一種基于北斗短報文的遠程終端監控方法

戴 勝，曹菁菁，方 芳

（南京萊斯信息技術股份有限公司，南京 210014）

一種基于北斗短報文的遠程終端監控方法

戴 勝，曹菁菁，方 芳

（南京萊斯信息技術股份有限公司，南京 210014）

文章首先說明了北斗短報文的通信過程和方法設計思路，然后從數據傳輸和協議約定等方面論述了關鍵技術策略。關鍵詞：北斗；短報文；遠程監控

1 引言

本文研究利用北斗短報文通信功能,實現信息通信網的廣域遠程監控,為國內北斗運營系統、終端設備和應用服務市場的發展提供一種可靠的應用模式。

2 北斗短報文通信

北斗系統的短報文通信,是指北斗地面終端和北斗衛星、北斗地面測控總站之間能夠直接通過衛星信號進行雙向的信息傳遞,通信以短報文（類似手機短信）為傳輸基本單位,設備的短報文通信頻度及長度由授權的北斗用戶卡決定（軍用或民用級）。一般的用戶機可一次傳輸36個漢字,申請核準的可以達到傳送120個漢字或240個代碼。短報文不僅可點對點雙向通信,而且其提供的指揮端機可進行一點對多點的廣播傳輸,為各種平臺應用提供了極大的便利。

2.1 通信特點

北斗短報文通信具有以下特點,非常適合邊遠地區或突發情況的應急管理：

⊙ 點對點通信延遲為1～5s；短消息通信傳輸時延約0.5s,具有較快的信息傳輸速度,在傳輸緊急指令時能夠快速到達。

⊙ 北斗衛星信號采用S/L頻段的CDMA擴頻技術,具有較強抗干擾能力。

⊙ 北斗系統信息傳輸阻塞率＜10-3,誤碼率＜10-5,傳輸可靠性高。

⊙ 短報文通信一戶一密,充分保證敏感網絡管理數據的安全性。

⊙ 北斗系統信號覆蓋范圍廣,無縫覆蓋我國全部國土及周邊海域,全境可用。

2.2 通信流程

短報文普通通信的過程為：用戶機通過北斗衛星向地面控制主站發送通信申請,主控站根據信息接收方的地址轉發通信內容,接收方受到通信內容后,自動向地面控制主站發送通信回執,主站再按接收到的回執情況分別處理,是否轉發或存儲回執。具體通信流程如圖1所示。

圖1 北斗短報文通信流程示意圖

用戶端可通過北斗設備串口獲取發送至其的通信信息,并通過編碼程序等軟件手段接收并處理包含的數據以實現各類應用。串口非同步傳送,參數定義如下：

⊙ 傳輸速率：19200b/s（默認）,可根據用戶機具體情況設置其他速率。

⊙ 1bit開始位。

⊙ 8bit數據位。

⊙ 1bit停止位。

⊙ 無校驗。

程序語言：SerialPort.setSerialPortParams (115200,SerialPort.DATABITS_8, SerialPort. STOPBITS_1, SerialPort.PARITY_NONE)[2]。

2.3 通信性能參數

傳輸成功率和傳輸延時是北斗短報文通信的兩個重要性能參數,是各行業應用和系統設計中必須參考的依據。根據大量測試樣本數據的統計分析,北斗短報文通信性能如下文所述。

2.3.1 傳輸成功率

2.3.1.1 北斗數據包傳輸成功率

北斗數據包傳輸成功率定義為

2.3.1.2 長報文傳輸成功率

長度為N個北斗數據包的長報文一次傳輸成功率PN的理論計算值為

可見,長報文傳輸成功率跟報文長度成反比,且分包數增加,成功率降低。同時,設備穩定性和數據處理算法等對該參數均有影響。在信息流程和通信協議制定時,應注意選擇合適的分包方式和糾錯算法。

2.3.2 傳輸延時

北斗短報文通信平均傳輸延時由下式可得

3 應用架構

為提高廣域信息通信網絡管理可靠性,可根據各管理單位特點和實際情況,在北斗導航定位系統的結構上,結合北斗短報文通信特點,建設一套遠程終端監控應用架構,如圖2所示。

架構主要由北斗同步通信衛星、北斗地面測控總站、運營中心、遠程終端和各網絡管理中心組成。其中,北斗同步衛星與其他對地靜止通信衛星一樣,承擔各衛星站點無線信號中繼通信的功能；北斗地面測控總站是北斗導航定位系統的地面運行控制中心,主要完成所有導航電文參數生成和北斗用戶端定位、授時、通信數據交換的集中處理；北斗民用運營服務中心是控制中心的延伸,可統一處理民用系統應用需求。

