目次
前言
1 范围
2 规范性引用文件
3 术语、定义和缩略语
4 要求
附录A(规范性附录) 消息内容要求
前言
本标准4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6和4.8为强制性条款,其余为推荐性条款。
本标准规定了危险化学品汽车运输监控系统中,车载终端与通信控制处理中心间数据接口协议及数据传输的技术规范,该标准主要包含危险化学品汽车运输监控系统中车载终端采集的各种状态信息的数据结构,车载终端与通信控制处理中心间的数据传输格式,以及数据接口协议等技术要求;适用于危险化学品汽车运输安全监控系统的开发厂商针对车载终端与通信中心间数据传输的接口设计。
本标准附录A是规范性附录。
本规范由国家安全生产监督管理总局提出,全国安全标准化技术委员会化学品安全标准化分技术委员会归口。
本标准负责起草单位:中国航天科技集团天泰雷兹科技(北京)有限公司、中国化工集团化工标准化研究所。
本标准主要起草人:高晖、梅建、刘永强、王晓兵、沈曼祺、石杰楠、王琦。
危险化学品汽车运输安全监控系统——车载终端与通信中心间数据接口协议和数据交换技术规范
1 范围
本标准规定了危险化学品汽车运输监控系统中,车载终端与通信控制处理中心间经移动通信网络进行无线数据传输和数据交换的通信接口协议。
本标准适用于危险化学品汽车运输安全监控系统的各车载终端和通信中心的开发厂商;其他汽车安全运输监控系统开发商,可参照本技术标准。
2 规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注明日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注明日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。
AQ 3003 危险化学品汽车运输安全监控系统通用规范
AQ 3004 危险化学品汽车运输安全监控车载终端
GB/T 19391
GB/T 19392
3GPP TS 04.11:Point to Point Short Message Service support on mobile radio interface
3 术语、定义和缩略语
3.1 术语和定义
术语见AQ 3003和AQ 3004。
3.1.1
报文 datagram/data package
在通信网络中从源通信实体传输至目的通信实体的数据块。
3.1.2
大字节序 big-endian
一种大值的一端,即列中更典型值存在最小的存储地址前面的顺序。
3.1.3
电源管理策略 ASAP
电源管理策略与机制保证系统最高效的节能,系统分为:运行,空闲,休眠三种运行模式,保证系统始终处于最少的能耗状态。
3.1.4
唤醒 wake-up/surfacing
TCU由休眠工作模式进入可进行无线通信的工作模式。
3.1.5
客户端连接标识client connection id
系统对客户端应用程序进行唯一标识的16比特编号。
3.1.6
受控输出 controlled output
车载终端设备中可被远程控制的输出端口。通过通信网络,受控输出的状态能够被查询或改变。
3.1.7
字节 byte
8位二进制数据
3.1.8
位/比特位 bit
一个位/比特位拥有一个值,0或1。
3.2 缩略语
本标准使用的缩略语符合国标GB/T 19391和GB/T 19392的规定。
3.2.1
传输控制协议 transport control protocol
TCP
3.2.2
车载终端设备 telematics control unit
TCU
3.2.3
承载容量信息单元 bearer capability information element
BCIE
3.2.4
电路交换数据业务 circuit-switched data
CSD
3.2.5
短消息服务 short message service
SMS
3.2.6
短消息中心 short message service center
SMSC
3.2.7
短消息二进制编码模式 protocol description unit
PDU
3.2.8
多用途的网际邮件扩充协议 multipurpose internet mail extension protocol
MIME
3.2.9
低位优先 least significant bit
LSB
3.2.10
GPS测定的里程值 vehicle odometer value of gps
ODO
3.2.11
高位优先 most significant bit
MSB
3.2.12
接入点 access point node
