倫立寶 趙志強(qiáng) 許聰聰 李懷祿

(河北遠(yuǎn)東通信系統(tǒng)工程有限公司產(chǎn)品與解決方案中心,石家莊 050200)

0 引 言

PDT(Professional Digital Trunking)標(biāo)準(zhǔn)是具有中國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)字集群通信標(biāo)準(zhǔn),中國公安部倡導(dǎo)的數(shù)字集群技術(shù)體制,可滿足公安等關(guān)鍵領(lǐng)域用戶對(duì)高效、專業(yè)無線調(diào)度指揮業(yè)務(wù)的迫切需求[1-3]。隨著專網(wǎng)無線通信的快速發(fā)展,PDT 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于越來越多的行業(yè),其終端也越來越智能化[4-6]。在滿足語音、短信等基本業(yè)務(wù)的同時(shí),終端實(shí)時(shí)上報(bào)定位信息到指揮調(diào)度中心也成為比較迫切的應(yīng)用需求。終端的實(shí)時(shí)定位使指揮調(diào)度業(yè)務(wù)更加豐富和高效。

標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議定義了3 種定位數(shù)據(jù)上報(bào)方法,分別為GPS(Global Positioning System)單次上拉、專用數(shù)據(jù)信道上拉、終端在數(shù)據(jù)信道主動(dòng)上報(bào)定位數(shù)據(jù)[7]。現(xiàn)實(shí)使用過程中,當(dāng)指揮調(diào)度中心需要實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)終端的位置信息時(shí),所有終端需在指定的較短時(shí)間內(nèi)周期上報(bào)定位數(shù)據(jù)。然而受限于窄帶無線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入和傳輸能力[8],PDT 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議定義的3 種定位數(shù)據(jù)上報(bào)方法并不能很好地滿足要求。因此為對(duì)標(biāo)準(zhǔn)業(yè)務(wù)進(jìn)行擴(kuò)展,筆者設(shè)計(jì)了一種基于組呼文本短消息上拉與專用數(shù)據(jù)信道上報(bào)相結(jié)合的方法,實(shí)現(xiàn)終端定位數(shù)據(jù)高效上報(bào)。

1 核心問題

GPS 單次上拉,授權(quán)的有線調(diào)度終端向系統(tǒng)發(fā)送上拉請(qǐng)求,系統(tǒng)按照請(qǐng)求向目標(biāo)終端下發(fā)上拉指令,目標(biāo)終端通過控制信道將定位數(shù)據(jù)以短消息的方式進(jìn)行上報(bào)。在該方法業(yè)務(wù)處理過程中,所有信令均在控制信道發(fā)射,當(dāng)指揮調(diào)度中心需要實(shí)時(shí)監(jiān)控終端的位置信息時(shí),其需要周期性地發(fā)起上拉業(yè)務(wù),整個(gè)上拉過程嚴(yán)重占用控制信道,極大概率導(dǎo)致系統(tǒng)下語音呼叫業(yè)務(wù)失敗,影響系統(tǒng)和終端的正常使用。每次上報(bào)定位數(shù)據(jù)需要完整的上拉流程,以短消息的方式上報(bào)定位數(shù)據(jù),終端每次上報(bào)最少需要發(fā)送C_UDTHU 和C_UDTHD[9-10]兩條信令,業(yè)務(wù)整體上報(bào)效率較低。

專用數(shù)據(jù)信道上拉,授權(quán)的有線調(diào)度終端向系統(tǒng)訂閱目標(biāo)終端定位數(shù)據(jù)及上拉周期,訂閱成功后,系統(tǒng)按照上拉周期要求自動(dòng)周期性地向目標(biāo)終端下發(fā)上拉指令,上拉目標(biāo)終端定位數(shù)據(jù),直至授權(quán)終端取消訂閱才停止周期性上拉。周期性定位上拉指令在專用數(shù)據(jù)信道下發(fā),該信道位于與控制信道相同載頻的另一個(gè)時(shí)隙。目標(biāo)終端收到上拉指令后通過專用數(shù)據(jù)信道上報(bào)定位數(shù)據(jù)。在該方法業(yè)務(wù)處理過程中,50%的信令在控制信道發(fā)射,整個(gè)上拉過程控制信道占用率較高,較大概率導(dǎo)致系統(tǒng)下語音呼叫業(yè)務(wù)失敗,影響系統(tǒng)和終端的正常使用。每次上報(bào)定位數(shù)據(jù)需要完整的上拉流程,業(yè)務(wù)整體上報(bào)效率較低。

