基于CDMA的車載終端數(shù)據(jù)通信工作原理

在傳統(tǒng)的移動網(wǎng)絡中，很多網(wǎng)絡問題需要工程師或者技術人員攜帶儀表駕車路測來發(fā)現(xiàn)。這種測試方法在以往的網(wǎng)絡優(yōu)化測試中已采用多年，存在系統(tǒng)復雜、人員管理不方便、效率低下等問題。且每個技術人員或工程師都不可能負責太多的基站小區(qū)優(yōu)化工作和問題分析。為此，建立無線網(wǎng)絡質(zhì)量自動監(jiān)測系統(tǒng)的工作是有必要的。

車載終端簡介

車載終端組成

圖1為車載終端的結(jié)構圖，車載數(shù)據(jù)終端主要包括單片機（rabbit2000）、GPS模塊、CDMA 手機模塊、GSM手機模塊、鐵電存儲器、電源變換模塊等。其中，CDMA模塊負責所采集數(shù)據(jù)的無線傳輸。

圖1 車載終端結(jié)構圖

車載終端工作原理

車載終端的工作原理可以描述為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及存儲、數(shù)據(jù)上傳幾個過程。其中數(shù)據(jù)采集讀取GPS模塊返回的消息，提取經(jīng)緯度信息，通過GSM和 CDMA 模塊分別采集CDMA和GSM網(wǎng)絡質(zhì)量參數(shù);數(shù)據(jù)處理及存儲根據(jù)經(jīng)緯度信息判斷車輛行駛距離，由此距離判斷是否記錄該次采集的數(shù)據(jù)，上傳數(shù)據(jù)時再從鐵電中讀取這些數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)上傳通過簡單IP實現(xiàn)與監(jiān)控中心的TCP連接，并實時檢測TCP連接狀態(tài)，連接中斷則立即重新連接，保證數(shù)據(jù)能實時地上傳給監(jiān)控中心。

數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崿F(xiàn)

硬件連接

本文中采用了MG815+模塊及UIM卡，硬件連接如圖2所示。圖中左側(cè)為UIM卡連接參考電路，右側(cè)為MG815+模塊連接參考電路。由于模塊串口輸出電平為3.8V，而Rabbit串口輸出電平為5V，因此在兩者之間增加了串口電平轉(zhuǎn)換芯片NC7WZ07，以提升Rabbit和模塊之間串口通信的可靠性。

圖2 MG815+及UIM卡的硬件連接圖

AT指令

AT（Attention） 指令最初由 Hayes 公司推出，主要用于對調(diào)制解調(diào)器的控制，現(xiàn)在已演化為一種標準，所有移動模塊都支持 AT 指令。雖然不同廠家的手機模塊都參照 GSM 協(xié)議，但格式還是有所不同，開發(fā)過程中一定要認真參考廠家給的資料。AT 指令格式如下：

AT指令都以“AT”開頭，以結(jié)束，例如 “ATE0rn”

AT指令返回格式：，例如，對于上一AT命令的返回為“ATE0rnrnOKrn” 。

TCP連接的建立

TCP的連接建立經(jīng)過以下過程：

① 建立撥號連接，AT命令為AT+ZPPPOPENrn。

② 建立TCP連接，AT 命令為AT+ZIPSETUP=SOCKET_NUM， IP_AD， PORT_NUM rn，例如AT+ZIPSETUP=1，211.136.18.171，5000rn。

③ TCP連接成功建立后，可以發(fā)送數(shù)據(jù)，AT命令為AT+ZIPSEND=， rrn，例如AT+ZIPSEND=1，4rgoodrn，發(fā)送的數(shù)據(jù)為“good”。

這里所用到的查詢命令及各命令返回說明包括：

①查詢撥號連接狀態(tài)命令：AT+ZPPPSTATUSrn

返回有三種狀態(tài)：撥號連接建立rn+ZPPPSTATUS： OPENEDrnrnOKrn

撥號連接斷開 rn+ZPPPSTATUS： CLOSEDrnr nOKrn

正在撥號 rn+ZPPPSTATUS： * rnrnOKrn

②查詢TCP連接狀態(tài)命令：AT+ZIPSTATUS= SOCKET_NUM rn

返回有三種狀態(tài)：TCP連接建立 rn+ZIPSTATUS： ESTABLISHEDrnrnOKrn

TCP連接失敗 rn+ZIPSTATU S:CLOSEDrnrnOKrn

正在建立連接 rn+ZIPSTATUS:SYN_SENTrnrn OKrn

數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收

模塊從TCP通道接收到數(shù)據(jù)后，由串口返回消息：+ZIPRECV:0，1，， rn，例如，+ZIPRECV： 0，10，1234567890rn，則TCP通道接收的數(shù)據(jù)為1234567890。

