交通違章信息處理與通信系統(tǒng)研究與實現(xiàn)

摘 要：隨著社會交通運輸規(guī)模的不斷發(fā)展和交通運輸工具的不斷普及，交通管理智能化和信息化的要求已經(jīng)越來越迫切。提出了一種基于公共移動通信平臺的交通違章信息處理和通信系統(tǒng)的結構，研究了GPRS移動通信系統(tǒng)中的相關短信息傳輸協(xié)議和有關計算機和通信終端之間的接口通信協(xié)議，給出了主要實現(xiàn)程序流程和該系統(tǒng)的相關實現(xiàn)結果。

關鍵詞：智能交通;短消息協(xié)議;接口通信協(xié)議;GPRS

中圖分類號：TN919-3 文獻標識碼：A

文章編號：1004373X(2008)0518304

Development and Implementation of an Illegal Traffic Information

Processing and Communication System

DONG Feng

(School of Electronic and Information Engineering，Soochow University，Suzhou，215006，China)

Abstract：As the development of transportation scale and being popular of the conveyances in modern society illegal traffic affair happened more frequently.The transportation intelligentalization and informationalization are more and more urgent to be required.A structure of illegal traffic information processing and communication system is proposed based on public mobile communication system.The related mobile communication protocols of GPRS，mainly SMS system and protocols between computer interference and communication ends are introduced，the flow diagrams of their main implementation routines are then given in this paper.The realization results are also shown.

Keywords：intelligent traffic;short message service protocol;interference communication protocol;GPRS

1 引 言

隨著中國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，中國家庭的汽車擁有量越來越多，因而交通管理部門的管理工作量和工作壓力不斷上升。特別是目前全社會的法律意思和社會公德意思還不是很強，人們對一些常見的交通違紀、甚至違法現(xiàn)象習以為常，如超速闖紅燈等交通違章現(xiàn)象十分普遍。現(xiàn)在對這些違章違紀的信息處理僅依靠交警部門通過人工郵寄處罰通知單，或司機自己上網(wǎng)、打電話查詢扣分情況等。事實上，這種事后處理方式，因存在諸多因素影響處罰單到達的及時與準確性，往往造成交通管理工作比較被動和滯后。如何改善現(xiàn)有管理網(wǎng)絡，適應現(xiàn)代交通管理智能化的迫切要求，是現(xiàn)代城市交通管理建設的研究方向。

移動通信技術的發(fā)展給現(xiàn)在智能交通系統(tǒng)的建設提供了很好的公共平臺，以移動通信短消息服務(SMS)系統(tǒng)為核心的遠距離通信控制和管理系統(tǒng)得到了廣泛應用。例如，將GSM/GPRS 全球移動通信技術與GPS 全球衛(wèi)星定位技術、GIS 地理信息處理技術以及數(shù)據(jù)處理技術相結合，實現(xiàn)車輛移動物體的定位、監(jiān)控和跟蹤^[1，2]；利用SMS技術實現(xiàn)高性能的、自動化的管理體系^[3]，如GSM/SMS移動性數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng);SMS/SMS/GPS移動車輛監(jiān)控調度系統(tǒng);GSM/SMS機房監(jiān)控和遠程維護管理系統(tǒng)^[4];水、電、煤氣的遠程無線自動抄表系統(tǒng)^[5];服務行業(yè)旅店/旅館基于SMS的預定信息^[6]等；公安系統(tǒng)實現(xiàn)了移動警務綜合查詢、車輛審批等辦公移動信息化^[7]。

本文所提出的交通違章信息處理與通信系統(tǒng)，實際上就是基于SMS移動短信息平臺的信息采集、處理和通信的一種綜合信息服務系統(tǒng)，他不僅使交通管理部門對違章車輛的管理更加方便、順暢、及時，同時也針對司機的僥幸心理達到及時有效的警告，同時也使犯規(guī)的司機有機會主動接受處理，以免產(chǎn)生更嚴重的后果。

2 系統(tǒng)結構

目前，公安交警部門已經(jīng)擁有了自己的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，特別是蘇州市電子交警“上崗”以來，信息的傳輸變得更加迅速和快捷，但是，交警網(wǎng)絡的工作性質和特點決定了他們需要在非辦公環(huán)境對信息數(shù)據(jù)進行查詢和處理，因而，在警務信息查詢的手段上具有很大的局限性，不能充分滿足其信息化的需求，公安信息系統(tǒng)和民眾之間還基本處于隔離狀態(tài)。因此，本系統(tǒng)設計的最終目的是利用現(xiàn)代無線通信手段將其聯(lián)系起來，更好地發(fā)揮公安機關信息系統(tǒng)的作用，提升公安交警等國家權利服務機構在群眾中的形象。

