【正文】 面先考慮可供GPRS使用的信道數(shù)為C的情況，此時系統(tǒng)中可接人的UM)呼叫數(shù)最多為Gmax =GPRS (m y+md一C)。以系統(tǒng)中接人的GPRS呼叫數(shù)為狀態(tài)變量，其狀態(tài)轉(zhuǎn)移如圖3. 4所示。其中k*二〔C/ h]，這K‘個呼叫各自分配到h個空閑信道，后來的呼叫只能與已有呼叫復(fù)用信道。于是可推出在GPRS可利用的信道(PDCH)為C的前提下，系統(tǒng)中有N個GPRS分組呼叫的概率為： 假定小區(qū)中業(yè)務(wù)信道的總數(shù)為16, GPRS專用信道數(shù)md為2, p, =150s, ,uhv =loos，對于GPRS, h=2, LP=, Lw=8。在參數(shù)d(允許復(fù)用在同一時隙的最大用戶數(shù))分別取1和3的情況下，改變GPRS呼叫產(chǎn)生速率，根據(jù)公式()一()，可計算出系統(tǒng)的呼叫阻塞率，信道利用率和分組的傳輸速率以及系統(tǒng)延遲時間。當(dāng)時，GPRS的呼叫到達率，改變分配給GPRS專用信道m(xù)d的個數(shù)，觀察阻塞率的變化。圖中and由0變化到8個，VBR表示語音呼叫的阻塞率，PBR表示GPRS數(shù)據(jù)呼叫的阻塞率，TBR表示系統(tǒng)總的阻塞率。圖3. 5,3. 6給出d=1和d=3時仿真結(jié)果。圖3. 6 d=3時的阻塞率改變GPRS分組呼叫的到達率和語音呼叫的到達率，觀察UM)分組呼叫的阻塞率。如下圖3. 7示:. 06時的分組阻塞率. 08時的分組阻塞率小結(jié):①當(dāng)GPRS專用信道個數(shù)增加時，GPRS分組呼叫的阻塞率逐漸減小，而語音呼叫的阻塞率逐漸增大，這是因為當(dāng)UM)專用信道個數(shù)較大時，分組數(shù)據(jù)會有更大的選擇信道用來傳輸數(shù)據(jù)，因而阻塞率呈下降趨勢。但是語音呼叫因為共用信道的減少增加了被阻塞的可能。②d為每一時隙上復(fù)用GPRS分組呼叫的最大個數(shù)。當(dāng)d=1與d=3相比，語音呼叫的阻塞率是不變的。但是d=1比d=3時的GPRS分組呼叫的阻塞率大，這是由于分組呼叫復(fù)用的關(guān)系，可以更大可能的傳輸數(shù)據(jù)，減少阻塞。③，顯然分組呼叫在語音呼叫個數(shù)少時阻塞率小，因為當(dāng)系統(tǒng)中語音呼叫不繁忙時，數(shù)據(jù)傳輸更容易。④當(dāng)分組呼叫逐漸變大時，如圖3. ，顯然分組呼叫的阻塞率由于業(yè)務(wù)量增多而增大。分組呼叫逐漸增大?？疾煨诺赖睦寐是闆r。如圖小結(jié):①隨著分組呼叫的逐漸增大，那么信道的利用率逐漸變大，當(dāng)d=3，利用率高達95%0②由于d=3時，一個信道能被更多的用戶共享，所以d=3時，利用率高于d=1時的信道利用率。仿真條件為分組呼叫逐漸增大，不同d的情況。此時語音呼叫為0. 06個/so不同下分組平均傳輸這率于分組呼叫到達率的關(guān)系圖3. 10分組平均傳輸率曲線小結(jié):d取1時比d取4時的平均傳輸速率相對較高，這是因為d取值較小時表明同一時隙上的用戶數(shù)較少，每一用戶獲得調(diào)度的機會增加，傳輸速率也隨之增加。但是由于分組呼叫增加，阻塞率增加，所以分組的平均傳輸率的總趨勢是減小的?？疾霨PRS專用信道吞吐量的關(guān)系()。如圖3. 11圖3. 11吞吐量曲線小結(jié):吞吐量隨著GPRS專用信道個數(shù)增大而增大。由于同一時隙上復(fù)用更多的用戶，GPRS數(shù)據(jù)被成功傳輸?shù)母怕试龃?，阻塞率降低，因此有更大的吞吐量。同樣考察d=3與d=1，當(dāng)分組呼叫逐漸增大，分組的排隊時間(延遲)。延遲時間單位:秒。圖3. 12分組延遲曲線小結(jié):分組呼叫逐漸增大，排隊等待服務(wù)時間由于阻塞率增大而增加。由于d=1，信道復(fù)用的用戶少，數(shù)據(jù)傳送不及時，延遲時間必然增加?？偨Y(jié):這里建立的馬爾可夫模型，考慮了信道的動態(tài)分配，使GPRS業(yè)務(wù)和語音可以共享有限的信道資源。在此模型之上，我們分析了系統(tǒng)的阻塞率、分組傳輸率等參數(shù)，得出的結(jié)論與前人的研究成果是一致的。仿真結(jié)果表明，本文建立的馬爾可夫模型用來估計GPRS網(wǎng)絡(luò)性能是可靠的。