是t e t r a 的特色之一，为专业用户 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 提供了丰富的调度功能包括环境侦听、接入优先级、区域选择、调度台授权呼叫、 动态重组、迟后进入、优先呼叫、预占优先呼叫、遥闭复活等等。t 4 1 t e t r a 标准定义了以下一些实体：由基站、交换机、运行管理中心等组成的 交换和管理基础设施( s w m i ) 、移动台、有线台、处于直通模式的移动台等。 由于t e t r a 没有对s w m i 的内部组成制定标准，完全由各个厂家自己决定， 造成各个厂家的核心设备不能互通，限制了用户在核心设备上的选择性；同时也 使各个厂家在实现上具有灵活性，可以根据各自对市场和用户需求的理解实现自 己的系统，提供更多各具特色的系统，满足不同的需求。t e t r a 结合了常规通 信系统和模拟集群系统两者的优点，在同一标准中同时支持两种通信方式： t m o ( 集群模式) 和d m o ( 直通模式) 。使得用户可以在网络没有覆盖或系统资源紧 张时使用直通模式进行通信，能够充分满足专业移动用户随时随地进行通信的要 求。 1 2 2g s m r 铁路综合数字移动通信系统 g m s r 是由年国际铁路联盟( u c ) 与欧洲电信标准织( e t s i ) 共同提 出的欧洲各国铁路无线通信技术，它以g s mp h a s e 2 + 为基础，并经u i c 评估最 终确认。目前已经在欧洲各国广泛使用。 g s m r 网络，在铁路线旁安装定向天线，形成沿铁轨的椭圆形小区，相邻 小区之间部分重合形成一条沿铁路线的无缝覆盖链。g s m r 工作的频段为8 7 6 m h z 8 8 0m i - i z ( 上行) ，9 2 1m h z - 9 2 5m h z ( 下行) ，载波间隔为2 0 0 1 d - i z ，也属 时分多址，每载波8 个时隙，全速率话音编码1 3 0 k b s ，半速率话音编码6 5 k b s ， 电路交换情况提供下9 6 0 0 b s 的数据率。 g s m r 以g s mp h a s e2 + 为核心，在网络的网元、标准接口和连接的扩展上 与普通g s m 网并无大的区别，典型的应用是铁路通信网。目前在g s m 公网中 正引入一系列新技术，如优化利用频率以提高网络容量、在高话务量区域( 如车 站) 使用微蜂窝，以及多层覆盖根据速度进行越区切换等，这些技术略加改动即 可用于g s m r 铁路通信网。 与普通g s m 通信网的区别主要在于由铁路网特殊需求引起的网络结构和规 划。对于g s m r ，来自铁路网的特殊要求主要有： 列车移动速度高达2 0 0 - - - 5 0 0 k m h 的无缝通信 有限频点数( 例如2 0 个) 的有效利用 载干比( c a ) 至少1 2 d b 在一个指定区域内，9 5 的时段以及9 5 的覆盖率，信号强度大于 9 0 d b m 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 即使在g s m r 网之间切换，成功率也必须高于9 9 5 根据所使用的业务，传输通道和网络设备必须有很高的可用性 隧道内的覆盖 在车站和编站场内覆盖要好。 9 5 的通话建立时间要求较高，其余5 不高于标准的1 5 倍。 1 2 2 1g s m r 系统组成 g s m r 系统包括基站子系统、网络子系统、通用无线分业务子系统、移 动台以及运营和维护中心。 1 ) 基站子系统( b s s ) ，由基站控制器和基站收发信机成。 2 ) 网络子系统( n s s ) ，通过a 接口与基站子系统相联。 n s s 由移动交换中一5 , ( m s c ) 、拜访位置寄存器( v l r ) 、 呼寄存器( o c r ) 和归属位置寄存器( h l r ) 成。m s c 负责呼叫控制：v l r 存储当前m s c 区 内活动用户的资料；g c r 存储用于相关m s c 区的语音呼和语音广播配置 属性；h l r 存储归属用户永久性资料。 