專利名稱：基于信息匯聚的交通物聯(lián)網(wǎng)分層體系架構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于智能交通信息技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及交通物聯(lián)網(wǎng)分層體系架構(gòu)模型，主 要完成人、車、船、路、水、環(huán)境等要素的信息進(jìn)行有效集成，實現(xiàn)交通物聯(lián)網(wǎng)的整體性涵蓋 和交通流、信息流、業(yè)務(wù)流的高度一體化，為一種基于信息匯聚的交通物聯(lián)網(wǎng)分層體系架 構(gòu)。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，隨著“大交通”概念的建立，及運(yùn)用交通物聯(lián)網(wǎng)改善交通運(yùn)輸狀況的成效等 諸多方面的因素，促使研究與開發(fā)交通物聯(lián)網(wǎng)成為當(dāng)前科技競爭的熱點(diǎn)領(lǐng)域。特別由傳感 器、通信網(wǎng)絡(luò)和信息處理系統(tǒng)為主構(gòu)成的傳感網(wǎng)技術(shù)，具有實時數(shù)據(jù)采集、監(jiān)督控制和信息 共享與存儲管理等功能。這使目前的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的功能得到極大的拓展，使通過網(wǎng)絡(luò)實時監(jiān) 控各種環(huán)境、設(shè)施及內(nèi)部運(yùn)行機(jī)理等成為可能。交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)的核心在于為交通要素(交通對象、交通工具、交通基 礎(chǔ)設(shè)施、交通環(huán)境)建立起以身份特征信息為核心的、可靠的、唯一對應(yīng)的“數(shù)字對象”，然 后依托以RFID、傳感器、網(wǎng)絡(luò)傳輸為主的系列信息技術(shù)手段，將這一數(shù)字對象真實、可靠、完 整、動態(tài)地映射到應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)字化平臺上，再通過該平臺，對數(shù)字對象進(jìn)行系統(tǒng)性、智能 化分析與處理，從而實現(xiàn)對交通要素如交通對象、交通工具、交通基礎(chǔ)設(shè)施等物理實體的監(jiān) 管、協(xié)調(diào)控制和服務(wù)。交通要素的信息獲取體系主要是實時獲取交通要素的相關(guān)狀態(tài)信息與動態(tài)運(yùn)行 信息。目前，交通運(yùn)輸行業(yè)已經(jīng)應(yīng)用了大量的交通傳感器，來實時“采集”交通系統(tǒng)的狀態(tài)、 動態(tài)運(yùn)行信息。如通過“感應(yīng)線圈”、“視頻檢測”、“微波檢測器、” “GPS衛(wèi)星定位”、“RFID” 等傳感器技術(shù)采集車輛、道路系統(tǒng)的運(yùn)行信息，采集貨物的身份和狀態(tài)信息。由于過去普遍 采用“功能-信息”這一發(fā)展模式，各功能子系統(tǒng)“采集”的交通要素信息相互獨(dú)立，而且存 在信息重復(fù)采集現(xiàn)象；同時由于各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)未統(tǒng)一，造成采集的交通要素信 息難以互聯(lián)共享。因此，要構(gòu)建“物物感知”和“物物協(xié)同”的交通運(yùn)輸新體系，勢必需要構(gòu) 建互聯(lián)共享、融合匯聚協(xié)同的交通要素信息獲取新模式，在現(xiàn)有的交通數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基 礎(chǔ)上，實現(xiàn)相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用和拓展。交通物聯(lián)網(wǎng)是一項涉及眾多組織協(xié)調(diào)合作，共同研究、開發(fā)、實施、調(diào)控的大系統(tǒng)。 交通物聯(lián)網(wǎng)與以往交通控制的本質(zhì)區(qū)別是信息技術(shù)成為支撐交通物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)群中是核 心技術(shù)，除了大量實時性交通的信息采集、信息融合、信息傳輸信息匯總、信息融合、信息的 深度發(fā)掘和利用、信息存儲和發(fā)布外，還增加了大量的“人、車/船、路/航道、管”的信息交 互與共享，加強(qiáng)了人、道路/航道、車輛/船駕駛和系統(tǒng)管理的一體化運(yùn)作。從交通管理的角度來說，管理活動是分層次的，從宏觀的交通規(guī)劃與管理，到微觀 的交通控制與疏導(dǎo)管理。從這些功能的特點(diǎn)上看，這些功能是分布在不同的管理層次上的。 按各層次功能的信息需求不同，就形成了一個完整的交通物聯(lián)網(wǎng)層次化的信息需求體系。 具體如圖1所示。最底層的交通信息采集子系統(tǒng)是整個融通運(yùn)輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源頭，采集到的交通信息質(zhì)量決定了整個系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果，它是處在最底層、最基礎(chǔ)的位置上，它的重要 性不言而喻。中間層的幾個職能子系統(tǒng)是基礎(chǔ)交通信息的最直接用戶。它們利用信息采集 子系統(tǒng)采集到的各種交通參數(shù)數(shù)據(jù)，完成各自的微觀交通管理職能。上層的宏觀管理與信 息服務(wù)子系統(tǒng)利用下面各層信息進(jìn)行宏觀交通管理信息的處理，為宏觀交通管理決策提供 可靠的依據(jù)，同時，為交通參與者提供實時的交通信息服務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是交通物聯(lián)網(wǎng)是各種功能、技術(shù)和信息的集成，其中通信需 求無所不在，數(shù)據(jù)的獲取途徑和處理方法多種多樣，產(chǎn)品和服務(wù)功能的開發(fā)具有階段性，所 有這些都要求有一個統(tǒng)一的體系架構(gòu)來賴以建立高效、靈活而又經(jīng)濟(jì)的交通物聯(lián)網(wǎng)，并通 過確定各子系統(tǒng)、各子系統(tǒng)功能以及各子系統(tǒng)之間的關(guān)系來向設(shè)計和開發(fā)人員提供所需要 的基本指導(dǎo)。