【正文】 檢測器所獲得的基本數(shù)據(jù)與車輛的行駛速度、路 段長度、交叉路口信號配時方案、交叉路口的通行能力等結(jié)合起來，就可以預(yù)測出車輛在陸地上的旅行時間、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)化模型對這些交通信息進(jìn)行分析、處理。 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（論文） 11 測器、微波檢測器、視頻檢測器等對路面的交通流進(jìn)行檢測。 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)重點也不相同。（ 7）事故監(jiān)測與管理，建立快速反應(yīng)的緊急救援系統(tǒng)。（ 5）運輸流量的控制，提高公共交通的效率。（ 3）城市交通控制的優(yōu)化，中心管理的動態(tài)控制策略，交叉口自適應(yīng)控制，建立行人、車輛和非機動車控制的模型。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，實時提供道路和交通狀況數(shù)據(jù)。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到了減少擁堵，提高通行效率所帶來的便捷。 ITS 系統(tǒng)的目標(biāo)是為我國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。城市智能交通控制系統(tǒng)正是適應(yīng)這種要求應(yīng)運而生的。我國政府部門準(zhǔn)備加大力量解決交通發(fā)展問題，科技部將 ITS作為“十五”期間科技發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo) 。 GPRS 可提供網(wǎng)上沖浪、 Email、文件傳輸、數(shù)據(jù)庫查詢、增強型短消息等業(yè)務(wù)；可應(yīng)用于運輸業(yè)、金融、證券、商業(yè)和公共安全業(yè)； PTM 業(yè)務(wù)支持股市動態(tài)、天氣預(yù)報、交通信息等實時發(fā)布；另外，還 能提供種類繁多、功能強大的以 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。 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）點對點無連接型網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)(PTPCLNS)；（ 2）點對點面向連接的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) (PTPCONS)；（ 3）點對多點業(yè)務(wù) (PTM)?！皩崟r在線”，或叫“永遠(yuǎn)在線”即用戶隨時與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系，即使沒有數(shù)據(jù)傳輸，終端還是一直與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系，這將使訪問服務(wù)變得非常簡單、快速。（ 3）快捷登錄，接入時間短， GPRS 接入等待時間短，可快速建立連接，平均耗時為兩秒。 GPRS 的主要特點 GPRS 主要有下列特點：（ 1）接入范圍廣， GPRS 是在現(xiàn)有的 GSM 網(wǎng)絡(luò)上升級，可充分利用全國范圍的電信網(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。而 GGSN再把 PDU 送給移動臺所在的 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)空中接口送給移動臺。第二種情況中，一個公用數(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（論文） 9 動臺，首先通過數(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。然后經(jīng)過 LLC 層處理為LLC 幀，通過空中接口送到 GSM 網(wǎng)絡(luò)中移動臺所處的 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。 GPRS 的路由管理表現(xiàn)在以下三個方面 :移動臺發(fā)送數(shù)據(jù)的路由建立、移動臺接收數(shù)據(jù)的路由建立、以及移動臺處于漫游時數(shù)據(jù)路由的建立。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。 SNDC 被稱為子網(wǎng)依賴結(jié)合層。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 的無線鏈路協(xié)議。 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臺共享。 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。 Um 接口是 GSM 的空中接口。