本文所提出的交通違章信息處理與通信系統(tǒng)結構如圖1所示。

本方案的設計借助移動公司的公共短信平臺作為公安交警信息系統(tǒng)的補充。可以設想，當有機動車輛被交警部門在道路上設置的傳感裝置采集到闖紅燈、超速和不按路面標志行駛等信息，系統(tǒng)自動將這些信息傳送到交警內部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，除了記錄在案外，同時通過公共信息平臺的SMS服務功能，將交通違章的地點、時間、錯誤方式和處罰結果及時主動的發(fā)送給當事人的手機，從而實現(xiàn)及時處理。這樣，針對少數(shù)司機的僥幸心理達到及時有效的警告，同時也使犯規(guī)的司機有機會主動接受處理，以免產(chǎn)生更嚴重后果。

3 SMS協(xié)議

短消息具有許多其他通信方式不具有的優(yōu)點，比如:用戶可以隨時接收或者發(fā)送短消息:即使由于關機而不能接收消息，在開機后仍能接收到先前沒有接收的短消息;短消息的收費相對低廉;移動、聯(lián)通、小靈通的用戶之間也可以互發(fā)短信。正是由于這些優(yōu)點，使其發(fā)展非常迅猛，已經(jīng)成為人們交流的一個重要手段。

3.1 SMS短消息體系結構^[3，7]

GSM規(guī)范所定義的點對點短消息業(yè)務是指通過短消息服務中心在兩個短消息實體之間傳輸限定大小的短信息的一種電信業(yè)務，在短消息的傳輸過程中涉及到許多象HLR，MSC，SMS-GMSC/SMS-IWMSC等GSM系統(tǒng)多功能實體，他們之間的基本網(wǎng)絡結構如圖2所示。

圖2中，SME是能夠接受和發(fā)送短消息的功能實體；MSC是整個GSM系統(tǒng)的核心，他提供交換功能及面向系統(tǒng)其他功能實體的接口功能，就短消息業(yè)務而言，他提供必要的路由選擇和臨時緩沖功能；SMSC在SME和移動臺之間傳輸短消息的過程中，負責中繼存儲和轉發(fā)短消息的功能實體。SMSC不屬于GSM系統(tǒng)任何組成部分，但是在實際運營中SMSC和MSC往往是合二為一；SMS-GWMS是一種能夠從SMSC接收短消息的MSC，接收由SMSC發(fā)送的短消息，向HLR查詢路由信息和短消息信息然后轉發(fā)短消息到接收者所在的MSC。SMS-IWMSC是短消息互通移動服務交換中心，他能夠從PLMN內部接收短消息并把他遞交到接收者所屬的SMSC的MSC;VLR和HLR的定義和GSM網(wǎng)絡系統(tǒng)的定義是相同的，就短消息業(yè)務而言，當SMS-GMSC從SMSC接收到一個正確短消息的TPDU時就向HLR查詢路由信息，然后使用這些路由信息將短消息轉發(fā)到MSC；BBS負責與手機進行無線通信。

在該結構中，短消息由消息發(fā)送者傳送到短消息業(yè)務中心(SMSC)。SMSC通過一個特定的被稱為短消息業(yè)務網(wǎng)關的MSC(SMS GMSC)與GSM網(wǎng)絡連接。SMSC可以和幾個GSM網(wǎng)絡相連，也可以和一個GSM網(wǎng)絡中的幾個SMS GMSC相連。SMSGMSC按照GSM漫游協(xié)議，找到消息接收者當前所處的MSC的位置，并將消息轉發(fā)到該項MSC。MSC向基站系統(tǒng)廣播該消息，基站收發(fā)信臺(BTS)尋呼該目的MS。用于短消息業(yè)務的MS必須包含特定的軟件，使其能夠對消息進行解碼和存儲。消息可以存儲在SIM卡中或移動裝置(ME)的內存中，并顯示在MS的標準屏幕上。

MS能夠發(fā)送或答復一條短消息，消息發(fā)送到短消息業(yè)務互聯(lián)MSC(IWMSC)后又被送到SMSC中。短消息的接收者可以是MS、傳真機或連接到因特網(wǎng)的PC機。在使用過程中必須清楚地認識到，SMS是一種存儲轉發(fā)業(yè)務，短消息不能從發(fā)送者直接發(fā)送到接收者，必須經(jīng)過SMSC。SMSC在支持高質量的SMS業(yè)務中起著很重要的作用，通常SMSC都是在高速服務器平臺上實現(xiàn)的，從而能夠充分保證SMS業(yè)務的質量。

3.2 短消息的協(xié)議結構^[7，8]

