交通违章信息处理与通信系统研究与实现

1、引言

　　随着中国经济的不断发展，中国家庭的汽车拥有量越来越多，因而交通管理部门的管理工作量和工作压力不断上升。特别是目前全社会的法律意识和社会公德意识还不是很强，人们对一些常见的交通违纪、甚至违法现象习以为常，如超速闯红灯等交通违章现象十分普遍。现在对这些违章违纪的信息处理仅依靠交警部门通过人工邮寄处罚通知单，或司机自己上网、打电话查询扣分情况等。事实上，这种事后处理方式，因存在诸多因素影响处罚单到达的及时与准确性，往往造成交通管理工作比较被动和滞后。如何改善现有管理网络，适应现代交通管理智能化的迫切要求，是现代城市交通管理建设的研究方向。 移动通信技术的发展给现在智能交通系统的建设提供了很好的公共平台，以移动通信短消息服务(SMS)系统为核心的远距离通信控制和管理系统得到了广泛应用。例如，将GSM／GPRS全球移动通信技术与GPS全球卫星定位技术、GIS地理信息处理技术以及数据处理技术相结合，实现车辆移动物体的定位、监控和跟踪；利用SMS技术实现高性能的、自动化的管理体系，如GSM／SMS移动性数据查询系统；SMS／SMS／GPS移动车辆监控调度系统；GSM／SMS机房监控和远程维护管理系统；水、电、煤气的远程无线自动抄表系统；服务行业旅店／旅馆基于SMS的预定信息等；公安系统实现了移动警务综合查询、车辆审批等办公移动信息化。

　　本文所提出的交通违章信息处理与通信系统，实际上就是基于SMS移动短信息平台的信息采集、处理和通信的一种综合信息服务系统，他不仅使交通管理部门对违章车辆的管理更加方便、顺畅、及时，同时也针对司机的侥幸心理达到及时有效的警告，同时也使犯规的司机有机会主动接受处理，以免产生更严重的后果。

2、系统结构

　　目前，公安交警部门已经拥有了自己的数据网络，特别是苏州市电子交警"上岗"以来，信息的传输变得更加迅速和快捷，但是，交警网络的工作性质和特点决定了他们需要在非办公环境对信息数据进行查询和处理，因而，在警务信息查询的手段上具有很大的局限性，不能充分满足其信息化的需求，公安信息系统和民众之间还基本处于隔离状态。因此，本系统设计的最终目的是利用现代无线通信手段将其联系起来，更好地发挥公安机关信息系统的作用，提升公安交警等国家权利服务机构在群众中的形象。

　　本文所提出的交通违章信息处理与通信系统结构如图1所示。


　　本方案的设计借助移动公司的公共短信平台作为公安交警信息系统的补充。可以设想，当有机动车辆被交警部门在道路上设置的传感装置采集到闯红灯、超速和不按路面标志行驶等信息，系统自动将这些信息传送到交警内部数据网络，除了记录在案外，同时通过公共信息平台的SMS服务功能，将交通违章的地点、时间、错误方式和处罚结果及时主动的发送给当事人的手机，从而实现及时处理。这样，针对少数司机的侥幸心理达到及时有效的警告．同时电使犯规的司机有机会主动接受处理，以免产生更严重后果。

3、SMS协议

　　短消息具有许多其他通信方式不具有的优点，比如：用户可以随时接收或者发送短消息：即使由于关机而不能接收消息，在开机后仍能接收到先前没有接收的短消息；短消息的收费相对低廉；移动、联通、小灵通的用户之间也可以互发短信。正是由于这些优点，使其发展非常迅猛，已经成为人们交流的一个重要手段。

3.1 SMS短消息体系结构

　　GSM规范所定义的点对点短消息业务是指通过短消息服务中心在两个短消息实体之间传输限定大小的短信息的一种电信业务，在短消息的传输过程中涉及到许多象HLR，MSC，SMS-GMSC／SMS-IWMSC等GSM系统多功能实体，他们之间的基本网络结构如图2所示。


