一种基于北斗短报文的远程终端监控方法

戴 胜，曹菁菁，方 芳

（南京莱斯信息技术股份有限公司，南京 210014）

一种基于北斗短报文的远程终端监控方法

戴 胜，曹菁菁，方 芳

（南京莱斯信息技术股份有限公司，南京 210014）

文章首先说明了北斗短报文的通信过程和方法设计思路，然后从数据传输和协议约定等方面论述了关键技术策略。关键词：北斗；短报文；远程监控

1 引言

本文研究利用北斗短报文通信功能,实现信息通信网的广域远程监控,为国内北斗运营系统、终端设备和应用服务市场的发展提供一种可靠的应用模式。

2 北斗短报文通信

北斗系统的短报文通信,是指北斗地面终端和北斗卫星、北斗地面测控总站之间能够直接通过卫星信号进行双向的信息传递,通信以短报文（类似手机短信）为传输基本单位,设备的短报文通信频度及长度由授权的北斗用户卡决定（军用或民用级）。一般的用户机可一次传输36个汉字,申请核准的可以达到传送120个汉字或240个代码。短报文不仅可点对点双向通信,而且其提供的指挥端机可进行一点对多点的广播传输,为各种平台应用提供了极大的便利。

2.1 通信特点

北斗短报文通信具有以下特点,非常适合边远地区或突发情况的应急管理：

⊙ 点对点通信延迟为1～5s；短消息通信传输时延约0.5s,具有较快的信息传输速度,在传输紧急指令时能够快速到达。

⊙ 北斗卫星信号采用S/L频段的CDMA扩频技术,具有较强抗干扰能力。

⊙ 北斗系统信息传输阻塞率＜10-3,误码率＜10-5,传输可靠性高。

⊙ 短报文通信一户一密,充分保证敏感网络管理数据的安全性。

⊙ 北斗系统信号覆盖范围广,无缝覆盖我国全部国土及周边海域,全境可用。

2.2 通信流程

短报文普通通信的过程为：用户机通过北斗卫星向地面控制主站发送通信申请,主控站根据信息接收方的地址转发通信内容,接收方受到通信内容后,自动向地面控制主站发送通信回执,主站再按接收到的回执情况分别处理,是否转发或存储回执。具体通信流程如图1所示。

图1 北斗短报文通信流程示意图

用户端可通过北斗设备串口获取发送至其的通信信息,并通过编码程序等软件手段接收并处理包含的数据以实现各类应用。串口非同步传送,参数定义如下：

⊙ 传输速率：19200b/s（默认）,可根据用户机具体情况设置其他速率。

⊙ 1bit开始位。

⊙ 8bit数据位。

⊙ 1bit停止位。

⊙ 无校验。

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

2.3 通信性能参数

传输成功率和传输延时是北斗短报文通信的两个重要性能参数,是各行业应用和系统设计中必须参考的依据。根据大量测试样本数据的统计分析,北斗短报文通信性能如下文所述。

2.3.1 传输成功率

2.3.1.1 北斗数据包传输成功率

北斗数据包传输成功率定义为

2.3.1.2 长报文传输成功率

长度为N个北斗数据包的长报文一次传输成功率PN的理论计算值为

可见,长报文传输成功率跟报文长度成反比,且分包数增加,成功率降低。同时,设备稳定性和数据处理算法等对该参数均有影响。在信息流程和通信协议制定时,应注意选择合适的分包方式和纠错算法。

2.3.2 传输延时

北斗短报文通信平均传输延时由下式可得

3 应用架构

为提高广域信息通信网络管理可靠性,可根据各管理单位特点和实际情况,在北斗导航定位系统的结构上,结合北斗短报文通信特点,建设一套远程终端监控应用架构,如图2所示。

架构主要由北斗同步通信卫星、北斗地面测控总站、运营中心、远程终端和各网络管理中心组成。其中,北斗同步卫星与其他对地静止通信卫星一样,承担各卫星站点无线信号中继通信的功能；北斗地面测控总站是北斗导航定位系统的地面运行控制中心,主要完成所有导航电文参数生成和北斗用户端定位、授时、通信数据交换的集中处理；北斗民用运营服务中心是控制中心的延伸,可统一处理民用系统应用需求。