3 ) 通用分无线业务( g p r s ) 子系统，由g p r s 网关支持节点( g g s n ) 和 g p r s 业务支持节点( s g s n ) 成，负责移动分业务。 s g s n 和g g s n 是分业务的位置寄存器，其中，s g s n 存储己注册用 户的签约信息和位置信息；g g s n 存储用户签约信息和路由信息，路由信息 用于g p r s 移动台通过隧道技术，将分数据包传送到移动台注册的g g s n 上。s g s n 通过g b 接口与b s s 相联，通过g s 接口与m s c v l r 相联，通 过g r 接口与h l r 相联。g g s n 与s g s n 通过g n 接口相联，与h l r 通过 g x 接口相联，与外部数据网络通过g i 接口相联，与其他g s m r g p r s 网络通过g p 接口相联。 4 ) 移动台( m s ) ，由移动设备( m e ) 和用户识别模块( s i m 卡) 成。 移动设备与b s s 通过无线空中接口( u m ) 互联；s i m 卡包含用户特定信息。 移动设备与s i m 卡采用标准接口互联。 5 ) 运营和维护中心( o m c ) ，用于管理网络。包括计费中心，确认中一5 , ( a u c ) 和e i r 、s c p 等。i s 1 2 2 2g s m r 的业务模型 g s m r 基于g s m 的基础设施，原则上g s m 的业务都能被g s m r 继承过 来，但是作为铁路通信的专网，加入了现代通信的新技术和铁路行业特殊需求后， g s m r 提供的系统业务和g s m 有很大区别，特别是形成了面向铁路的各方面应 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 用。g s m r 的业务模型可以概括为： g s m r 业务= g s m 业务+ 语音调度业务+ 铁路应用 如图1 1 所示。g s m - r 在g s m 的基础之上，引入了g s mp h a s e2 + 阶段的 a s i c ( 高级语音呼叫项目) 功能，它包括话音呼( v g c s ) 、语音广播呼d q ( v b s ) 、 增强多优先级与强拆( e m l p p ) 。并提供了铁路特有的调度业务，包括：功能寻址、 功能号表示、接入矩阵和基于位置的寻址。以此为信息化平台，使铁路用户可以 根据自身特点开发更多的扩展应用，如：尾部风压检测、列车自动控制、平面调 车等。 铁路应用 调度通信 列车自动控制平面调车 远程控制轨道维护 铁路紧急通知 高速数字通信 尾部风压检测 区间移动通信 旅客业务 铁路基本业务 二亘至三垂二i 二至至至至三二 三至至三二 二至四 高级语音呼叫 二至至至至垂亘 二i 二二j 至 二至二二 二二二三三口 二二二二亟巫互二二 图1 1g s m r 系统业务模型 1 2 3t e t r a 与g s m r 的对比 对于g s m - r 系统而言，它可以借助目前已经相当成熟的g s m 网络技术进行 顺利推进，这一点经过e t s i 数年的开发研究已得到证实。从1 9 9 5 年开始g s m r 系统在欧洲高速铁路和一般铁路上已得到广泛应用。 对于t e t r a 系统而言在国内外铁路系统中主要应用于地铁、轻轨及公安等 部门的无线调度和监控，如英法德等国的d o l p h i n 无线通信网和我国广州北京等 地铁的t e t r a 无线通信网。目前t e t r a 系统仪应用于一些专业部门，尚未制 天津大学硕士学位论文第一章绪论 定适用于铁路的诸如列车自动控制数据信息双向传输等用途的技术规范，也未在 铁路做过现场试验和测试。 因此，尽管t e t r a 系统无论在成本、性能频段、等方面都能满足铁路未来 发展战略的需求，但g s m - r 系统在实施方面比t e t r a 系统更具有优势。 1 3g s m r 系统的优点 1 、具有良好的兼容性 由于g s m - r 系统采用主流技术，不仅可以实现在最低限度内改变现有铁路 通信方式，而且还能与公众电信网的发展趋势相融合，这种良好的兼容性可确保 铁路通信体制的标准化程度。 