本發(fā)明的技術(shù)方案為基于信息匯聚的交通物聯(lián)網(wǎng)分層體系架構(gòu)，包括實體物理 層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、基礎(chǔ)應(yīng)用層和信息匯聚層，其中實體物理層包括物聯(lián)網(wǎng)傳感數(shù)據(jù)采集裝置和網(wǎng)絡(luò)通信接口，傳感數(shù)據(jù)采集裝置采 集各種交通信息，所述交通信息通過網(wǎng)絡(luò)通信接口發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)層；網(wǎng)絡(luò)層為各種無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸終端裝置，所述傳輸終端裝置支持各種無線通信協(xié) 議，用于實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)傳輸；傳輸層為各種無線網(wǎng)絡(luò)，對交通信息打包、分割、組合，并建立路由路徑，將網(wǎng)絡(luò)層 的交通信息通過無線的方式傳輸至基礎(chǔ)應(yīng)用層；基礎(chǔ)應(yīng)用層包括各種交通信息應(yīng)用功能模塊，所述交通信息應(yīng)用功能模塊為各種 應(yīng)用交通信息對交通進(jìn)行管理、規(guī)劃的功能模塊，基礎(chǔ)應(yīng)用層對由傳輸層接收的交通信息 進(jìn)行數(shù)據(jù)格式變換，數(shù)據(jù)加密與解密，數(shù)據(jù)壓縮與恢復(fù)，將獲取的交通信息進(jìn)行發(fā)布、更新， 并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至信息匯聚層；信息匯聚層為交通物聯(lián)網(wǎng)各行業(yè)之間現(xiàn)有業(yè)務(wù)平臺、協(xié)議接口及終端協(xié)同，實現(xiàn) 底層定位數(shù)據(jù)、傳感數(shù)據(jù)、干擾解析之間的融合與匯聚機(jī)制，滿足相關(guān)目標(biāo)對象及實際應(yīng)用 場景的需求，信息匯聚層包括儲存有時空數(shù)據(jù)及其特征屬性的大型對象關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，信 息匯聚層還存儲道路/航道幾何數(shù)據(jù)框架模型與時空索引、分布式交通信息，所述信息匯 聚包括基于車/船載傳感器級的環(huán)境狀況信息的有效性分析與數(shù)據(jù)層融合、基于特征級環(huán) 境狀況信息的融合處理、基于浮動車/船技術(shù)的數(shù)據(jù)挖掘理論與方法以及基于自組織理論 的交通信息的知識發(fā)現(xiàn)與動態(tài)預(yù)測，匯聚的數(shù)據(jù)包括GIS數(shù)據(jù)、環(huán)境對象細(xì)化數(shù)據(jù)、交通 資源管理數(shù)據(jù)、運(yùn)營數(shù)據(jù)、發(fā)布信息管理數(shù)據(jù)、緊急事件動態(tài)數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)；其中，信息匯聚層與實體物理層通過代理Agent形成原語級的映射關(guān)系，實現(xiàn)底 層實體物理層的感知設(shè)備原語與上層指令之間的映射，完成跨平臺、跨業(yè)務(wù)系統(tǒng)的融合，實 現(xiàn)對路/水運(yùn)行環(huán)境、車/船運(yùn)行環(huán)境、物理對象進(jìn)行數(shù)據(jù)細(xì)化、數(shù)據(jù)挖掘，相互通過標(biāo)準(zhǔn)通 信協(xié)議交互，實現(xiàn)事件預(yù)測、故障定位與分析、系統(tǒng)重構(gòu)與拓展、自愈處理及在線評估功能。實體物理層為分層體系架構(gòu)的底層，此層用于在連接開放系統(tǒng)的傳輸介質(zhì)上傳輸 各種數(shù)據(jù)的比特流，包含了實體的通信傳輸介質(zhì)，檢測或反映設(shè)備的運(yùn)行狀況、設(shè)備參數(shù); 具有雙向通信功能；實體物理層涉及的接口及協(xié)議包括RS-232接口、RS-422接口、RS-485接口、RJ-Il 接口、RJ-45 接口、BNC 接口、VF-45 接口、V;35 接口、V5 接口、Q9 型射頻連接器 和攝像機(jī)、情報板及外場設(shè)備控制協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)層根據(jù)所要支持的各種無線通信協(xié)議提供實體接口的標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)絡(luò)層涉及的 協(xié)議包括同步數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(luò)、光纖分布式數(shù)據(jù)接口、IEEE 802. 1標(biāo)準(zhǔn)、IEEE 802. 2標(biāo)準(zhǔn)、 IEEE 802. 3標(biāo)準(zhǔn)、IEEE 802. 4標(biāo)準(zhǔn)、IEEE 802. 5標(biāo)準(zhǔn)、IEEE 802. 11標(biāo)準(zhǔn)、多業(yè)務(wù)傳送平臺、 異步傳輸模式、串行線路IP協(xié)議、點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議、點(diǎn)對多點(diǎn)協(xié)議、CALM,3G,802. llp、802. 16e、 Ad hoc、無線傳感網(wǎng)絡(luò)Zigbee。