【導(dǎo)讀】輸技術(shù)的較為完善的ITS。與此同時(shí)，除了修建必要的道路網(wǎng)以外，針對(duì)交通事故多發(fā)道路，系統(tǒng)日益復(fù)雜，單獨(dú)從車輛方面或道路方面考慮，均很難有效地解決交通問(wèn)題。智能交通系統(tǒng)的作用是通過(guò)人、車、路的和諧、密切配合提高交通運(yùn)輸效率，緩解交通阻塞，提高路網(wǎng)通過(guò)能力，較少交通事故，降低能源消耗，減輕環(huán)境污染。號(hào)燈是城市道路網(wǎng)中的主要控制設(shè)施。車流或行人能安全的通過(guò)交叉口。系統(tǒng)來(lái)達(dá)到城市道路的最大暢通。20世紀(jì)90年代初，我國(guó)的相關(guān)學(xué)者已經(jīng)意識(shí)到研究和開(kāi)發(fā)ITS的重要性。究，隨后，又得到中央部門(mén)和部分地方政府的支持。展更加迅速，已經(jīng)取得了不菲的成就。的交通壓力，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的控制。GPRS理論帶寬可達(dá)，實(shí)際應(yīng)用帶寬大約在40～

　　

【正文】 入點(diǎn) ， Um 接口用于無(wú)線通信接入而 R 參考點(diǎn)用于信息的產(chǎn)生或接收。對(duì)于具有 GPRS 業(yè)務(wù)功能的移動(dòng)終端，由于它本身具有 GSM 和 GPRS 業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)商提供的地址，這樣，分組公共數(shù)據(jù)網(wǎng)的終端利用數(shù)據(jù)網(wǎng)識(shí)別碼即可向 GPRS 終端直接發(fā)送數(shù)據(jù)。 GPRS 傳輸協(xié)議平面 傳輸平面采用分層的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶信息的傳輸，同時(shí)，還定義了相應(yīng)的控制機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息傳送的分級(jí)控制。圖 是移動(dòng)臺(tái) (MS)和 BSS, SGSN, GGSN 之間的 GPRS傳輸平面。數(shù)據(jù)包從 Router 傳到 MS 要經(jīng)過(guò)四個(gè)接口 :Gi, Gn, Gb 和 Um。下面 我們就順序介紹在這個(gè)過(guò)程中所使用到的傳輸協(xié)議。在 Gi 接口上沒(méi)有新的協(xié)議。與普通的路由器一樣， GGSN 利用現(xiàn)有的傳輸方法接收二層數(shù)據(jù)幀，再對(duì)幀進(jìn)行處理得到 IP 數(shù)據(jù)包。分析該 IP 包的目的地址，恰為本地分組數(shù)據(jù)協(xié)議 (PDP)上下文所標(biāo)示的某一 MS地址，則將此數(shù)據(jù)包送至 Gn 接口的軟件模塊，做進(jìn)一步處理。在 Gn 接口，最先對(duì)數(shù) 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 應(yīng) 用 應(yīng) 用I P / X . 2 5I P / X . 2 5S N D CPL L CR L CM A CL 2 `G S M R FL 1 ` L 1 b i sG S M R F網(wǎng) 絡(luò) 業(yè)務(wù)M A CL 1L 1 b i sL 2網(wǎng) 絡(luò) 業(yè)務(wù)L 1 `L 1L 2 `L 2I PB S S G PT C P / I PL L CI P / X . 2 5I PU P D / TC PG T PI PL 1 `L 2 `I P / X . 2 5應(yīng) 用R L CB S S G PR e l a yR e l a yS N D C P G T PM S U mB S SS G S NG bG n G G S NG iR o u t e r圖 傳輸平面 據(jù)包做處理的是 GTP (GPRS Tunneling Protocol)協(xié)議，它實(shí)現(xiàn)了從 GGSN 到 SGSN 的虛擬傳輸 通路，即隧道。 Gn 網(wǎng)絡(luò)本身是一個(gè) TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)， Gn 網(wǎng)絡(luò)中的元素都是靠 IP來(lái)尋址的。 GTP 協(xié)議數(shù)據(jù)包需要由 TCP 或 UDP 承載，之后， TCP 或 UDP 的數(shù)據(jù)包進(jìn)一步封裝成 IP 包，此 IP 包的目的地址即為目標(biāo) SGSN 的地址。 