2 ) 具有强大的的网络功能 g s m r 系统不仅可以满足未来对铁路无线通信系统的一般要求，而且还能 够实现现有铁路全部通信业务。如无线列调、站场无线调度、作业移动通信、区 间移动通信和公务移动通信等等。 3 1 具有可扩充性和灵活性 随着g s m 技术的不断发展g s m - r 系统的性能也会不断得到扩充。例如已投 入商用的g p r s 技术可以使g s m r 系统为铁路部门提供高速无线分数据业 务，实现诸如网上订票、查询、车站信息自动播报等功能。又如g s m r 系统也 可以通过智能网平台引入各种铁路新业务等等。 4 ) 具有高容量、高可靠度和高接通率 由于g s m - r 系统采用成熟可靠技术，它能适应高速铁路通信的需求，能为 时速高达5 0 0 k m h 的列车提供诸如列车自动控制等信息发送和接收的优质通信 服务。 1 4 铁路编组站 1 4 1 概述 编站是铁路网上集中办理大量货物列车到达、解体、编 出发、直通和其 它列车作业，并为此设有比较完善的调车作业的车站。其主要任务是根据列车编 计划的要求，办理货物列车的解体和编作业。对货物列车中的车辆进行技术 检修和货运检查整理工作，并且按照运行图规定的时刻，正点接发列车。所以， 人们往往称编站为编列车的工厂。 天津大学硕士学位论文第一章绪论 编站的主要任务和作用可以归纳为： 解编各种类型的货物列车； 织和取送本地区的车流，即小运转列车； 设在编站的机务段还需供应列车动力，以及整备、检修机车； 设在编站的车辆段及其下属单位( 站修所、列检所) 负责对车辆进行 日常维修和定期检修等。 编站一般设有专用的到达、发车和调车场，以及驼峰调车设备、机车整备 和车辆检修设备。通常设在有3 条及以上的铁路交汇点，或有大量车流集散的工 矿企业、港口，大城市所在地区。位于工业区或港口附近并专为工业区或港口服 务的编站，又称工业编站或港湾编站。 1 4 2 编组站作业流程 1 ) 列车到达 由到达车号员根据接收的确报信息核对现车，根据到达车次的实际检查 情况，汇集商检、列检和列车安全检测设备提供的相关信息，修改到达确报， 然后接入相应股道而成为站存现车。 2 ) 解体作业 在到达线路上的车列进行分析，对于本站作业车、本站检修车，和到达 的中转的车辆则根据车辆的到站和分类线使用规则，编制相应的解体计划。 3 ) 编作业 依据站存车和编计划编制相应的编调车钩计划，重新编，形成待 发车列。 4 ) 列车出发 列车出发之前，由出发车号员根据货票编制列车出发编顺序表；按顺 序表对出发列车进行三核对；并将列车出发编顺序表送交统计室和发往前 方站；与出发列车车长办理交接手续。 6 1 1 4 3 编组站对通信系统的需求 目前，4 5 0 m h z 模拟通信系统应用于中国铁路编站，并且有铁路行业标准， 但仅实现了话音通信和少量信息的数据传输。编站作业中，尤其是调车作业， 仍以纸制调车作业通知单为主，需要人工领取，技术落后，效率低下。这显然不 适合当今铁路现代化的要求，在应用g s m - r 铁路综合数字移动通信系统之后， 其高速的信息传输能力使这一问题已经有了解决的平台。g s m r 技术体制虽然 在欧洲已经有实际应用，但在编站的应用上并没有国外可以借鉴的产品，同时 涉及管理体制的改变、应用部门的特殊要求，因而需要在g s m r 系统所提供的 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 业务基础之上，自行设计一套全新的应用于编站作业环境的通信系统。 通信系统需要具有以下功能： a ) 语音通信：语音通信以呼为主，各群有自己的呼。其它编场的 人员也可以有独立的呼或个呼。参与调车的群的呼持续时间很长， 一般要持续8 个小时或一整天。 b ) 安全数据传输：该数据是指挥调车机车的信号，包括停车、推进、启动 等等。信号传输时延要求是5 0 0 m s 左右，可以容忍的时延是l s 以下。 c ) 非安全数据传输：调车作业单将通过g s m - r 网络传送给各个调车群 。 调车作业单的内容一般较长约为l k - 5 k ，但传输的时延要求不高。 由此可见，编场调车业务对通信系统的核心要求是： a ) 数、话同传，即用户能同时接收语音和短数据。 