在图2中,原系统网络管理中心可通过两种方式实现北斗短报文的应用：一是广域信息系统管理中心通过地面有线或无线通信网与运营中心相连,直接获取其实时转发的所有远端回传信息数据,进行远端监控管理行为；二是在自身位置部署大型北斗指挥机,利用对所辖用户定位、通信信息监收、信息通播等功能,直接通过北斗通道管理下辖若干用户机所在远端系统。

图2 基于北斗短报文的远程终端监控应用架构

4 应用案例

以融合北斗短报文的广域卫星通信网网络管理为例,结合北斗导航卫星报文传输信道和卫星通信信道,实现卫星通信终端处于在线和离线状态下的系统监控和业务模式切换。

4.1 工作方式

远程站点监控系统由自定义的卫星站点监控器和系统管理软件构成。监控器部署在远端,采用相应接口并作为目标系统的客户端,在本地对卫星通信系统和北斗系统实施监控和控制逻辑。管理软件部署在管理主站,C/S架构,使用定义的通信协议并通过北斗报文传输信道对远端监控器、北斗实施远程监控。系统逻辑架构采用图2中的方式二,具体如图3所示。

图3 远程站点监控系统逻辑架构

4.2 信息流程

根据北斗短报文通信特点及通信参数特征,可自行定义前端管理代理（软件或硬件）的信息流程和通信协议。远程站点监控系统中的卫星站点监控器信息流程如图4所示。

图4 卫星站点监控器信息流程图

4.3 基于北斗短报文的技术应用

4.3.1 双模通信管理

北斗导航系统相比于卫星通信系统,前者的报文传输信道带宽窄速率低,如果采用卫星通信系统的通信协议势必会造成北斗信道拥塞,降低管理效率,可自行定义前端管理代理（软件或硬件）的远程管理通信协议。该协议的特点是传输所需带宽小,但包含内容信息量大,适合北斗短报文使用。

4.3.2 远程本地一体化管理

通过采用北斗导航系统和卫星通信系统联合管理技术,使得管理中心在离线和在线条件下,都能够对远程终端及系统实施监控。以上描述仅解决了“远程监控”中的通信信道问题,远程系统中各类设备控制协议不同,且数据量较大,不宜直接使用北斗短报文信道传输。为解决这一问题,可设置协议处理单元,用于将其他协议转换为自定义的远程管理通信协议,实现受控信息系统的远程本地一体化管理。

4.3.3 自动化监控管理

自动化监控技术是相对于手动监控提出的。传统的手动监控需依赖人员操作水平,而且在系统使用期间不能离开系统监控区域。即使由管理人员远程实时监控,在通信链路因各种因素断开时,远程监控的局限性即刻凸显。通过制定自动化监控逻辑,不间断对目标系统进行监测,在超出或低于限值时进行参数调整等预处置,并利用北斗短报文通道将告警信息和处理结果反馈给管理中心。

5 结束语

本文在研究了北斗短报文的通信流程和通信性能的基础上,提出了基于北斗短报文通信的两种复合网络管理应用架构。以广域卫星通信网为例设计了一套安全可靠的远程终端（系统）监控通信技术和方法。结合北斗短报文通信特点,通过增加北斗通信协议和网络内自定义的远程管理通信协议来实现广域信息通信网的管理技术改造,扩大了北斗卫星导航定位系统的在民用行业内的应用范围。

[1]王达著．计算机网络远程控制[M]．北京：清华大学出版社, 2003.6:18-30

[2]沈华飞．北斗卫星一代短报文通信技术及应用[J]．电子制作,2014, (23)

[3]谷军霞,王春芳,宋之光．北斗短报文通信信道性能测试与统计分析[J]．气象科技,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 文献标示码：A

1672-7274（2016）12-0010-04

戴 胜,男,1983年生,工程师,研究方向为北斗导航通信及软件管理平台等。曹菁菁,女,1984年生,工程师,研究方向为卫星通信系统原理和网络设计等。方 芳,女,1964年生,高级工程师,研究方向为卫星通信网络管理和信息系统总体设计等。