Gn網(wǎng)絡(luò)中的 IP 包傳送也是靠一系列的路由器和交換機(jī)來(lái)完成的。當(dāng)數(shù)據(jù)到達(dá) SGSN 之后，對(duì)其層層解封，最終還原出用戶的 IP 數(shù)據(jù)包。在 Gb 接口，首先需要 SNDCP (SubNetwork Dependent Convergence Protocol,子網(wǎng)相關(guān)收斂協(xié)議 )對(duì) IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理，這一步的 目的是提高 GPRS 的可擴(kuò)展性。除此之外， SNDCP 還負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的壓縮和分段，壓縮的目的是節(jié)約空中接口帶寬，分段的目的是適應(yīng)下層 LLC 的 MTU (Maximum Transmission Unit，最大傳輸單元 )。 LLC (Logical Link Control，邏輯鏈路控制 )協(xié)議負(fù)責(zé)從 SGSN 到手機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸。它的服務(wù)對(duì)象為 :SNDCP 數(shù)據(jù)包 (即用戶數(shù)據(jù) )、用戶信令和短消息。服務(wù)的類型有面向連接和無(wú)連接兩種，用戶可以根據(jù) QOS 要求選擇。 BSSGP (Base Station System GPRS Protocol)是 SGSN 與 BSS 通訊的最上層協(xié)議，故而它不但發(fā)送上層的 LLC數(shù)據(jù)，還傳輸 SGSN 對(duì) BSS 的控制信息。數(shù)據(jù)到達(dá) BSS 之后，同樣是層層解封，最終得到的是 LLC 數(shù)據(jù)幀， BSS 并不對(duì) LLC 幀做處理，而只是透明轉(zhuǎn)發(fā)。在 BSS 和 MS 之間的Um接口，任何由空中接口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，必須先經(jīng)過(guò)兩個(gè)協(xié)議的處理，即 RLC (Radio Link Control)和 MAC (Media Access Control)。 RLC 將 LLC 數(shù)據(jù)幀拆分成便于空中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊，并負(fù)責(zé)空中接口的可靠性保障。 MAC 的功能是控制空中資源的 使用，由于一個(gè)用戶可以使用多個(gè)信道，多個(gè)用戶也可以使用一個(gè)信道，而且，資源的分配是動(dòng)態(tài)的，所以下行傳輸時(shí)， MAC 必須標(biāo)識(shí)當(dāng)前的數(shù)據(jù)塊是給哪一個(gè) MS的，上行傳輸時(shí)，必須指定當(dāng)前資源由誰(shuí)使用。加上 LLC 和 MAC 頭之后，數(shù)據(jù)塊被卷積 (Convolutional Coding)和交織 (Interleaving)。經(jīng)過(guò)上述處理，最終得到的突發(fā)序列與 GSM 無(wú)異，每個(gè)包含 114bit 的數(shù)據(jù)信息。它們采用和 GSM 同樣的方式，通過(guò)空中接口，到達(dá) MS，湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 再對(duì) MS 解封，即可還原出 IP 數(shù)據(jù)包。至此， IP 包通過(guò)了 GPRS 網(wǎng)絡(luò)，承載的功 能完成了。 GPRS 協(xié)議 移動(dòng)臺(tái) (MS)和 SGSN 之間的 GPRS 分層協(xié)議模型如圖 所示 【 6】 。 Um 接口是 GSM 的空中接口。 Um 接口上的通信協(xié)議有 5層，自下而上依次為物理層、 MAC(Medium Access Control)層、 LLC(Logical Link Control)層、 SNDC(Subwork Dependant Convergence)層和網(wǎng)絡(luò)層。 Um 接口的物理層為射頻接口部分，而物理鏈路層則負(fù)責(zé)提供空中接口的各種邏輯信道。 MAC 為媒質(zhì)接入控制層。 MAC 的主要作用是定義和 分配空中接口的 GPRS邏輯信道，使得這些信道能被不同的移動(dòng)臺(tái)共享。 LLC 層為邏輯鏈路控制層。