【正文】 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。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。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:$GPRMC, 073616, A, , N, , E, 0. 000, 0. 0, 270803, 4. 5, W*63，因為信息有效位為A，表示數(shù)據(jù)有效，則我們可以得出以下信息:信息發(fā)送時間為2003年8月23日15點36分16秒，東經(jīng)118度51. 1724分。9日期(dd/mm/yy，日/月/年)。 7地面速度SPD(speed over ground)。 5經(jīng)度(dddrnm.~其中ddd為度，mm.~為分)。3緯度(ddmm.~一度分格式，其中dd為度，mm. mmmm為分)。數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)容分別為:1標準世界時UTC(hhmmss一時分秒格式)。 RMC”為語句標識符。其中$GPRMC語句是最常用的，其結(jié)構(gòu)是:$GPRMC,1，2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,10,11，*hh, CR, CF其中:“$”為語句起始標志。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、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。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。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。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。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。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。:熱啟動、初姑化、冷啟動。(TTFF)短，無靜態(tài)漂移，抗樹蔭高樓遮擋。:可以在一400C85℃的范圍。它具有以下優(yōu)點::71mmX41mmX llmm。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。裝載UPS信號接收機的運動物體叫做載體(如行駛的車輛等)。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。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。這就需要地面站監(jiān)測各顆衛(wèi)星的時間，求出時鐘差。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。對于導(dǎo)航定位來說，GPS衛(wèi)星是一動態(tài)己知點。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。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。每個軌道平面內(nèi)的各衛(wèi)星之間的交角90度。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。由以上四個方程即可解算出待測點的坐標X, Y, Z和接收機的鐘差V To。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。四個方程式中各個參數(shù)意義如下:X, Y, Z為待測點坐標的空間直角坐標?！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。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。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。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。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 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。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。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?？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。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。同樣考察d=3與d=1，當分組呼叫逐漸增大，分組的排隊時間(延遲)。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。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。