傳輸層向用戶提供端到端服務(wù)，透明地傳送用戶之間的報文，提供信息打包、分 割、組合及路由方面的標(biāo)準(zhǔn)，傳輸層涉及應(yīng)用的協(xié)議包括傳輸控制協(xié)議TCP、互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議 IP、用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP、實時傳輸協(xié)議RTP和傳輸層識別協(xié)議Null?；A(chǔ)應(yīng)用層提供信息包的結(jié)構(gòu)及會話管理的標(biāo)準(zhǔn)，各種交通信息應(yīng)用功能模塊組 成交通信息服務(wù)中心以及協(xié)同交通物聯(lián)網(wǎng)綜合服務(wù)平臺，實現(xiàn)信息服務(wù)，包括對基于車載 信息終端、交通信息提示板、交通信息電臺以及車路/船航道通信媒體形式的實時交通出 行信息進(jìn)行發(fā)布與更新、動態(tài)導(dǎo)航與誘導(dǎo)、實時監(jiān)控與調(diào)度、不停車電子自動收費(fèi)以及緊急 事件的求援與處理。本發(fā)明基于信息匯聚的交通物聯(lián)網(wǎng)分層體系架構(gòu)是對各種不同的物理網(wǎng)絡(luò)的一 種高度抽象，為鐵路、水路、公路等多種交通模式提供了一種統(tǒng)一的交通物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)， 并能夠?qū)崿F(xiàn)底層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對用戶或應(yīng)用程序透明。基于信息匯聚的交通物聯(lián)網(wǎng)分層體系架 構(gòu)目標(biāo)是建立一個統(tǒng)一、協(xié)作、提供統(tǒng)一服務(wù)的信息系統(tǒng)，向用戶提供通用的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。本 發(fā)明的架構(gòu)使得紛繁復(fù)雜的交通物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)按照一定方式分解為邏輯關(guān)系明確、物理上互 連互通、且較易操作的若干子系統(tǒng)，并使其服務(wù)功能規(guī)范化、邏輯框架條理化、物理框架明 確化，從而為區(qū)域制定交通物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃提供指導(dǎo)方針，為各個應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計、實施、 管理提供依據(jù)。本發(fā)明交通物聯(lián)網(wǎng)的總體構(gòu)架，為制定適合切身實際情況的交通物聯(lián)網(wǎng)規(guī) 劃提供參考依據(jù)，為交通物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)、關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)應(yīng)用以及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展指明方向。并有 助于從宏觀上理順各應(yīng)用系統(tǒng)間的關(guān)系，融合交通運(yùn)輸系統(tǒng)資源，提高系統(tǒng)效能，從根本上 保證交通運(yùn)輸系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展；同時，交通物聯(lián)網(wǎng)體系框架為區(qū)域范圍內(nèi)交通物聯(lián)網(wǎng)的 互連互通以及與其他區(qū)域交通物聯(lián)網(wǎng)的兼容性提供保證，為區(qū)域范圍內(nèi)交通物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系 統(tǒng)的互相兼容、互連互通提供保證，并為今后交通物聯(lián)網(wǎng)與其他區(qū)域交通物聯(lián)網(wǎng)的兼容性 打下良好基礎(chǔ)。


圖1為交通信息需求層次示意圖。圖2為交通傳感網(wǎng)的物理體系框架示意圖。圖3為基于信息匯聚的交通物聯(lián)網(wǎng)總體分層體系架構(gòu)模型圖。圖4為網(wǎng)絡(luò)的分層結(jié)構(gòu)示意示意圖。圖5為交通物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)分層架構(gòu)示意圖。圖6為交通物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合匯聚邏輯結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式交通傳感網(wǎng)各子系統(tǒng)之間存在著大量的信息互通和共享，每一個部門既是交通傳 感網(wǎng)的數(shù)據(jù)源，又是其它部門數(shù)據(jù)以及在多部門數(shù)據(jù)之上進(jìn)行綜合性加工處理所得到信息 的需求者。交通傳感網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)可以被看作一個框架，它定義了交通領(lǐng)域和電信領(lǐng)域間的 交互作用，從而能為全國創(chuàng)建和提供交通傳感網(wǎng)用戶服務(wù)。因此，該體系結(jié)構(gòu)的框架不僅包 含了大量的交通系統(tǒng)以及它們間的信息流，還包含了多種電信業(yè)務(wù)和媒體，以便傳遞信息 以及保證相關(guān)交通系統(tǒng)之間的正確連接。