它是一 網(wǎng) 絡(luò) 協(xié) 議S N D CL L CM A C物 理 鏈 路R F 接 口 R F 借 口物 理 鏈 路M A CL L RL A P D物 理 鏈 路網(wǎng) 絡(luò) 協(xié) 議S N D CL L CL A P D物 理 鏈 路M SU m R S S G b S G S N 圖 GPRS 協(xié)議模型 種基于高速數(shù)據(jù)鏈路規(guī)程 HDLC 的無(wú)線鏈路協(xié)議。 LLC 層負(fù)責(zé)在高層 SNDC 層的 SNDC 數(shù)據(jù)單元上形成 LLC 地址、幀字段，從而生成完整的 LLC 幀。 SNDC 被稱為子網(wǎng)依賴結(jié)合層。它的主要作用是完成傳送數(shù)據(jù)的分組、打包，確定 TCP/IP 地址和加密方式。網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議目前主要是 Phase 1 階段提供的 TCP/IP【 6】 和 協(xié)議， 這些協(xié)議對(duì)于傳統(tǒng)的 GSM 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 (如 BSS 和 NSS 等設(shè)備 )是透明的。 GPRS 的路由管理 GPRS 的路由管理是指 GPRS 網(wǎng)絡(luò)如何進(jìn)行尋址和建立數(shù)據(jù)傳送路由。 GPRS 的路由管理表現(xiàn)在以下三個(gè)方面 :移動(dòng)臺(tái)發(fā)送數(shù)據(jù)的路由建立、移動(dòng)臺(tái)接收數(shù)據(jù)的路由建立、以及移動(dòng)臺(tái)處于漫游時(shí)數(shù)據(jù)路由的建立。第一種情況，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)產(chǎn)生了一個(gè) PDU(分組數(shù)據(jù)單元 )，這個(gè) PDU 經(jīng)過(guò) SNDC 層處理，稱為 SNDC 數(shù)據(jù)單元。然后經(jīng)過(guò) LLC 層處理為L(zhǎng)LC 幀，通過(guò)空中接口送到 GSM 網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)臺(tái)所處的 SGSN， SGSN 把數(shù)據(jù)送到 GGSN， GGSN把收到的消息進(jìn)行解裝處理，轉(zhuǎn)換為可在公用數(shù)據(jù)網(wǎng)中傳送的格式 (如 PSPDN 的 PDU)，最終送給公用數(shù)據(jù)網(wǎng)的用戶。為了提高傳輸效率并保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩梢詫?duì)空中接口上的數(shù)據(jù)做壓縮和加密處理。第二種情況中，一個(gè)公用數(shù)據(jù)網(wǎng)用戶傳送數(shù)據(jù)到移湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 動(dòng)臺(tái)，首先通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議建立數(shù)據(jù)網(wǎng)和 GGSN 之間的路由。數(shù)據(jù)網(wǎng)用戶發(fā)出的數(shù)據(jù)單元 (如 PSPDN 中的 PDU)，通過(guò)建立好的路由把數(shù)據(jù)單元 PDU 送給 GGSN。而 GGSN再把 PDU 送給移動(dòng)臺(tái)所在的 SGSN, GSN 把 PDU 封裝成 SNDC 數(shù)據(jù)單元，再經(jīng) LLC 層處理為 LLC 幀單 元，最終經(jīng)空中接口送給移動(dòng)臺(tái)。第三種情況是一個(gè)數(shù)據(jù)網(wǎng)用戶傳送數(shù)據(jù)給一個(gè)正在漫游的移動(dòng)用戶，其方式和第二種情況類似，但不同的是其數(shù)據(jù)必須經(jīng)過(guò)歸屬地的 GGSN，然后送到移動(dòng)用戶。 GPRS 的主要特點(diǎn) GPRS 主要有下列特點(diǎn)：（ 1）接入范圍廣， GPRS 是在現(xiàn)有的 GSM 網(wǎng)絡(luò)上升級(jí)，可充分利用全國(guó)范圍的電信網(wǎng)絡(luò)，快速、低成本的為用戶數(shù)據(jù)終端提供遠(yuǎn)程接入網(wǎng)絡(luò)的部署。（ 2）高速傳輸，傳輸速率高，數(shù)據(jù)傳輸速度可以達(dá)到 57. 6Kbps，最高可以達(dá)到115kbps170kbps,是常用有線 Modem 理想速率的兩倍， 是當(dāng)前 GSM 網(wǎng)絡(luò)中電路數(shù)據(jù)交換業(yè)務(wù)速度的幾十倍。