基于GPRS的车辆监控系统通信平台的设计与实现
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摘要：物流公司需要实时监控货车的运行状态，就必须在货车上安装车载监控终端。传统的监控方式采用GSM技术，通过短信息业务传送数据。由于数据传输速度慢、费用高等问题，GPRS技术应运而生。该技术在车载监控终端与监控中心通信服务器之间建立了一条费用低、稳定性好、实时性高、通信覆盖范围广的双向无线数据传输通道，满足了设计需求。
关键词： 车载监控终端；监控中心；GPRS
中图分类号：TP315 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2012）08-0139-02
0引言
传统的车载监控终端普遍通过SMS短信息业务向监控中心传送数据，通信很频繁，几秒钟一次，费用很高。另外，短信利用信道命令时隙来传送，没有专门的数据通道，所以在命令时隙繁忙的时候很可能出现信息延时或丢失的情况，无法实现实时监控。为了解决这一问题，引入了GPRS技术，GPRS技术具有按流量计费、永远在线、接入迅速、实时数据传输等特点，而且传输速度达到了115kb/s，远远超过了GSM网络的9.6kb/s，其高效的传输速率为以后的功能扩展提供了有利条件，如音频传输，视频监控等功能。
1车辆监控系统工作原理及流程
首先，车载终端设备上的GPS卫星数据采集模块采集到GPS定位数据，数据拆包后得到车辆的坐标位置、时间等有效信息，该信息被重新封装后，由GPRS无线通信模块发送到GPRS无线通信网上。GPRS网络根据相应的协议在车载终端和和监控中心之间建立一条数据通路。监控中心通过GIS数据库和WebGTS技术把传送来的车辆位置信息显示在电子地图上。同时，监控终端可以通过该数据通路向车载终端发送控制指令和调度信息。
2.1 车载监控终端的结构设计与工作流程车载监控终端由中央处理单元、GPRS模块、GPS模块、键盘、液晶显示等部分组成。如图1所示。
GPS模块接收卫星发送的导航电文，得出当前车辆的经纬度、速度及GPS卫星时间等信息。中央处理单元将这些的信息和车辆状态信息一起封装，再通过GPRS模块传送到GPRS网络，最后传送到监控中心。另外，GPRS模块也可以通过GPRS网络接收来自监控中心的调度信息和控制命令。
2.2 车载监控终端GPRS通信链路的建立
2.2.1 GPRS系统工作原理GPRS是在GSM基础上发展而来的，它采用分组交换技术，能兼容GSM网络并能更加有效的在网络上高速传输数据和信令。
GPRS在工作时，通过对路由的管理来进行寻址及建立数据连接，这里主要涉及到发送数据的路由建立。车载终端产生的数据单元（PDU）经过SNDC处理，生产SNDC数据单元，再经过LLC层生产LLC帧，然后发送到GSM网络中该车载终端所在的SGSN，SGSN再把数据传送到GGSN，GGSN把数据解封，转换格式，最后传送到监控中心。
2.2.2 建立GPRS通信链路该设计使用的GPRS无线通信模块是西门子MC 35 GPRS MODEM，通过串口与中央处理单元进行连接。它们之间的通信协议是AT指令集。
硬件之间通过串口进行通讯，串口驱动层主要实现打开、关闭、读、写操作。对串口的读写如下：
读串口：
int ReadComm(void* pData, int nLength)
{
DWORD dwNumRead; // 串口收到的数据长度
ReadFile(hComm, pData, (DWORD)nLength, &dwNumRead, NULL);
return (int)dwNumRead;
}
写串口：
int WriteComm(void* pData, int nLength)
{
DWORD dwNumWrite; // 串口发出的数据长度
WriteFile(hComm, pData, (DWORD)nLength, &dwNumWrite, NULL);
return (int)dwNumWrite;
}
然后在串口函数的基础上编写GPRS模块驱动函数。微控制器通过串口控制GPRS模块，进行设置等操作。通过微控制器发送AT指令给GPRS模块，检测设备是否正常，并且对GPRS设备进行初始化。
检查设备是否正常代码：
・・・・・・
WriteComm("AT\r", 3);
ReadComm(ans, 128);//ans为数组名
if (strstr(ans, "OK") == NULL)
return FALSE;
・・・・・・
设置PDU模式：
WriteComm("AT+CMGF=0\r", 10);
ReadComm(ans, 128);
PPP协议的实现。GGSN与GPRS模块之间的通信遵守PPP协议。其过程遵守LCP（Link Control Protocol）、PAP（Password Authentication Protocol）、IPCP（Internet Protocol Control Protocol）等协议。其中LCP协议用于建立、构造、测试链路的连接。PAP协议处理密码验证。IPCP协议用于设置网络协议环境，并分配IP地址。一旦协商完成，链路就已经创建。登录GGSN并传输数据。GPRS模块用AT指令通信。
实现GPRS模块GPRS通信的控制指令如下：
AT+CGATT=1，若反馈OK，则表明成功。GPRS模块只有连接到GPRS网络后，才能使用GPRS的相关服务。
AT+CGDCONT=1， “IP”， “CMNET”，GPRS模块开通TCP/IP服务；反馈OK。1是标识符，IP表明GPRS模块和网络之间的数据是以IP包的形式进行的。CMNET是中国移动的网络接入点。
AT+CGQREQ，协商Qos服务质量，可以根据实际需要进行设置。
ATD*9***1#，通过AT指令进行拨号，若返回CONNECT，则进入数据传输模式，这时数据是以PPP帧的格式进行传输的，GPRS模块也应该以PPP帧格式进行回答。然后就进入PPP协商会话阶段，当成功协商后，将会动态分配到一个固定虚拟IP地址。然后通过GPRS网关支持节点（GGSN）就可以连接到网络上了。
3监控中心的通信服务器的设计与实现
3.1通信服务器的设计监控中心是通信平台的核心，通信服务器负责上传接收到的车辆终端GPS数据和的下达指令。在GPRS通信网络上，通信服务器采用TCP/IP协议和车载终端进行连接。TCP是面向连接的通信协议，通信双方以全双工方式进行数据传输，提高了通信效率。TCP采用超时重传和捎带确认机制，适用于对安全性，可靠性较高的数据进行传输。
通信服务器主要完成三项工作。与车载终端通信，收发无线数据信息；加密发往车载终端和解密发往监控终端的数据帧和通信协议的转换；修改数据库。因此通信服务器主要有两个功能，数据处理和网络传输。
3.2 服务器端GPRS通信协议GPRS通信协议的格式如表1所示。其中信息内容包括：车辆的经度、维度、GPS时间、车辆状态等信息。
4通信性能与分析
通过实际测试，验证了数据传输的实时性和成功率。数据传输有一定时延，时延包括GPS信号在GPRS模块中的处理时间，GPRS数据包在网络中的传输时间，接收端处理时间三部分。当车载终端在盲区时或信息繁忙时可能出现信息丢失或延时。实验时随机取点500个，通信时延和成功率如表2所示。实验表明成功率达到了98.8%。
5结语
经过实验数据分析，该车载监控终端的GPRS数据传输稳定性可靠，实时性好。该平台具有覆盖范围广，操作简单，通信费用低，传输速度快等优点，达到了预期的结果。该车载监控终端可广泛应用与物流，银行运钞车，出租汽车等领域。
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