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鐵水運(yùn)輸動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無(wú)線通訊網(wǎng)設(shè)計(jì)
摘要：根據(jù)鐵水運(yùn)輸系統(tǒng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了擴(kuò)頻通信無(wú)線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，其實(shí)時(shí)傳送車(chē)輛位置數(shù)據(jù)的能力大大優(yōu)于窄帶電臺(tái)組成無(wú)線網(wǎng)和利用GSM公用電話網(wǎng)傳送位置數(shù)據(jù)的GPS車(chē)輛監(jiān)控系統(tǒng)，所設(shè)計(jì)的無(wú)線通信網(wǎng)能管理較多車(chē)輛，并具有進(jìn)一步擴(kuò)容的能力。關(guān)鍵詞：鐵水運(yùn)輸 擴(kuò)頻通信 CSMA DGPS
寶山鋼鐵集團(tuán)公司是我國(guó)特大型鋼鐵企業(yè)，隨著寶鋼三期工程的建設(shè)實(shí)施，傳統(tǒng)的鐵水運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)已不能適應(yīng)生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大的需要。建立新的鐵水運(yùn)輸動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以提高生產(chǎn)調(diào)度的安全性、生產(chǎn)效率、自動(dòng)化程度和經(jīng)濟(jì)效益具有十分重要的意義。
鐵水運(yùn)輸動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用了當(dāng)今先進(jìn)的DGPS定位技術(shù)、(范文先生網(wǎng)www.gymyzhishaji.com收集整理)組合定位技術(shù)、地圖匹配技術(shù)、擴(kuò)頻通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以及地理信息系統(tǒng)技術(shù)、電子大屏技術(shù)等，解決了在鋼鐵廠內(nèi)惡劣工業(yè)環(huán)境下，鐵路線上鐵水運(yùn)輸車(chē)輛的定位跟蹤問(wèn)題，使調(diào)度管理人員在中心站的電子大屏上能實(shí)時(shí)觀測(cè)到鐵水運(yùn)輸車(chē)輛動(dòng)態(tài)位置和狀態(tài)以及其他有關(guān)信息，便于及時(shí)、合理地進(jìn)行生產(chǎn)運(yùn)輸調(diào)度。
作為鐵水運(yùn)輸動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分——無(wú)線通信網(wǎng)，主要完成中心站與車(chē)輛之間的信息傳輸，其性能的好壞直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的正常工作。本文介紹的無(wú)線通信網(wǎng)已在寶鋼鐵水運(yùn)輸動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中應(yīng)用，通信系統(tǒng)工作正常，穩(wěn)定可靠，效果良好。
1 無(wú)線通信網(wǎng)設(shè)計(jì)
1.1 系統(tǒng)要求
（1）在1.8km×2.3km的區(qū)域內(nèi)，保證廠房?jī)?nèi)外的車(chē)輛與中心站之間實(shí)時(shí)通信；
（2）監(jiān)測(cè)車(chē)輛85輛；
（3）每個(gè)車(chē)輛信息更新率最高可達(dá)到每秒更新一次；
（4）車(chē)輛設(shè)備采用蓄電池供電，為延長(zhǎng)電池更換周期，需采用低功耗設(shè)備；
（5）具有良好的電磁兼容性，不能對(duì)現(xiàn)在正在使用的其他通信設(shè)備產(chǎn)生干擾；
（6）抗干擾能力強(qiáng)，能夠保證在鋼鐵廠惡劣工業(yè)環(huán)境下的可靠通信，誤碼率小于10 -6。
（7）中心站與車(chē)輛之間為雙向通信方式。
1.2 方案選擇
在目前的GPS車(chē)輛定位跟蹤系統(tǒng)中，無(wú)線數(shù)據(jù)的傳輸通常采用模擬電臺(tái)加調(diào)制解調(diào)器自行組網(wǎng)或通過(guò)公用移動(dòng)電話來(lái)完成數(shù)據(jù)交換。在模擬電臺(tái)自行組網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，由于模擬電臺(tái)的收發(fā)切換時(shí)間長(zhǎng)（約200ms）、數(shù)據(jù)傳輸率低（通常為1200bps）、單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)能?chē)輛位置數(shù)據(jù)較少，因此，當(dāng)車(chē)輛增多時(shí)，車(chē)輛位置更新的實(shí)時(shí)性將大大降低。