（ 3）快捷登錄，接入時(shí)間短， GPRS 接入等待時(shí)間短，可快速建立連接，平均耗時(shí)為兩秒。（ 4）永遠(yuǎn)在線，提供實(shí)時(shí)在線功能?！皩?shí)時(shí)在線”，或叫“永遠(yuǎn)在線”即用戶隨時(shí)與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系，即使沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸，終端還是一直與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系，這將使訪問(wèn)服務(wù)變得非常簡(jiǎn)單、快速。（ 5）按流量計(jì)費(fèi)，用戶只有在發(fā)送或者接收數(shù)據(jù)期間才占用無(wú)線資源，用戶可以一直在線，計(jì)費(fèi)方式是按照用戶接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包的數(shù)量，沒(méi)有數(shù)據(jù)流量傳輸時(shí)，用戶即使掛在網(wǎng)上也是不收費(fèi)的。 GPRS 的應(yīng)用 GPRS 是 一組新的 GSM 承載業(yè)務(wù)，在有 GPRS 承載業(yè)務(wù)支持的標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 【 7】 的基礎(chǔ)上， GPRS 可提供以下一系列交互式業(yè)務(wù) 【 8】 ：（ 1）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)連接型網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)(PTPCLNS)；（ 2）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)面向連接的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) (PTPCONS)；（ 3）點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)業(yè)務(wù) (PTM)。還能支持用戶終端業(yè)務(wù)、補(bǔ)充業(yè)務(wù)、 GSM 短消息業(yè)務(wù)和各種 GPRS 電信業(yè)務(wù)。 GPRS 可提供網(wǎng)上沖浪、 Email、文件傳輸、數(shù)據(jù)庫(kù)查詢、增強(qiáng)型短消息等業(yè)務(wù)；可應(yīng)用于運(yùn)輸業(yè)、金融、證券、商業(yè)和公共安全業(yè)； PTM 業(yè)務(wù)支持股市動(dòng)態(tài)、天氣預(yù)報(bào)、交通信息等實(shí)時(shí)發(fā)布；另外，還 能提供種類繁多、功能強(qiáng)大的以 GPRS 承載業(yè)務(wù)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用業(yè)務(wù)和基于 WAP 的各種應(yīng)用。 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 第 3 章 城市智能交通控制系統(tǒng) 隨著我國(guó)改革開(kāi)放不斷深入，城市化進(jìn)程不斷加快，交通事業(yè)飛速發(fā)展，人們對(duì)交通需求越來(lái)越迫切。我國(guó)政府部門(mén)準(zhǔn)備加大力量解決交通發(fā)展問(wèn)題，科技部將 ITS作為“十五”期間科技發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo) 。交通部、公安部等有關(guān)部門(mén)將 ITS 作為發(fā)展交通運(yùn)輸，減少擁擠和事故，改革城市交通，建立安全體系，保證城市可持續(xù)發(fā)展的有力措施。城市智能交通控制系統(tǒng)正是適應(yīng)這種要求應(yīng)運(yùn)而生的。 ITS 系統(tǒng)是智能運(yùn)輸系統(tǒng)的重 要組成部分，它是依靠先進(jìn)的交通監(jiān)測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)和通信技術(shù)，對(duì)城市道路和市際高速公路綜合網(wǎng)絡(luò)的交通運(yùn)營(yíng)和設(shè)施進(jìn)行一體化的控制和管理，通過(guò)監(jiān)視車輛運(yùn)行來(lái)控制交通流量，快速準(zhǔn)確地處理轄區(qū)內(nèi)發(fā)生的各種事件，以便使得客貨運(yùn)輸達(dá)到最佳狀態(tài)。 