在有些專用的仿真軟件上，有研究者建立起復(fù)雜的仿真器，同樣也能得出網(wǎng)絡(luò)的性能分析結(jié)果，但是模型復(fù)雜而且仿真時間長。應(yīng)用本文的模型，在PC機上用MAT LAB語言即可以達到目的，仿真時間也相對較短，因此，二維馬爾可夫模型可以作為一個有效的工具來進行網(wǎng)絡(luò)性能分析。本文仿真的參數(shù)，對網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的優(yōu)化也有借鑒意義。4 基于GPRS方式傳輸GPS數(shù)據(jù)的應(yīng)用系統(tǒng)及性能分析 GPS簡介全球定位系統(tǒng)GPS (Globa Positioning System)是美國從上世紀(jì)70年代開始研制的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)，歷時20年，耗資200億美元，于1994年全面建成。該系統(tǒng)利用導(dǎo)航衛(wèi)星進行測試和測距，具有在海、陸、空進行全方位實時三位導(dǎo)航與定位能力。GPS是繼阿波羅登月計劃、航天飛機后的美國第三大航天工程。4. 1. 1 GPS的定位原理GPS系統(tǒng)采用高軌測距體制，以觀測站至GPS衛(wèi)星之間的距離作為基本觀測量。為了獲得距離觀測量，主要采用兩種方法:一是測量GPS衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號到達用戶接收機的傳播時間，即偽距測量。一是測量具有載波多普勒頻移的GPS衛(wèi)星載波信號與接收機產(chǎn)生的參考載波信號之間的相位差，即載波相位測量。采用偽距觀測量定位速度最快，而采用載波相位觀測量定位精度最高。通過對4顆或4顆以上的衛(wèi)星同時進行偽距或相位的測量即可推算出接收機的三維位置。圖4. 1 GPS測地衛(wèi)星在地球上方的分布圖4. 2 GPS地面接收與空中衛(wèi)星的示意圖GPS定位的基本原理是根據(jù)高速運動的衛(wèi)星瞬間位置作為己知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會的方法，確定待測點的位置。，假設(shè)t時刻在地面待測點上安置GPS接收機，可以測定GPS信號到達接收機的時間△t，再加上接收機所接收到的衛(wèi)星星歷等其它數(shù)據(jù)可以確定以下四個方程式:[(X1一X)2 +(Y1一Y)2 + (Z1一Z)2]+C(△T1一△T0) = d1 ()[(X2一X)2 + (Y2一Y)2+ (Z2一Z)2]+C(△T2一△T0)= d2 ()[(X3一X) 2 +(Y3一Y) 2 + (Z3一Z)2]+C(△T3一△T0) = d3 () [(X4一X)2 + (Y4,一Y)2 + (Z4一Z)2] + C(△T4一△T0 )=d4 ()上述四個方程式中待測點坐標(biāo)X, Y, Z和Vto為未知參數(shù)，其中di (i=1, 2, 3,4)分別為衛(wèi)星衛(wèi)星衛(wèi)星衛(wèi)星4到接收機之間的距離?！鱐i (i=1, 2, 3,4)分別為衛(wèi)星衛(wèi)星衛(wèi)星衛(wèi)星4的信號到達接收機所經(jīng)歷的時間。c為GPS信號的傳播速度(即光速)。四個方程式中各個參數(shù)意義如下:X, Y, Z為待測點坐標(biāo)的空間直角坐標(biāo)。Xi、Yi、Yi (i=1, 2, 3, 4)分別為衛(wèi)星衛(wèi)星衛(wèi)星衛(wèi)星4在t時刻的空間直角坐標(biāo)，可由衛(wèi)星導(dǎo)航電文求得。VtTi (i=1, 2, 3, 4)分別為衛(wèi)星衛(wèi)星衛(wèi)星衛(wèi)星4的衛(wèi)星鐘的鐘差，由衛(wèi)星星歷提供。VTo為接收機的鐘差。由以上四個方程即可解算出待測點的坐標(biāo)X, Y, Z和接收機的鐘差V To。4. 1. 2 UPS的結(jié)構(gòu)組成GPS系統(tǒng)主要包括三大組成部分:空間星座部分、地面監(jiān)控部分和用戶設(shè)備部分。4. 1. 2. 1空間星座部分由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成GPS衛(wèi)星星座，亦即(21+3) GPS星座。24顆衛(wèi)星均勻分布在6個軌道平面內(nèi)，軌道平面相對于赤道平面的傾角為55度，各個軌道平面之間交角60度。