本發(fā)明的分層參考模型首先是考慮到交通物聯(lián)網(wǎng)中通信網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，由于整個 交通物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是由不同層次不同種類的子網(wǎng)構(gòu)成，所以在分層參考模型中應(yīng)該考慮的是一 個模型組而不是某一個；其次是交通物聯(lián)網(wǎng)需要的是一個系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)而非僅僅是通信標(biāo)準(zhǔn)， 因為通信標(biāo)準(zhǔn)只建立了端到端的數(shù)據(jù)鏈路，而單是依靠通常意義上的通信標(biāo)準(zhǔn)ISO七層模 型中的下面六層和應(yīng)用層底部是無法實現(xiàn)邏輯設(shè)備之間的互操作的，因此，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng) 用，本發(fā)明提出基于信息匯聚的交通物聯(lián)網(wǎng)分層體系架構(gòu)，定義物理實體層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸 層、應(yīng)用層、信息匯聚層等5層。如圖3所示。高層的信息匯聚層為交通物聯(lián)網(wǎng)各行業(yè)之間，諸如鐵路、水路、公路現(xiàn)有業(yè)務(wù)平 臺、協(xié)議接口及終端協(xié)同。實現(xiàn)底層定位數(shù)據(jù)、傳感數(shù)據(jù)、干擾解析之間的融合與匯聚機(jī)制， 滿足相關(guān)目標(biāo)對象及實際應(yīng)用場景的需求。該層包括儲存有時空數(shù)據(jù)及其特征屬性的大型 對象關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，信息匯聚層還存儲道路/航道幾何數(shù)據(jù)框架模型與時空索引、分布式 交通信息等，進(jìn)行的工作包括基于車/船載傳感器級的環(huán)境狀況信息的有效性分析與數(shù)據(jù) 層融合、基于特征級環(huán)境狀況信息的融合處理、基于浮動車/船技術(shù)的數(shù)據(jù)挖掘理論與方 法以及基于自組織理論的交通信息的知識發(fā)現(xiàn)與動態(tài)預(yù)測等，所述技術(shù)均為現(xiàn)有技術(shù)。信 息匯聚的信息主要包括GIS數(shù)據(jù)、環(huán)境對象細(xì)化數(shù)據(jù)、交通資源管理數(shù)據(jù)、運(yùn)營數(shù)據(jù)、發(fā)布信 息管理數(shù)據(jù)、緊急事件動態(tài)數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)等內(nèi)容。對于上述數(shù)據(jù)的獲取，可采用現(xiàn)有的技術(shù)?；谛畔R聚的交通物聯(lián)網(wǎng)分層體系架構(gòu)中高層的信息匯聚與底層的物理實體 層，通過代理Agent形成原語級的映射關(guān)系，反映了物聯(lián)網(wǎng)的理念，信息匯聚層與實體物理 層通過代理Agent形成原語級的映射關(guān)系主要是實現(xiàn)跨平臺、跨業(yè)務(wù)系統(tǒng)的融合，映射關(guān) 系是指底層感知設(shè)備原語與上層指令之間的映射。對于交通物聯(lián)網(wǎng)的分層體系結(jié)構(gòu)，明確 各層功能及模型即可。高層信息匯聚各功能單元，或應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對路/水運(yùn)行環(huán) 境、車\船等運(yùn)行環(huán)境、物理對象進(jìn)行數(shù)據(jù)細(xì)化、數(shù)據(jù)挖掘，相互通過標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議交互，實 現(xiàn)事件預(yù)測、故障定位與分析、系統(tǒng)重構(gòu)與拓展、自愈處理及在線評估等功能?；A(chǔ)應(yīng)用層主要提供信息包的結(jié)構(gòu)及會話管理的標(biāo)準(zhǔn)；該層由交通信息服務(wù)中 心以及協(xié)同交通物聯(lián)網(wǎng)綜合服務(wù)平臺構(gòu)成，包括基于車載信息終端、交通信息提示板、交通 信息電臺以及車路/船航道通信等多種媒體形式的實時交通出行信息的發(fā)布與更新、動態(tài) 導(dǎo)航與誘導(dǎo)、實時監(jiān)控與調(diào)度、不停車電子自動收費(fèi)以及緊急事件的求援與處理等信息服 務(wù)。傳輸層向用戶提供可靠的端到端服務(wù)，透明地傳送報文。主要提供信息打包、分 割、組合及路由等方面的標(biāo)準(zhǔn)；網(wǎng)絡(luò)層為實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路控制功能而制定的規(guī)程或協(xié)議，提供實體接口的標(biāo)準(zhǔn)。 提供實體接口的標(biāo)準(zhǔn)，像是調(diào)制解調(diào)器、網(wǎng)絡(luò)卡、CSU/DSU等以及封包傳送，如HDLC、PMPP,PPP、Ethernet, ATM等，屬于OSI中數(shù)據(jù)鏈路層。底層實體物理層該層由車/船載智能終端以及路側(cè)單元兩大部分組成，包括視 頻數(shù)據(jù)的道路/航道邊界、車/航道標(biāo)識、交通標(biāo)志等幾何數(shù)據(jù)；基于激光雷達(dá)波頻數(shù)據(jù)的 多運(yùn)動目標(biāo)、道路基礎(chǔ)設(shè)施以及障礙物等動態(tài)道路/航道環(huán)境狀況空間信息；基于衛(wèi)星定 位/航位推算/地圖匹配(GPS/DR/MM)高精度組合定位系統(tǒng)的車輛行駛狀態(tài)信息；基于 RFID的信息采集；基于2. 5G/3G/CALM模塊的車輛與交通物聯(lián)網(wǎng)信息中心之間的通信以及 基于專用短程通信/無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(DSRC/WSN)單元的車輛/船與基礎(chǔ)設(shè)施、車輛與車輛 /船船之間的通信等。底層實體物理單元能夠檢測或反映設(shè)備的運(yùn)行狀況，各類參數(shù)；并具 有雙向通信功能；建立原語基，通過代理Agent，避免高層軟件了解底層細(xì)節(jié)?；谛畔R聚的交通物聯(lián)網(wǎng)分層體系架構(gòu)模型直接映射到底層網(wǎng)絡(luò)硬件，允許網(wǎng) 絡(luò)中的每臺機(jī)器只需要處理與數(shù)據(jù)包傳遞有關(guān)的操作即可；信息匯聚使得整個互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的 系統(tǒng)更加靈活。