APN
3.2.13
检测网络设备可访问性的方法 package internet groper
Ping
3.2.14
空中数据传输 over the air
OTA
3.2.15
码分多址技术(简称C网) code division multiple access
CDMA
3.2.16
全球定位系统(美国) global positioning system
GPS
3.2.17
全球移动通信系统(简称G网) global system for mobile communications
GSM
3.2.18
通信控制处理中心 communication control processing center
CCPC
3.2.19
通用分组无线业务 general packet radio service
GPRS
3.2.20
用户数据报协议 User Datagram Protocol
UDP
3.2.21
由TCU发送的消息(上行) mobile originated
MO
3.2.22
由TCU接收的消息(下行) mobile terminated
MT
3.2.23
中国移动点对点协议 china mobile peer to peer
CMPP
4 要求
危险化学品汽车运输监控系统中TCU通过移动通信网络传输车辆的位置和状态信息至通信控制处理中心,即CCPC。TCU使用移动公网G网的GPRS或C网的CDMAlX或G/C网的SMS作为主要的通信方式,G/C网的SMS或G网的CSD应作为备份通信方式。
本标准定义了危险化学品汽车运输监控系统中通信接口的通用结构和处理过程,它包括通信接口消息有效载荷的结构、编码和加密。
4.1 一般要求
通信接口协议包括两类工作方式:
a) 车载终端发送消息至通信控制处理中心,此类消息也称MO消息。
b) 通信控制处理中心发送消息至车载终端,此类消息也称M1、消息。
4.1.1 信息分类规定
在通信接口处进行交换的信息分类如下:
4.1.1.1 配置类信息
TCU在工作过程中相对稳定的信息,如固件版本,存储器容量,输入端口等。TCU的配置不能动态的进行更改,只有当TCU无其他工作时才可进行升级或更改。但可以动态的通过通信网络对配置信息进行查询。
4.1.1.2 工作参数类信息
在不同的工作模式下,车载终端不同的工作参数值。常用的工作参数有:CCPC地址,TCU上报频率等。通信控制处理中心能够访问或更改TCU工作模式的信息。
4.1.1.3 状态类信息
反映某一时刻TCU所处外部环境的信息,包括车辆的地理位置,速度,方向,时间,行驶路线等。TCU应能自动地周期性上报状态信息,也可由通信控制处理中心向TCU发出请求以即时获取。状态信息是对事实的反映,不能被CCPC更改。
4.1.1.4 事件类信息
状态的改变称为事件,一部分特定的事件被归为告警。可通过TCU配置工作模式,规定TCU实时上报某些事件。
4.1.1.5 输出类信息
通信控制处理中心用于访问或更改TCU输出端口状态的信息。车载终端必须具备受控端口。
4.1.2 接口协议要求
4.1.2.1 功能要求
接口协议应支持下列操作:
a) 上报TCU的配置。
b) 上报TCU的工作参数。
c) 改变TCU的工作参数。
d) 上报TCU的状态。
e) 上报告警和约定的需上报事件。
f) 向TCU发送OTA指令。
4.1.2.2 质量要求
接口协议应具备以下能力:
a) 在通过移动公网传输数据前,对数据进行加密。
b) 为每个TCU提供不同的密钥,保障数据安全。
c) 可扩展能力。
4.1.2.3 系统要求
在移动通信网络环境下,对系统有以下要求。
a) 支持可变长度报文的上下行双向传输。其中,基于SMS传输模式上下行传输的报文长度上限均为160个字节。
b) 网络中的每一点都具有唯一的不重复的地址。每个报文只有一个目的地址。
c) 可获取接收报文的长度。
d) 可获取接收报文的源地址。
4.1.2.4 基于GPRS和CDMA1X模式数据传输要求
4.1.2.4.1 连接管理
CCPC和TCU间的UDP/IP连接状态转换过程如图1所示,通信过程如图2所示。
连接管理应保证:
a) 在进行连接时,TCU首先打开一个GPRS链路,然后向CCPC发出Ping数据包,并等待ACK应答。若未收到应答,将重新发送Ping数据包,相关规定见4.1.2.4.2。
b) 收到ACK应答后,TCU转换为已连接状态。
c) 如无法建立连接,经过连接建立重试周期后,TCU将进行重试。重试周期默认为3 min。如果重试仍失败,TCU进入连接失败状态,并使用SMS模式传输数据包。连接建立重试机制见4.1.2.4.2。
d) 进入连接失败状态后,经过连接启动周期后,TCU将再次重复建立连接的过程。连接启动周期默认30 min。