每個軌道平面內(nèi)的各衛(wèi)星之間的交角90度。任一個軌道平面上的衛(wèi)星比西邊相鄰軌道平面上的相應(yīng)衛(wèi)星超前30度。每顆衛(wèi)星每天約有5個小時在地平線以上，同時位于地平線以上的衛(wèi)星數(shù)量隨著時間和地點的不同而不同，對于地面觀測者來說，最少可見到4顆，最多可見到11顆。在用GPS信號導(dǎo)航定位時，為了計算觀測站的三維坐標(biāo)，必須觀測4顆GPS衛(wèi)星，稱為定位星座。這4顆衛(wèi)星在觀測過程中的幾何位置分布對定位精度有一定的影響。GPS工作衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)目前主要由分布在全球的一個主控站、三個信息注入站和五個監(jiān)測站組成。對于導(dǎo)航定位來說，GPS衛(wèi)星是一動態(tài)己知點。星的位置是依據(jù)衛(wèi)星發(fā)射的星歷，即描述衛(wèi)星運動及其軌道的參數(shù)算得的。衛(wèi)星上的各種設(shè)備是否正常工作，以及衛(wèi)星是否一直沿著預(yù)定軌道運行，都要由地面設(shè)備進行監(jiān)測和控制。地面監(jiān)控系統(tǒng)另一重要作用是保持各顆衛(wèi)星處于同一時間標(biāo)準(zhǔn)一GPS時間系統(tǒng)。這就需要地面站監(jiān)測各顆衛(wèi)星的時間，求出時鐘差。然后由地面注入站發(fā)給衛(wèi)星，衛(wèi)星再由導(dǎo)航電文發(fā)給用戶設(shè)備。GPS的空間部分和地面監(jiān)控部分是用戶廣泛應(yīng)用該系統(tǒng)進行導(dǎo)航和定位的基礎(chǔ)，均為美國所控制。GPS信號接收機的任務(wù)是:能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號，并跟蹤這些衛(wèi)星的運行，對所接收到的GPS信號進行變換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛(wèi)星到接收機天線的傳播時間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實時地計算出觀測站的三維位置，甚至三維速度和時間，最終實現(xiàn)利用GPS進行導(dǎo)航和定位的目的。靜態(tài)定位時，GPS接收機在捕獲和跟蹤GPs衛(wèi)星的過程中固定不變，接收機高精度地測量G PS信號的傳播時間，利用GPS衛(wèi)星在軌的已知位置，解算出接收機天線所在位置的三維坐標(biāo)。而動態(tài)定位則是用GPS接收機測定一個運動物體的運行軌跡。裝載UPS信號接收機的運動物體叫做載體(如行駛的車輛等)。載體上的G PS接收機天線在跟蹤GPS衛(wèi)星的過程中相對地球而運動，接收機用UPS信號實時地測得運動載體的狀態(tài)參數(shù)(瞬間三維位置和三維速度)。接收機硬件和機內(nèi)軟件以及GPS數(shù)據(jù)的處理軟件包，構(gòu)成完整的 GPS用戶設(shè)備。 Jupiter oem板介紹Jupiter是ROCKWELL公司研制開發(fā)的高性能的GPS接收板。它具有以下優(yōu)點::71mmX41mmX llmm。2. 12個并行衛(wèi)星軌跡通道，能快速識別和再識別當(dāng)前位置。:可以在一400C85℃的范圍。、二維導(dǎo)航和差分GPS導(dǎo)航。(TTFF)短，無靜態(tài)漂移，抗樹蔭高樓遮擋。，通過串口通訊:。:熱啟動、初姑化、冷啟動。4. 1. 4 GPS定位數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)格式Jupiter CPS OEM接收機支持兩種數(shù)據(jù)格式:Zodiac二進制消息格式和NMEAASCI工消息格式，前者的通信協(xié)議為9600bit/s、無校驗、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位。后者的通信協(xié)議為4800bit/s、無校驗、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位?？赏ㄟ^設(shè)置GPI02和GPI03來選擇不同的數(shù)據(jù)格式。選擇不同的數(shù)據(jù)格式所對應(yīng)的形式不同，消息長度和內(nèi)容也不同。