實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間高度自動化數(shù)據(jù)通信一般都會極其復(fù)雜。借鑒對復(fù)雜系統(tǒng)問題分析 研究的思想，分層結(jié)構(gòu)對于理解和設(shè)計網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有著重要的作用。為了能更好地理解和解 決交通物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中的問題，需要采用一些有效的思想、方法和技術(shù)，如分層結(jié)構(gòu)等。 所謂分層，就是將完成計算機(jī)通信全過程的所有功能劃分成若干層，每一層對應(yīng)一些獨(dú)立 的功能。從而將龐大而復(fù)雜的問題轉(zhuǎn)化為若干較小的局部問題，而這些較小的局部問題是 比較容易研究和處理的。在網(wǎng)絡(luò)中，可通過分層的方式來進(jìn)行結(jié)構(gòu)化，較抽象的功能可用較低層的結(jié)構(gòu)來 定義和實現(xiàn)。其中的每一層都隱藏了傳輸通道的不符合需要的特性，從而將通道轉(zhuǎn)化為一 個更為理想的媒體。圖4表示了網(wǎng)絡(luò)的分層結(jié)構(gòu)。η層的所有協(xié)議功能形成了一個邏輯實 體。在該模型中，被稱為“對等實體”。按照習(xí)慣，在兩個相鄰層間的垂直邊界稱為“接口”， 而在屬于不同系統(tǒng)的兩個實體間的水平邊界稱為“對等協(xié)議”。由于層間接口本身的應(yīng)用細(xì) 節(jié)可以簡單地從環(huán)境中隱藏，所以在此系統(tǒng)中，只有對等協(xié)議需要建立標(biāo)準(zhǔn)。相鄰兩層間的接口被定義為“服務(wù)訪問點(diǎn)”的集合，這些“服務(wù)訪問點(diǎn)”由低層提 供，供高層使用。進(jìn)行交換的信息被各層用數(shù)據(jù)單元或數(shù)據(jù)包逐步加上格式。從執(zhí)行序列 來看，發(fā)送端將信息從其使用的最高層逐步向下傳遞到物理層，然后通過實際的物理電路 從一個系統(tǒng)傳到另一個系統(tǒng)，之后由接收端在信息通過協(xié)議體系結(jié)構(gòu)時逐步解釋，最終到 達(dá)接收端的最高層。本發(fā)明的分層具有獨(dú)立性，底層實體物理單元能夠檢測或反映設(shè)備的運(yùn)行狀況， 各類參數(shù)；并具有雙向通信功能；建立原語基，通過代理Agent，避免高層軟件了解底層細(xì) 節(jié)。某一層并不需要知道它的下一層是如何實現(xiàn)的，而僅僅需要知道該層通過層間的接口 所提供的服務(wù)。結(jié)構(gòu)上可分割，靈活性好，適應(yīng)性強(qiáng)。當(dāng)任何一層發(fā)生變化時，只要層間接 口關(guān)系保持不變，則在這層以上或以下的各層均不受影響。故易于擴(kuò)充或者改變協(xié)議。各 層可以采用最合適的技術(shù)來實現(xiàn)。同時，通過將高層的工作與低層細(xì)節(jié)分開，易于實現(xiàn)、維 護(hù)和標(biāo)準(zhǔn)化。因為整個系統(tǒng)已被分解為若干個相對獨(dú)立的子系統(tǒng)，使得實現(xiàn)和調(diào)試變得容 易。因為每一層的功能及其所提供的服務(wù)都已有了精確的說明，易于標(biāo)準(zhǔn)化。因此，本發(fā)明 采用信息匯聚和分層的交通物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)模型能很好的對人、車、船、路、水、環(huán)境等要素 的信息進(jìn)行有效集成，建立起大范圍、全時空、實時、準(zhǔn)確、高效的交通運(yùn)輸管理體系，提高服務(wù)能力。結(jié)合交通物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)應(yīng)用，本發(fā)明提出分層架構(gòu)物理實體層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、 應(yīng)用層、信息匯聚層等5層。如圖5所示。由于各層之間可以采用業(yè)界各種現(xiàn)有的通信標(biāo) 準(zhǔn)或是專為交通物聯(lián)網(wǎng)的特別需求而開發(fā)出來的全新標(biāo)準(zhǔn)，因此，該協(xié)議模型所提供的一 系列通信標(biāo)準(zhǔn)足以滿足交通物聯(lián)網(wǎng)的需求。信息匯聚層主要提供應(yīng)用程序處理的數(shù)據(jù)元素、對象、信息等的傳輸標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān) 的數(shù)據(jù)庫等，完成對路、水運(yùn)行環(huán)境、車、船等物理對象進(jìn)行數(shù)據(jù)細(xì)化、挖掘、融合；標(biāo)準(zhǔn)通信 協(xié)議及云計算平臺交互；事件預(yù)測、故障定位與分析、系統(tǒng)重構(gòu)與拓展、自愈處理及在線評 估等功能。應(yīng)用層主要目的是組織和同步兩個會話服務(wù)用戶之間的對話，并負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的交 換。同時包括數(shù)據(jù)格式變換，數(shù)據(jù)加密與解密，數(shù)據(jù)壓縮與恢復(fù)等功能。主要提供信息包的 結(jié)構(gòu)及會話管理的標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)用層的主要協(xié)議有簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(SNMP =SimpleNetwork Management Protocol)、簡單運(yùn)輸管理協(xié)議(STMP SimpIe TransportationManagement Protocol)、簡單文件傳輸協(xié)議(TFTP :Trivial File Transfer Protocol)、文件傳輸協(xié) 議(FTP =File Transfer Protocol)系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換協(xié)議(DATEX =Data ExchangeBetween Systems)、通用對象請求代理體系(C0RBA Common Object Request BrokerArchitecture)寸。