馬艷

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 西安 710300）

引言

近幾年，隨著汽車數(shù)量的不斷增加以及車輛速度的日益提高，汽車的安全問題也逐漸突出。關(guān)于加強(qiáng)汽車自動(dòng)安全監(jiān)控功能的研究也備受關(guān)注。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展，將車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與安全監(jiān)控技術(shù)相結(jié)合，建立一個(gè)貨運(yùn)車輛安全監(jiān)控系統(tǒng)成為了可能。本文主要分析的貨運(yùn)汽車安防系統(tǒng)就是建立在車聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用無線服務(wù)的GPRS和安全防控儀來設(shè)計(jì)車輛的監(jiān)控系統(tǒng)，以此來保證貨運(yùn)車輛行駛的安全性。

1 安防系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)

1.1 WSN技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）是一種無線通信方式構(gòu)成的多跳自組織網(wǎng)絡(luò)，有很多微型傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。它具有協(xié)作采集、傳輸、處理、感知監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)的對(duì)象信息，同時(shí)與匯聚節(jié)點(diǎn)相互協(xié)作，將這些傳感器監(jiān)測(cè)到的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸給用戶。傳感網(wǎng)能夠感知到的信息一般都是在物聯(lián)網(wǎng)中獲取的[1-2]。自組織網(wǎng)絡(luò)就是臨時(shí)的自治分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，其實(shí)沒有真正的固定設(shè)施，而且在網(wǎng)絡(luò)上還能使用一些不便利用或是不能利用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，比如：AP、基站環(huán)境下，可以實(shí)現(xiàn)終端的相互連接，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的通信。而車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)其實(shí)就是在無線傳感網(wǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行發(fā)展的，它是與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)中的車、人和路一同構(gòu)成管理系統(tǒng)。

1.2 GPRS技術(shù)

目前通用的無線通訊業(yè)務(wù)GPRS就是全球性的移動(dòng)通信技術(shù)，它是與其他外部的設(shè)施一同構(gòu)成無線傳輸數(shù)據(jù)系統(tǒng)。無線分析組通訊業(yè)務(wù)是利用分組交換的系統(tǒng)，同時(shí)也具備GSM系統(tǒng)功能，在網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)傳輸非?？焖佟＠肎PRS技術(shù)就是將車載系統(tǒng)終端傳感器采集的數(shù)據(jù)，利用GPRS技術(shù)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行融合后，實(shí)現(xiàn)定時(shí)、不定時(shí)的無線通訊，同時(shí)給遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)[3-4]。建立在ARM-Linux系統(tǒng)上，可以實(shí)現(xiàn)多線程、多進(jìn)程的功能調(diào)用，所以，本文也是使用這種操作系統(tǒng)來管理數(shù)據(jù)。系統(tǒng)的流程如表1所示。

表1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的流程

2 上位機(jī)管理平臺(tái)和車載終端

2.1 上位機(jī)管理平臺(tái)

上位機(jī)監(jiān)控管理平臺(tái)就是車運(yùn)輸?shù)陌踩雷o(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)是配合車載終端構(gòu)成中心監(jiān)控服務(wù)管理平臺(tái)，它具有車隊(duì)遠(yuǎn)程指揮，實(shí)時(shí)監(jiān)控分類，數(shù)據(jù)行駛記錄，自動(dòng)報(bào)警觸發(fā)，自動(dòng)數(shù)據(jù)分析，海量數(shù)據(jù)計(jì)算，人車信息和系統(tǒng)功能管理，自動(dòng)績(jī)效評(píng)價(jià)，交通自動(dòng)報(bào)警等功能。關(guān)于上位機(jī)的軟件管理平臺(tái)機(jī)構(gòu)如表2所示。

2.2 車載終端（ASPV）設(shè)計(jì)

車載終端儀器的原理是：通過儀器中的傳感器組、無線電系統(tǒng)、GPS系統(tǒng)、GPRS系統(tǒng)、嵌入式微處理器等，對(duì)大量的空間數(shù)據(jù)、傳感器信息等進(jìn)行動(dòng)態(tài)的分析和計(jì)算，同時(shí)也可以利用該儀器自身帶有的算法，計(jì)算車輛是否處于安全狀態(tài)，從而完成對(duì)車輛的自動(dòng)防護(hù)和監(jiān)控。該儀器中的GPS系統(tǒng)，在無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，可以實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的數(shù)據(jù)通信，最后利用GSM網(wǎng)絡(luò)，給手機(jī)終端實(shí)現(xiàn)短信方式的聯(lián)系，從而完成自動(dòng)報(bào)警和安全監(jiān)控。

ASPV是專門為運(yùn)輸行業(yè)提供的一種安全監(jiān)控系統(tǒng)，它是一種分布式的車載安防智能終端。這種設(shè)備儀器是由車輛的方向盤、貨箱、駕駛室、郵箱主控機(jī)、貨箱和方向盤探測(cè)器、遙控器等部分構(gòu)成。它可以在無線、有線的環(huán)境下進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。這種設(shè)備的功能包括在重大的交通事故中進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警和救援，具有主動(dòng)的全車防盜提示、超速提示、雙向主動(dòng)限速、非正常駕駛預(yù)警、車聯(lián)網(wǎng)運(yùn)輸?shù)陌踩O(jiān)控等功能。圖1為ASPV控制電路框圖。

