倫立寶 趙志強 許聰聰 李懷祿

(河北遠東通信系統(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)標準是具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)字集群通信標準,中國公安部倡導的數(shù)字集群技術(shù)體制,可滿足公安等關(guān)鍵領(lǐng)域用戶對高效、專業(yè)無線調(diào)度指揮業(yè)務的迫切需求[1-3]。隨著專網(wǎng)無線通信的快速發(fā)展,PDT 標準應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)務的同時,終端實時上報定位信息到指揮調(diào)度中心也成為比較迫切的應用需求。終端的實時定位使指揮調(diào)度業(yè)務更加豐富和高效。

標準協(xié)議定義了3 種定位數(shù)據(jù)上報方法,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)信道主動上報定位數(shù)據(jù)[7]。現(xiàn)實使用過程中,當指揮調(diào)度中心需要實時監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)各個終端的位置信息時,所有終端需在指定的較短時間內(nèi)周期上報定位數(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 標準協(xié)議定義的3 種定位數(shù)據(jù)上報方法并不能很好地滿足要求。因此為對標準業(yè)務進行擴展,筆者設(shè)計了一種基于組呼文本短消息上拉與專用數(shù)據(jù)信道上報相結(jié)合的方法,實現(xiàn)終端定位數(shù)據(jù)高效上報。

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)送上拉請求,系統(tǒng)按照請求向目標終端下發(fā)上拉指令,目標終端通過控制信道將定位數(shù)據(jù)以短消息的方式進行上報。在該方法業(yè)務處理過程中,所有信令均在控制信道發(fā)射,當指揮調(diào)度中心需要實時監(jiān)控終端的位置信息時,其需要周期性地發(fā)起上拉業(yè)務,整個上拉過程嚴重占用控制信道,極大概率導致系統(tǒng)下語音呼叫業(yè)務失敗,影響系統(tǒng)和終端的正常使用。每次上報定位數(shù)據(jù)需要完整的上拉流程,以短消息的方式上報定位數(shù)據(jù),終端每次上報最少需要發(fā)送C_UDTHU 和C_UDTHD[9-10]兩條信令,業(yè)務整體上報效率較低。

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周期性地向目標終端下發(fā)上拉指令,上拉目標終端定位數(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時隙。目標終端收到上拉指令后通過專用數(shù)據(jù)信道上報定位數(shù)據(jù)。在該方法業(yè)務處理過程中,50%的信令在控制信道發(fā)射,整個上拉過程控制信道占用率較高,較大概率導致系統(tǒng)下語音呼叫業(yè)務失敗,影響系統(tǒng)和終端的正常使用。每次上報定位數(shù)據(jù)需要完整的上拉流程,業(yè)務整體上報效率較低。

數(shù)據(jù)信道終端主動上報定位數(shù)據(jù),該定位數(shù)據(jù)上報是移動臺根據(jù)系統(tǒng)配置信息在指定數(shù)據(jù)信道上報終端當前所處的位置信息的方法,根據(jù)觸發(fā)方式,可分為按時間、距離、時間距離相結(jié)合3 種上報方式。授權(quán)的有線終端可以通過系統(tǒng)修改相關(guān)配置信息對終端的定位數(shù)據(jù)上報進行控制。該方法終端在業(yè)務信道進行上報,如果直接采用周期上報的方式,當終端數(shù)量較大時,會出現(xiàn)大量終端在同一時隙上報定位數(shù)據(jù)的情況,PDT 系統(tǒng)會在極短的時間內(nèi)收到大量消息。這些消息同時抵達會形成射頻消息串擾,給PDT 系統(tǒng)造成RFID(Radio Frequency Identification)碰撞問題,導致系統(tǒng)無法正常接收到所有終端的定位數(shù)據(jù)。終端上報過程一直處于業(yè)務信道,無法進行語音呼叫業(yè)務。