e) 如果TCU收到新的UDP/IP连接设置,它将断开连接,并使用新的设置重新启动连接。
f) 如果TCU在没有连接的情况下收到APN或UDP设置,应立刻启动连接建立过程。
g) 进入连接失败状态后,TCU应该发送UDP状态报告。在终端复位后需要重新发送错误报告。
4.1.2.4.2 报文发送
连接建立后,通信进入已连接状态,在该状态下的数据包传输过程如图3所示。
传输协议应该保证:
a) 如果一个UDP包在发送重试TO内没有收到确认,该UDP包将被重发。
b) 应当使用智能重发机制。
c) 连接管理应首先向首选IP地址发送,如果不成功,TCU将在一段时间后向备用IP地址发送如果还不成功,TCU将再次向备选IP地址发送,仍然不成功将视为连接失败。
4.2 消息处理要求
报文消息数据由二进制8比特数据包构成。将二进制数据包构建成最终用于移动通信传输的数据报文的过程由以下步骤组成:”
a) 构建二进制消息包;
b) 消息包加密;
c) 消息包MIME-Base64
2)编码;
d) 消息包SMS-PDU编码;
e) 消息包添加报文标记,生成数据报文。
报文构建处理过程规定如下:
3) 1) 构建消息包,其结构如下:
[类型][子类型][数据][校验和]
2) 加密:消息包加密处理
[……加密后消息包内容……]
注1):GPRS或CDMA1X或CSD将不含(d)的数据处理过程。
注2):本算法详细定义见RFCl521 MIME。
注3)经过1)和2)处理后,数据由8_bit字节构成,基于SMS的传输最长允许信息包长度是117个该类型字节;经过3)处理后,数据由6-bit字节构成,基于SMS的传输最长允许信息包长度是156个该类型字节;经过4)处理后,数据由7-bit字节构成,基于SMS的传输最长允许信息包长度是156个该类型字节;经过5)处理后,数由8-bit字节构成,117个8-bit字节的数据经过1)至5)的处理后,共140个8-bit字节。
3) 编码:加密后消息包内容进行MIME—Base64编码处理
[……加密后消息包内容……]处理成
[××××××00][××××××00][××××××00][××××××00]…
4) SMS-PDU编码:MIME-base64编码后消息包内容进行PDU编码处理
[××××××00][××××××00][××××××00][××××××00]…处理成
L××××××o0][××××××o0][××××××o0][××××××o0]…
5)添加报文标记,规定为3个字节“*”,即占用3个字节,完成添加后提交给移动通信处理单元:
[*][*][*][××××××o×][××××××o××][××××o×××][×××o××××]…
基于SMS二进制模式传输的消息内容长度至多由117个8比特字节组成。G网的GPRS、G网的CSD和C网的CDMA1X传输中的数据报文大小不受限制。
在对消息包进行编码之前,必须使用密钥对数据加密。
危险化学品汽车运输监控系统使用MIME-base64编码机制。
4.3 消息结构要求
所有消息的数据结构规定如图4所示。
这里:
a) 类型段:大小为1个字节,用来识别消息类型。
b) 子类型段:大小为1个字节,用来对消息类型进一步描述,也可作为设计预留。
c) 数据段:消息体中消息内容部分。若采用SMS模式,数据段长度上限117字节,采用GPRS或CDMA1X或CSD方式时数据段长度不限。
d) 校验和:长度为1个字节。它为T、S和D的模256和。
4.4 报文结构要求
消息体添加标记字符后,生成报文,结构如图5所示。
这里:
a) 标记段包含3个“*”字符,它用于初步判断报文消息的有效性。
b) 消息体包含了已加密和编码处理后的数据包。
4.5 数据类型定义
本规范中使用的数据类型见表1。
4.6 消息内容要求
消息内容要求详细描述参见附录A:消息内容要求。
4.7 数据加密要求
在数据包发送之前,二进制数据包与伪随机序列按字节进行异或运算。
加密算法如下:用N模伪随机序列发生器产生伪随机字节序列。将待传输的数据与伪随机码按字节进行异或运算。
伪随机序列发生器以TCU的密钥为种子,即对于同一个TCU,所产生的伪随机序列是一样的,而对于不同的TCU,若密钥只有一位不同,所产生的伪随机序列相同的概率只有2
-29。
数据先经过加密而后解密。
C程序见表2。
4.8 数据编码要求
危险化学品汽车运输监控系统规定使用标准的MIME base64编码算法。该算法由RFC1521:MIME规定。
该算法将字符流顺序放入一个24位的缓冲区,缺字符的补零,然后将缓冲区截断成为4个部分,高位在先,每个部分6位,用表1中的64个字符中的一个表示。如果输入只有一个或两个字节,那么输出将用“=”补足;只有一个字节时,补充两个“=”;两个字节时,补充一个“=”;三个字节时,不需要补充。