+ZIPRECV為異步消息，在任意時刻返回，在接收該消息時要注意。

數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖O計

終端與監(jiān)控中心以報文形式交互數(shù)據(jù)，報文包括數(shù)據(jù)包（采集的數(shù)據(jù)信息）、心跳包（定時發(fā)送，以維持網(wǎng)絡連接）以及校時請求，以上均由終端主動發(fā)起，監(jiān)控中心回復。數(shù)據(jù)通信子程序的流程如圖3。

圖3 數(shù)據(jù)通信流程圖

根據(jù)流程圖可知，發(fā)送數(shù)據(jù)后等待監(jiān)控中心的回復消息，設置等待時間，若超時還無回復消息，則退出等待;下次發(fā)送數(shù)據(jù)時重新發(fā)送。

數(shù)據(jù)傳輸實例

終端發(fā)送的數(shù)據(jù)包如下：

01780102000146003030407 5345460008184101641000105 03010701221632303903.6741N1215 3.1326E27990357079425-70-66-632 004070031040828531405011144 1801194100068722100694210807 02200906902012

數(shù)據(jù)包中0178為報文長度;01為版本號;02為命令字;0001為數(shù)據(jù)包序列號;460030304075345為UIM卡號;460008184101641為SIM卡號;00010503為系統(tǒng)工作狀態(tài)字;01為后面跟1條數(shù)據(jù)（每條長度126）。

0701221632303903.6741N12153.13 26E27990357079425-70-66-63200407003104082853140501114 418011941000687221006942 1080702200906902012為一條數(shù)據(jù)，依次為時間、經(jīng)緯度、C網(wǎng)質(zhì)量參數(shù)和G網(wǎng)質(zhì)量參數(shù)。

注意事項

拆包現(xiàn)象

模塊支持在TCP通道一次發(fā)送1024字節(jié)數(shù)據(jù)，但模塊內(nèi)部發(fā)送緩沖區(qū)為536字節(jié)，使用+ZIPSEND命令一次發(fā)送1024字節(jié)數(shù)據(jù)時，發(fā)送的1024 字節(jié)數(shù)據(jù)拆分為2條socket數(shù)據(jù)先后傳送給監(jiān)控中心服務器。可通過降低一次發(fā)送的數(shù)據(jù)量來避免此現(xiàn)象，即一次傳輸不多于536字節(jié)。

連包現(xiàn)象

如果兩條+ZIPSEND指令時間間隔過小，或前一包數(shù)據(jù)還未發(fā)送成功時模塊收到新的數(shù)據(jù)發(fā)送命令，則模塊把兩條指令中的數(shù)據(jù)合并為一條 socket數(shù)據(jù)發(fā)送。此時，可以從兩方面解決此問題：一是模塊發(fā)送端每發(fā)送一個數(shù)據(jù)包后，等待監(jiān)控中心返回確認消息后再繼續(xù)其他工作，這樣只能最大限度地防止上述現(xiàn)象的發(fā)生;另一方面是在監(jiān)控中心接收端對上述現(xiàn)象進行容錯處理。

此外，如果監(jiān)控中心發(fā)送兩條數(shù)據(jù)的時間間隔太短，模塊接收數(shù)據(jù)時會出現(xiàn)中心發(fā)送的兩條數(shù)據(jù)合并，以+ZIPRECV消息從串口返回，終端處理TCP數(shù)據(jù)時要考慮此問題。

異步消息的返回

模塊返回的異步消息主要為TCP通道返回的數(shù)據(jù)。該消息的返回格式在前文中已說明。由于異步消息返回時間的不確定性，該消息會以兩種方式從串口輸出。一是單獨返回。二是向模塊發(fā)送AT指令后，異步消息隨該指令的返回值一同返回，例如，當發(fā)AT指令查詢撥號連接狀況時，模塊在TCP通道收到數(shù)據(jù)，則返回如下：rn+ZPPPSTATUS:OPENEDrnrnOK rn+ZIPRECV:1，24，002401810 000070312120016rn。在接收和處理異步數(shù)據(jù)時應充分考慮異步消息的這兩種返回情況，以免丟失數(shù)據(jù)。

結(jié)語

本文詳細論述了如何通過CDMA模塊MG815+的數(shù)據(jù)傳輸功能實現(xiàn)車載終端與監(jiān)控中心的通信，并給出了軟件設計流程。