采用GSM公共移動(dòng)電話網(wǎng)傳送數(shù)據(jù)，雖然系統(tǒng)容量可以擴(kuò)大，數(shù)據(jù)傳輸率增快，但運(yùn)行成本較高，而且受公共移動(dòng)電話網(wǎng)工作狀態(tài)影向較大，難以滿足安全性、可靠性、連續(xù)性、經(jīng)濟(jì)性的要求。若采用GSM短消息的方式發(fā)送位置數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)傳送的實(shí)時(shí)性將無(wú)法保證。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和系統(tǒng)要求，擴(kuò)頻通信技術(shù)是一種理想的解決方案。擴(kuò)頻通信的主要特點(diǎn)有：（1）抗干擾性強(qiáng)，對(duì)單頻及多頻載波信號(hào)的干擾、其它偽隨機(jī)調(diào)制信號(hào)的干擾及脈沖正弦信號(hào)的干擾等都有抑制作用，能提高輸出信號(hào)的信噪比。（2）發(fā)射功率小，一般小于1W，設(shè)備功耗較低，因此不會(huì)對(duì)其他通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。（3）可以實(shí)現(xiàn)碼分多址，頻帶利用率很高。（4）抗多徑干擾，可以克服鋼鐵廠環(huán)境下嚴(yán)重的多徑干擾對(duì)無(wú)線數(shù)據(jù)通信可能造成的影響。（5）無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸速率高，可高達(dá)19200bps以上，而誤碼率小于10 -6，具有信息傳輸快且可靠的優(yōu)點(diǎn)。
1.3 無(wú)線通信網(wǎng)組成
鐵水運(yùn)輸動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)覆蓋范圍約1.8km×2.3km，區(qū)域內(nèi)分布有高大鋼鐵建筑物，難以保證視距通信。車(chē)輛工作區(qū)域有相當(dāng)一部分在廠房?jī)?nèi)，受通信屏蔽的影響較大，有些廠房?jī)?nèi)甚至無(wú)法直接與外界通信。另外，為了保證車(chē)載設(shè)備功耗較低，延長(zhǎng)車(chē)載設(shè)備蓄電池供電時(shí)間，車(chē)載設(shè)備通信采用較小的發(fā)射功率。為了保證系統(tǒng)中心站與車(chē)輛間無(wú)線數(shù)據(jù)通信可靠，在工作區(qū)內(nèi)設(shè)有5個(gè)中斷站，負(fù)責(zé)車(chē)輛與中心站間的信息轉(zhuǎn)發(fā)。在3個(gè)通信屏蔽的廠房?jī)?nèi)高有3個(gè)中轉(zhuǎn)臺(tái)，負(fù)責(zé)廠房?jī)?nèi)的車(chē)輛與中斷站間的信息轉(zhuǎn)發(fā)。
中心站位于生產(chǎn)管制中心，通信天線高度約45m，采用全向高增益天線。5個(gè)中斷站與中心站間的通信采用高增益定向天線，其天線方向指向中心站。中繼站與車(chē)輛間的通信采用高增益全向天線。車(chē)載設(shè)備和轉(zhuǎn)臺(tái)采用3dB全向天線。
系統(tǒng)無(wú)線通信網(wǎng)由中心站、中繼站、中轉(zhuǎn)臺(tái)和車(chē)載設(shè)備構(gòu)成，如圖1所示。
2 設(shè)備選型和設(shè)計(jì)
2.1 擴(kuò)頻通信機(jī)選擇
在鐵水運(yùn)輸動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中根據(jù)使用方式的不同，使用了AirLink和WIT915兩種型號(hào)的擴(kuò)頻通信機(jī)來(lái)組成無(wú)線通信網(wǎng)。AirLink通信機(jī)用于中心站與中繼站通信，WIT915通信機(jī)用來(lái)完成中繼站和移動(dòng)車(chē)輛間的通信。
AIRLINK 19MP是美國(guó)CYLINK公司的L波段無(wú)線擴(kuò)頻MODEM數(shù)傳通信機(jī)，可工作于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)工作方式，也可作為轉(zhuǎn)發(fā)器或hub來(lái)應(yīng)用。其主要技術(shù)指標(biāo)如下：
（1）工作頻段：902～928MHz，16個(gè)信道可選；
（2）采用直序擴(kuò)展工作方式，PN序列長(zhǎng)度32bit；
（3）調(diào)制方式為BPSK（Bi-Phase Shift Keying），數(shù)據(jù)速率可達(dá)38400bps，信道帶寬為1.5MHz；
（4）系統(tǒng)增益（不包括天線增益）為130dB。其中，擴(kuò)頻增益為12dB；
（5）發(fā)射功率最大為800mW（29dBm），并且可通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)選擇不同的發(fā)射功率；
（6）采用時(shí)分雙工技術(shù)（TDD），可以實(shí)現(xiàn)全雙工通信，視距傳輸可達(dá)50km。
