国外卫星导航定位应用产业现状及发展趋势

   日期:2009-05-26     来源:中国测控网    评论:0    
核心提示:卫星导航的应用近几年来向消费市场发展的强劲势头表明,以GPS为代表的卫星导航应用产品,由于其能很容易地提供位置、速度和时间信息,所以会很快成为现代信息社会的重要信息来源,成为信息时代的国家基础设施之一,由于其功能强大、使用方便、价格合适,所以能很好地与别的系统相结合,形成大量的新应用、新产品,迅速地进入到人们的日常工作、学习、生活和娱乐之中。

      卫星导航定位系统的车辆监控应用将来随着通讯及电子技术迅速发展,结合先进的通讯技术,实现大范围的监控,随着信息高速公路的建设,会形成各地区、各行业、各种不同的监控网络的相互连接与信息共享。汽车电子技术的完善和公路建设的需要,使得车辆监控系统会成为智能交通管理系统(ITS)重要的组成部分。“国外卫星导航定位应用产业现状及发展趋势”文稿介绍了国外卫星导航定位应用产业现状及发展趋势的部分内容。

  在传感器网络应用的网络层研究中,无线传感器网络通信协议的研究是其主要内容。无线传感器网络通信协议的研究内容:其一,通过分析模拟,研究现有通信协议的性能,确定各种现有协议对于无线传感器网络的可用性及其优缺点;其二,以数据为中心的新的通信协议的研究,包括通用能源有效性路由算法的研究、面向应用的能源有效性路由算法的研究和动态传感器网络的路径重构技术的研究。“网络层的无线传感器网络通信协议”文稿介绍了网络层的无线传感器网络通信协议的部分内容。

  国外卫星导航定位应用产业现状及发展趋势

  卫星导航的应用广泛,而且越来越广泛,并且已受到普遍的重视。

  一、国外卫星导航定位系统

  卫星导航定位系统应用装备的应用产品目前主要以美国的全球定位系统(GPS)和俄罗斯的全球导航卫星系统(GLONASS)为代表。

  卫星导航的应用近几年来向消费市场发展的强劲势头表明,以GPS为代表的卫星导航应用产品,由于其能很容易地提供位置、速度和时间信息,所以会很快成为现代信息社会的重要信息来源,成为信息时代的国家基础设施之一,由于其功能强大、使用方便、价格合适,所以能很好地与别的系统相结合,形成大量的新应用、新产品,迅速地进入到人们的日常工作、学习、生活和娱乐之中。

  GPS应用当前最大的市场是车辆导航、消费产品和跟踪监控,尤其以汽车导航所占份额为最多。以2000年为例,汽车导航产品的产值为30.67亿美元,约占卫星导航产品总值的31%左右。在欧美的国家和日本等,基于卫星导航和美国的全球定位系统的汽车自导航产品市场已相当成熟,国外相当数量的汽车将汽车导航产品作为汽车的标准配置,并且得到很好的应用。1999年底,在日本国内,装有导航系统的车辆持有量超过了500万台。在日本的有些豪华轿车上,导航系统已成为了标准设备。

  卫星导航车辆监控技术先进。少数发达的国家目前普遍应用卫星导航车辆监控,例如,有美国、日本、意大利、新加坡、加拿大等国家。其应用的行业多数集中在出租车调度管理、医疗急救调度、特种及危险车辆管理、公众车辆的安全救护和自主导航等。

  将来卫星导航定位系统的车辆监控应用随着通讯及电子技术迅速发展,结合先进的通讯技术,实现大范围的监控,随着信息高速公路的建设,会形成各地区、各行业、各种不同的监控网络的互相连接与信息共享。汽车电子技术的完善和公路建设的需要,使得车辆监控系统会成为智能交通管理系统(ITS)的重要组成部分。

  二、国外卫星导航定位应用产业发展趋势

  分析国外卫星导航定位应用产业的全球导航卫星系统(GNSS)发展趋势,发现其出现了5大特点:

  (1)今后数年间 GNSS接收机芯片组全球年产销量有望突破1亿套

  前几年,据权威人士的估算,2001年,GNSS应用接收机的芯片组全球销量约为800~900万套,2002年,为1200~1500万套,2003年,可能达到3000~5000万套,在此后的3~4年内,年1亿套的销量有可能被越过。此应用接收机的芯片组主要需求推动力是来自于与移动电话相融合的市场(例如,E911和E112应用)。这可能是因为接收机芯片组的持续降价(例如,2000年,GNSS接收机芯片组价格批量供货为25美元/套),而且其体积和功耗都较小,适合于嵌入手机的缘故。

  (2)高精度与低价位矛盾之争实现最后的统一为期不会太远了

  在SA(Selective Availabili)取消之后,精度对普通的导航用户来说,已并不重要,因为10余米的定位精度可以确保其正常的使用,而与之匹配的地图通常也是15米左右的精度。所以,包括GPS定位、陀螺仪和地图匹配在内的导航应用系统无需外加别的技术设备(DGPS)。而在不久以后,星基增强系统和笫二个民用频率的开通,会进一步改善精度,但是不会大幅提升价格。这些在今后的数年内会见分晓。

  (3)市场和消费者更看重技术的经济适用性

先进的技术解决方案,是不是一定能获得商业上的成功?回答是:不一定。在市场上,消费者真正要购买的是实实在在能用的商品,在用商品后能带来切实的看得到的摸得着的好处,切实能适应其需要,能解决问题。

 

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  (4)车辆导航与监控融合的必然结果是车辆信息系统的篷勃发展

