基于GPRS的纯电动汽车数据采集传输系统设计与应用

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本文摘自《电信工程技术与标准化》期刊2011年04期。

【作者】 赵军； 刘金虎；

【机构】 兰州交通大学； 安徽安凯—国轩新能源汽车科技有限公司；

【摘要】 本文利用GPRS传输系统实现了纯电动汽车数据采集传输系统的设计应用,利用了GPRS数据传输的实时性、高可靠性和高性价比的特点。该设计适用于交通、电力、能源、环境、金融等领域。

【关键词】 GPRS； GGSN； SGSN； 纯电动汽车； 数据采集；

GPRS主要采用分组交换较GSM数据传输采用的电路交换，速度更快费用更低，GPRS特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。这一特点正适合大多数小数据量数据采集系统互联的应用。

为了实现数据承载，GPRS系统引入了几种新的网络单元，如分组控制单元PCU、GPRS业务支持节点SGSN、GPRS网关支持节点GGSN,以及其它辅助进行数据业务管理和应用单元，如域名系统DNS、DHCP服务器、网络时间规程NTP、计费网关CG等。

本文作者结合当今世界新能源汽车的发展趋势和积累的经验，设计实现了一种高效可行、低成本的数据采集传输系统。

1 纯电动汽车概述

新能源汽车包括混合动力汽车（HEV)、纯电动汽车(EV)、燃料电池电动汽车(FCEV)、氢发动机汽车、其它新能源（如高效储能器、二甲醚）汽车等各类别产品。这其中纯电动汽车是主要的车型。纯电动汽车主要即采用电力驱动的汽车。纯电动汽车具有低噪声、无污染、能量来源多样化、能量效率高的特点，是解决城市化中的汽车问题的重要途径。是针对世界的石油资源紧张、全球环境污染严重的背景下各国纷纷投巨资研发的一个新兴产业，特点是零排放无污染是目前国际上正在加紧研发的新能源汽车中的一种。

2系统方案

无线数据传输是利用GPRS现有网络根据对数据传输的要求自行组建系统，对纯电动汽车来说就是一个监控中心和多台数据采集终端，目前成熟的组网方案有两种，使用者可根据自己的需要如数据量、安全性、可靠性、实时性、经济性等来具体的选择一种最适合的组网方案。

方案1:专线连接。就是充分利用中国移动GPRS移动无线分组网作为无线传输部分承载通道，然后再采用专用虚拟拨号接入的方式，使企业内网与移动GPRS无线无缝对接，最终为企业提供灵活便捷的、广泛分布的、安全的、独立的、高速的、汇聚的无线资料高速接入。每个MS(移动台）通过GPRS网络分配给企业的接入点名APN(Access Point Name)来决定MS具备哪些业务。车载终端通过BTS/BSC及相应的SGSN/HLR来进行鉴权，由此判断该MS拥有哪些业务。GPRS虚拟专用拨号网用户通过APN进行拨号，SGSN通过DNS解析该APN对应的企业接入端的GGSN地址，SGSN与GGSN之间建立GTP(GPRS隧道协议）隧道，保证GPRS网络内的数据安全传输,然后GGSN向GPRS虚拟专用拨号网VPDN发送接入认证请求包括APN、MDN、IMSI、用户名、密码，用户认证通过后，将授权MS可用的IP地址发送给GGSN,GGSN将IP地址分配给MS，建立连接进行通信数据传输。

方案2:GPRS连接。车载数据终端上电后，自动完成网络注册和初始化工作，获得动态的IP后，自动完成PPP拨号，通过TCP/IP协议转换和通信服务器建立连接，通信服务器在对数据进行解析后发给数据存储服务器实时存储，对通信服务器解析的数据进行实时监控，并将告警、故障信息由通信服务器反馈给正在运行中的车辆，对数据存储服务器存储的数据进行分析评价，实现数据采集终端和数据中心的上行通信。采用透明双向数据传输，链路自动维护。该方案完全在GPRS无线数据网络的内部传输，比较安全可靠，适合数据采集传输。