傳輸層是向用戶提供可靠的端到端(end-to-end)服務(wù)，透明地傳送報文。它向 高層屏蔽了下層數(shù)據(jù)通信的細(xì)節(jié)，因而是計算機(jī)通信體系結(jié)構(gòu)中最關(guān)鍵的一層。主要提供 信息打包、分割、組合及路由等方面的標(biāo)準(zhǔn)。傳輸層的主要協(xié)議有傳輸控制協(xié)議TCP、互聯(lián) 網(wǎng)協(xié)議(IP，hternetProtocol)、用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議(UDP, UserDatagramProtocol)、實時傳 輸協(xié)議(RTP，Real-time Transport Protocol)、傳輸層識別協(xié)議 Null 等。網(wǎng)絡(luò)層為實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路控制功能而制定的規(guī)程或協(xié)議，提供實體接口的標(biāo) 準(zhǔn)。網(wǎng)絡(luò)層主要協(xié)議有同步數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(luò)(SDH :Synchronos Digital Hierarchy)、光 纖分布式數(shù)據(jù)接口(FDDI)、IEEE 802. 1 標(biāo)準(zhǔn)、IEEE 802. 2 標(biāo)準(zhǔn)、IEEE 802. 3 標(biāo)準(zhǔn)、IEEE 802. 4 標(biāo)準(zhǔn)、IEEE 802. 5 標(biāo)準(zhǔn)、IEEE 802. 11 標(biāo)準(zhǔn)、多業(yè)務(wù)傳送平臺(MSTP :Multi_service transportplatform)、異步傳輸模式(ATM :Asynchronoous Transfer Mode)、串行線路 IP 協(xié)議(SLIP =Serial Line IP)、點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議(PPP =Point to Point Protocol)、點(diǎn)對多點(diǎn)協(xié) 議(PMPP :Point-to-Multipoint Protocol)、CALM、3G、802. llp、802. 16e、Ad hoc、無線傳感 網(wǎng)絡(luò)Zigbee等。底層實體物理層為標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)的底層，此層設(shè)計時主要考慮的是如何在連接開放 系統(tǒng)的傳輸介質(zhì)上傳輸各種數(shù)據(jù)的比特流。包含了實體的通信傳輸介質(zhì)，檢測或反映設(shè)備 的運(yùn)行狀況，各類參數(shù)；要求具有雙向通信功能；建立原語基，通過代理Agent，避免高層軟 件了解底層細(xì)節(jié)。實體層涉及的接口及協(xié)議有RS-232接口、RS-422接口、RS-485接口、 RJ-11接口、RJ-45接口、BNC接口、VF-45接口、V!35接口、V5接口、Q9型射頻連接器和攝像 機(jī)、情報板等外場設(shè)備控制協(xié)議等。交通物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的各層及其協(xié)議的集合稱為網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)。交通物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié) 構(gòu)就是對該計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其部件所應(yīng)完成的功能的精確定義。需要強(qiáng)調(diào)的是它并未確切 地描述用于各層的具體的協(xié)議和服務(wù)，而僅僅是告訴我們每一層應(yīng)該做什么，至于這些功能究竟是用何種硬件或軟件完成的，則是一個遵循這種體系結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)問題。也就是說，體 系結(jié)構(gòu)是抽象的，而實現(xiàn)則是具體的。目前，相當(dāng)數(shù)量的傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用重點(diǎn)在于對傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)抽取作用，通 常這些應(yīng)用往往只需要對傳感器網(wǎng)絡(luò)感知數(shù)據(jù)的一些統(tǒng)計信息，而并不需要獲取大量原始 的感知信息。傳感器網(wǎng)絡(luò)的查詢機(jī)制可以通過聚集查詢來有效地支持和實現(xiàn)這樣的操作， 通過定制具體的聚集查詢操作，充分利用傳感器節(jié)點(diǎn)的本地計算和存儲能力，在網(wǎng)絡(luò)上的 中間節(jié)點(diǎn)對感知數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的聚集操作，對其進(jìn)行過濾、歸納、壓縮等聚集實現(xiàn)，有效地 降低網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸量，達(dá)到節(jié)省能耗的目的。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能源有限，而數(shù)據(jù)傳輸 是傳感器網(wǎng)絡(luò)消耗能量最大的活動，因此如何減小網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)是研究者所需關(guān)注的一個 重要問題。