在圖2中,原系統網絡管理中心可通過兩種方式實現北斗短報文的應用：一是廣域信息系統管理中心通過地面有線或無線通信網與運營中心相連,直接獲取其實時轉發的所有遠端回傳信息數據,進行遠端監控管理行為；二是在自身位置部署大型北斗指揮機,利用對所轄用戶定位、通信信息監收、信息通播等功能,直接通過北斗通道管理下轄若干用戶機所在遠端系統。

圖2 基于北斗短報文的遠程終端監控應用架構

4 應用案例

以融合北斗短報文的廣域衛星通信網網絡管理為例,結合北斗導航衛星報文傳輸信道和衛星通信信道,實現衛星通信終端處于在線和離線狀態下的系統監控和業務模式切換。

4.1 工作方式

遠程站點監控系統由自定義的衛星站點監控器和系統管理軟件構成。監控器部署在遠端,采用相應接口并作為目標系統的客戶端,在本地對衛星通信系統和北斗系統實施監控和控制邏輯。管理軟件部署在管理主站,C/S架構,使用定義的通信協議并通過北斗報文傳輸信道對遠端監控器、北斗實施遠程監控。系統邏輯架構采用圖2中的方式二,具體如圖3所示。

圖3 遠程站點監控系統邏輯架構

4.2 信息流程

根據北斗短報文通信特點及通信參數特征,可自行定義前端管理代理（軟件或硬件）的信息流程和通信協議。遠程站點監控系統中的衛星站點監控器信息流程如圖4所示。

圖4 衛星站點監控器信息流程圖

4.3 基于北斗短報文的技術應用

4.3.1 雙模通信管理

北斗導航系統相比于衛星通信系統,前者的報文傳輸信道帶寬窄速率低,如果采用衛星通信系統的通信協議勢必會造成北斗信道擁塞,降低管理效率,可自行定義前端管理代理（軟件或硬件）的遠程管理通信協議。該協議的特點是傳輸所需帶寬小,但包含內容信息量大,適合北斗短報文使用。

4.3.2 遠程本地一體化管理

通過采用北斗導航系統和衛星通信系統聯合管理技術,使得管理中心在離線和在線條件下,都能夠對遠程終端及系統實施監控。以上描述僅解決了“遠程監控”中的通信信道問題,遠程系統中各類設備控制協議不同,且數據量較大,不宜直接使用北斗短報文信道傳輸。為解決這一問題,可設置協議處理單元,用于將其他協議轉換為自定義的遠程管理通信協議,實現受控信息系統的遠程本地一體化管理。

4.3.3 自動化監控管理

自動化監控技術是相對于手動監控提出的。傳統的手動監控需依賴人員操作水平,而且在系統使用期間不能離開系統監控區域。即使由管理人員遠程實時監控,在通信鏈路因各種因素斷開時,遠程監控的局限性即刻凸顯。通過制定自動化監控邏輯,不間斷對目標系統進行監測,在超出或低于限值時進行參數調整等預處置,并利用北斗短報文通道將告警信息和處理結果反饋給管理中心。

5 結束語

本文在研究了北斗短報文的通信流程和通信性能的基礎上,提出了基于北斗短報文通信的兩種復合網絡管理應用架構。以廣域衛星通信網為例設計了一套安全可靠的遠程終端（系統）監控通信技術和方法。結合北斗短報文通信特點,通過增加北斗通信協議和網絡內自定義的遠程管理通信協議來實現廣域信息通信網的管理技術改造,擴大了北斗衛星導航定位系統的在民用行業內的應用范圍。

[1]王達著．計算機網絡遠程控制[M]．北京：清華大學出版社, 2003.6:18-30

[2]沈華飛．北斗衛星一代短報文通信技術及應用[J]．電子制作,2014, (23)

[3]谷軍霞,王春芳,宋之光．北斗短報文通信信道性能測試與統計分析[J]．氣象科技,2015(3):458-463

BEIDOU SMS Based Method for Remote Monitoring with Terminals

Dai Sheng, Cao Jingjing, Fang Fang
(Nanjing LES Information Technology Co., Ltd., Nanjing, 210014)

The communication process of SMS and method design was introduced. Then the key technologies for the method designing, such as data transmission mode and protocol conventions, were analyzed in this paper.

BDS; SMS; Remote Monitoring

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.12.003

TN96 文獻標示碼：A

1672-7274（2016）12-0010-04

戴 勝,男,1983年生,工程師,研究方向為北斗導航通信及軟件管理平臺等。曹菁菁,女,1984年生,工程師,研究方向為衛星通信系統原理和網絡設計等。方 芳,女,1964年生,高級工程師,研究方向為衛星通信網絡管理和信息系統總體設計等。