數(shù)據(jù)信道終端主動(dòng)上報(bào)定位數(shù)據(jù),該定位數(shù)據(jù)上報(bào)是移動(dòng)臺(tái)根據(jù)系統(tǒng)配置信息在指定數(shù)據(jù)信道上報(bào)終端當(dāng)前所處的位置信息的方法,根據(jù)觸發(fā)方式,可分為按時(shí)間、距離、時(shí)間距離相結(jié)合3 種上報(bào)方式。授權(quán)的有線終端可以通過系統(tǒng)修改相關(guān)配置信息對(duì)終端的定位數(shù)據(jù)上報(bào)進(jìn)行控制。該方法終端在業(yè)務(wù)信道進(jìn)行上報(bào),如果直接采用周期上報(bào)的方式,當(dāng)終端數(shù)量較大時(shí),會(huì)出現(xiàn)大量終端在同一時(shí)隙上報(bào)定位數(shù)據(jù)的情況,PDT 系統(tǒng)會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)收到大量消息。這些消息同時(shí)抵達(dá)會(huì)形成射頻消息串?dāng)_,給PDT 系統(tǒng)造成RFID(Radio Frequency Identification)碰撞問題,導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常接收到所有終端的定位數(shù)據(jù)。終端上報(bào)過程一直處于業(yè)務(wù)信道,無法進(jìn)行語音呼叫業(yè)務(wù)。

標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議定義的以上3 種定位數(shù)據(jù)上報(bào)方法主要存在控制信道占用率高、上報(bào)效率低、影響語音呼叫業(yè)務(wù)和RFID 碰撞4 個(gè)核心問題。在終端數(shù)量大、上報(bào)周期短的情況下這4 個(gè)問題表現(xiàn)尤為明顯。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 組呼文本短消息上拉技術(shù)

PDT 標(biāo)準(zhǔn)中定義了2 種文本短消息業(yè)務(wù),個(gè)呼文本短消息和組呼文本短消息。組呼文本短消息業(yè)務(wù)中接收方為組號(hào)碼,授權(quán)的調(diào)度終端發(fā)起組呼文本短消息業(yè)務(wù)后,在該組內(nèi)的所有終端均可收到該條短消息。系統(tǒng)下發(fā)的短消息信令主要包括C_UDTHD 和C_UDTDD,其中C_UDTDD 信令用于承載短消息數(shù)據(jù)。當(dāng)采用二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)時(shí),每個(gè)作為中間幀的C_UDTDD 信令最多可攜帶96 比特?cái)?shù)據(jù),每個(gè)作為結(jié)束幀的C_UDTDD 信令最多可以攜帶79 比特?cái)?shù)據(jù),一條短消息最多可以攜帶4 個(gè)C_UDTDD 信令,因此一條短消息最多可以攜帶367 比特?cái)?shù)據(jù)。

為解決控制信道占用率高、上報(bào)效率低和RFID 碰撞問題,PDT 系統(tǒng)將所有需要上報(bào)定位數(shù)據(jù)的終端歸屬到同一組,然后按照一定規(guī)則進(jìn)行排序,將排序后的終端號(hào)碼按順序封裝到C_UDTDD 信令中,同時(shí)將終端總個(gè)數(shù)以及當(dāng)前短消息序號(hào)封裝到C_UDTDD 信令中。利用組呼文本短消息業(yè)務(wù),將所有需要上報(bào)的終端號(hào)碼、終端總個(gè)數(shù)和當(dāng)前短消息序號(hào)信息發(fā)送給組內(nèi)所有終端。需要上報(bào)定位數(shù)據(jù)的終端接收完組呼文本短消息后,對(duì)短消息內(nèi)容進(jìn)行解析,然后根據(jù)自己的上報(bào)順序依次上報(bào)。通過組呼文本短消息上拉,可以有效地解決單獨(dú)對(duì)每個(gè)終端上拉造成的控制信道占用率高的問題,提高上拉效率,降低對(duì)語音呼叫業(yè)務(wù)的影響。終端根據(jù)上報(bào)順序依次上報(bào),可以有效地避免RFID碰撞的發(fā)生。

2.2 專用數(shù)據(jù)信道上報(bào)