信息融合匯聚就是將多種類型的傳感器或探測源(路邊和車內(nèi))及外部信號源的 數(shù)據(jù)進(jìn)行整合以獲得高水平的數(shù)據(jù)和信息，這些數(shù)據(jù)和信息沒法通過單一的傳感器和信號 源獲得。數(shù)據(jù)融合匯聚提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，提高可靠性、準(zhǔn)確性和一致性。其次，數(shù)據(jù)融合匯聚 用于填補(bǔ)探測技術(shù)中的缺陷，而減輕各個傳感器受故障的影響。第三，由于傳感器和技術(shù)的 限制，有些信息無法直接由傳感器測出，但通過數(shù)據(jù)融合可以做到。最后一點(diǎn)優(yōu)勢與數(shù)據(jù)質(zhì) 量關(guān)聯(lián)不大，但關(guān)系到數(shù)量，數(shù)據(jù)融合將減少相關(guān)數(shù)據(jù)庫的所需容量，為操作減輕了負(fù)擔(dān)， 提高了效率。在圖6中的顯示數(shù)據(jù)融合匯聚過程。傳感器或其他物理實體發(fā)出的信號，衍 生成原始測量值，原始測量經(jīng)過內(nèi)部處理和合理性檢查和檢測算法，經(jīng)不同傳感器的輸出。 然后，進(jìn)行對象細(xì)化，即處理實體，包括位置，軌跡，身份，活動狀態(tài)等等，細(xì)化的對象是根據(jù) 不同的輸入數(shù)據(jù)和傳感器和其他來源的信息。這些信息進(jìn)一步的經(jīng)過環(huán)境細(xì)化，即實體情 況，包括該實體與其他實體的聯(lián)系，信息的聚合等。根據(jù)交通物聯(lián)網(wǎng)的需求，基于信息匯聚的交通物聯(lián)網(wǎng)分層體系架構(gòu)模型是一個由 實現(xiàn)各種不同功能的子系統(tǒng)有效集成而形成的復(fù)雜大系統(tǒng)。作為一個大系統(tǒng)，其實現(xiàn)了各 子系統(tǒng)間的互連互通、有效集成，確保交通物聯(lián)網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)范發(fā)展，并在交通系統(tǒng)的實際運(yùn)行 中發(fā)揮其應(yīng)有作用的決定性因素。本發(fā)明基于信息匯聚的交通物聯(lián)網(wǎng)分層體系架構(gòu)實現(xiàn)了對交通信息的綜合利用， 不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對交通信息的發(fā)布，而且能夠?qū)煌鳡顩r進(jìn)行短期預(yù)報，統(tǒng)計分析等，為交 通流組織方案的優(yōu)化和城市道路交通的發(fā)展提供可靠的決策依據(jù)，增強(qiáng)交通信息的綜合處 理能力。通過基于信息匯聚的交通物聯(lián)網(wǎng)信息平臺系統(tǒng)，可以避免數(shù)據(jù)重復(fù)采集，實現(xiàn)資源 共享，加快各個子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交流，實現(xiàn)了資源共享，降低整個系統(tǒng)的運(yùn)營成本。同時， 信息平臺系統(tǒng)為系統(tǒng)功能的擴(kuò)展提供了接口，系統(tǒng)的建立要分步驟、分階段地完成。通過信 息平臺系統(tǒng)可將其他子系統(tǒng)封裝起來，有助于信息系統(tǒng)的開發(fā)和進(jìn)一步擴(kuò)展。
權(quán)利要求
1.基于信息匯聚的交通物聯(lián)網(wǎng)分層體系架構(gòu)，其特征是包括實體物理層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸 層、基礎(chǔ)應(yīng)用層和信息匯聚層，其中實體物理層包括物聯(lián)網(wǎng)傳感數(shù)據(jù)采集裝置和網(wǎng)絡(luò)通信接口，傳感數(shù)據(jù)采集裝置采集各 種交通信息，所述交通信息通過網(wǎng)絡(luò)通信接口發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)層；網(wǎng)絡(luò)層為各種無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸終端裝置，所述傳輸終端裝置支持各種無線通信協(xié)議， 用于實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)傳輸；傳輸層為各種無線網(wǎng)絡(luò)，對交通信息打包、分割、組合，并建立路由路徑，將網(wǎng)絡(luò)層的交 通信息通過無線的方式傳輸至基礎(chǔ)應(yīng)用層；基礎(chǔ)應(yīng)用層包括各種交通信息應(yīng)用功能模塊，所述交通信息應(yīng)用功能模塊為各種應(yīng)用 交通信息對交通進(jìn)行管理、規(guī)劃的功能模塊，基礎(chǔ)應(yīng)用層對由傳輸層接收的交通信息進(jìn)行 數(shù)據(jù)格式變換，數(shù)據(jù)加密與解密，數(shù)據(jù)壓縮與恢復(fù)，將獲取的交通信息進(jìn)行發(fā)布、更新，并通 過網(wǎng)絡(luò)傳輸至信息匯聚層；信息匯聚層為交通物聯(lián)網(wǎng)各行業(yè)之間現(xiàn)有業(yè)務(wù)平臺、協(xié)議接口及終端協(xié)同，實現(xiàn)底層 定位數(shù)據(jù)、傳感數(shù)據(jù)、干擾解析之間的融合與匯聚機(jī)制，滿足相關(guān)目標(biāo)對象及實際應(yīng)用場景 的需求，信息匯聚層包括儲存有時空數(shù)據(jù)及其特征屬性的大型對象關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，信息匯 聚層還存儲道路/航道幾何數(shù)據(jù)框架模型與時空索引、分布式交通信息，所述信息匯聚包 括基于車/船載傳感器級的環(huán)境狀況信息的有效性分析與數(shù)據(jù)層融合、基于特征級環(huán)境狀 況信息的融合處理、基于浮動車/船技術(shù)的數(shù)據(jù)挖掘理論與方法以及基于自組織理論的交 通信息的知識發(fā)現(xiàn)與動態(tài)預(yù)測，匯聚的數(shù)據(jù)包括GIS數(shù)據(jù)、環(huán)境對象細(xì)化數(shù)據(jù)、交通資源 