动汽车所需要采集的数据量和网络通信成本，建设费用等因素，本文选择方案2作为纯电动汽车数据采集系统的设计方案。

3.1数据采集传输系统设计

如图1所示，系统包括车载无线数据采集终端（内嵌GPS/GPRS功能)、通信基站、业务支持节点、网关支持节点、互联网、服务器、监控终端等组成。

3.2数据采集终端设计

3.2.1车载通信终端发向监控中心的应用层数据格式（如图2所示）

其中：序号2byte；基准时间4byte；类型lbyte,起标识作用;dtlbyte，时间偏移。序号、基准时间、类型、dt总共不大于8byte。

3.2.2监控中心发向车载终端的数据格式（如图3所示）

这其中在数据采集终端发向监控中心时要存在时间修正量dt即时间偏移，因为车在运行中时数据的发送和车的实时数据存在一个延时的问题，即时间偏移。监控中心发向车载数据采集终端是不需要进行时间修正,即不需要考虑时间偏移问题，所以在双向发送数据时采用不同的数据发送格式。

3.3数据发送方案

方案1:设定时间发送方式。如5s或更长时间触发发送一次的方式，可根据不同的车辆设计不同的发送时间，操作人员通过监控中心平台软件可以随时方便的对各种车辆进行监控周期修改，无需改动硬件，监控中心设定优先等级，如紧急情况的车辆设定短周期，没有紧急情况的车辆设定较长的数据发送周期，这样可以降低通信压力、减少运营成本。

方案2:按照行驶距离进行发送的方式。车在行驶过程中时刻判断与上次上传数据位置的距离，当距离大于设定的距离时自动将数据上传给数据中心。这种方式也是通过监控软件自动通过通信控制器将指令发送给需要设置的车辆，车辆接到指令后数据的上传方式即会自动更改为距离发送方式。

方案3:按照数据采集终端缓存的容量发送方式。数据采集终端有其自己的缓存32k或64k等再设计硬件是即以固定好，数据中心通过监控软件设置为按缓存容量的发送方式并将指令发送给设置的车辆，车辆接到指令后自动更改发送方式。

方案4:综合发送方式。以上3种方案在实际应用中都有其长处，可以对这3种方式进行综合应用，即综合设定以上3种方案同时启用，按最低门限发送，当最先达到时间、距离、缓存任意一个设定值，即开始向数据中心发送运行数据，从而达到最优的数据上传发送效果。此种方案适合示范运行车辆的数据采集，可以达到数据的最大收集。

安徽安凯国轩新能源汽车科技有限公司承担全国新能源汽车示范运行城市合肥市纯电动汽车的运营管理工作，公司即采用方案4，实现运行数据的实时采集传输工作。

3.4数据中心设计

数据中心采用两台服务器外加多台监控终端。一台作为通信服务器，用于对车载数据采集终端通过GPRS无线网络发回的数据进行解析，将解析完的数据发往数据存储服务器，另外通信服务器还具有防火墙的功能。另外一台数据存储服务器，用于对通信服务器解析完的数据和历史数据进行存储，并可在监控终端进行实时和历史数据的查询。监控终端可对运行中的车辆数据进行实时分析评价，统计车辆行驶轨迹，当前地理位置，工况分析报告等，并且可以通过专门开发的监控软件，对运行中车辆数据发送方式进行更改，即按时间设定、按距离设定、按终端缓存设定和按综合设定。

4使用范围

GPRS无线网络它的根据流量计费、中低速率数据传输、永远在线、尤其是适合中小流量突发数据的传输特点，适合交通、电力、能源、矿山、环境、金融等领域的无线数据采集传输。目前该套方案已使用在安徽安凯一国轩新能源汽车科技有限公司的纯电动汽车数据采集传输系统上，系统运行良好，网络阻塞率几乎为零。数据安全实时可靠。数据包传输的成功率在99.9%以上。

参考文献

[1]文志成.通用分组无线业务——GPRS[M].北京：电子工业出版社.2004.

[2]StevensW,R.TCP/IP详解卷一：协议[M].北京：机械工业出版社.2000.

[3]张海.范耀祖.无线通信技术在ITS中的应用[M].北京：中国铁道出版社.2006.

GPRSTV

好东西呀；我之前也曾了解过类似的案例：一家物流公司在所有的车上装载了GPS/GPRS模块，来跟踪和记录车辆的行程、油量的损耗。跟这个类似，不过你这个就更加详细了。值得再温习一遍。