b ) 安全数据传输时延5 0 0 m s 。 c ) 安全数据广播，群成员都能收到。 1 5 本课题的主要任务 1 5 1 目标 在实验室条件下初步满足铁路编站对通信系统特别是手持终端的功能及 性能要求。 1 5 2 内容 为了满足编站对通信系统性能的要求，首先要在现有g s m r 网络基础上 设计新的通信方式，并根据通信方式制定各终端及网络服务器之间的通信过程和 协议。 手持终端是本系统中最重要成部分，本设计主要针对手持终端的软件部 分，主要包括： 1 ) 设计手持终端的总体方案。 2 ) 选择手持终端所使用的操作系统。 3 ) 设计手持终端软件框架结构，制定内部信息交换方式。 4 ) 按照软件总体框架设计各部分细节，初步实现整体功能。 5 ) 测试终端软件性能，进行完善与优化。 天津大学硕士学位论文第二章g s m r 编组站通信系统方案设计 2 1 系统构成 第二章g s m - r 编组站通信系统方案设计 g s m r 编组站编组站通信系统设备包括g s m r 网络设备和终端设备。终端 设备包括调车机车控制台( 以下简称“机控台”) 、调车长手持台、连接员手持台、 制动员手持台和调车区长台。 调车机车上安装机控台，供司机操作。 调车区长信号楼设置调车区长台( 为无线固定台) 。 调车小组人员配备调车手持台。调车长配备调车长手持台，连接员配备 连接员手持台，制动员配备制动员手持台。连接员、制动员手持台功能 相同。 g s m - r 编组站平面调车系统构成见图2 - 1 。 u m 2 2 通信方式 u 图2 1g s m - r 编组站平面调车系统构成图 因为g s m r 系统中没有直接适用于中国编组站环境的通信方式，因而需要 在现有业务的基础上重新设计新的通信方式。主要的方案有三种：无调车应用节 点的电路数据方式、配置吊车应用节点的电路数据方式以及组呼状态下信令信道 传送。 天津大学硕士学位论文第二章g s m r 编组站通信系统方案设计 2 2 1 方案一无调车应用节点的电路数据方式 语音呼叫采用g s m - r 系统本身的呼叫功能实现。 调车长手持台与调车机车控制台之间建立点到点的c s d 数据链路。在调车 长放权的情况下连接员手持台和调车机车控制台之间建立电路数据连接，电路数 据采用速率为9 6 k b p s ，异步、透明的传输方式。 调车长和连接员的调车指令传送利用手持台与调车机车控制台之间的电路 数据方式实现。制动员和连接员的紧急停车指令传送利用系统的高优先级的紧急 呼叫信令实现。 调车作业单采用短消息或g p r s 方式传送。【7 】 2 2 2 方案二配置调车应用节点的电路数据方式 在g s m r 系统的无线交换中心( m s c ) 配置调车应用节点设备。 平面调车系统的所有终端设备和调车应用节点设备之问以电路交换( c s d ) 方式建立数据传输通道。电路数据采用速率为9 6 k b p s ，异步、透明的传输方式。 语音呼叫采用( 2 7 2 3 1 语音压缩编码，数据速率5 3 k b i ) s ，通信服务器进行呼 叫控制以及多路语音合成并转发。 平面调车系统各终端设备问的控制指令数据由调车应用节点设备进行转发。 调车作业单传送采用电路数据的方式，由调车应用节点设备进行转发。 2 2 3 方案三组呼状态下信令信道传送 在组呼状态下，利用信令信道传送调车指令，从而实现调车组成员在进行小 组通话的同时，可并行传送调车指令。调车指令可由调车长手持台、制动员手持 台和连接员手持台向机控台发送。 调车作业单传送采用短消息或g p r s 方式。 2 2 4 方案选择 1 ) 方案一，调车长或连接员既要与机控台建立c s d 数据连接，又要参与语 音呼叫，而在g s m r 通信系统中这两种业务无法在一个通信模块中同时进行， 因而其终端需要采用双通信模块设计，且需要两个模块同时工作。机车台甚至需 要采用3 个以上通信模块。这对于终端多天线的兼容性有较高的要求，设计上有 较大的技术难度，同时也会带来较高的制造成本。 系统中其他成员采用高优先级呼叫的方式发送紧急停车信令，虽然在g s m r 系统中紧急呼口l 有着最高优先级，但是仍然需要1 秒钟的通信建立时间，这对于 天津大学硕士学位论文第二章g s m r 编组站通信系统方案设计 5 0 0 m s 的安全数据传输响应时间来说，明显不能满足要求。 