仿真條件為分組呼叫逐漸增大，不同d的情況?？疾煨诺赖睦寐是闆r。③，顯然分組呼叫在語音呼叫個數(shù)少時阻塞率小，因為當系統(tǒng)中語音呼叫不繁忙時，數(shù)據(jù)傳輸更容易。當d=1與d=3相比，語音呼叫的阻塞率是不變的。但是語音呼叫因為共用信道的減少增加了被阻塞的可能。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。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。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。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。下面先考慮可供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)。對于語音業(yè)務(wù)，由于具有較高優(yōu)先級，可以中斷數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸，所以基本不受數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的影響，可以用M/M/c/c隊列來表示，其中c= my。但是狀態(tài)太多時，一般時采用分解技術(shù)求出其近似解。Poisson過程的定義為呼叫到達的間隔時間獨立且同為相同的復(fù)指數(shù)分布，表達式為：二維連續(xù)時間時間馬爾可夫鏈的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如下圖3. 3示:、圖3. 3二維馬爾可夫鏈的狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型上節(jié)描述的馬爾可夫鏈具有有限狀態(tài)集，遍歷且不可約，所以具有穩(wěn)態(tài)解。如果分配給語音業(yè)務(wù)的已達到最大值，則新來的語音呼叫將被阻塞。如果被語音占用的GPRS用戶只占一個信道，那么可以進行區(qū)內(nèi)切換，重新給它分配信道。這樣分配后，用戶的請求仍未得到滿足，則采用復(fù)用技術(shù)，讓該用戶與其它用戶共享某些信道(每一信道上可共享的最大用戶數(shù)由參數(shù)d設(shè)定)。，將現(xiàn)有的信道分配給它，本文所建的模型采用此種策略。假設(shè)某一個小區(qū)的業(yè)務(wù)信道數(shù)為N，其中m，個為GPRS專用，剩下的and(即Nm,)個信道由數(shù)據(jù)和語音業(yè)務(wù)共用，并且語音業(yè)務(wù)具有較高的優(yōu)先級，當語音呼叫到來時，可以中斷傳輸中的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，但是有信道空出提供給數(shù)據(jù)傳輸時，中斷的數(shù)據(jù)傳輸有最高的優(yōu)先級。這里建立的二維連續(xù)時間的馬爾可夫鏈模型考慮到了在動態(tài)信道分配方案下，GPRS用戶的多時隙操作和單時隙被多用戶復(fù)用的情況，并且也考慮了數(shù)據(jù)傳輸中用戶從相鄰小區(qū)切換帶來的影響。GPRS在原有GSM網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上引入，與語音業(yè)務(wù)共享有限的信道資源，未被語音業(yè)務(wù)占用的信道可根據(jù)需求動態(tài)地分配給GPRS，該動態(tài)過程可以用一個馬爾可夫過程來描述。對于突發(fā)性業(yè)務(wù)而言，可大大提高無線資源的利用率。而GPRS系統(tǒng)空中接口的一個基本特點就是多用戶共享空中資源。而且，上下信道獨立分配，這有利于不對稱數(shù)據(jù)傳輸，如瀏覽WEB頁面。GPRS允許單個移動臺在同一個TDMA幀的多個時隙上傳輸。Master除攜帶用戶數(shù)據(jù)外，還攜帶系統(tǒng)消息和公共控制信令:Slave只攜帶用戶數(shù)據(jù)。圖3. 1 PDCH的復(fù)幀結(jié)構(gòu) GPRS的邏輯信道GPRS系統(tǒng)邏輯信道映射到物理信道之后成為分組數(shù)據(jù)信道(PDCH )。一個無線塊由連續(xù)TDMA幀中的突發(fā)(Burst)序列組成。利用不同的編碼機制，可得到不同的比特速率。GPRS無線塊由MAC頭、信息單元、塊校驗序列三部分組成。GPRS無線塊是在空中接口傳輸用戶數(shù)據(jù)和信令的物理信道基本單位。接入突發(fā)(AB)，用于隨機接入。頻率校正突發(fā)(FB)，用于移動臺的頻率同步。 GPRS的突發(fā)序列時隙的物理內(nèi)容稱為突發(fā)(burst)。一個物理信道定義為一個TDMA幀、或跳頻序列。一個小區(qū)包括多個頻譜信道，由BTS管理。兩個頻寬為45MHZ的資源為GSM保留:890915MHZ用于上行鏈路傳輸，935960MHZ用于下行鏈路傳輸。如果在分組傳送過程中，MS再次收到分組下行鏈路分配消息，然后以分組控制確認消息應(yīng)答，然后再重新分配的資源上繼續(xù)接收數(shù)據(jù)，直到數(shù)據(jù)接收完畢。網(wǎng)絡(luò)收到MS的尋呼響應(yīng)消息，開始下行分組傳輸。網(wǎng)絡(luò)在收到最后一個數(shù)塊后，將在PACKET UPLINK ACK中標記是最后一次確認。