在標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議定義的專用數(shù)據(jù)信道上拉業(yè)務(wù)中,目標(biāo)終端收到上拉指令后通過專用數(shù)據(jù)信道上報(bào)定位數(shù)據(jù),上報(bào)完成后返回控制信道。目標(biāo)終端上報(bào)采用C_GPS3U 信令攜帶定位數(shù)據(jù),每次上報(bào)只需發(fā)送一條C_GPS3U 信令,終端上報(bào)過程效率較高。終端通過專用數(shù)據(jù)信道上報(bào)定位數(shù)據(jù),不會(huì)影響控制信道和業(yè)務(wù)信道語音呼叫業(yè)務(wù)的進(jìn)行。因此在設(shè)計(jì)終端定位數(shù)據(jù)上報(bào)方法時(shí),可選擇在專用數(shù)據(jù)信道進(jìn)行上報(bào)。

3 定位數(shù)據(jù)上報(bào)方法設(shè)計(jì)

筆者提出了一種基于組呼文本短消息上拉與專用數(shù)據(jù)信道上報(bào)相結(jié)合的定位數(shù)據(jù)上報(bào)方法。該方法通過組呼文本短消息上拉,對(duì)終端進(jìn)行排序,使終端按照順序依次在專用數(shù)據(jù)信道上報(bào)。

3.1 組呼文本短消息封裝

PDT 系統(tǒng)接收到有線調(diào)度終端上拉請(qǐng)求后,對(duì)目標(biāo)終端按照規(guī)則進(jìn)行排序,然后封裝成定位數(shù)據(jù)上拉組呼文本短消息,主要流程如圖1 所示。

圖1 PDT 系統(tǒng)封裝定位數(shù)據(jù)上拉組呼文本短消息流程Fig.1 The process of encapsulating pull-up group text message for positioning data

定位數(shù)據(jù)上報(bào)業(yè)務(wù)的發(fā)起者為有線調(diào)度終端。有線調(diào)度終端與PDT 系統(tǒng)對(duì)定位數(shù)據(jù)上報(bào)業(yè)務(wù)請(qǐng)求指令及攜帶數(shù)據(jù)的格式進(jìn)行定義。PDT 系統(tǒng)接收調(diào)度終端的請(qǐng)求指令然后進(jìn)行解析,如果請(qǐng)求指令為定位數(shù)據(jù)上拉指令,則請(qǐng)求指令攜帶的數(shù)據(jù)為目標(biāo)用戶群組號(hào)碼。PDT 系統(tǒng)將目標(biāo)用戶群組內(nèi)所有在線終端作為目標(biāo)終端,并獲取目標(biāo)終端總個(gè)數(shù)。一條短消息最多可攜帶4 個(gè)C_UDTDD 信令,最多可攜帶367 比特?cái)?shù)據(jù)。在進(jìn)行封裝時(shí),首先設(shè)定每條短消息中用于標(biāo)識(shí)目標(biāo)終端總個(gè)數(shù)的字段所占用的比特長(zhǎng)度,目標(biāo)終端總個(gè)數(shù)可根據(jù)業(yè)務(wù)場(chǎng)景實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)定。然后依據(jù)每條短消息的容量,計(jì)算所需的短消息的總條數(shù),根據(jù)短消息的總條數(shù)設(shè)定每條短消息中用于標(biāo)識(shí)短消息序號(hào)的字段所占用的比特長(zhǎng)度。最后按照一定規(guī)則將所有目標(biāo)終端進(jìn)行排序,根據(jù)所得的短消息總條數(shù),以及每條短消息的容量,將序列分成相應(yīng)數(shù)量的分段,分段和短消息按順序一一對(duì)應(yīng),將分段后每個(gè)分段內(nèi)的終端號(hào)碼按序依次封裝到對(duì)應(yīng)的短消息的C_UDTDD 信令中。

3.2 組呼文本短消息接收與解析

PDT 系統(tǒng)在下發(fā)定位上拉組呼文本短消息前,會(huì)通過廣播的方式向目標(biāo)終端發(fā)送上拉通知指令。通過該指令,PDT 系統(tǒng)通知目標(biāo)終端開始準(zhǔn)備接收上拉組呼文本短消息。終端接收到該指令后,開始接收上拉組呼文本短消息并進(jìn)行解析,主要流程如圖2 所示。

圖2 終端接收并解析上拉組呼文本短消息流程Fig.2 The process of receiving and parsing pull-up group text message