標準協(xié)議定義的以上3 種定位數(shù)據(jù)上報方法主要存在控制信道占用率高、上報效率低、影響語音呼叫業(yè)務和RFID 碰撞4 個核心問題。在終端數(shù)量大、上報周期短的情況下這4 個問題表現(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 標準中定義了2 種文本短消息業(yè)務,個呼文本短消息和組呼文本短消息。組呼文本短消息業(yè)務中接收方為組號碼,授權(quán)的調(diào)度終端發(fā)起組呼文本短消息業(yè)務后,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)。當采用二進制數(shù)據(jù)進行存儲時,每個作為中間幀的C_UDTDD 信令最多可攜帶96 比特數(shù)據(jù),每個作為結(jié)束幀的C_UDTDD 信令最多可以攜帶79 比特數(shù)據(jù),一條短消息最多可以攜帶4 個C_UDTDD 信令,因此一條短消息最多可以攜帶367 比特數(shù)據(jù)。

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

在標準協(xié)議定義的專用數(shù)據(jù)信道上拉業(yè)務中,目標終端收到上拉指令后通過專用數(shù)據(jù)信道上報定位數(shù)據(jù),上報完成后返回控制信道。目標終端上報采用C_GPS3U 信令攜帶定位數(shù)據(jù),每次上報只需發(fā)送一條C_GPS3U 信令,終端上報過程效率較高。終端通過專用數(shù)據(jù)信道上報定位數(shù)據(jù),不會影響控制信道和業(yè)務信道語音呼叫業(yè)務的進行。因此在設(shè)計終端定位數(shù)據(jù)上報方法時,可選擇在專用數(shù)據(jù)信道進行上報。

3 定位數(shù)據(jù)上報方法設(shè)計

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)信道上報相結(jié)合的定位數(shù)據(jù)上報方法。該方法通過組呼文本短消息上拉,對終端進行排序,使終端按照順序依次在專用數(shù)據(jù)信道上報。

3.1 組呼文本短消息封裝

PDT 系統(tǒng)接收到有線調(diào)度終端上拉請求后,對目標終端按照規(guī)則進行排序,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)上報業(yè)務的發(fā)起者為有線調(diào)度終端。有線調(diào)度終端與PDT 系統(tǒng)對定位數(shù)據(jù)上報業(yè)務請求指令及攜帶數(shù)據(jù)的格式進行定義。PDT 系統(tǒng)接收調(diào)度終端的請求指令然后進行解析,如果請求指令為定位數(shù)據(jù)上拉指令,則請求指令攜帶的數(shù)據(jù)為目標用戶群組號碼。PDT 系統(tǒng)將目標用戶群組內(nèi)所有在線終端作為目標終端,并獲取目標終端總個數(shù)。一條短消息最多可攜帶4 個C_UDTDD 信令,最多可攜帶367 比特數(shù)據(jù)。在進行封裝時,首先設(shè)定每條短消息中用于標識目標終端總個數(shù)的字段所占用的比特長度,目標終端總個數(shù)可根據(jù)業(yè)務場景實際需要進行設(shè)定。然后依據(jù)每條短消息的容量,計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識短消息序號的字段所占用的比特長度。最后按照一定規(guī)則將所有目標終端進行排序,根據(jù)所得的短消息總條數(shù),以及每條短消息的容量,將序列分成相應數(shù)量的分段,分段和短消息按順序一一對應,將分段后每個分段內(nèi)的終端號碼按序依次封裝到對應的短消息的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,會通過廣播的方式向目標終端發(fā)送上拉通知指令。通過該指令,PDT 系統(tǒng)通知目標終端開始準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終端總個數(shù)、當前短消息序號和短消息內(nèi)每個終端的號碼等信息。終端對C_UDTDD 信令進行解析時,用于標識目標終端總個數(shù)的字段所占用的比特長度和用于標識短消息序號的字段所占用的比特長度與PDT 系統(tǒng)保持一致,根據(jù)業(yè)務場景實際需求進行提前設(shè)定。

2) 終端解析出目標終端總個數(shù)后,采用與PDT 系統(tǒng)相同的方式計算定位數(shù)據(jù)上拉組呼文本短消息的條數(shù),然后將當前收到的短消息序號與短消息總條數(shù)進行比較,判斷當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,開始對接收到的所有短消息進行解析。

3) 終端將接收到的所有短消息中攜帶的目標終端號碼進行排序,然后根據(jù)自己在序列中的位置,計算本終端上報數(shù)據(jù)所需等待的時間,等待時間以PDT 標準中的時隙為單位。