經(jīng)過上圖所示的接入請求與分配后，MS在支配的信道上發(fā)送數(shù)據(jù)，直到進行到發(fā)送數(shù)據(jù)窗口中的最后一個為止，此時需要等待網(wǎng)絡(luò)的確認消息，是發(fā)送窗口向前滑動后才能繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。如果是兩步接入，則在該消息中為MS預(yù)留進一步發(fā)送PacketResource Request消息的信道資源，網(wǎng)絡(luò)在收到Packet Resource Request消息后在以Packet Uplink Assignment消息響應(yīng)，為MS預(yù)留要使用的信道資源。MS在信道接入請求中指明總共需要占用的資源數(shù)目，網(wǎng)絡(luò)收到后，如果有足夠的資源分配給MS，則接收MS的信道接入請求，向MS發(fā)送信道分配消息。區(qū)別在于，如果MS檢測到當前下行block中指明的USF與自己的一樣，則表示上行方向隨后連續(xù)4個block都預(yù)留給該ms使用。在非PCCCH上，全部8個USF的信道都分配給MS使用。USF由3比特表示，因此有8個取值。2. 6. 3. 1 GPRS支持的三種媒質(zhì)接入方式。下行信道由網(wǎng)絡(luò)負責統(tǒng)一安派多個用戶數(shù)據(jù)的排隊，不存在爭用和碰撞。而在Unacknowledged mode下，不進行重傳，接收方將出錯的block剔除，用Dummy比特代替，保證LLPDU的長度不變，才傳送給LLC層。發(fā)送方根據(jù)接收方返回的確認消息，只重發(fā)那些沒有得到肯定確認的blocks。前者，RLC采取了選擇重傳ARQ。2. 6. 3 GPRS的媒質(zhì)接入方式與RLC ARQ協(xié)議在發(fā)送端，RLC負責將LLPDU分段為RLC blocks。發(fā)端將在此重發(fā)該LLPDU，重傳次數(shù)不能超過預(yù)先設(shè)定的最大重傳次數(shù)N200。數(shù)據(jù)邏輯鏈路建立后，發(fā)送端就可以開始發(fā)送LLPDU了。這里為用戶數(shù)據(jù)(SNPDU)提供服務(wù)的SAPI有四種，分別具有不同的LLC控制參數(shù)，可以滿足不同QOS的數(shù)據(jù)應(yīng)用。外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)單元NPDU在GPRS網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的透明傳輸?shù)墓δ苁怯蒘NDCP完成的，具有不同到達地址(PDP地址)的某種類型的多個NPDU，既可以按地址動態(tài)分配不同的NSAPIS網(wǎng)絡(luò)服務(wù)接入點)，也可以按PDP類型都被分配使用同一個NSAP工，每個NSAPI的NPDU發(fā)送序列號獨立編制，一個NPDU可能會被拆裝成幾個SNPDU，利用LLC層的服務(wù)傳送出去。為了支持GPRS用戶漫游，SGSN并不關(guān)心隧道中傳輸?shù)腜DP類型，可以傳輸SGSN并不支持的PDP類型的數(shù)據(jù)包。此外，GGSN和SGSN還分別把從SNDCP和Gi接口收到的PDP PDU加上相應(yīng)的序列號。在SGSN和移動臺之間傳輸數(shù)據(jù)包，PDP，PDU被封裝在SNDCP協(xié)議數(shù)據(jù)單元中傳輸，利用臨時邏輯鏈路標識(TLLI)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)訪問點標識符(NSAPI)唯一確定PDP Context。也就是說，GGSN和SGSN之間通過工P地址選路，利用GTP協(xié)議對數(shù)據(jù)封裝。GM)骨干網(wǎng)內(nèi)USN利用GPRS隧道協(xié)議對IP或X. 25分組進行封裝，然后將GTP協(xié)議數(shù)據(jù)單元插入TCP PDU或Or PDU中，而TCP PDU或Or PDU又是封裝在I P PDU中進行傳輸。如圖2. 12所示:圖2. 12用戶數(shù)據(jù)傳輸過程GPRS支持外部網(wǎng)絡(luò)與移動臺之間的透明傳輸，在數(shù)據(jù)傳輸時，在移動臺、SGSN,GGSN中把數(shù)據(jù)包封裝起來，根據(jù)移動臺、SGSN, GGSN中的PDP Context選擇路由傳輸數(shù)據(jù)包。GTP PDU的頭部還包括隧道標示，用于唯一地標示一個PDP上下文。如果比1500字節(jié)小，可以正常傳輸，如果比1500字節(jié)長，則傳輸時必須將其分段，如果不支持分段功能，就只能將其丟棄。2. 6 GPRS的數(shù)據(jù)傳輸在移動管理上下文和PDP上下文建立之后，就可以在移動臺和外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間傳輸數(shù)據(jù)了。如果能在應(yīng)用中實現(xiàn)鏈路的動態(tài)適配，由系統(tǒng)命令移動臺根據(jù)C/工的變化調(diào)整CS方式，將獲得最佳吞吐量。圖2. 11編碼方式比較GPRS的每一種編碼方式都有自己的最佳適用范圍，應(yīng)根據(jù)無線條件動態(tài)地選擇，在下行方向由網(wǎng)絡(luò)控制，而上行方向則由移動臺控制。無線環(huán)境越好，就能夠使用越高的編碼方式，從而獲得更高的數(shù)據(jù)速率。例