【正文】 信息管理中心與移動(dòng)臺(tái)都必須完成的基本功能:從一個(gè)串口接收一定波特率傳輸進(jìn)來(lái)的GPS數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過(guò)控制器提取有用的信息，然后將有用的數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，以規(guī)定的格式通過(guò)第二個(gè)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(gè)信息傳輸管理系統(tǒng)由移動(dòng)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$GPGSV,1，2,3,4,……，17，18,19, *hh, CR, CF在3中表示出了可見(jiàn)到的衛(wèi)星個(gè)數(shù)。如果一條$GPRMC的信息如下:$GPRMC, 073616, A, , N, , E, 0. 000, 0. 0, 270803, 4. 5, W*63，因?yàn)樾畔⒂行粸锳，表示數(shù)據(jù)有效，則我們可以得出以下信息:信息發(fā)送時(shí)間為2003年8月23日15點(diǎn)36分16秒，東經(jīng)118度51. 1724分。9日期(dd/mm/yy，日/月/年)。 7地面速度SPD(speed over ground)。 5經(jīng)度(dddrnm.~其中ddd為度，mm.~為分)。3緯度(ddmm.~一度分格式，其中dd為度，mm. mmmm為分)。數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)容分別為:1標(biāo)準(zhǔn)世界時(shí)UTC(hhmmss一時(shí)分秒格式)。 RMC”為語(yǔ)句標(biāo)識(shí)符。其中$GPRMC語(yǔ)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(yǔ)句起始標(biāo)志。用戶可以通過(guò)輸入語(yǔ)句對(duì)GPS接收機(jī)進(jìn)行初始化，這包括輸入本地粗略坐標(biāo)、近似時(shí)間、導(dǎo)航模式、通信速率，輸出語(yǔ)句是GPS接收機(jī)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(kāi)頭，以CR, L39。這種通信協(xié)議開(kāi)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(jìn)行數(shù)據(jù)通信。二進(jìn)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(gè)消息頭，且以“OxFF81”開(kāi)始，數(shù)據(jù)段可選。選擇不同的數(shù)據(jù)格式所對(duì)應(yīng)的形式不同，消息長(zhǎng)度和內(nèi)容也不同。后者的通信協(xié)議為4800bit/s、無(wú)校驗(yàn)、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位。:熱啟動(dòng)、初姑化、冷啟動(dòng)。(TTFF)短，無(wú)靜態(tài)漂移，抗樹(shù)蔭高樓遮擋。:可以在一400C85℃的范圍。它具有以下優(yōu)點(diǎn)::71mmX41mmX llmm。接收機(jī)硬件和機(jī)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(hào)接收機(jī)的運(yùn)動(dòng)物體叫做載體(如行駛的車(chē)輛等)。靜態(tài)定位時(shí)，GPS接收機(jī)在捕獲和跟蹤GPs衛(wèi)星的過(guò)程中固定不變，接收機(jī)高精度地測(cè)量G PS信號(hào)的傳播時(shí)間，利用GPS衛(wèi)星在軌的已知位置，解算出接收機(jī)天線所在位置的三維坐標(biāo)。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(jìn)行導(dǎo)航和定位的基礎(chǔ)，均為美國(guó)所控制。這就需要地面站監(jiān)測(cè)各顆衛(wèi)星的時(shí)間，求出時(shí)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(yùn)行，都要由地面設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。對(duì)于導(dǎo)航定位來(lái)說(shuō)，GPS衛(wèi)星是一動(dòng)態(tài)己知點(diǎn)。這4顆衛(wèi)星在觀測(cè)過(guò)程中的幾何位置分布對(duì)定位精度有一定的影響。每顆衛(wèi)星每天約有5個(gè)小時(shí)在地平線以上，同時(shí)位于地平線以上的衛(wèi)星數(shù)量隨著時(shí)間和地點(diǎn)的不同而不同，對(duì)于地面觀測(cè)者來(lái)說(shuō)，最少可見(jiàn)到4顆，最多可見(jiàn)到11顆。每個(gè)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(gè)方程即可解算出待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)X, Y, Z和接收機(jī)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(gè)方程式中各個(gè)參數(shù)意義如下:X, Y, Z為待測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)的空間直角坐標(biāo)?！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(hào)到達(dá)接收機(jī)所經(jīng)歷的時(shí)間。圖4. 1 GPS測(cè)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(yùn)動(dòng)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(huì)的方法，確定待測(cè)點(diǎn)的位置。采用偽距觀測(cè)量定位速度最快，而采用載波相位觀測(cè)量定位精度最高。