前者消息長度比后者長，后者比前者消息種類少，可根據(jù)實際需要來選擇。二進制方式消息格式共有31種消息(其中14種輸出消息，17種輸入消息)，每種消息必有一個消息頭，且以“OxFF81”開始，數(shù)據(jù)段可選。NMEA方式消息格式采用了美國國家海洋電子協(xié)會(National MarineElectronics Association)。這種通信協(xié)議開始主要用于航海方面，以便世界上各種海事電子設(shè)備能相互連接進行數(shù)據(jù)通信。我們可以通過軟件控制GPS接收機輸出的NMEA格式的信息，在對導(dǎo)航定位參數(shù)進行編輯、計算、處理后，得到各種移動體的位置、速度、精確時間等信息。NMEA方式共有11種消息(其中7種輸出消息，4種輸入消息)，每種消息以“$”開頭，以CR, L39。結(jié)束。用戶可以通過輸入語句對GPS接收機進行初始化，這包括輸入本地粗略坐標(biāo)、近似時間、導(dǎo)航模式、通信速率，輸出語句是GPS接收機向用戶發(fā)出的定位信J自、包括GGA, GSAGSV, RMC, RMT, VTG等。這些定位數(shù)據(jù)語句不僅給出了位置、速度、時間等信息，而且指出了當(dāng)?shù)氐男l(wèi)星接收情況。其中$GPRMC語句是最常用的，其結(jié)構(gòu)是:$GPRMC,1，2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,10,11，*hh, CR, CF其中:“$”為語句起始標(biāo)志。GP”為交談標(biāo)識符。 RMC”為語句標(biāo)識符?！埃睘閿?shù)據(jù)區(qū)分割符，“*”為校驗和識別符:hh”為校驗和，CR, CF為語句結(jié)束符。數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)容分別為:1標(biāo)準(zhǔn)世界時UTC(hhmmss一時分秒格式)。2GPS狀態(tài)指示，A表示有效，V表示無效。3緯度(ddmm.~一度分格式，其中dd為度，mm. mmmm為分)。4南緯或北緯(N/s)。 5經(jīng)度(dddrnm.~其中ddd為度，mm.~為分)。6東經(jīng)或西經(jīng)(E/W)。 7地面速度SPD(speed over ground)。 8未用到。9日期(dd/mm/yy，日/月/年)。10, 11，未用到。如果一條$GPRMC的信息如下:$GPRMC, 073616, A, , N, , E, 0. 000, 0. 0, 270803, 4. 5, W*63，因為信息有效位為A，表示數(shù)據(jù)有效，則我們可以得出以下信息:信息發(fā)送時間為2003年8月23日15點36分16秒，東經(jīng)118度51. 1724分。$GPGSV也是一條經(jīng)常用到的語句。它的格式為$GPGSV,1，2,3,4,……，17，18,19, *hh, CR, CF在3中表示出了可見到的衛(wèi)星個數(shù)。如在以下語句中$GPGSV, 2, 1，08, 14, 60, 118, 32, 25, 59, 336, 00, 16, 42, 221, 47, 06, 32, 092, 00*7A我們可判斷出可見衛(wèi)星的個數(shù)為8個。4. 2 GPRS方式傳輸GPS數(shù)據(jù)系統(tǒng)介紹整個信息傳輸管理系統(tǒng)由移動終端、GPRS網(wǎng)絡(luò)、信息管理中心服務(wù)器三部分組成。移動終端將GPS數(shù)據(jù)組成GPRS數(shù)據(jù)分組，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)，上傳到信息管理中心服務(wù)器。信息管理中心與移動臺都必須完成的基本功能:從一個串口接收一定波特率傳輸進來的GPS數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過控制器提取有用的信息，然后將有用的數(shù)據(jù)進行封裝，以規(guī)定的格式通過第二個串口交給GPRS模塊，將數(shù)據(jù)送上因特網(wǎng)發(fā)送。移動終端通過G PS接收機解算車輛當(dāng)前位置信息，通過UM)網(wǎng)絡(luò)將位置和狀態(tài)信息實時地傳輸?shù)秸{(diào)度中心，在調(diào)度中心的調(diào)度席上可以實時掌握車輛的位置、速度、方