算法中使用的64个字符是ASCⅡ码的子集,表3为对照列表。
附录A
(规范性附录)
消息内容要求
A.1 消息类型(T)
报文中消息类型编码定义见表A.1。
A.2 控制指令集1(T=1,S=1)
控制指令集1的消息结构如图A.1所示。
控制指令集1的消息参数为指令项。指令项结构如图A.2所示。
具体参数内容和数据类型由指令类型规定。指令类型及其参数见表A.2。
A.3 控制指令集2(T=21,S=1)
控制指令集2的消息结构如图A.3所示:
控制指令集2的消息参数为指令项。参数标识为指令类型标识,参数体为若干指令数。指令项结构如图A.4所示。
具体参数内容和数据类型由指令类型决定。各指令对应的子类型号码在表A.3中规定。
A.3.1 请求CSD连接
此消息由CCPC发送至TCU,用以打开一个CSD信道连接。若CSD信道尚未开通,此消息通过SMS发送;如果存在空闲的CSD信道,可更改该信道的参数用户连接ID,并使用它发送该报文。请求CSD连接的指令项结构如图A.5所示。请求CSD连接指令参数定义表A.4。
A.3.2 查询CSD连接状态
此消息由CCPC发送给TCU,用于查询当前的CSD连接状态。查询CSD连接状态指令项结构如图A.6所示。
A.3.3 CSD信道状态
此消息是CCPC发送给TCU的,用来通知CCPC重要信息,反馈CSD信道状态。它包含了完整的CSD信道状态以及正在进行的数据通信,预定通信,TCU工作模式和其他相关信息。当TCU刚刚创建CSD信道时,CSD信道状态报文也用作初始化信息。CSD信道状态指令项结构如图A.7所示。
CSD信道状态指令参数定义见表A.5。
A.3.4 CSD信道指令
CSD信道指令由CCPC发往TCU。CSD信道指令的指令项结构如图A.8所示。
CSD信道指令子类清除CSD信道指令参数定义见表A.6。
A.4 更改工作参数设置指令(T=2,S=1)
更改工作参数设置指令的各消息参数为设置项,参数标识为设置编号,参数体为设置数据如图A.9所示。
更改设置指令中设置项定义见表A.5,其中,部分设置参见表A.7。
由输入控制的功能编号见表A.8。
预定唤醒参数定义见表A.9。
A.5 配置报告(T=3,S=1)
配置报告用于上报TCU的配置信息,它的消息格式如图A.10所示。
配置报告的数据段中顺序包含以下表A.10的各参数。
A.6 工作参数设置报告(T=4,S=1)
本消息由TCU发出,是对CCPC“查询TCU信息”指令的响应。设置报告消息结构如图A.11所示。
TCU设置数据段定义见表A.11。
属性报告数据段中的消息参数:标识位的定义见表A.12。
A.7 状态历史记录(T=5,S=1)
状态历史记录消息用来描述车辆一个阶段中的状态记录,它包含一条可多条消息参数,它的各消息参数为一条状态记录,具体如图A.12所示。
每条状态记录的前3比特为标识值,表明该记录的类型。消息参数类型定义见表A.13。
每条状态记录的剩余部分是记录数据,下面对8种记录的记录数据分别定义。
A.7.1 位置项0
位置项0为长度最短的位置类记录,只提供TCU的位置信息。信息条目定义见表A.14。
一个状态记录消息可容纳至多13个位置项0。
A.7.2 位置项1
位置项1除了提供位置项0中的信息外,还包含最高速度,行驶方向及距离。位置项1定义见表A.15。
一个状态记录消息可容纳至多10个位置项1。
A.7.3 位置项2
位置项2除了提供位置项1中的信息外,将位置项1中的行驶距离替换成了GPS测算里程数据。位置项6定义见表A.16。
一个历史状态记录消息可容纳至多8个位置项2。
A.7.4 参考时间项
参考时间项为随后记录的位置项和随后发生的事件项建立了时间参考。参考时间项的定义见表A.17。
任何包含位置或时间项的状态历史记录首先声明参考时间。
每2小时16分钟,参考时间将复位,并使用标识记录参考时间的滚转。
A.7.5 参考日期项
参考日期表示状态历史记录的日期信息。参考日期项结构及定义见表A.18。
状态历史记录信息至少在信息开头包俯瞰呈个参考日期,参考日期应紧随在时间戳后,并在参考日期滚转后重写时间戳。
A.7.6 参考位置项
参考位置为随后记录的位置建立了位置参考。参考位置项的定义见表A.19。
包含位置记录的信息至少在信息开头包含一个参考位置,当剪切状态历史记录并开始新的历史记录后,参考位置进行滚转。
A.7.7 事件通知项
事件通知项用于通报事件的发生。事件通知项的定义见表A.20。
状态数据项的标签定义见表A.21,位0为最低位。
如果事件项的位5为真,应使用表A.22“事件通知项Ⅱ”替换表A.20“事件通知项Ⅰ”。