為了獲得距離觀測(cè)量，主要采用兩種方法:一是測(cè)量GPS衛(wèi)星發(fā)射的測(cè)距碼信號(hào)到達(dá)用戶接收機(jī)的傳播時(shí)間，即偽距測(cè)量。GPS是繼阿波羅登月計(jì)劃、航天飛機(jī)后的美國(guó)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(jiǎn)介全球定位系統(tǒng)GPS (Globa Positioning System)是美國(guó)從上世紀(jì)70年代開(kāi)始研制的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)，歷時(shí)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(jī)上用MAT LAB語(yǔ)言即可以達(dá)到目的，仿真時(shí)間也相對(duì)較短，因此，二維馬爾可夫模型可以作為一個(gè)有效的工具來(lái)進(jìn)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(lái)估計(jì)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(dòng)態(tài)分配，使GPRS業(yè)務(wù)和語(yǔ)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(duì)等待服務(wù)時(shí)間由于阻塞率增大而增加。同樣考察d=3與d=1，當(dāng)分組呼叫逐漸增大，分組的排隊(duì)時(shí)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(gè)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(shì)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(yǔ)音呼叫個(gè)數(shù)少時(shí)阻塞率小，因?yàn)楫?dāng)系統(tǒng)中語(yǔ)音呼叫不繁忙時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸更容易。當(dāng)d=1與d=3相比，語(yǔ)音呼叫的阻塞率是不變的。但是語(yǔ)音呼叫因?yàn)楣灿眯诺赖臏p少增加了被阻塞的可能。圖3. 6 d=3時(shí)的阻塞率改變GPRS分組呼叫的到達(dá)率和語(yǔ)音呼叫的到達(dá)率，觀察UM)分組呼叫的阻塞率。圖中and由0變化到8個(gè)，VBR表示語(yǔ)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(shí)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(jì)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(shí)間。其中k*二〔C/ h]，這K‘個(gè)呼叫各自分配到h個(gè)空閑信道，后來(lái)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(shí)系統(tǒng)中可接人的UM)呼叫數(shù)最多為Gmax =GPRS (m y+md一C)。對(duì)于語(yǔ)音業(yè)務(wù)，由于具有較高優(yōu)先級(jí)，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(duì)列來(lái)表示，其中c= my。但是狀態(tài)太多時(shí)，一般時(shí)采用分解技術(shù)求出其近似解。Poisson過(guò)程的定義為呼叫到達(dá)的間隔時(shí)間獨(dú)立且同為相同的復(fù)指數(shù)分布，表達(dá)式為：二維連續(xù)時(shí)間時(shí)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(yǔ)音業(yè)務(wù)的已達(dá)到最大值，則新來(lái)的語(yǔ)音呼叫將被阻塞。如果被語(yǔ)音占用的GPRS用戶只占一個(gè)信道，那么可以進(jìn)行區(qū)內(nèi)切換，重新給它分配信道。這樣分配后，用戶的請(qǐng)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(gè)小區(qū)的業(yè)務(wù)信道數(shù)為N，其中m，個(gè)為GPRS專用，剩下的and(即Nm,)個(gè)信道由數(shù)據(jù)和語(yǔ)音業(yè)務(wù)共用，并且語(yǔ)音業(yè)務(wù)具有較高的優(yōu)先級(jí)，當(dāng)語(yǔ)音呼叫到來(lái)時(shí)，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(shí)，中斷的數(shù)據(jù)傳輸有最高的優(yōu)先級(jí)。這里建立的二維連續(xù)時(shí)間的馬爾可夫鏈模型考慮到了在動(dòng)態(tài)信道分配方案下，GPRS用戶的多時(shí)隙操作和單時(shí)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(lái)的影響。GPRS在原有GSM網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上引入，與語(yǔ)音業(yè)務(wù)共享有限的信道資源，未被語(yǔ)音業(yè)務(wù)占用的信道可根據(jù)需求動(dòng)態(tài)地分配給GPRS，該動(dòng)態(tài)過(guò)程可以用一個(gè)馬爾可夫過(guò)程來(lái)描述。對(duì)于突發(fā)性業(yè)務(wù)而言，可大大提高無(wú)線資源的利用率。而GPRS系統(tǒng)空中接口的一個(gè)基本特點(diǎn)就是多用戶共享空中資源。而且，上下信道獨(dú)立分配，這有利于不對(duì)稱數(shù)據(jù)傳輸，如瀏覽WEB頁(yè)面。GPRS允許單個(gè)移動(dòng)臺(tái)在同一個(gè)TDMA幀的多個(gè)時(shí)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(gè)無(wú)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(jī)制，可得到不同的比特速率。GPRS無(wú)線塊由MAC頭、信息單元、塊校驗(yàn)序列三部分組成。