ITS 系統(tǒng)的目標(biāo)是為我國(guó)大中城市提供交通管理解決方案，在現(xiàn)有交通設(shè)施的基礎(chǔ)上，改善現(xiàn)有路網(wǎng)運(yùn)行狀況，提高道路的有效利用率和交通流量，緩解車輛增加造成的交通需求壓力。同時(shí)，改善交通秩序，減少事故，提高行車安全，減少道路的擁擠程度和交通事故的發(fā)生率，減少因交通擁擠、事故等造 成的出行時(shí)間延長(zhǎng)現(xiàn)象 【 9】 。ITS 不僅使交通管理者使用高技術(shù)及控制方法提高了管理效率，而且使交通參與者 —駕駛員和行人都感覺(jué)到了減少擁堵，提高通行效率所帶來(lái)的便捷。根據(jù)中國(guó)特有的大中城市道路交通情況，即人車混行，非機(jī)動(dòng)車 (主要是自行車 )數(shù)量大，路口混亂，通過(guò)路口的車速低等特點(diǎn)，并考慮到基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的漸進(jìn)性，以及中國(guó)交通觀念低下的水平， ITS 建設(shè)應(yīng)該分階段逐步進(jìn)行，可采用從低級(jí)到高級(jí)逐步建設(shè)的原則。分階段建設(shè)的步驟和包括的系統(tǒng)如下：（ 1）交通網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視和檢測(cè)，實(shí)時(shí)提供道路和交通狀況數(shù)據(jù)。（ 2）交通流量分析和預(yù)測(cè)， 交通流量的模型識(shí)別，預(yù)報(bào)與分析，優(yōu)化交通組織。（ 3）城市交通控制的優(yōu)化，中心管理的動(dòng)態(tài)控制策略，交叉口自適應(yīng)控制，建立行人、車輛和非機(jī)動(dòng)車控制的模型。（ 4）城市出入口的監(jiān)控。（ 5）運(yùn)輸流量的控制，提高公共交通的效率。（ 6）提供交通信息服務(wù)，縮短旅行時(shí)間。（ 7）事故監(jiān)測(cè)與管理，建立快速反應(yīng)的緊急救援系統(tǒng)。（ 8）環(huán)境的監(jiān)測(cè)和控制。 城市智能交通控制系統(tǒng) 城市智能交通控制系統(tǒng)的建設(shè)，因各國(guó)的交通基礎(chǔ)設(shè)施和交通發(fā)展現(xiàn)狀不同而側(cè)重點(diǎn)也不相同。根據(jù)我國(guó)城市交通的發(fā)展現(xiàn)狀，我國(guó)的 ITS 系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)將交通信息采集系 統(tǒng)與緊急事件快速處理系統(tǒng)作為重點(diǎn)。 系統(tǒng)的功能框架 城市智能交通控制系統(tǒng)工作原理如下所述：首先利用交通檢測(cè)設(shè)備如環(huán)形線圈檢湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 測(cè)器、微波檢測(cè)器、視頻檢測(cè)器等對(duì)路面的交通流進(jìn)行檢測(cè)。交通控制中心通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備獲得這些基本數(shù)據(jù)后，結(jié)合車輛在路段的行駛速度、路段的長(zhǎng)度、車輛到達(dá)交叉路口的間規(guī)律、交叉路口的通行能力等信息，利用交通控制優(yōu)化模型進(jìn)行交叉路口信號(hào)配時(shí)方案的優(yōu)化，優(yōu)化的配時(shí)方案通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)又傳到路口信號(hào)機(jī)進(jìn)行實(shí)施，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)交通流的實(shí)時(shí)優(yōu)化控制 【 10】 。檢測(cè)器所獲得的基本數(shù)據(jù)與車輛的行駛速度、路 段長(zhǎng)度、交叉路口信號(hào)配時(shí)方案、交叉路口的通行能力等結(jié)合起來(lái)，就可以預(yù)測(cè)出車輛在陸地上的旅行時(shí)間、旅行速度、車輛的延誤、擁擠指標(biāo)等交通信息，利用交通控制優(yōu)化模型對(duì)這些交通信息進(jìn)行分析、處理。交通信息服務(wù)的內(nèi)容通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)