基于SONET的ITS通信系統

如何改善一個(gè)地區的交通狀況，通常有兩種方法：一種是增加對交通設施基本建設的投入，如增加道路的數量和質(zhì)量等以增加交通網(wǎng)絡(luò )的容量；另一種方法是在現有的道路容納能力上，通過(guò)加強管理來(lái)提高道路的利用率從而提高道路的實(shí)際容量。實(shí)踐證明單純依靠增加道路的基礎建設并不能收到很好的效果，尤其是對于一些大城市來(lái)說(shuō)，城市的容納能力限制了道路的拓寬。計算機、通信以及自動(dòng)控制等技術(shù)的發(fā)展成熟為通過(guò)宏觀(guān)調控提高交通網(wǎng)絡(luò )的利用率和安全性提供了可能。目前，在許多發(fā)達國家，以利用計算機通訊網(wǎng)絡(luò )為主，融合自動(dòng)控制和測量技術(shù)等為一體的智能交通系統（ITS）已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)。本文首先介紹ITS的基本概念，ITS在國外的發(fā)展狀況，最后，利用SONET網(wǎng)絡(luò )，提出了一個(gè)ITS通信系統的解決方案。

１ ITS系統簡(jiǎn)介

1.1 ITS的主要功能

智能交通系統ITS(Intellingnt Transportation System)是一個(gè)集通信、監測和控制為一體的綜合系統。它主要實(shí)現以下幾個(gè)方面的功能：監測道路網(wǎng)絡(luò )的交通狀況，控制交通信號系統的運行，保證交通網(wǎng)絡(luò )的可靠、高效、有序運作；收集和處理有關(guān)交通（如不同路段的交通量、路面質(zhì)量、定位信息等）或其它方面的信息（如天氣情況等），為用戶(hù)提供實(shí)時(shí)的信息服務(wù)；實(shí)現智能的交通管理，如：自動(dòng)計費系統，自動(dòng)車(chē)輛識別系統，運行中車(chē)輛重量自動(dòng)測試等等；同其它系統（如Internet，公眾電話(huà)網(wǎng)等）或機構（如急救中心、消防中心、警察局等）互連，為用戶(hù)提供更多的信息服務(wù)，同時(shí)提高交通系統應付和解決緊急問(wèn)題的能力。

1.2 目前全球ITS的發(fā)展狀況

ITS是近年來(lái)提出的一個(gè)嶄新的技術(shù)，它是計算機、通信、控制和測試技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物。同時(shí)由于它是一個(gè)全新的領(lǐng)域，不存在對舊有技術(shù)改造等問(wèn)題，這使它能夠采用許多最新的技術(shù)，這也是它得以迅速發(fā)展的原因。目前，美國、歐洲的許多國家及亞洲的一些經(jīng)濟和科技較發(fā)達的國家和地區都投入了大量的人力和財力對這一領(lǐng)域進(jìn)行研究和建設。

美國是目前對這一領(lǐng)域研究投入最大，成果也最豐的國家。美國的許多州的DOT(Departmentof Toansportation)都根據自己的實(shí)際情況制定了相應的ITS發(fā)展方案。Massachusetts州的CrossCountry Global ITS Services計劃結合蜂窩技術(shù)和精確GPS定位技術(shù)，為用戶(hù)提供定位和交通信息；California州和Pennsylvania州分別重組了其TMC(TransportationManagement Center)以推動(dòng)ITS 的發(fā)展；Arizona 州AZTechTM 提出 “Valley of the Sun”ITS計劃，以提高該州的交通條件和居民生活質(zhì)量；Virginia州的OncallTechnical Support Services Project等等。

歐洲在ITS領(lǐng)域的研究也取得了較大的成果。法國已經(jīng)將“Mediamobile`sVisionaute″成功地推向市場(chǎng)，該系統為用戶(hù)提供實(shí)時(shí)的交通擁塞告警服務(wù)；英國的UTMC(UrbanTraffic Management and Control system)也取得了較大的成功；跨歐洲的EFFECT(EnviromentalForecasting For the Effective Control of Traffic)計劃也于1999年1月開(kāi)始實(shí)施，該計劃打算建立一個(gè)集空氣質(zhì)量監測和交通需求管理為一體的綜合系統。