1) 終端首先接收第1 條短消息的C_UDTHD 信令和C_UDTDD 信令并進(jìn)行解析,判斷終端所在用戶群組的組地址與C_UDTHD 信令中的是否一致,若是,則繼續(xù)接收C_UDTDD 信令并進(jìn)行解析,獲取定位數(shù)據(jù)上拉組呼文本短消息攜帶的目標(biāo)終端總個(gè)數(shù)、當(dāng)前短消息序號(hào)和短消息內(nèi)每個(gè)終端的號(hào)碼等信息。終端對(duì)C_UDTDD 信令進(jìn)行解析時(shí),用于標(biāo)識(shí)目標(biāo)終端總個(gè)數(shù)的字段所占用的比特長(zhǎng)度和用于標(biāo)識(shí)短消息序號(hào)的字段所占用的比特長(zhǎng)度與PDT 系統(tǒng)保持一致,根據(jù)業(yè)務(wù)場(chǎng)景實(shí)際需求進(jìn)行提前設(shè)定。

2) 終端解析出目標(biāo)終端總個(gè)數(shù)后,采用與PDT 系統(tǒng)相同的方式計(jì)算定位數(shù)據(jù)上拉組呼文本短消息的條數(shù),然后將當(dāng)前收到的短消息序號(hào)與短消息總條數(shù)進(jìn)行比較,判斷當(dāng)前接收到的短消息是否為最后一條,若不是,則繼續(xù)接收短消息,否則,開始對(duì)接收到的所有短消息進(jìn)行解析。

3) 終端將接收到的所有短消息中攜帶的目標(biāo)終端號(hào)碼進(jìn)行排序,然后根據(jù)自己在序列中的位置,計(jì)算本終端上報(bào)數(shù)據(jù)所需等待的時(shí)間,等待時(shí)間以PDT 標(biāo)準(zhǔn)中的時(shí)隙為單位。

3.3 總體流程設(shè)計(jì)

筆者提出的上報(bào)方法依賴于有線調(diào)度終端、PDT 系統(tǒng)和終端的緊密配合,是在PDT 標(biāo)準(zhǔn)業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的擴(kuò)展。該方法的總體流程圖如圖3 所示。

圖3 衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)上報(bào)方法總體流程圖Fig.3 The process of positioning data reporting method

1) 有線調(diào)度終端選擇目標(biāo)用戶群組,然后向PDT 系統(tǒng)發(fā)起定位數(shù)據(jù)上拉請(qǐng)求。目標(biāo)用戶群組至少包括一個(gè)用戶終端為目標(biāo)終端,各用戶群組均具有唯一的組號(hào)碼和組地址,其終端均具有唯一的個(gè)人號(hào)碼和個(gè)人地址。

2) PDT 系統(tǒng)接收到有線調(diào)度終端發(fā)出的上拉請(qǐng)求后,對(duì)上拉請(qǐng)求進(jìn)行解析,然后按照3.1 節(jié)所述方法封裝上拉所需組呼文本短消息。

3) PDT 系統(tǒng)通過自定義廣播的方式向目標(biāo)終端下發(fā)定位數(shù)據(jù)上拉指令,通知目標(biāo)終端準(zhǔn)備接收定位數(shù)據(jù)上拉組呼文本短消息,并準(zhǔn)備定位數(shù)據(jù)。定位數(shù)據(jù)上拉指令中攜帶目標(biāo)用戶地址,即目標(biāo)用戶群組的組號(hào)碼。目標(biāo)終端接收到上拉指令后,開始準(zhǔn)備接收定位數(shù)據(jù)上拉組呼文本短消息。

4) PDT 系統(tǒng)向目標(biāo)終端下發(fā)定位數(shù)據(jù)上拉組呼文本短消息,若定位數(shù)據(jù)上拉組呼文本短消息有多條,則按順序依次下發(fā)。

5) 目標(biāo)終端收到定位數(shù)據(jù)上拉組呼文本短消息后,按照3.2 節(jié)所述方法對(duì)短消息進(jìn)行解析,計(jì)算本終端上報(bào)數(shù)據(jù)所需等待的時(shí)間并開啟定時(shí)器。

6) 終端根據(jù)定時(shí)器判斷何時(shí)進(jìn)行上報(bào),當(dāng)開始上報(bào)時(shí),切換到專用數(shù)據(jù)信道,上報(bào)完成后,再次切換到控制信道。

7) PDT 系統(tǒng)收到目標(biāo)終端上報(bào)的定位數(shù)據(jù)后,對(duì)定位數(shù)據(jù)進(jìn)行解析,將經(jīng)度、緯度和目標(biāo)終端個(gè)人號(hào)碼發(fā)送給有線調(diào)度終端,有線調(diào)度終端對(duì)定位數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示。