至此， IP 包通過了 GPRS 網(wǎng)絡(luò)，承載的功 能完成了。經(jīng)過上述處理，最終得到的突發(fā)序列與 GSM 無異，每個包含 114bit 的數(shù)據(jù)信息。 MAC 的功能是控制空中資源的 使用，由于一個用戶可以使用多個信道，多個用戶也可以使用一個信道，而且，資源的分配是動態(tài)的，所以下行傳輸時， MAC 必須標(biāo)識當(dāng)前的數(shù)據(jù)塊是給哪一個 MS的，上行傳輸時，必須指定當(dāng)前資源由誰使用。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)過兩個協(xié)議的處理，即 RLC (Radio Link Control)和 MAC (Media Access Control)。 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 BSS 的控制信息。它的服務(wù)對象為 :SNDCP 數(shù)據(jù)包 (即用戶數(shù)據(jù) )、用戶信令和短消息。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 )。當(dāng)數(shù)據(jù)到達(dá) SGSN 之后，對其層層解封，最終還原出用戶的 IP 數(shù)據(jù)包。 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。在 Gn 接口，最先對數(shù) 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（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，它實現(xiàn)了從 GGSN 到 SGSN 的虛擬傳輸 通路，即隧道。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，再對幀進(jìn)行處理得到 IP 數(shù)據(jù)包。下面 我們就順序介紹在這個過程中所使用到的傳輸協(xié)議。圖 是移動臺 (MS)和 BSS, SGSN, GGSN 之間的 GPRS傳輸平面。對于具有 GPRS 業(yè)務(wù)功能的移動終端，由于它本身具有 GSM 和 GPRS 業(yè)務(wù)運營商提供的地址，這樣，分組公共數(shù)據(jù)網(wǎng)的終端利用數(shù)據(jù)網(wǎng)識別碼即可向 GPRS 終端直接發(fā)送數(shù)據(jù)。 T E M TG P R S 網(wǎng) 絡(luò) 1 P N D 或 其 他 網(wǎng) 絡(luò)G P R S 網(wǎng) 絡(luò) 2R 參 考 點M SU mG pG i 參 考 點 圖 GPRS 總體結(jié)構(gòu)及接入接口和參考點 如圖所示， GGSN到外部網(wǎng)絡(luò)是通過 Gi參考點 (GPRS與外部分組數(shù)據(jù)之間的參考點 )連通的，而其他 GPRS 網(wǎng)絡(luò)是通過 Gp（不同 GSM 網(wǎng)絡(luò)中兩個 GSN 之間的接口）接口連通的。 GPRS 網(wǎng)絡(luò)通過 Gi 參考點和 Gp接口實現(xiàn)同其他網(wǎng)絡(luò)的互通。在 SGSN 和 GGSN 之間，利用 GPRS 隧道協(xié)議 (GTP)對 IP或 X. 25 分組進(jìn)行封裝，實現(xiàn)二者之間的數(shù)據(jù)傳輸 。 GGSN 通過基于 IP 協(xié)議的 GPRS 骨干網(wǎng)連接到 SGSN，是連接GPRS 網(wǎng)絡(luò)和外部分交換網(wǎng) (如因特網(wǎng)和局域網(wǎng) )的網(wǎng)關(guān) 【 5】 。在 GPRS 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中， SGSN 是其中的一個節(jié)點，與 BTS 相連。附著過程結(jié)束后， SGSN 建立了移動臺的信息，并對移動臺作移動性管理，盡可能地獲得移動臺的位置信息。反之，來自因特網(wǎng)標(biāo)識有移動臺地址的 IP 包，由 GGSN 接收，再轉(zhuǎn)發(fā)到 SGSN，繼而傳送到移動臺上。 GPRS 數(shù)據(jù)分組從基站發(fā)送到 SGSN, SGSN 按照 GTP (GPRS Tunneling Protocol)協(xié)議與 GGSN 進(jìn)行通信 。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 所示。它以分組交換技術(shù)為基礎(chǔ)，用戶通 GPRS 可以在移動狀態(tài)下使用各種高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，如收發(fā) Email、進(jìn)行 Inter瀏覽、城市供水監(jiān)控、公交車輛調(diào)度等。 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 第 2 章 GPRS 通信網(wǎng)絡(luò)簡介 GPRS(General Packet Radio Service)是通用分組無線業(yè)務(wù)，是由英國 BT Cell公司早在 1993 年提出的。 