SMS的協(xié)議結構如圖3所示。圖3中表示了移動臺在發(fā)起的短消息傳遞中所用的協(xié)議結構，該協(xié)議在GSM 04.11中定義。移動臺終結消息傳遞的結構中除了用GMSC代替IWMSC外，其余與移動臺發(fā)起的短消息結構相類似。短消息業(yè)務中心和移動臺之間的點對點短消息業(yè)務的協(xié)議共分為4層:短消息應用層SM-AL、短消息傳輸層SM-TL、短消息中繼層SM-RL和短消息鏈路層SM-LL。

(1) 短消息應用層

短消息應用層的數(shù)據(jù)為來自移動臺要發(fā)送的短消息文本，每次只能發(fā)送最大長度為140 B的信息，如果是超過140 B的長信息，可以自動分成幾次發(fā)送。GSM標準規(guī)定，能夠自動分發(fā)的長信息最多分為255次發(fā)送。

(2) 短消息傳輸層

短消息傳輸層為傳輸短消息應用層的消息文本及其相應的傳送報告提供服務，使得短消息應用層能夠向對等實體發(fā)送，接收短消息。這些SM-TL所支持的業(yè)務為每一個與之相關聯(lián)的短消息生成一個稱之為短消息識別符(SMI)的參考號碼。移動臺中的SMI不能在SMSC對等實體之間互相傳送，也就是說，一條短消息在移動臺和短消息中心應該有不同的SMI。

(3) 短消息中繼層

短消息中繼層為短消息傳輸層提供傳送用戶數(shù)據(jù)單元(TPDU)業(yè)務及其相應的發(fā)送報告。SM-RL所支持的業(yè)務為與之相關的每一條短消息產(chǎn)生一個SM-RL SMI。類似于SM-TL SMI，MS中的SM-RL SMI不能由SMSC中的對等實體傳送，每一條短消息的SM-RL SMI對應于SM-TL SMI。

在該層，MS的短消息中繼實體通過短消息中繼協(xié)議與MSC中的對等SMR進行通信。SM-RP與MSC中的TCAP/MAP一起提供MS與SMSC之間的網(wǎng)絡功能。

(4) 短消息連接管理層

SM-LL層由連接管理CM子層、移動管理MM子層、無線資源RR子層、Layer 2子層和Layer 1子層構成。其中CM子層向SM-RL層提供服務以支持短消息業(yè)務。CM子層的短消息服務由短消息控制SMC實體進行控制，不同短消息控制實體通過傳輸標志TI的不同取值來識別。MS側的SMC通過對等協(xié)議SM-CP短消息業(yè)務控制協(xié)議與MSC或SGSN側的SMC進行通信。SMC實體之間的通信協(xié)議數(shù)據(jù)單元CPDU中的用戶數(shù)據(jù)部分CP-UD攜帶了SM-RL層的數(shù)據(jù)單元RPDU，RPDU的最大長度為248 B。

根據(jù)SMS分層協(xié)議，短消息發(fā)送過程中，其自上而下的數(shù)據(jù)封裝過程如圖4所示。

3.3 短消息的收發(fā)流程^[3，7]

短消息通信僅限于一個消息，一個消息的傳輸就構成了一次通信。移動臺發(fā)送短消息和移動臺接收短消息是不同的業(yè)務。

(1) 移動臺發(fā)送短消息

移動用戶在發(fā)短消息的時候，應指明最終收件人地址((SME)和SM-SC服務器的地址。短消息的傳輸要求在移動臺和MSC之間建立信令連接。消息本身的傳遞要求在無線路徑上建立專門的鏈路層連接，即SAPI-3連接，并要求采用專門的消息傳遞協(xié)議((SM-TP )，該協(xié)議讓用戶設置一個短消息的有效期(Validity-Period)，過期后，服務中心不再試圖發(fā)送此消息而是銷毀他。MSCNLR收到建立報文，他對請求進行分析以檢查他是否接受。MSC/VLR是否接受依賴于提供此業(yè)務的MSC/VLR的容量以及資源的可用性。移動傳輸實體按照至多140 B的塊形式編碼短消息，把收件人SME地址置于協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU。經(jīng)過各層封裝后被發(fā)送到MSC/VLR，MSC/VLR解開PDU，找到收件處SM-SC的地址，通過IWMSC建立到SM-SC地址的路由將短消息發(fā)送至SM-SC。