WIT915是美國(guó)DIGTAL WIRELESS公司的擴(kuò)頻通信收發(fā)機(jī)。WIT915采用組合擴(kuò)頻技術(shù)，能夠抗噪聲和多徑衰落，并且同時(shí)支持CSMA通信協(xié)議和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信。WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)的低功耗和小體積很適用于車(chē)載臺(tái)使用。其技術(shù)指標(biāo)如下：
（1）工作頻段：903～907MHz，21個(gè)信道，具有自動(dòng)尋找干凈信道的能力；
（2）4級(jí)可調(diào)發(fā)射功率，從1mW～1W，最大功率要求符合美國(guó)FCC標(biāo)準(zhǔn)，并且功率可自適應(yīng)調(diào)整；
（3）全雙工數(shù)據(jù)速率可達(dá)19200bps，半雙工數(shù)據(jù)速率可達(dá)51200bps；
（4）射頻帶寬：700kHz，信道間隔1.2MHz；
（5）采用0dB天線，在視距情況下，傳數(shù)距離可達(dá)1.8km；
（6）在半雙工情況下，數(shù)據(jù)收發(fā)轉(zhuǎn)換時(shí)間小于0.5ms。
2.2 通信控制器設(shè)計(jì)
在無(wú)線通信數(shù)傳網(wǎng)設(shè)計(jì)中，通信控制器的設(shè)計(jì)十分重要。因?yàn)閷?duì)擴(kuò)頻通信機(jī)的控制以及無(wú)線通信網(wǎng)通信協(xié)議的執(zhí)行都要通過(guò)通信控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。在鐵水運(yùn)輸動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，采用PC/104作為通信控制器，相對(duì)于采用單片機(jī)作為內(nèi)核的通信控制器來(lái)說(shuō)，能夠減少產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)費(fèi)用，降低開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，縮短開(kāi)發(fā)周期，提高產(chǎn)品的性能。PC/104具有超小尺寸（90mm×96mm），較低的功耗（典型為1～2W/模塊），獨(dú)有的棧接總線消除了底板與插座的成本和空間。PC/104的CPU系列產(chǎn)品為嵌入應(yīng)用提供了高集成化的模塊，并且與IBM PC/AT休系兼容，在PC上調(diào)試好的程序可以直接移植到PC/104使用。
選用的PC/104 CPU模塊為CoreModule CM/486-2。CM/486模塊提供了PC/AT母板的全部功能和一線附加卡的功能，該模塊具有CP/AT和MS-DOS全兼容的標(biāo)準(zhǔn)硬件和軟件資源。其主要指標(biāo)如下：
（1）CPU為CX486SLC-2，50MHz內(nèi)部時(shí)鐘頻率；
（2）在板內(nèi)存可選為2M、4M或16M字節(jié)；
（3）7個(gè)DMA通道（相當(dāng)于8237）；
（4）15個(gè)中斷通道（相當(dāng)于8259）；
（5）三個(gè)可編程計(jì)數(shù)/定時(shí)器；
（6）16位擴(kuò)展總線；
（7）和PC完全兼容的兩個(gè)串行口和一個(gè)并行口；
（8）帶有可啟動(dòng)系統(tǒng)的固態(tài)盤(pán)；
（9）帶有PC所不具有的看門(mén)狗定時(shí)器。
2.3 通信控制器和擴(kuò)頻通信機(jī)的連接關(guān)系
擴(kuò)頻通信機(jī)AirLink和WIT915的外部數(shù)據(jù)控制接口是與PC兼容的異步串行RS-232接口。因此，由PC/104構(gòu)成的通信控制器與擴(kuò)頻通信機(jī)AirLink和WIT915的硬件連接非常簡(jiǎn)單和方便，只需將擴(kuò)頻通信機(jī)的外部數(shù)據(jù)控制接口直接連到PC/104的串行口即可，由在PC/104中運(yùn)行的軟件控制擴(kuò)頻通信機(jī)的數(shù)據(jù)收發(fā)即可。
圖2、3所示為通信控制器和擴(kuò)頻通信機(jī)的兩種連接方式。其中圖2為中繼站的連接方式，圖2為移動(dòng)車(chē)輛的連接方式。
3 無(wú)線通信方式的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
3.1 中繼站與中心站
中心站的AirLink擴(kuò)頻通信機(jī)與各個(gè)中繼站的AirLink擴(kuò)頻通信機(jī)間構(gòu)成一種星型網(wǎng)絡(luò)通信模式。中心站的AirLink擴(kuò)頻通信機(jī)設(shè)置為主模式。中繼站的AirLink擴(kuò)頻通信機(jī)設(shè)置為從模式，采用半雙工的通信模式，由中心站的通信控制器采用輪詢的方式控制AirLink擴(kuò)頻通信機(jī)和各個(gè)繼站進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸交換。中心站分別從各個(gè)中斷站采集各中繼站收到的車(chē)輛信息，然后按一定間隔向所有中繼站廣播車(chē)輛DGPS定位所需要的差分?jǐn)?shù)據(jù)。各個(gè)中斷站設(shè)置有不同代號(hào)。