  美国的OnStar系统把车辆导航与监控这两种卫星导航定位功能融合在一起,并且将其在汽车上进行发扬推广起来,形成汽车信息系统(Telematics)。2001年,其安装数量达百万台之多。其将汽车内相关的电子设备与传感器连成一体,除用于导航、联络和安全之外,更重要的是实现了汽车与外部世界的通信,将无线数据与语音服务和GNSS技术结合起来,提供专门的位置服务(车辆导航、跟踪和急救服务)。由于有服务中心的配合,可以大大减轻车载终端的压力,同时可以提供更为周到全面与专门化的和公众性的服务。车辆信息系统代表了车辆应用系统重要的发展方向,势必在将来数年内出现蓬勃发展的倾向。

  (5)导航与通信技术的融合会全面提升市场的容量,个人应用将拔头筹

  导航与通信的融合最典型的代表是在蜂窝手机中整合GNSS功能,将其功能嵌入手机。A-GPS(Asisted GPS)技术,即用通信网络辅助GPS实现快速与恶劣环境(包括室内)条件下的定位,此定位技术可用于不同的环境(室内外、城市与乡间)、不同的通信网络(TDMA、CDMA)与级别(2G、2.5G、3G),并且初始投入(网络改造)费用与工作量小,主要工作在手机上,每台手机增加GPS功能的成本量为5~15美元。2001年底,Qualcomm率先推出了基于CDMA通信网络的gpsOne,数月间日美韩售量超过百万台。至2003年4月,gpsOne的全球销售总量突破1000万台。

  美国上世纪七十年代开始建设的GPS应用情况表明,卫星定位导航对科技发展和产业推动发挥了极大作用。随着信息技术和航天技术发展,综合应用卫星对地观察、卫星通信和定位与导航技术将起到更重要的作用。

  网络层的无线传感器网络通信协议

  在传感器网络应用的网络层研究中,无线传感器网络通信协议的研究是其主要内容。无线传感器网络通信协议的研究内容:其一,通过分析模拟,研究现有通信协议的性能,确定各种现有协议对于无线传感器网络的可用性及其优缺点;其二,以数据为中心的新的通信协议的研究,包括通用能源有效性路由算法的研究、面向应用的能源有效性路由算法的研究和动态传感器网络的路径重构技术的研究。

  一、ZigBee技术标准

  蜂窝电话网络、Ad-hoc和蓝牙技术是当前主流的无线网络技术,但是其各自的MAC协议不适合无线传感器网络。GSM和CDMA中的介质访问控制主要关心如何适应用户的QoS要求和节省带宽资源,功耗是第二位的;Ad-hoc网络则考虑如何在节点具有高度移动性的环境中建立彼此间的链接,同时兼顾一定的QoS要求,功耗也不是其首要关心的;而蓝牙采用了主从式的星型拓扑结构,这就不适合无线传感器网络自组织的特点。

  802.15.4的通信标准是当前无线传感器网络采用的,ZigBee是最新在此基础上开发的有关组网、安全和应用软件方面的技术标准。

  与其他无线标准(例如,802.11或802.16)不同,Zigbee和802.15.4可以以250Kbps的最大传输速率承载适当的数据流量。Wi-Fi和蓝牙比Zigbee消耗的功率多。另外,ZigBee联盟认为通过此标准建立的无线应用应该可以使用普通的家用电池,并且能运行好几年。

  尽管Zigbee有着广阔的前景,但是当用户想要在更大的范围内扩展网络,其还是会面临障碍的。网状网络是急需要解决的技术,使用者们目前仍在对其进行评定和排错。如何在无线传感器网络中完善这项技术标准,并且运用这项技术标准,是当前研究问题的热点。

  二、路由算法

  路由协议在无线传感器网络中分为平面型和层次型两种,但是其大都采用多跳形式在节点和易移动的sink节点之间建立连接。在Ad-hoc网络中,已有的多跳路由协议,例如,AODV(Ad-hoc demand distance vector)和TORA(temporally ordered routing algorithm)等,通常不适合无线传感器网络的特点和要求。在传感器中,其大部分的节点不像在Ad-hoc网络中的节点那样快速移动。

  以数据为中心的新的通信协议的研究主要采用协商的设计思想,为了解决信息“内爆”和“重叠”的问题,传感器节点广播采集数据的描述信息,当有相应的请求时,才有目的地发送数据信息。例如,SPIN (sensor protocol for information via negotiation)路由方法。而能源有效性路由选择算法主要考虑了功耗、QoS和分组优先权等特殊要求,采用局部路径恢复和多路径备份的策略,避免节点或链路失败时进行路由重计算需要的过量计算开销。例如,SAR (sequential assignment routing)路由算法。此外,还有通过随机选择聚类首领在平均分担中继通信业务来实现的低功耗自适应聚类路由算法。

  依照应用模式的不同,通常可以将无线自组织网络(包括无线传感器网络和Ad-hoc网络)分为主动(proactive)和响应(reactive)两种类型。主动型无线传感器网络持续监测周围的物质现象,并且以恒定速率发送监测数据;而响应型无线传感器网络在被观测变量发生突变时才传送数据。相比之下,响应型无线传感器网络更适合应用在敏感时间的应用中。

  不同的应用,还可以采用不同的路由算法,所以,路由算法的设计在无线传感器网络中的研究才刚刚开始。

  因据无线传感器网络的特点,在网络模拟方面,用现有的网络模拟工具(例如,NS2和OPNET等)来进行无线传感器网络的研究不是很适合,所以,如何进行无线传感器网络模拟,以便为研究者提供有力的模拟工具,是研究问题的热点。
 

 
  
  
  
  
 
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