第五章的主要內(nèi)容是詳細(xì)介紹了一種基于 GPRS 的智能交通終端的方案，主要應(yīng)用于 GPRS 技術(shù)來進(jìn)行信息的傳輸。 第三章介紹了城市智能交通管理系統(tǒng)的基本組成，并結(jié)合本論文討 論內(nèi)容簡單介紹了相關(guān)子系統(tǒng)的功能。 本文的主要工作如下： 第一章為緒論，主要介紹了課題研究的背景、意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和課題的目標(biāo)等。 基于 GPRS網(wǎng)絡(luò)的城市智能交通控制系統(tǒng)主要是分為幾個大部分，分別是交通信息的采集、智能交通監(jiān)控系統(tǒng)和 GPRS 網(wǎng)絡(luò)等部分。由于現(xiàn)階段 GPRS技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，使 ITS 的發(fā)展方向更加具有多樣性。 1999 年，我國成立了全國智能交通系統(tǒng)（ ITS）協(xié)調(diào)指導(dǎo)小組及辦公室，同年，又成立了全國智能交通運輸系統(tǒng)（ ITS）專家咨詢委員會，其中，同濟(jì)大學(xué)、清華大學(xué)、北方交通大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、吉林工業(yè)大學(xué)、東南大學(xué)等高校的有關(guān)專家為咨詢委員，并啟動了國家 “九五”科技攻關(guān)課題和國 家“十五”科技攻關(guān)課題。 90年代中期以來，在交通部的組織下，我國交通運輸界的科學(xué)家和工程技術(shù)人員開始跟蹤國際上 ITS 的發(fā)展。 90 年代初，我國的相關(guān)學(xué)者已經(jīng)意識到研究和開發(fā) ITS 的重要性。這些工作無疑是我們今天進(jìn)行 ITS 研究和開發(fā)的基礎(chǔ) 【 1】 。 國內(nèi) ITS 的發(fā)展 我國在交通運輸和管理中應(yīng)用電子信息技術(shù)的工作早在 70 年代末就已經(jīng)開始，當(dāng)時稱為交通工程，根據(jù)國際上對 ITS 發(fā)展的研究，可以認(rèn)為，交通工程的研究與應(yīng)用是 ITS 初級階段的工作。歐洲民間也聯(lián)合搞了一個叫 PROMETHEUS的計劃，即歐洲高效安全交通系統(tǒng)計劃。目前歐洲各國正在進(jìn)行 Telematics 的全面應(yīng)用開發(fā)工湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 作，計劃在全歐范圍內(nèi)建立專門的交通無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)。 美國 ITS 的雛形是始于 20 世紀(jì) 60 年代末期的電子路徑導(dǎo)向系統(tǒng)， 80 年代中期加利福尼亞交通部門研究的 PATHFINDER 系統(tǒng)獲得成功，此后開展了一系列這方面的研究， 1990 年美國運輸部成立智能化車輛道路系統(tǒng)組織， 1991 年國會制定了綜合地面運輸效率方案， 1994 智能化車輛道路系統(tǒng)年更名為 ITS,其實施戰(zhàn)略是通過實現(xiàn)面向 21世紀(jì)的“公路交通智能 化”，以便從根本上解決和減輕事故、混雜、非效率、能源浪費等交通中的各種問題 【 3】 。 1994 年 1 月成立路車交通智能協(xié)會， 1995 年 7月成立道路交通信息通信系統(tǒng)中心， 1996 年 4月 正式啟動道路交通信息通信系統(tǒng)中，先在首都圈內(nèi)而后推向大阪、名古屋等地， 1998 年向全國推進(jìn)。 ITS 在日本的發(fā)展始于 20世紀(jì) 70 年代， 1973 年～ 1978 年，日本成功地組織了一個“動態(tài)路徑誘導(dǎo)系統(tǒng)”的實驗。 國內(nèi)外城市智能交通系統(tǒng)的發(fā)展 國外 ITS 的發(fā)展 ITS 最初是在以監(jiān)控為主體的交通工程基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，開始只是進(jìn)行道路和車輛智能化的研究，而現(xiàn)在己經(jīng)擴(kuò)展到交通運輸?shù)娜窟^程及其有關(guān)部門，因此在歐洲由稱之為道路交通信息 通信系統(tǒng)。同時，對于車隊的管理人員，通過監(jiān)控中心可以實現(xiàn)對車輛的實時監(jiān)控和指揮調(diào)度，極大地提高了管理效率。 ITS 加速了交通運輸系統(tǒng)進(jìn)入信息時代的步伐，因此成為當(dāng)今交通管理領(lǐng)域的熱門研究課題，也是 21 世紀(jì)現(xiàn)代化交通運輸體系的發(fā)展方向 【 1】 。也可以說 ITS 是現(xiàn)代交通發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物，也是國際交通發(fā)展的大趨勢。 因此隨著交通擁堵問題的日益嚴(yán)重，在這種情況下，以現(xiàn)代計算機技術(shù)、通信技術(shù)、電子技術(shù)、優(yōu)化控制技術(shù)為核心的智能交通系統(tǒng)的研