4 測(cè)試驗(yàn)證及結(jié)果分析

為測(cè)試本方法的實(shí)際應(yīng)用性能,進(jìn)行如下測(cè)試驗(yàn)證工作。

1) 上報(bào)效率和RFID 碰撞驗(yàn)證。試驗(yàn)環(huán)境中,共準(zhǔn)備100 部終端,終端號(hào)碼為80020200～80020299,組號(hào)碼為80020910,所有終端均在80020910 組中。分別對(duì)10、30、50、80、100 部終端進(jìn)行單次上拉試驗(yàn),實(shí)驗(yàn)過程中系統(tǒng)無語音呼叫業(yè)務(wù),在有線調(diào)度終端上對(duì)終端上報(bào)情況進(jìn)行記錄顯示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。

表1 終端上報(bào)效率和成功率實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.1 The experimental results of the terminal reporting efficiency and success rate

從表1 可以看出,在無語音呼叫業(yè)務(wù)的情況下,終端能實(shí)現(xiàn)高效的位置上報(bào),上報(bào)成功率為100%。

2) 對(duì)語音呼叫業(yè)務(wù)的影響。為驗(yàn)證上報(bào)方法對(duì)語音呼叫業(yè)務(wù)的影響,選取了50 部終端,終端號(hào)碼為80020200～80020249。對(duì)終端進(jìn)行上拉試驗(yàn),有線調(diào)度終端配置上拉周期為15 s。在上拉過程的不同時(shí)間階段進(jìn)行語音組呼呼叫業(yè)務(wù),呼叫總時(shí)長(zhǎng)設(shè)置為3 s 。試驗(yàn)結(jié)果如表2 所示。

表2 上報(bào)方法對(duì)語音呼叫業(yè)務(wù)的影響試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 The influence of reporting method on voice call service

在PDT 系統(tǒng)中,語音呼叫優(yōu)先級(jí)高于位置上報(bào)業(yè)務(wù)。在上拉業(yè)務(wù)開始前和系統(tǒng)下發(fā)上拉請(qǐng)求過程中發(fā)起語音呼叫,PDT 系統(tǒng)會(huì)優(yōu)先處理呼叫業(yè)務(wù),待呼叫結(jié)束后再繼續(xù)下發(fā)上拉請(qǐng)求,從而保證了終端能正確接收上拉請(qǐng)求并完成位置上報(bào)。在終端按序上報(bào)定位數(shù)據(jù)過程,如果終端正在專用信道進(jìn)行位置上報(bào),當(dāng)有呼叫業(yè)務(wù)時(shí),不能及時(shí)加入呼叫。終端完成位置上報(bào)返回控制信道后,會(huì)通過遲后加入的方式進(jìn)入呼叫。若終端在等待上報(bào)過程接收到語音呼叫業(yè)務(wù),能直接加入到呼叫中。終端在呼叫結(jié)束后計(jì)算當(dāng)前是否已經(jīng)錯(cuò)過上報(bào)時(shí)機(jī),若錯(cuò)過,則等待下次上拉請(qǐng)求,否則繼續(xù)等待上報(bào)時(shí)機(jī)進(jìn)行位置上報(bào)。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,上報(bào)方法不會(huì)影響語音呼叫業(yè)務(wù)的正常進(jìn)行。同時(shí),由于上報(bào)方法采取周期上拉的方式,語音呼叫過程會(huì)影響上報(bào)結(jié)果,呼叫結(jié)束后,上報(bào)業(yè)務(wù)會(huì)在下一個(gè)上拉周期恢復(fù)正常,從而保證了上拉業(yè)務(wù)的持續(xù)進(jìn)行。

5 結(jié) 語

筆者提出的PDT 終端定位數(shù)據(jù)上報(bào)方法,充分利用了組呼文本短消息的數(shù)據(jù)承載能力。通過組呼文本短消息上拉和專用數(shù)據(jù)信道上報(bào)相結(jié)合,解決了現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)上報(bào)業(yè)務(wù)存在的控制信道占用率高、上報(bào)效率低、影響語音呼叫業(yè)務(wù)和RFID 碰撞等核心問題,實(shí)現(xiàn)了高效、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)上報(bào),為實(shí)現(xiàn)終端位置實(shí)時(shí)監(jiān)控提供重要保障。