2 ) 方案二，各终端采用c s d 链路与通信服务器相连，作业时始终处于连接 状态，因而每个终端需要占用一条信道，频率资源利用率低，系统容量有限。同 时对终端电源供应要求高，终端在作业期间要求通信模块长期处于发射状态，需 要有充足的电源支持。 但由于采用了实时在线的通信方式，因此可以实现高速的信令响应以及灵活 的信令配置，其响应速度仅需要1 0 0 - - 2 0 0 m s 的时间，加上少量的系统开销，完 全能够满足5 0 0 m s 的安全数据传输要求。 3 ) 方案三，各终端使用g s m - r 系统的信令信道进行安全数据传输，在设计 上完全满足编组站的需求，调车信令响应快，信道资源利用率高，而且对终端电 源供应要求不高。但是由于涉及到网络底层的通信信道，不仅是终端的通信模块， 还需要对整个网络设备，包括b t s ，m s c 等底层通信协议进行修改，涉及的技 术难度大、范围广，开发时间长。 由上述对比可以看出，方案二与方案三都能达到编组站通信的关键要求，而 且方案三的设计合理，优势明显，但在可实施性上却比方案二差得多，需要很长 的设计、测试时间。 对于方案二的两个主要缺点：系统容量和电源供应来说，一般编组站仅有l 2 个调车班组，每个班组8 1 0 名成员，而且每个调车组工作地点不同。网络上可 以采用微蜂窝设计方案，增加小区数量，使得同样的区域内有更多的小区，实现 短距离内的频率复用。这样就能够增大的系统容量，缓解频率资源紧张。而在电 源供应上一方面可以提高终端中电池容量和数量，另一方面，由于网络采用微蜂 窝设计，因而终端工作地点距离基站近，这样可以通过功率控制降低终端的发射 功率，从而使终端能耗降低。由此可见，这两个缺点完全可以通过设计来弥补， 且难度小，设计、开发时间短。 因而本设计选择方案二为系统总体方案。 天津大学硕士学位论文 第三章手持终端总体方案设计 3 1 构成 第三章手持终端总体方案设计 主要包括控制单元、显示单元、操作单元、通信单元以及电池模块几大部分。 如图3 1 。 3 2 操作单元 图3 1 手持终端结构图 主要是指键盘，包括“红”、“绿”、“黄 等调车键、“上、“下”、“左”、“右”、 “确认”、“取消 等控制键以及“p t ，r ”呼叫键。 天津大学硕士学位论文第三章手持终端总体方案设计 3 3 显示单元 考虑编组站工作环境恶劣，作业时间长，为了保证手持终端足够长的工作时 间，需选用耗电量较小的单色l c d 显示器。手持终端一项主要功能是用来显示调 车作业通知单，因而显示屏幕需要有较大的分辨率，以显示更多的作业单内容， 从而避免操作上的不便，提高工作效率。为此选用北京振中致远显示技术有限公 司出品的t n s g 3 2 0 2 0 0 f n ) l ，y 1 w 型单色l c d 显示器。该显示器具有3 2 0 * 2 0 0 的 显示分辨率，并且集成了r a 8 8 0 2l c d 控制器。 3 4 控制单元 控制单元部分可以说是整个手持终端的大脑，需要完成语音压缩、数据链路 协议控制、界面实时刷新等各种复杂的工作，需拥有强大的运算能力。同时考虑 。到手持终端使用电池进行供电，能源有限，所以控制单元的能耗不能太大。 根据以上两点要求，选用s a m s u n g 公司的处理器$ 3 c 2 4 1 0 。该处理器是 s a m s u n g 公司专为嵌入式移动设备推出的高性能低功耗处理器，内部集成了 a r m 公司a r m 9 2 0 t 处理器核的3 2 位微控制器，资源丰富，带独立的1 6 k b 的 指令c a c h e 和1 6 k b 数据c a c h e 、l c d 控制器、r a m 控制器、n a n d 闪存控制 器、3 路u a r t 、4 路d m a 、4 路带p w m 的t i m e r 、并行i o 口、8 路1 0 位a d c 、 t o u c hs c r e e n 接口、1 2 c 接口、1 2 s 接口、2 个u s b 接口控制器、2 路s p i ，主频 最高可达2 0 3 m h z 。