(2) 移動臺接收短消息

當SM-SC有短消息需發(fā)送到某一GSM用戶時，他建立一條包含各種有利于接收者的信息的SM-TP SMS-DELIVER報文，此信息包括用戶的內容，最初的發(fā)送者身份以及用于指示短消息已被SM-SC接收的時間標志。SM-SC把短消息發(fā)送給SMS一網(wǎng)關，根據(jù)原發(fā)用戶提供的目標電話號碼(典型的是用MSISDN來分辨被傳送的用戶)。SMS網(wǎng)關有了MSISDN就可以向相關的HLR查詢，并找回必要的路由信息發(fā)送短消息，如果當時已經(jīng)知道被送用戶為不可及，發(fā)回的消息可以是“拒絕”。移動臺不可及的情況可分為三種:第一種情況HLR當時己經(jīng)知道該移動臺為不可及;第二種情況HLR當時不知道，要到該移動臺拜訪MSC后才知道;第三種情況為一直到MSC投遞的短消息失敗后顯示不可到達信息。SMS網(wǎng)關用SS7地址向有關的MSC傳遞消息，然后MSC把短消息投遞到移動臺。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

實際系統(tǒng)模擬實現(xiàn)過程中，我們通過計算機紅外接口與具有GPRS功能的一款NOKIA手機之間的連接實現(xiàn)內部網(wǎng)絡與公用平臺之間的專用接口。機動車輛違章信息采集部分由消息觸發(fā)機制來完成。其中，系統(tǒng)模擬實現(xiàn)的違章信息發(fā)送過程的程序流程如圖5所示。

在程序實現(xiàn)過程中，利用MScomm控件實現(xiàn)PC機紅外接口與NOKIA手機之間的串口通信。具體程序如下:

using JustinIO;

static JustinIO.CommPort ss[CD#*2]port = new JustinIO.CommPort();

ss[CD#*2]port.PortNum = COM1;//端口號

ss[CD#*2]port.BaudRate = 19200;//串口通信波特率

ss[CD#*2]port.ByteSize = 8;//數(shù)據(jù)位

ss[CD#*2]port.Parity = 0;//奇偶校驗

ss[CD#*2]port.StopBits = 1;//停止位

ss[CD#*2]port.ReadTimeout = 1000;//讀超時

try

{

if (ss[CD#*2]port.Opened)

{

ss[CD#*2]port.Close();

ss[CD#*2]port.Open();//打開串口

}

else

{

ss[CD#*2]port.Open();//打開串口

}

return true;

}

catch(Exception e)

{

MessageBox.Show(\"錯誤：\" + e.Message);

return 1;

}

//初始化串口

public bool InitCom(string m[CD#*2]port，int m[CD#*2]baudrate)

{

ss[CD#*2]port.PortNum = m[CD#*2]port;//串口號

ss[CD#*2]port.BaudRate = m[CD#*2]baudrate;//波特率

ss[CD#*2]port.ByteSize = 8;//數(shù)據(jù)位

ss[CD#*2]port.Parity = 0;//奇偶校驗

ss[CD#*2]port.StopBits = 1;//停止位

ss[CD#*2]port.ReadTimeout = 1000;//讀超時

try

{

if (ss[CD#*2]port.Opened)

{

ss[CD#*2]port.Close();

ss[CD#*2]port.Open();

}

else

{

ss[CD#*2]port.Open();//打開串口

}

return true;

}

catch(Exception e)

{

MessageBox.Show(\"錯誤：\"+e.Message);

return 1;

}

}

//發(fā)送短信

//＜param name=\"sender\"＞＜/param＞

//＜param name=\"e\"＞＜/param＞

private void btnSend[CD#*2]Click(object sender，System.EventArgs e)

{

string decodedSMS = ms.smsDecodedsms(CenterNumber.Text，targetNumber.Text，smsContent.Text);

byte[ ] buf =Encoding.ASCII.GetBytes(String.Format(\"AT+CMGS={0}\\\\r\"，sms.nLength));

ss[CD#*2]port.Write(buf);

string response = Encoding.ASCII.GetString(ss[CD#*2]port.Read(128));

string SendState = \"\";

if ( response.Length ＞ 0 response.EndsWith(\"＞ \"))

{

ss[CD#*2]port.Write(Encoding.ASCII.GetBytes(String.Format(\"{0}\\\\x01a\"，decodedSMS)));

SendState = \"發(fā)送成功!\";

}

else

{

SendState = \"發(fā)送失敗\";

}

string Result = String.Format(\"{0}，{1}，{2}，\\\\\\\r\"，targetNumber.Text，smsContent.Text，SendState);

smsState.Text += Result;

}

5 結 語

本文研究了基于SMS的交通違章信息處理系統(tǒng)結構和相關實現(xiàn)技術，具體研究并實現(xiàn)了SMS體系結構和協(xié)議結構以及SMS違章信息的處理和傳輸，給出了具體實現(xiàn)結果實例。本文所提出的基于公共短信平臺通信的交通違章信息處理系統(tǒng)，較好地擴充了現(xiàn)有專用交警管理網(wǎng)絡的功能，且隨著該系統(tǒng)的進一步完善和具體運用，將會有力地支持城市智能交通系統(tǒng)的發(fā)展，同時具有一定社會價值。

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