GPRS無(wú)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(jī)接入。頻率校正突發(fā)(FB)，用于移動(dòng)臺(tái)的頻率同步。 GPRS的突發(fā)序列時(shí)隙的物理內(nèi)容稱為突發(fā)(burst)。一個(gè)物理信道定義為一個(gè)TDMA幀、或跳頻序列。一個(gè)小區(qū)包括多個(gè)頻譜信道，由BTS管理。兩個(gè)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(guò)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(rèn)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(kāi)始下行分組傳輸。網(wǎng)絡(luò)在收到最后一個(gè)數(shù)塊后，將在PACKET UPLINK ACK中標(biāo)記是最后一次確認(rèn)。經(jīng)過(guò)上圖所示的接入請(qǐng)求與分配后，MS在支配的信道上發(fā)送數(shù)據(jù)，直到進(jìn)行到發(fā)送數(shù)據(jù)窗口中的最后一個(gè)為止，此時(shí)需要等待網(wǎng)絡(luò)的確認(rèn)消息，是發(fā)送窗口向前滑動(dòng)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(jìn)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(qǐng)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(qǐng)求，向MS發(fā)送信道分配消息。區(qū)別在于，如果MS檢測(cè)到當(dāng)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(gè)block都預(yù)留給該ms使用。在非PCCCH上，全部8個(gè)USF的信道都分配給MS使用。USF由3比特表示，因此有8個(gè)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(fù)責(zé)統(tǒng)一安派多個(gè)用戶數(shù)據(jù)的排隊(duì)，不存在爭(zhēng)用和碰撞。而在Unacknowledged mode下，不進(jìn)行重傳，接收方將出錯(cuò)的block剔除，用Dummy比特代替，保證LLPDU的長(zhǎng)度不變，才傳送給LLC層。發(fā)送方根據(jù)接收方返回的確認(rèn)消息，只重發(fā)那些沒(méi)有得到肯定確認(rèn)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(fù)責(zé)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(guò)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(kāi)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(dá)地址(PDP地址)的某種類型的多個(gè)NPDU，既可以按地址動(dòng)態(tài)分配不同的NSAPIS網(wǎng)絡(luò)服務(wù)接入點(diǎn))，也可以按PDP類型都被分配使用同一個(gè)NSAP工，每個(gè)NSAPI的NPDU發(fā)送序列號(hào)獨(dú)立編制，一個(gè)NPDU可能會(huì)被拆裝成幾個(gè)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(hào)。在SGSN和移動(dòng)臺(tái)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(shí)邏輯鏈路標(biāo)識(shí)(TLLI)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)標(biāo)識(shí)符(NSAPI)唯一確定PDP Context。也就是說(shuō)，GGSN和SGSN之間通過(guò)工P地址選路，利用GTP協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)封裝。GM)骨干網(wǎng)內(nèi)USN利用GPRS隧道協(xié)議對(duì)IP或X. 25分組進(jìn)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(jìn)行傳輸。如圖2. 12所示:圖2. 12用戶數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程GPRS支持外部網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)臺(tái)之間的透明傳輸，在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，在移動(dòng)臺(tái)、SGSN,GGSN中把數(shù)據(jù)包封裝起來(lái)，根據(jù)移動(dòng)臺(tái)、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(biāo)示，用于唯一地標(biāo)示一個(gè)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(zhǎng)，則傳輸時(shí)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(dòng)管理上下文和PDP上下文建立之后，就可以在移動(dòng)臺(tái)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(shí)現(xiàn)鏈路的動(dòng)態(tài)適配，由系統(tǒng)命令移動(dòng)臺(tái)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(wú)線條件動(dòng)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(dòng)臺(tái)控制。無(wú)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