各中繼站通信控制器收到中心站發(fā)出的信息后，首先判斷是否是中心站取車(chē)輛信息。若是，再判斷中心站所發(fā)出的站代號(hào)是否與事先設(shè)定的本站代號(hào)一致；若一致，則將中斷站收到的車(chē)輛位置數(shù)據(jù)發(fā)送到中心站；若不一致則不進(jìn)行處理。若中斷站通信控制器判斷中心站發(fā)出的是廣播差分?jǐn)?shù)據(jù)，則將此數(shù)據(jù)通過(guò)WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)到車(chē)載設(shè)備。因?yàn)楦髦欣^站和中心站的AirLink擴(kuò)頻通信機(jī)接收電平已調(diào)到AirLink擴(kuò)頻通信機(jī)手冊(cè)所需求的能夠以10 -8誤碼率傳輸數(shù)據(jù)的電平，因此，中心站和中繼站采用簡(jiǎn)單的ARQ方式和CRC校驗(yàn)就可保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸和交換。
中心站通信控制器通過(guò)AirLink擴(kuò)頻通信機(jī)發(fā)到中繼站的數(shù)據(jù)格式如下：
查詢信息格式：
同步頭 起始標(biāo)志 站代號(hào)碼 結(jié)束標(biāo)志 CRC校驗(yàn)碼廣播DGPS差分信息格式：
同步頭 起始標(biāo)志 廣播代碼 DGPS差分?jǐn)?shù)據(jù) CRC校驗(yàn)碼 結(jié)束標(biāo)志中繼站應(yīng)答信息格式：
同步頭 起始標(biāo)志 站代號(hào)碼 車(chē)輛信息 CRC校驗(yàn)碼 結(jié)束標(biāo)志中心站和中繼站的數(shù)據(jù)傳輸率為19200bps。
3.2 中繼站與移動(dòng)車(chē)輛
中繼站的通信控制器通過(guò)中繼站的WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)和車(chē)載設(shè)備WINT915擴(kuò)頻通信機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。若中繼站通信控制器和移動(dòng)車(chē)載設(shè)備通信控制器之間采用查詢的方式進(jìn)行車(chē)輛位置數(shù)據(jù)的交換，由于鐵水運(yùn)輸動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)控車(chē)輛較多（約85輛），查詢一遍所有車(chē)輛位置數(shù)據(jù)耗時(shí)較長(zhǎng)。其次，在鐵水運(yùn)輸過(guò)程中，同一時(shí)刻移動(dòng)的車(chē)輛較少，停止的車(chē)輛較多，而停止車(chē)輛的位置沒(méi)有變化，控制中心只需保留上次傳過(guò)來(lái)的車(chē)輛位置數(shù)據(jù)即可，無(wú)需進(jìn)行車(chē)輛位置更新。為了在有限的信道內(nèi)傳送有效的位置數(shù)據(jù)，采用了根據(jù)車(chē)輛運(yùn)行速度動(dòng)態(tài)控制車(chē)輛信息報(bào)告時(shí)間間隔的通信方式，即根據(jù)車(chē)輛的動(dòng)動(dòng)狀態(tài)來(lái)調(diào)整車(chē)輛信息的發(fā)送頻度。當(dāng)車(chē)輛在停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，車(chē)輛的信息每隔一分鐘發(fā)送一次，以保持和控制中心的數(shù)據(jù)聯(lián)系。當(dāng)車(chē)輛在移動(dòng)狀態(tài)時(shí)，車(chē)輛信息報(bào)告頻度隨著速度的增加而提高，及時(shí)向中繼站發(fā)送最新的車(chē)輛信息。車(chē)輛信息的傳送時(shí)刻完全由車(chē)載通信控制器根據(jù)車(chē)輛的運(yùn)行情況來(lái)確定，省去了查詢方式下的下行數(shù)據(jù)鏈路占用的傳送時(shí)間，可以提高車(chē)輛有效信息的傳送效率和信息的實(shí)時(shí)性。
為了保證在車(chē)輛信息自主發(fā)送時(shí)，不生數(shù)據(jù)傳輸?shù)呐鲎�，利用WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)在半雙工模式下的CSMA通信協(xié)議來(lái)傳送數(shù)據(jù)。CSMA通信協(xié)議是IEEE802.3協(xié)議中的一種數(shù)據(jù)傳送方式，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)中，在數(shù)據(jù)傳輸中進(jìn)行載波偵聽(tīng)和多重訪問(wèn)。當(dāng)需要發(fā)送車(chē)輛的位置數(shù)據(jù)時(shí)，車(chē)載通信控制器首先讀取WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)送出的載波檢測(cè)DCD電平指示。當(dāng)載波檢測(cè)DCD電平為高時(shí)，表示目前信道中有別的通信機(jī)正發(fā)送數(shù)據(jù)。此時(shí)車(chē)載通信控制器隨機(jī)延時(shí)等待數(shù)毫秒，再次讀取通信機(jī)的載波檢測(cè)DCD電平。