当TCU将事件加入状态历史记录时,一个包含时间发生的时间和位置的位置项写入状态历史记录。若GPS未锁定,最后一次保存的位置信息将被写入状态历史记录。
A.7.8 状态历史记录的格式
状态历史记录的消息格式下:
当车车点火,TCU将位置信息发送给CCPC。如果这时GPS是关闭的,那么TCU将发送时间最近的一次GPS记录的位置,速度,方向和其他相关信息。
A.8 文本消息(T=6,S=2)
TCU可支持生成普通文本信息并发送给CCPC,有效文本信息最长为114字符。普通文本信息格式如图A.13所示。
信息的实际内容用ASCⅡ码表示。
A.9 区域信息
A.9.1 多边形区域定义(T=7,S=1)
客户端监控应用系统使用区域定义信息将区域定义发送至TCU,而TCU能够向CCPC上报本终端内存储的区域定义。每个区域定义只能用来对一个区域进行定义。区域定义信息的格式如图A.14所示。
数据段必须完整,顺序包含以下参数信息,定义见表A.24。
若节点数为0,应删除该区域的ID。
若节点数为1,则表示圆形区域,参数4为圆形区域圆点坐标,参数5为圆形区域半径。
其中区域上报参数定义见表A.25。
A.9.2 区域简报(T=8,S=1)
区域简报由TCU发送至CCPC。该报文的消息结构如图A.15所示。
每个区域简报只能描述一个区域的信息。数据段必须完整,顺序包含以下参数信息,定义见表A.26。
A.10 日志报告(T=9)
该报文的消息结构如图A.16所示。
数据段内容定义见表A.27。
A.11 TCU导航模式位置消息(位置项3)(T=10)
本位置消息用于精确定位模式,位置项3应用在TCU导航模式中。如图A.17所示。
位置项3的定义见表A.28。
A.12 加密钥的报告(T=11)
本消息由固定密码进行加密。当TCU收到无法解密的SMS信息时,通知CCPC。
TCU加密的报告的消息结构如图A.18所示。
状态数据段占1字节,不同值对应的状态见表A.29。
A.13 TCU识别消息(T=12)
本信息用于在CSD会话开始时识别TCU,并应总是用固定密码加密。
带有密钥的终端识别信息结构如图A.19所示。
A.14 SMS报警的设置(T=13)
SMS报警设置消息的格式如图A.20所示。
SMS报警设置数据段的定义见表A.30。
TCU参数的定义见表A.31。
A.14.1 检查点路线定义(T=14,S=1)
本消息在TCU创建新的检查点路径或编辑已存在的路径。检查点路线定义的消息结构如图A.21所示。
检查点路线定义消息一次只能对一条路线进行定义,数据段必须完整,顺序包含以下参数信息,定义见表A.32。
检查点参数的定义见表A.33。
A.14.2 检查点路径反馈(T=15,S=1)
本消息用于普通的检查点路径回复,如图A.22所示。
本消息一次只能反馈一条路线的信息,数据段必须完整包含以下参数信息,定义见表A.34。
A.15 车载终端UDP设置和状态报文
A.15.1 UDP连接设置(T=9)
本信息用于设置GPRS UDP链接。本消息数据段内的每个消息参数由一个参数标识和一个参数体构成。UDP连接设置指令报文的消息结构如图A.23所示。
UDP连接设置指令的消息参数定义见表A.35。
A.15.2 APN配置(T=17)
APN配置和状态回复消息可以作为MO状态信息或MT指令信息,使用前两个数据项区分,用于配置或查询TCU的APN参数。APN配置指令和状态回复消息的结构如图A.24所示。
APN配置消息的消息数据由消息参数组成,消息参数由一个参数标识和一个参数体构成,定义见表A.36。
如果APN的IP地址是0,APN配置数据应被删除。
A.15.3 UDP链接工作参数(T=18)
UDP链接设置状态消息的结构如图A.25所示。
数据段由消息参数组成,消息参数由一个参数标识和一个参数体构成,定义见表A.37。
A.15.4 UDP状态回复(T=19)
UDP状态回复消息的结构如图A。26所示。
数据段必须完整包含以下参数信息,定义见表A.38。
A.16 诊断反馈(位置项4)(T=23)
TCU诊断状态反馈消息使用位置项4上报终端的健康状况。当系统处于低供电模式时,位置项4的信息也可用于信息的上报。消息结构定义如图A.27所示。
位置项4数据段必须完整包含以下参数信息,定义见表A.39。
当前状态数据项结构及定义见表A.40。
监控状态数据项的结构及定义见表A.41。
上报原因数据项的定义见表A.42。
A.17 黑匣子消息(T=24)
黑匣子消息的结构如图A.28所示。
黑匣子消息的数据段必须完整包含以下参数信息,定义见表A.43。
A.18 ACK应答(T=253)
确认应答(ACK)消息结构如图A.29所示,缺省为0。
A.19 NAK无应答(T=254)
无应答(NAK)消息结构如图A.30所示,缺省为0。