3.3 總體流程設(shè)計

筆者提出的上報方法依賴于有線調(diào)度終端、PDT 系統(tǒng)和終端的緊密配合,是在PDT 標準業(yè)務的基礎(chǔ)上進行的擴展。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)度終端選擇目標用戶群組,然后向PDT 系統(tǒng)發(fā)起定位數(shù)據(jù)上拉請求。目標用戶群組至少包括一個用戶終端為目標終端,各用戶群組均具有唯一的組號碼和組地址,其終端均具有唯一的個人號碼和個人地址。

2) PDT 系統(tǒng)接收到有線調(diào)度終端發(fā)出的上拉請求后,對上拉請求進行解析,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終端下發(fā)定位數(shù)據(jù)上拉指令,通知目標終端準備接收定位數(shù)據(jù)上拉組呼文本短消息,并準備定位數(shù)據(jù)。定位數(shù)據(jù)上拉指令中攜帶目標用戶地址,即目標用戶群組的組號碼。目標終端接收到上拉指令后,開始準備接收定位數(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)所述方法對短消息進行解析,計算本終端上報數(shù)據(jù)所需等待的時間并開啟定時器。

6) 終端根據(jù)定時器判斷何時進行上報,當開始上報時,切換到專用數(shù)據(jù)信道,上報完成后,再次切換到控制信道。

7) PDT 系統(tǒng)收到目標終端上報的定位數(shù)據(jù)后,對定位數(shù)據(jù)進行解析,將經(jīng)度、緯度和目標終端個人號碼發(fā)送給有線調(diào)度終端,有線調(diào)度終端對定位數(shù)據(jù)進行存儲和顯示。

4 測試驗證及結(jié)果分析

為測試本方法的實際應用性能,進行如下測試驗證工作。

1) 上報效率和RFID 碰撞驗證。試驗環(huán)境中,共準備100 部終端,終端號碼為80020200～80020299,組號碼為80020910,所有終端均在80020910 組中。分別對10、30、50、80、100 部終端進行單次上拉試驗,實驗過程中系統(tǒng)無語音呼叫業(yè)務,在有線調(diào)度終端上對終端上報情況進行記錄顯示。實驗結(jié)果如表1 所示。

表1 終端上報效率和成功率實驗結(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)務的情況下,終端能實現(xiàn)高效的位置上報,上報成功率為100%。

2) 對語音呼叫業(yè)務的影響。為驗證上報方法對語音呼叫業(yè)務的影響,選取了50 部終端,終端號碼為80020200～80020249。對終端進行上拉試驗,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間階段進行語音組呼呼叫業(yè)務,呼叫總時長設(shè)置為3 s 。試驗結(jié)果如表2 所示。

表2 上報方法對語音呼叫業(yè)務的影響試驗結(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)先級高于位置上報業(yè)務。在上拉業(yè)務開始前和系統(tǒng)下發(fā)上拉請求過程中發(fā)起語音呼叫,PDT 系統(tǒng)會優(yōu)先處理呼叫業(yè)務,待呼叫結(jié)束后再繼續(xù)下發(fā)上拉請求,從而保證了終端能正確接收上拉請求并完成位置上報。在終端按序上報定位數(shù)據(jù)過程,如果終端正在專用信道進行位置上報,當有呼叫業(yè)務時,不能及時加入呼叫。終端完成位置上報返回控制信道后,會通過遲后加入的方式進入呼叫。若終端在等待上報過程接收到語音呼叫業(yè)務,能直接加入到呼叫中。終端在呼叫結(jié)束后計算當前是否已經(jīng)錯過上報時機,若錯過,則等待下次上拉請求,否則繼續(xù)等待上報時機進行位置上報。

從實驗結(jié)果可以看出,上報方法不會影響語音呼叫業(yè)務的正常進行。同時,由于上報方法采取周期上拉的方式,語音呼叫過程會影響上報結(jié)果,呼叫結(jié)束后,上報業(yè)務會在下一個上拉周期恢復正常,從而保證了上拉業(yè)務的持續(xù)進行。

5 結(jié) 語

筆者提出的PDT 終端定位數(shù)據(jù)上報方法,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)信道上報相結(jié)合,解決了現(xiàn)有標準上報業(yè)務存在的控制信道占用率高、上報效率低、影響語音呼叫業(yè)務和RFID 碰撞等核心問題,實現(xiàn)了高效、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)上報,為實現(xiàn)終端位置實時監(jiān)控提供重要保障。