目前,國外一些大型農場已經開始建立和使用農場辦公室計算機與移動作業機械之間的無線通信管理信息系統,農場調度中心與農機操作者通過無線通信數據鏈路進行實時通信。由于技術和資金的限制,我國大多數農場是由農場調度中心將調度任務人工分派給不同農機,生產過程中農機與調度中心之間只能通過電話聯系。這種調度方式不能及時了解農機生產情況,降低了農機的運作效率,且增加了管理成本,農忙時節尤為突出。為此,筆者提出采用農場短信中心的農場農機調度方式,將原來分散的人工調度轉變為集中的統一實時調度。由農場調度中心通過短信中心把最新的調度指令發送給在“線”農機,實現異地實時調度。這樣,不僅有利于農機的合理調度和管理,而且可以降低各環節的成本。 

     1 農場短信中心工作模式及系統結構

     1.1 農場短信中心工作模式及通信方式

　　農場短信中心建立在農場場部,通過數字數據網絡(digital data network ,DDN) 專線與短消息網關( ISMG) 相連, ISMG 與中國移動的短信服務中心(short message service center ,SMSC) 相連。短信下行時,首先由農場短信中心將短信經過DDN 專線發送至ISMG,然后由ISMG 發送給中國移動SM2SC ,最后由中國移動SMSC 發送到帶有GPS 車載單元的農機上。短信上行時,首先由GPS 車載單元將短信發送至中國移動SMSC ,然后由中國移動SM2SC 轉發給ISMG,最后經過DDN 專線到達農場短信中心。農場短信中心實現與GPS 車載單元和中國移動ISMG 的通信,以及與GIS 各部分的接口,同時將這幾部分有機地結合起來。與農場短信中心相連的各模塊結構見圖1[1] 。

圖1 與農場短信中心相連的各模塊結構圖

　　農場短信中心采用“點到中心”的短信服務模式,這種模式的優點是數據處理能力強,時延小,適用于多臺車輛的農場。農場短信中心與ISMG之間采用CMPP 協議進行通信, CMPP 協議以TCP/ IP( Transmission Cont rol Protocol/ Internet Protocol) 作為底部通信承載層。

　　農場短信中心與ISMG之間進行信息交互時,可以采用長連接方式,也可以采用短連接方式。長連接方式在一個TCP 連接上可以連續發送多個數據包,并且在TCP 連接保持期間,如果沒有數據包發送,則需要雙方發送鏈路檢測包以維持此連接。短連接方式當通信雙方有數據交互時,就建立一個TCP 連接,如果數據發送完成,則斷開此TCP 連接;即每次TCP 連接只完成一對CMPP 消息的發送。

　　農場短信中心主要提供以下業務①操作:

　　1) 短信發送( short message sending) 。典型業務操作流程:

  a、GPS 車載單元發出數據請求,被源ISMG 接收;

  b、源ISMG對接收到的信息返回響應;

  c、源ISMG 在本地查詢不到要連接的農場短信中心,向匯接網關(gateway name server , GNS) 發送路由請求信息;

  d、GNS 將路由信息返回;

  e、源ISMG根據路由信息將請求轉給目的IS2MG;

  f、目的ISMG對接收到的信息返回響應;

  g、目的ISMG將請求信息送至農場短信中心;

  h、農場短信中心返回響應。

　　步驟c到h均使用CMPP 2.0 協議。在隨后的操作中,目的ISMG在接收到農場短信中心的響應后,將產生的狀態報告發給源ISMG。

　　2) 短信接收(short message receiving) 。典型業務操作流程:

  a、農場短信中心發出數據請求,被源ISMG接收;

  b、源ISMG對接收到的信息返回響應;

  c、源ISMG 在本地數據庫中找不到目的GPS車載單元號段所對應的網關代碼,向GNS 發送路由請求信息;

  d、GNS 將路由信息返回;

  e、源ISMG根據路由信息將請求轉給目的IS2MG;

  f、目的ISMG對接收到的信息返回響應;

  g、目的ISMG 將請求信息發送至中國移動SMSC;

  h、中國移動SMSC 向目的ISMG返回響應。

　　步驟a到f均使用CMPP 2.0 協議。在隨后的操作中,中國移動SMSC 通過NO. 7 號信令網向移動用戶發送信息,移動用戶收到后將狀態報告(delivery-receipt) 發給中國移動SMSC , 中國移動SMSC 再按照操作流程將狀態報告發給農場短信中心。

  1.2 農場短信中心網絡結構

  2 農場短信中心設計

  2.1 農場短信中心設計原則[3]

　　1) GPS 短信格式接口模塊與CMPP 通信代理接口模塊之間使用消息隊列進行通信,對消息隊列的管理和參數的設置(如對同一隊列操作的互斥、隊列個數的設置等) 都使用統一隊列內核類接口,以方便GPS 短信格式接口模塊對消息隊列的使用。另外,通過消息隊列通信,也可以為今后增加的其他業務提供良好的擴展性。

　　2) 農場短信中心數據庫龐大,采用多線程處理技術及并行計算和共享內存技術以提高系統運行效率和資源利用率。

　　3) 為保證不丟失數據包,程序使用緩存機制。

　　4) 對線程進行管理,使線程可靠運行。

　　5) 將GPS 短信格式接口、CMPP 通信代理接口、數據通用接口等模塊分離設計,以保證農場短信中心的共用性和擴展性。

　　農場短信中心設計類圖見圖3[4] 。其中:界面控制類(SMCClient) 的功能是啟動發送線程和接收線程的總控制界面;多線程發送類(SendMCProcess)的功能是根據要發送的短信啟動線程對其進行處理;多線程接收類(ReceiveMCProcess) 的功能是根據到達的短信啟動線程對其進行處理;接收短信類(ReceiveMC) 的功能是接收短信并與CMPP 接口協議類進行交互;發送短信類(SendMC) 的功能是發送短信并與CMPP 接口協議類進行交互; GPS 短信格式接口類( GPSMC) 的功能是對發送和接收的短信按照GPS 短信格式進行轉化;數據通用接口類(DBManager) 的功能是對增、刪、改、查等數據操作進行統一的封裝;CMPP 通信代理接口類(CMPPMC) 的功能是根據CMPP2.0 協議與ISMG 網關進行通信,完成短信的發送與接收。

   2.2 農場短信中心軟件結構

　　ISMG是處于中國移動SMSC 和農場短信中心之間的部分,它為這2 個實體的數據交換提供安全、快捷的通道。ISMG與中國移動SMSC 之間使用短消息點對點協議( short message peer to peer ,SMPP) ,與農場短信中心之間使用CMPP 協議,因此農場短信中心需要根據CMPP2.0 協議從ISMG處接收和發送GPS 格式的短信。

   2.3 農場短信中心主要功能

　　農場短信中心主要功能是發送和接收短信,同時根據GPS 短信格式對接收和發送的短信進行編碼處理,使GPS 車載單元及GIS 系統能夠識別短信。其具體功能是:發送和接收短信,提供數據通用接口、GPS 短信通信格式接口和CMPP 通信代理接口[6] 。

    3 性能測試試驗

　　對該農場短信中心進行了性能測試試驗① ,結果見表1 。可以看出,基于GPS 和GSM 的農場短信中心運行穩定,數據處理能力強,時延小(通常為2～10 s) ,適用于農機車輛較多(大于40 臺) 的農場。GPS 車載單元將農機的動態位置及狀態通過GSM 網發送到農場短信中心,農場短信中心為農場應用GPS 提供了及時準確的通信保障。