在亞洲，日本、新加坡、以色列等國家以及我國的臺灣省也在一定的范圍內著(zhù)手建立自己的ITS系統。此外，加拿大、巴西、澳大利亞等國家的ITS系統的研究和建設都取得了一定的成果。我國的廈門(mén)等城市也已對ITS進(jìn)行初步的嘗試，但由于各方面的原因，到目前為止尚沒(méi)有較完整的ITS系統。

國內外的ITS實(shí)踐的結果表明ITS系統在提高道路的利用率以及交通安全方面已經(jīng)取得了顯著(zhù)的效果，美國交通部（USDOT）提供的數據表明：安裝了ITS系統后，旅行時(shí)間平均降低48%，平均交通速度提高62%，道路的容納能力提高25%，同時(shí)交通事故的發(fā)生率出現明顯的下降，在有些地區下降到50%(USDOT:"Buildingthe ITI:Putting the National ITS Architecture into Action"1997數據）。不僅如此，ITS在提高人們生活，促進(jìn)地區經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展等方面起到了巨大的作用，研究和建設ITS系統具有極大的經(jīng)濟和社會(huì )效益。

1.3 ITS系統的組成及各部分主要功能

ITS是一個(gè)綜合系統，圖１為一個(gè)典型的ITS系統基本結構圖。從系統各部分實(shí)現的功能來(lái)看，整個(gè)系統大致可以分為四部分：中央處理系統、職能分系統、信息傳輸系統和終端設備。

中央處理系統是ITS的核心，它主要包括中央處理設備，數據存儲設備，顯示設備，以及實(shí)現和其它系統互連的通信控制設備等等。它的主要功能包括：控制和協(xié)調各個(gè)分系統，保證整個(gè)系統的可靠運行；分析和處理來(lái)自各分系統的信息；提供ITS系統和其它系統之間的接口。

職能分系統包括交通管理系統，交通信號管理系統，高速公路控制系統等等。它們根據分工的不同分別實(shí)現不同的功能，如交通管理系統負責各路段或關(guān)口等的自動(dòng)計費，車(chē)輛自動(dòng)識別等；交通信號管理系統負責交通信號的控制；高速公路控制系統負責對高速公路的管理和維護。

信息傳輸系統是ITS賴(lài)以存在的基礎，它一方面負責將用戶(hù)所需的各類(lèi)信息如圖象、聲音、視頻或數據等快速可靠地傳遞給用戶(hù)，并將用戶(hù)的信息反饋到監控中心。另一方面，監控系統終端設備如傳感器、攝像機等獲取的數據必須通過(guò)它傳給監控中心，監控中心發(fā)出的各種指令也必須通過(guò)它來(lái)傳送。不僅如此，用戶(hù)通過(guò)它還可以實(shí)現同外界的通信。

終端設備包括監測設備（如攝像機、各種傳感器等），信號設備（如LED）以及用戶(hù)設備等。

２ 基于光纖分布式網(wǎng)絡(luò )的ITS系統

ITS是一個(gè)復雜的綜合性系統，它涉及到數據、話(huà)音、視頻、圖象等信號的傳輸和處理等問(wèn)題。數據傳輸的方法很多，包括雙絞線(xiàn)（屏蔽和無(wú)屏蔽）、同軸電纜、光纖和各種模擬或數字的無(wú)線(xiàn)技術(shù)等。ITS系統不同部分的應用需要不同的信號傳輸方案。光纖介質(zhì)具有高容量、高抗干擾能力和低誤碼率等特點(diǎn)，這使光纖傳輸方案被廣為利用。同其它的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)相比，同步光纖網(wǎng)絡(luò )（SONET-SynchronousOptical Network)具有很多的優(yōu)越性：網(wǎng)絡(luò )具有自愈能力，具有增強的網(wǎng)絡(luò )操縱、管理和維護能力，靈活的帶寬分配和使用能力，傳輸各種數據和高帶寬的能力以及服務(wù)質(zhì)量（QOS）保證等等。因此本文利用SONET給出一個(gè)有效的ITS通信網(wǎng)絡(luò )解決方案。

2.1網(wǎng)絡(luò )的基本拓撲結構

圖2為網(wǎng)絡(luò )的主要部分的拓撲結構，從圖中可以看到網(wǎng)絡(luò )主要由主干網(wǎng)和節點(diǎn)單元兩部分組成。

2.1.1主干網(wǎng)