在处理器丰富资源的基础上，配以6 4 m b 位f l a s h 和6 4 m b s d r a m 构成嵌入式控制系统。 3 5 通信单元 总体方案中各终端与通信服务器通过c s d 链路方式连接，在g s m r 网络中， c s d 链路与普通g s m 网络没有区别，因而可以选用普通g s m 网络的通信模块。 但考虑到以后的系统功能的可升级性，选用s e l e n i am o b i l e 公司为g s m r 网络应用o e m 设计的新一代无线通信模块r g m1 0 0 ，可用于遥感、遥测，远程 控制，保密系统，自动售货机，p o s 终端，移动电话以及p d a 终端。具有以下 特点： 具有通用a t 命令兼容的用户控制接口 全速率语音编码 支持p h a s e2g s ml1 1 4s i m 3 电压 天津大学硕士学位论文第三章手持终端总体方案设计 支持g s m 0 7 0 7 和g s m 0 7 0 5 所规定的数据传输 c s d 链路最高9 6 k b p s 传输速率 支持c l a s slg r o u p3f a x 支持s i m 卡锁定，以及开机密码 支持用特殊a t 命令控制的d t m f 信号 自动附着网络并通过指示灯提示状态 可自动应答语音、数据以及f a x 呼叫 多种高级呼叫业务( 话音组呼、语音广播呼叫、增强多优先级与强拆等) 通信单元与控制单元之间通过u a r t 接口相连。 3 6 电池模块 采用两块1 8 0 0 m a h 锂离子充电电池分别对控制单元和通信模块供电。 天津大学硕士学位论文 第四章手持终端软件方案设计 第四章手持终端软件方案设计 4 1 嵌入式操作系统 嵌入式操作系统e o s ( e m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e m ) 是一种用途广泛的系统 软件，过去它主要应用于工业控制和国防系统领域。e o s 负责嵌入式系统的全 部软、硬件资源的分配、调度工作，控制、协调并发活动，它能够通过装卸某些 模块来达到系统所要求的功能。随着i n t e m e t 技术的发展、信息家电的普及应用 及e o s 的微型化和专业化，e o s 开始从单一的弱功能向高专业化的强功能方向 发展。嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固化以及应 用的专用性等方面具有较为突出的特点。e o s 是相对于一般操作系统而言的， 它除具备了一般操作系统最基本的功能，如任务调度、同步机制、中断处理、文 件处理等外，还有以下特点： 1 】可装卸性。开放性、可伸缩性的体系结构。 2 ) 强实时性。e o s 实时性一般较强，可用于各种设备控制当中。 3 ) 统一的接1 ：3 。提供各种设备驱动接口。 4 ) 操作方便、简单、提供友好的图形g u i ，图形界面，追求易学易用。 5 ) 提供强大的网络功能，支持t c p i p 协议及其它协议，提供 t c p 舢d p 佃p p p 协议支持及统一的m a c 访问层接口，为各种移动计算 设备预留接口。 6 ) 强稳定性，弱交互性。嵌入式系统一旦开始运行就不需要用户过多的干 预，这就要负责系统管理的e o s 具有较强的稳定性。嵌入式操作系统 的用户接口一般不提供操作命令，它通过系统的调用命令向用户程序提 供服务。 7 ) 固化代码。在嵌入式系统中，嵌入式操作系统和应用软件被固化在嵌入 式系统计算机的r o m 中。辅助存储器在嵌入式系统中很少使用，因此， 嵌入式操作系统的文件管理功能应该能够很容易地拆卸，而使用各种内 存文件系统。 8 ) 更好的硬件适应性，也就是良好的移植性。 国际上用于信息设备的嵌入式操作系统有4 0 种左右。现在，市场上非常流 行的e o s 产品，包括3 c o m 公司下属子公司的p a l m o s 、m i c r o s o f t 公司的w i n d o w s 天津大学硕士学位论文第四章手持终端软件方案设计 c e 以及开放源代码的l i n u x 。 4 1 1p a l mo s p a l m 是3 c o m 公司的产品，其操作系统为p a l mo s 。