表2 主控模塊系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)

圖1 ASPV控制電路框圖

3 通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

本文分析的車聯(lián)網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)控系統(tǒng)是由3部分構(gòu)成：

1）底層安裝的是車載智能分布式終端（ASPV），與移動(dòng)無線傳感網(wǎng)（WSN）進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的分布式傳輸；

2）中間層是外部網(wǎng)絡(luò)和車載智能終端在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)下進(jìn)行連接，從而實(shí)現(xiàn)車輛系統(tǒng)與遠(yuǎn)程的監(jiān)控中心進(jìn)行信息交換；

3）上層安裝的是公司中心數(shù)據(jù)服務(wù)器，在Internet基礎(chǔ)上與客戶監(jiān)控中心服務(wù)器實(shí)現(xiàn)連接，從建立一個(gè)云服務(wù)中心，讓貨運(yùn)車輛實(shí)現(xiàn)云計(jì)算的服務(wù)。這里使用了SMS與監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)短信聯(lián)系的服務(wù)方式，需要在網(wǎng)絡(luò)下進(jìn)行信息傳輸。

3.2 GPRS和Internet連接設(shè)計(jì)

3.2.1 Internet和GPRS構(gòu)成的設(shè)計(jì)模型

GPRS就是在GSM基站中增加的GPRS網(wǎng)絡(luò)關(guān)節(jié)點(diǎn)。通過添加業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)，可以將Internet和GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。本文分析的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，首先要經(jīng)過移動(dòng)通信的調(diào)配器進(jìn)行調(diào)節(jié)，并以撥號(hào)方式，實(shí)現(xiàn)與GPRS業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)通信，之后進(jìn)入GPRS網(wǎng)絡(luò)中，從而實(shí)現(xiàn)Internet和GPRS網(wǎng)管之間的連接，實(shí)現(xiàn)信息的交流[5-6]。

3.2.2 通信協(xié)議系統(tǒng)棧

本文分析的通信系統(tǒng)協(xié)議棧機(jī)構(gòu)是由GPRS/TCP/PPP/IP等4個(gè)模塊構(gòu)成的；在第一層中使用的GPRS協(xié)議，屬于物理層。該模塊是由ARM嵌入式的微處理器在AT指令下，實(shí)現(xiàn)GPRSModem的數(shù)據(jù)撥號(hào)，實(shí)現(xiàn)GPRS和系統(tǒng)GPRSModem網(wǎng)絡(luò)的物理交互，也就是GPRS信道。在第二層使用的是PPP協(xié)議，屬于鏈路層。系統(tǒng)需要遠(yuǎn)程進(jìn)入Internet，從而獲得GPRS網(wǎng)關(guān)的IP地址信息，利用PPP協(xié)議將GPRS物理層與無差錯(cuò)的數(shù)據(jù)通道相互聯(lián)系。在第三層使用的IP協(xié)議，屬于網(wǎng)絡(luò)層，實(shí)現(xiàn)Internet每個(gè)終端之間的聯(lián)系，其中每個(gè)終端都有自己的IP地址[7-8]。利用IP路由進(jìn)行選擇和辨別，將系統(tǒng)與Internet中的每個(gè)IP終端進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。在最后一層使用的是TCP協(xié)議，屬于傳輸層，主要是負(fù)責(zé)給數(shù)據(jù)傳輸提供可靠、面向連接的服務(wù)。

3.3 車聯(lián)網(wǎng)安全監(jiān)控系統(tǒng)的相互連接

本文是基于車聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行分析，車聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)成部分也可以分為3個(gè)部分。

1）最高層是應(yīng)用層，也就是車聯(lián)網(wǎng)上安裝的上位機(jī)系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)提供人工使用的終端數(shù)據(jù)；

2）中間層屬于網(wǎng)絡(luò)傳輸層，負(fù)責(zé)與互聯(lián)網(wǎng)之間實(shí)現(xiàn)分布式信息傳輸；

3）最底層屬于信息感知層，負(fù)責(zé)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行融合和采集。該系統(tǒng)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)可以如表3所示。

表3 系統(tǒng)互聯(lián)結(jié)構(gòu)

4 結(jié)束語

本文分析的貨車車輛自動(dòng)安全監(jiān)控系統(tǒng)，是利用聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)搭建的，主要分析該系統(tǒng)的工作原理和系統(tǒng)主要功能和結(jié)構(gòu)。該設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以和道路、車輛、車管等系統(tǒng)合作建立一個(gè)完整系統(tǒng)，從而實(shí)時(shí)了解車輛運(yùn)行的信息，同時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的車輛進(jìn)行監(jiān)控和管理，實(shí)現(xiàn)交通事故報(bào)警和求援，安全防盜，路徑選擇等功能。