　　图2中，SME是能够接受和发送短消息的功能实体；MSC是整个GSM系统的核心，他提供交换功能及面向系统其他功能实体的接口功能，就短消息业务而言，他提供必要的路由选择和临时缓冲功能；SMSC在SME和移动台之间传输短消息的过程中，负责中继存储和转发短消息的功能实体。SMSC不属于GSM系统任何组成部分，但是在实际运营中SMSC和MSC往往是合二为一；SMS- GWMS是一种能够从SMSC接收短消息的MSC，接收由SMSC发送的短消息，向HLR查询路由信息和短消息信息然后转发短消息到接收者所在的MSC。SMS-IWMSC是短消息互通移动服务交换中心，他能够从PLMN内部接收短消息并把他递交到接收者所属的SMSC的MSCVLR和HLR的定义和GSM网络系统的定义是相同的，就短消息业务而言，当SMS-GMSC从SMSC接收到一个正确短消息的TPDU时就向HLR查询路由信息，然后使用这些路由信息将短消息转发到MSC；BBS负责与手机进行无线通信。

　　在该结构中，短消息由消息发送者传送到短消息业务中心(SMSC)。SMSC通过一个特定的被称为短消息业务网关的MSC(SMS GMSC)与GSM网络连接。SMSC可以和几个GSM网络相连，也可以和一个GSM网络中的几个SMS GMSC相连。SMS GMSC按照GSM漫游协议，找到消息接收者当前所处的MSC的位置，并将消息转发到该项MSC。MSC向基站系统广播该消息，基站收发信台(BTS)寻呼该目的MS。用于短消息业务的MS必须包含特定的软件，使其能够对消息进行解码和存储。消息可以存储在SIM卡中或移动装置(ME)的内存中，并显示在MS的标准屏幕上。

　　MS能够发送或答复一条短消息，消息发送到短消息业务互联MSC(IWMSC)后又被送到SMSC中。短消息的接收者可以是MS、传真机或连接到因特网的PC机。在使用过程中必须清楚地认识到，SMS是一种存储转发业务，短消息不能从发送者直接发送到接收者，必须经过SMSC。SMSC在支持高质量的SMS业务中起着很重要的作用，通常SMSC都是在高速服务器平台上实现的，从而能够充分保证SMS业务的质量。

3.2 短消息的协议结构

　　SMS的协议结构如图3所示。图3中表示了移动台在发起的短消息传递中所用的协议结构，该协议在GSM04.11中定义。移动台终结消息传递的结构中除了用GMSC代替IWMSC外，其余与移动台发起的短消息结构相类似。短消息业务中心和移动台之间的点对点短消息业务的协议共分为4层：短消息应用层SM-AL、短消息传输层SM-TL、短消息中继层SM-RL和短消息链路层SM-LL。


(1)短消息应用层

　　短消息应用层的数据为来自移动台要发送的短消息文本，每次只能发送最大长度为140 B的信息，如果是超过140 B的长信息，可以自动分成几次发送。GSM标准规定，能够自动分发的长信息最多分为255次发送。

(2)短消息传输层

　　短消息传输层为传输短消息应用层的消息文本及其相应的传送报告提供服务，使得短消息应用层能够向对等实体发送，接收短消息。这些SM-TL所支持的业务为每一个与之相关联的短消息生成一个称之为短消息识别符(SMI)的参考号码。移动台中的SMI不能在SMSC对等实体之间互相传送，也就是说，一条短消息在移动台和短消息中心应该有不同的SMI。

(3)短消息中继层

　　短消息中继层为短消息传输层提供传送用户数据单元(TPDU)业务及其相应的发送报告。SM-RL所支持的业务为与之相关的每一条短消息产生一个SM-RL SMI。类似于SM-TL SMI，MS中的SM-RL SMI不能由SMSC中的对等实体传送，每一条短消息的SM-RL SMI对应于SM-TL SMI。