p a l mo s 是一种3 2 位 的嵌入式操作系统。p a l m 提供了串行通信接口和红外线传输接口，利用它可以 方便地与其它外部设备通信、传输数据；拥有开放的o s 应用程序接口，开发商 可根据需要自行开发所需的应用程序。 p a l mo s 是一套专门为掌上电脑开发的操作系统。在编写程序时，p a l mo s 充分考虑了掌上电脑内存相对较小的情况，因此它只占有非常小的内存。由于基 于p a l mo s 编写的应用程序占用的空间也非常小( 通常只有几十k b ) ，所以， 基于p a l mo s 的掌上电脑( 虽然只有几m b 的r a m ) 可以运行众多应用程序。 由于p a l m 产品的最大特点是使用简便、机体轻巧，因此决定了p a l mo s 应 具有以下特点： 1 ) 操作系统的节能功能。 由上掌上电脑要求使用电源尽可能小，因此在p a l mo s 的应用程序中，如果 没有事件运行，则系统设备进入半休眠( d o z e ) 的状态：如果应用程序停止活动 一段时间，则系统自动进入休眠( s l e e p ) 状态。 2 1 合理的内存管理。 p a l m 的存储器全部是可读写的快速r a m ，动态r a m ( d y n a m i cr a m ) 类 似于p c 机上的r a m ，它为全局变量和其它不需永久保存的数据提供临时的存 储空间：存储r a m ( s t o r a g er a m ) 类似于p c 机上的硬盘，可以永久保存应用 程序和数据。 3 ) p a l mo s 以数据库( d a t a b a s e ) 格式存储数据。 数据库是由一组记录( r e c o r d s ) 和一些数据库头信息组成的。为保证程序处 理速度和存储器空间，在处理数据的时候，p a l mo s 不是把数据从存储堆( s t o r a g e h e a p ) 拷贝到动态堆( d y n a m i ch e a p ) 后再进行处理，而是在存储堆中直接处 理。为避免错误地调用存储器地址，p a l mo s 规定，这一切都必须调用其内存管 理器里的a p i 来实现。 4 ) 完善的p c 同步软件 p a l mo s 与同步软件( h o t s y n c ) 结合可以使掌上电脑与p c 机上的信息实现 同步，把台式同的功能扩展到了掌上电脑。p a l m 应用范围相当广泛，如：联络 及工作表管理、电子邮件及互联网通信、销售人员及组别自动化等等。 5 ) 丰富的外围设备支持 p a l m 外围硬件也十分丰富，有数码相机、g p s 接收器、调制解调器、g s m 天津大学硕士学位论文第四章手持终端软件方案设计 无线电话、数码音频播放设备、便携键盘、语音记录器、条码扫描、无线寻呼接 收器、探测仪。其中p a l m 与g p s 结合的应用，不但可以作导航定位，还可以结 合g p s 作气候的监测、地名调查等。 4 1 2l i n u x l i n u x 是一个类似于u n i x 的操作系统。它起源于芬兰一个名为l i n u st o r v a l d s 的业余爱好，但是现在已经是最为流行的一款开放源代码的操作系统。l i n u x 从 1 9 9 1 年问世到现在，短短1 0 年的时间内已发展成为一个功能强大、设计完善的 操作系统，伴随网络技术进步而发展起来的l i n u xo s 已成为m i c r o s o f t 公司的 w i n d o w s 的强劲对手。l i n u x 系统不仅能够运行于p c 平台，还在嵌入式系统方 面大放光芒，在各种嵌入式l i n u xo s 迅速发展的状况下，l i n u xo s 逐渐形成了 可与w i n d o w sc e 等e o s 进行抗衡的局面。 由于l i n u x 是开放源代码的操作系统，因而每个用户都可以根据自己的情况 来移植系统内核，因而嵌入式l i n u xo s 种类繁多，比较著名的有m o n t av i s t a 、 m i z il i n u x 等。不过这些嵌入式l i n u xo s 一般都具有以下特点：