主干網(wǎng)為一個(gè)廣域網(wǎng)，提供1.6～44Mbps的視頻通道用來(lái)傳輸視頻信號。WAN上的任意節點(diǎn)可訪(fǎng)問(wèn)該WAN，視頻源（如攝像機、VCR、DVD等等）采用可由用戶(hù)配置參數的壓縮算法進(jìn)行數字化，根據不同的配置改變比特率，以改變帶寬，方便帶寬管理。系統采用動(dòng)態(tài)智能帶寬分配技術(shù)，支持以下幾種視頻信號的質(zhì)量標準：

· 廣播質(zhì)量：700×800,30幀/s的NTSC彩色信號；

· INTERNET質(zhì)量：350×240,15幀/s的彩色信號；

· 高質(zhì)量的圖象電話(huà)：350×340,10幀/s的彩色信號；

· 高分辨率700×480彩色圖象，2幀／秒，每個(gè)攝像機約用400kbps。

2.1.2 節點(diǎn)單元

圖３為一個(gè)典型的節點(diǎn)單元（本地本地操縱中心），節點(diǎn)利用SONET接口卡提供不同的接口以滿(mǎn)足不同信號（如交通監視視頻信號、交通信號控制信號及其它的可變消息信號等）的傳輸要求。這些接口單元能夠提供不同的連接標準，例如：RS232、Ethernet等。通過(guò)它為不同的信號（話(huà)音、數據、Ethernet信號、視頻信號）在同一通信媒介上傳播提供一個(gè)有效的途徑，多個(gè)網(wǎng)絡(luò )可以通過(guò)節點(diǎn)單元接入骨干網(wǎng)中，以形成一個(gè)統一的網(wǎng)絡(luò )。

對于視頻信號SONET接口卡提供兩種單元：VMapper單元和視頻I/O單元。VMapper單元有兩種選擇：基于OC-3（表１）的44Mbps和基于OC-1或OC-3的1.6～11Mbps，每個(gè)VMapper單元含4個(gè)端口以連接I/O單元。視頻I/O單元為一個(gè)監視器或多達３個(gè)攝像機同VMapper單元間提供接口。

2.2 網(wǎng)絡(luò )操作系統選擇

選擇windows NT作為系統的網(wǎng)絡(luò )操作系統，利用windows可以方便地將網(wǎng)絡(luò )管理、帶寬管理、視頻監視、攝像機控制結合在統一的圖形用戶(hù)界面（GUI）上以方便管理。利用多個(gè)監視器，可以同時(shí)對不同的地點(diǎn)進(jìn)行監視。windows還提供plus-and-play和drag-drop功能，可方便地增減設備或在不同的管理功能之間進(jìn)行切換。

2.3系統的特點(diǎn)

該系統采用客戶(hù)／服務(wù)器結構，支持RS232、Ethernet、ATM、語(yǔ)音和視頻等數據格式。在網(wǎng)絡(luò )的任何點(diǎn)可以增減通信信道（該特點(diǎn)允許在多點(diǎn)監視或控制交通管理系統），基于SONETWAN的NT客戶(hù)／服務(wù)器環(huán)境允許在多點(diǎn)運行應用軟件。帶寬可動(dòng)態(tài)分配，可通過(guò)動(dòng)態(tài)調整視頻信號的質(zhì)量來(lái)調整帶寬，這允許大量的攝像機接入到系統而不需為所有的攝像機預留帶寬，同時(shí)也允許在任何節點(diǎn)加減視頻信號或在不同的物理位置上同時(shí)連入多個(gè)攝像機監視站。

總而言之，ITS智能交通系統是近年發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新技術(shù)，具有極大的發(fā)展前景。本文介紹了ITS的基本概念、ITS系統所實(shí)現的功能、ITS系統目前在國內外的發(fā)展狀況。在此基礎上介紹了ITS系統的基本組成結構和各部分的主要功能，最后根據ITS系統的通信要求和光纖通信網(wǎng)絡(luò )的特點(diǎn)，提出了一個(gè)基于SONETＷＡＮ的ITS通信系統的實(shí)現方案，對我國ITS系統的建設具有一定的啟發(fā)意義。