　　在该层，MS的短消息中继实体通过短消息中继协议与MSC中的对等SMR进行通信。SM-RP与MSC中的TCAP／MAP一起提供MS与SMSC之间的网络功能。

(4)短消息连接管理层

　　SM-LL层由连接管理CM子层、移动管理MM子层、无线资源RR子层、Layer2子层和Layer1子层构成。其中CM子层向SM-RL层提供服务以支持短消息业务。CM子层的短消息服务由短消息控制SMC实体进行控制，不同短消息控制实体通过传输标志TI的不同取值来识别。MS侧的SMC通过对等协议SM-CP短消息业务控制协议与MSC或SGSN侧的SMC进行通信。SMC实体之间的通信协议数据单元CPDU中的用户数据部分CP-UD携带了SM-RL层的数据单元RPDU，RPDU的最大长度为248 B。

　　根据SMS分层协议，短消息发送过程中，其自上而下的数据封装过程如图4所示。


3.3 短消息的收发流程

　　短消息通信仅限于一个消息，一个消息的传输就构成了一次通信。移动台发送短消息和移动台接收短消息是不同的业务。

(1)移动台发送短消息

　　移动用户在发短消息的时候，应指明最终收件人地址((SME)和SM-SC服务器的地址。短消息的传输要求在移动台和MSC之间建立信令连接。消息本身的传递要求在无线路径上建立专门的链路层连接，即SAPI-3连接，并要求采用专门的消息传递协议((SM-TP)，该协议让用户设置一个短消息的有效期(Validity-Period)，过期后，服务中心不再试图发送此消息而是销毁他。MSCNLR收到建立报文，他对请求进行分析以检查他是否接受。MSC／VLR是否接受依赖于提供此业务的MSC／VLR的容量以及资源的可用性。移动传输实体按照至多140 B的块形式编码短消息，把收件人SME地址置于协议数据单元PDU。经过各层封装后被发送到MSC／VLR，MSC／VLR解开PDU，找到收件处SM-SC的地址，通过IWM-SC建立到SM-SC地址的路由将短消息发送至SM-SC。

(2)移动台接收短消息

　　当SM-SC有短消息需发送到某一GSM用户时，他建立一条包含各种有利于接收者的信息的SM-TP SMS-DELIVER报文，此信息包括用户的内容，最初的发送者身份以及用于指示短消息已被SM-SC接收的时间标志。SM-SC把短消息发送给SMS一网关，根据原发用户提供的目标电话号码(典型的是用MSISDN来分辨被传送的用户)。SMS网关有了MSISDN就可以向相关的HLR查询，并找回必要的路由信息发送短消息，如果当时已经知道被送用户为不可及，发回的消息可以是“拒绝”。移动台不可及的情况可分为三种：第一种情况HLR当时已经知道该移动台为不可及；第二种情况HLR当时不知道，要到该移动台拜访MSC后才知道；第三种情况为一直到MSC投递的短消息失败后显示不可到达信息。SMS网关用SS7地址向有关的MSC传递消息，然后MSC把短消息投递到移动台。

4、系统实现

　　实际系统模拟实现过程中，我们通过计算机红外接口与具有GPRS功能的一款NOKIA手机之间的连接实现内部网络与公用平台之间的专用接口。机动车辆违章信息采集部分由消息触发机制来完成。其中，系统模拟实现的违章信息发送过程的程序流程如图5所示。

　　在程序实现过程中，利用MScomm控件实现PC机红外接口与NOKIA手机之间的串口通信。具体程序如下：


　　图6即为所实现的违章车辆信息管理系统的信息显示图。


5、结语

　　本文研究了基于SMS的交通违章信息处理系统结构和相关实现技术，具体研究并实现了SMS体系结构和协议结构以及SMS违章信息的处理和传输，给出了具体实现结果实例。本文所提出的基于公共短信平台通信的交通违章信息处理系统，较好地扩充了现有专用交警管理网络的功能，且随着该系统的进一步完善和具体运用，将会有力地支持城市智能交通系统的发展，同时具有一定社会价值。