若此時(shí)載波檢測(cè)DCD電平為低，表示此時(shí)信道中沒(méi)有WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，信道空閑，可以發(fā)送數(shù)據(jù)，則車(chē)載通信控制器將WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)的RTS電平抬高。此時(shí)，WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)切換到發(fā)送狀態(tài)，同時(shí)發(fā)出載波信息占據(jù)信道，車(chē)載通信控制器隨后將數(shù)據(jù)通過(guò)WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)發(fā)出。當(dāng)車(chē)輛的位置數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，車(chē)載通信控制器將WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)的RTS電平置低，使通信機(jī)停止發(fā)送載波和數(shù)據(jù)，讓出信道，供其它WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。
采用CSMA通信協(xié)議發(fā)送車(chē)輛位置數(shù)據(jù)，可以使每一時(shí)刻只有一臺(tái)WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)處于發(fā)射狀態(tài)，從而可以盡量避免碰撞干擾，使車(chē)輛的信息傳送可靠。WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)的收發(fā)切換時(shí)間很短，最大不超過(guò)400μs,且WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸率可高達(dá)38400bps，經(jīng)過(guò)壓縮后的車(chē)輛信息又很短（約40bit），因而每個(gè)車(chē)載通過(guò)控制器發(fā)送車(chē)輛位置數(shù)據(jù)時(shí)占用信道的時(shí)間很短，可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。當(dāng)然，在極端情況下，有可能兩臺(tái)WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)同時(shí)檢測(cè)信道空、同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)生碰撞。但因所發(fā)送的車(chē)輛信息量較小，數(shù)據(jù)傳輸率很高，發(fā)生碰撞的概率很低。即使發(fā)生碰撞，在擴(kuò)頻通信中，通信機(jī)仍有可能解調(diào)出正確的數(shù)據(jù)。若擴(kuò)頻通信機(jī)解調(diào)出錯(cuò)，通過(guò)CRC校驗(yàn)進(jìn)行剔除，通過(guò)下一次車(chē)輛信息發(fā)送對(duì)車(chē)輛信息進(jìn)行更新。
中繼站轉(zhuǎn)發(fā)的中心站DGPS差分?jǐn)?shù)據(jù)，也由中繼站的通信控制器通過(guò)中繼站的WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)以CSMA的通信方式向各個(gè)車(chē)載設(shè)備廣播發(fā)送。CSMA通信協(xié)議中采用CRC校驗(yàn)，以保證數(shù)據(jù)的可靠性。
通信控制器以CSMA方式發(fā)送數(shù)據(jù)的程序框圖如圖4所示。
在有數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，檢測(cè)信道。若信道忙，則隨機(jī)延時(shí)一段時(shí)間，并將計(jì)數(shù)器加1，再檢測(cè)信道。如此循環(huán)，當(dāng)計(jì)數(shù)器累加到M次后，則退出信道檢測(cè)循環(huán)。此時(shí)，認(rèn)為信道忙，并置信道忙標(biāo)志，此次數(shù)據(jù)發(fā)送放棄。在信道忙標(biāo)志置位后，將車(chē)輛在停止時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)的間隔由1分鐘提高到10秒鐘。這樣做是為了保證在信道阻塞干擾消失后，使所有車(chē)輛位置的更新時(shí)間最長(zhǎng)不超過(guò)10秒鐘。
3.3 中轉(zhuǎn)臺(tái)數(shù)據(jù)傳輸
在鐵水運(yùn)輸過(guò)程中，車(chē)輛有時(shí)會(huì)進(jìn)入鋼結(jié)構(gòu)的廠房?jī)?nèi)。為了使車(chē)輛在進(jìn)入廠房?jī)?nèi)也能夠?qū)④?chē)輛的信息發(fā)送到中繼站，因此，在廠房?jī)?nèi)設(shè)置了中轉(zhuǎn)臺(tái)。通信轉(zhuǎn)發(fā)如圖5所示。
中轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)有兩臺(tái)WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)，一臺(tái)通信機(jī)置于廠房?jī)?nèi)，另一臺(tái)通信機(jī)置于廠房外。轉(zhuǎn)發(fā)通信控制器通過(guò)廠房?jī)?nèi)的WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)，接收廠房?jī)?nèi)的車(chē)輛發(fā)送的信息，然后通過(guò)廠房外的WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)以CSMA的方式轉(zhuǎn)發(fā)出去。通信控制器在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)，要使廠房?jī)?nèi)的WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)處于禁止接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，以防止廠房外WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)被廠房?jī)?nèi)WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)收到，形成循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。
4 性能分析
在鐵水動(dòng)輸動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，車(chē)輛的運(yùn)行速度最高不超過(guò)每小時(shí)15公里，即最快每秒運(yùn)動(dòng)4.1米（可按5米來(lái)估算）。車(chē)輛的位置每變化5米，發(fā)送一次更新的位置數(shù)據(jù)，則車(chē)輛的位置更新速率最快為每秒一次。車(chē)輛位置數(shù)據(jù)連同同步碼和校驗(yàn)碼在內(nèi)一共為10個(gè)字符（每字符為八位二進(jìn)制數(shù)）。若車(chē)載通信控制器以19200bps速率異步方式（一個(gè)起始位，一個(gè)停止位，八位數(shù)據(jù)）向中繼站發(fā)送數(shù)據(jù)，所需時(shí)間為100/19200=5.2ms；若采用CSMA通信協(xié)議在同一信道中通信，在理想情況（不考慮眨時(shí)等待和碰撞）下，在一秒鐘內(nèi)可傳送不同位置數(shù)據(jù)的車(chē)輛數(shù)為1000/5.2=192輛。若考慮延時(shí)等各種不利怦，按耗時(shí)增加一倍考慮，則在一秒鐘內(nèi)可傳送不同位置數(shù)據(jù)的車(chē)輛數(shù)為192/2=96輛。因?yàn)橹欣^站和中心站的數(shù)據(jù)交換速率為異步19200bps，因此，可以保證所有車(chē)輛的位置數(shù)據(jù)能夠在一秒鐘內(nèi)傳送到中心站。所以，所設(shè)計(jì)的無(wú)線通信網(wǎng)具有每秒實(shí)時(shí)傳送更新96輛車(chē)信息的能力，達(dá)到了鐵水運(yùn)輸動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠管理85輛車(chē)的要求。由于采用CRC校驗(yàn)，整個(gè)系統(tǒng)的誤碼率達(dá)到10 -6以下，滿足了車(chē)輛信息傳輸所需的誤碼率要求。
在鐵水運(yùn)輸動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中，所有車(chē)載WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)和中繼站的WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)都工作在同一信道中，車(chē)輛的位置能夠及時(shí)得到更新，沒(méi)有出現(xiàn)信道擁堵、車(chē)輛位置無(wú)法實(shí)時(shí)傳送的現(xiàn)象，達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。若管理的車(chē)輛數(shù)目增加，只需按中繼站的通信范圍，將中繼站的WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)設(shè)置到不同的信道，車(chē)載通信控制器則根據(jù)車(chē)輛的位置在不運(yùn)動(dòng)區(qū)域自動(dòng)將車(chē)載WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)的信道切換到與此區(qū)域中繼站一致的信道上，即可使所管理車(chē)輛的數(shù)目成倍增加。
【鐵水運(yùn)輸動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無(wú)線通訊網(wǎng)設(shè)計(jì)】相關(guān)文章：
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