管理數(shù)據(jù)、運(yùn)營數(shù)據(jù)、發(fā)布信息管理數(shù)據(jù)、緊急事件動態(tài)數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)；其中，信息匯聚層與實體物理層通過代理Agent形成原語級的映射關(guān)系，實現(xiàn)底層實 體物理層的感知設(shè)備原語與上層指令之間的映射，完成跨平臺、跨業(yè)務(wù)系統(tǒng)的融合，實現(xiàn)對 路/水運(yùn)行環(huán)境、車/船運(yùn)行環(huán)境、物理對象進(jìn)行數(shù)據(jù)細(xì)化、數(shù)據(jù)挖掘，相互通過標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié) 議交互，實現(xiàn)事件預(yù)測、故障定位與分析、系統(tǒng)重構(gòu)與拓展、自愈處理及在線評估功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于信息匯聚的交通物聯(lián)網(wǎng)分層體系架構(gòu)，其特征是實體物 理層為架構(gòu)的底層，此層用于在連接開放系統(tǒng)的傳輸介質(zhì)上傳輸各種數(shù)據(jù)的比特流，包含 了實體的通信傳輸介質(zhì)，檢測或反映設(shè)備的運(yùn)行狀況、設(shè)備參數(shù)；具有雙向通信功能；實體 物理層涉及的接口及協(xié)議包括RS-232接口、RS-422接口、RS-485接口、RJ_11接口、RJ-45 接口、BNC接口、VF-45接口、V35接口、V5接口、Q9型射頻連接器和攝像機(jī)、情報板及外場 設(shè)備控制協(xié)議。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于信息匯聚的交通物聯(lián)網(wǎng)分層體系架構(gòu)，其特征是網(wǎng)絡(luò)層 根據(jù)所要支持的各種無線通信協(xié)議提供實體接口的標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)絡(luò)層涉及的協(xié)議包括同步數(shù) 字傳輸網(wǎng)絡(luò)、光纖分布式數(shù)據(jù)接口、IEEE 802. 1標(biāo)準(zhǔn)、IEEE 802. 2標(biāo)準(zhǔn)、IEEE 802. 3標(biāo)準(zhǔn)、 IEEE 802. 4標(biāo)準(zhǔn)、IEEE 802. 5標(biāo)準(zhǔn)、IEEE 802. 11標(biāo)準(zhǔn)、多業(yè)務(wù)傳送平臺、異步傳輸模式、串 行線路IP協(xié)議、點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議、點(diǎn)對多點(diǎn)協(xié)議、CALM、3G、802. llp、802. 16e、Ad hoc、無線傳感 網(wǎng)絡(luò) Zigbee。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于信息匯聚的交通物聯(lián)網(wǎng)分層體系架構(gòu)，其特征是傳輸層 向用戶提供端到端服務(wù)，透明地傳送用戶之間的報文，提供信息打包、分割、組合及路由方 面的標(biāo)準(zhǔn)，傳輸層涉及應(yīng)用的協(xié)議包括傳輸控制協(xié)議TCP、互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IP、用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP、實時傳輸協(xié)議RTP和傳輸層識別協(xié)議Null。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于信息匯聚的交通物聯(lián)網(wǎng)分層體系架構(gòu)，其特征是基礎(chǔ) 應(yīng)用層提供信息包的結(jié)構(gòu)及會話管理的標(biāo)準(zhǔn)，各種交通信息應(yīng)用功能模塊組成交通信息服 務(wù)中心以及協(xié)同交通物聯(lián)網(wǎng)綜合服務(wù)平臺，實現(xiàn)信息服務(wù)，包括對基于車載信息終端、交通 信息提示板、交通信息電臺以及車路/船航道通信媒體形式的實時交通出行信息進(jìn)行發(fā)布 與更新、動態(tài)導(dǎo)航與誘導(dǎo)、實時監(jiān)控與調(diào)度、不停車電子自動收費(fèi)以及緊急事件的求援與處 理。
全文摘要
基于信息匯聚的交通物聯(lián)網(wǎng)分層體系架構(gòu)，包括實體物理層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、基礎(chǔ)應(yīng)用層和信息匯聚層。本發(fā)明的分層體系架構(gòu)是對各種不同的物理網(wǎng)絡(luò)的一種高度抽象，為鐵路、水路、公路等多種交通模式提供了一種統(tǒng)一的交通物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)，并能夠?qū)崿F(xiàn)底層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對用戶或應(yīng)用程序透明，本發(fā)明建立了一個統(tǒng)一、協(xié)作、提供統(tǒng)一服務(wù)的信息系統(tǒng)架構(gòu)，向用戶提供通用的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，為各種交通物聯(lián)網(wǎng)平臺的兼容提供了融合架構(gòu)，為現(xiàn)有的交通物聯(lián)網(wǎng)與其他區(qū)域交通物聯(lián)網(wǎng)的兼容性打下良好基礎(chǔ)。
文檔編號H04L29/08GK102055800SQ20101058502
公開日2011年5月11日 申請日期2010年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月13日
發(fā)明者安明偉, 巫云香, 成孝剛, 李勃, 金凌, 陳啟美 申請人:南京大學(xué)