基于SONET的ITS通信系统

    摘 要： 介绍智能交通系统ITS）的基本概念、主要功能、系统的基本结构以及ITS系统在国内外的发展现状，并提出了一个基于SONET网络的ITS通信系统解决方案。

    关键词： 智能交通系统（ITS） SONET 交通管理 

      

    如何改善一个地区的交通状况，通常有两种方法：一种是增加对交通设施基本建设的投入，如增加道路的数量和质量等以增加交通网络的容量；另一种方法是在现有的道路容纳能力上，通过加强管理来提高道路的利用率从而提高道路的实际容量。实践证明单纯依靠增加道路的基础建设并不能收到很好的效果，尤其是对于一些大城市来说，城市的容纳能力限制了道路的拓宽。计算机、通信以及自动控制等技术的发展成熟为通过宏观调控提高交通网络的利用率和安全性提供了可能。目前，在许多发达国家，以利用计算机通讯网络为主，融合自动控制和测量技术等为一体的智能交通系统（ITS）已经成为研究的热点。本文首先介绍ITS的基本概念，ITS在国外的发展状况，最后，利用SONET网络，提出了一个ITS通信系统的解决方案。

    １ ITS系统简介

    1.1 ITS的主要功能

    智能交通系统ITS(Intellingnt Transportation System)是一个集通信、监测和控制为一体的综合系统。它主要实现以下几个方面的功能：监测道路网络的交通状况，控制交通信号系统的运行，保证交通网络的可靠、高效、有序运作；收集和处理有关交通（如不同路段的交通量、路面质量、定位信息等）或其它方面的信息（如天气情况等），为用户提供实时的信息服务；实现智能的交通管理，如：自动计费系统，自动车辆识别系统，运行中车辆重量自动测试等等；同其它系统（如Internet，公众电话网等）或机构（如急救中心、消防中心、警察局等）互连，为用户提供更多的信息服务，同时提高交通系统应付和解决紧急问题的能力。

    1.2 目前全球ITS的发展状况

    ITS 是近年来提出的一个崭新的技术，它是计算机、通信、控制和测试技术发展的产物。同时由于它是一个全新的领域，不存在对旧有技术改造等问题，这使它能够采用许多最新的技术，这也是它得以迅速发展的原因。目前，美国、欧洲的许多国家及亚洲的一些经济和科技较发达的国家和地区都投入了大量的人力和财力对这一领域进行研究和建设。

    美国是目前对这一领域研究投入最大，成果也最丰的国家。美国的许多州的DOT(Department of Toansportation)都根据自己的实际情况制定了相应的ITS发展方案。Massachusetts州的

Cross Country Global ITS Services计划结合蜂窝技术和精确GPS定位技术，为用户提供定位和交通信息；California州和Pennsylvania州分别重组了其TMC(Transportation Management Center)以推动ITS 的发展；Arizona 州AZTechTM 提出 “Valley of the Sun”ITS计划，以提高该州的交通条件和居民生活质量；Virginia州的Oncall Technical Support Services Project等等。

    欧洲在ITS领域的研究也取得了较大的成果。法国已经将“Mediamobile`s Visionaute″成功地推向市场，该系统为用户提供实时的交通拥塞告警服务；英国的UTMC(Urban Traffic Management and Control system)也取得了较大的成功；跨欧洲的EFFECT(Enviromental Forecasting For the Effective Control of Traffic)计划也于1999年1月开始实施，该计划打算建立一个集空气质量监测和交通需求管理为一体的综合系统。

    在亚洲，日本、新加坡、以色列等国家以及我国的台湾省也在一定的范围内着手建立自己的ITS系统。此外，加拿大、巴西、澳大利亚等国家的ITS系统的研究和建设都取得了一定的成果。我国的厦门等城市也已对ITS进行初步的尝试，但由于各方面的原因，到目前为止尚没有较完整的ITS系统。

    国内外的ITS实践的结果表明ITS系统在提高道路的利用率以及交通安全方面已经取得了显著的效果，美国交通部（USDOT）提供的数据表明：安装了ITS系统后，旅行时间平均降低48%，平均交通速度提高62%，道路的容纳能力提高25%，同时交通事故的发生率出现明显的下降，在有些地区下降到50%(USDOT:"Building the ITI:Putting the National ITS Architecture into Action"1997数据）。不仅如此，ITS在提高人们生活，促进地区经济和社会发展等方面起到了巨大的作用，研究和建设ITS系统具有极大的经济和社会效益。

    1.3 ITS系统的组成及各部分主要功能

    ITS是一个综合系统，图１为一个典型的ITS系统基本结构图。从系统各部分实现的功能来看，整个系统大致可以分为四部分：中央处理系统、职能分系统、信息传输系统和终端设备。

    中央处理系统是ITS的核心，它主要包括中央处理设备，数据存储设备，显示设备，以及实现和其它系统互连的通信控制设备等等。它的主要功能包括：控制和协调各个分系统，保证整个系统的可靠运行；分析和处理来自各分系统的信息；提供ITS系统和其它系统之间的接口。

    职能分系统包括交通管理系统，交通信号管理系统，高速公路控制系统等等。它们根据分工的不同分别实现不同的功能，如交通管理系统负责各路段或关口等的自动计费，车辆自动识别等；交通信号管理系统负责交通信号的控制；高速公路控制系统负责对高速公路的管理和维护。

    信息传输系统是ITS赖以存在的基础，它一方面负责将用户所需的各类信息如图象、声音、视频或数据等快速可靠地传递给用户，并将用户的信息反馈到监控中心。另一方面，监控系统终端设备如传感器、摄像机等获取的数据必须通过它传给监控中心，监控中心发出的各种指令也必须通过它来传送。不仅如此，用户通过它还可以实现同外界的通信。

    终端设备包括监测设备（如摄像机、各种传感器等），信号设备（如LED）以及用户设备等。

    ２ 基于光纤分布式网络的ITS系统

    ITS是一个复杂的综合性系统，它涉及到数据、话音、视频、图象等信号的传输和处理等问题。数据传输的方法很多，包括双绞线（屏蔽和无屏蔽）、同轴电缆、光纤和各种模拟或数字的无线技术等。ITS系统不同部分的应用需要不同的信号传输方案。光纤介质具有高容量、高抗干扰能力和低误码率等特点，这使光纤传输方案被广为利用。同其它的网络技术相比，同步光纤网络（SONET-Synchronous Optical Network)具有很多的优越性：网络具有自愈能力，具有增强的网络操纵、管理和维护能力，灵活的带宽分配和使用能力，传输各种数据和高带宽的能力以及服务质量（QOS）保证等等。因此本文利用SONET给出一个有效的ITS通信网络解决方案。

    2.1 网络的基本拓扑结构

    图2为网络的主要部分的拓扑结构，从图中可以看到网络主要由主干网和节点单元两部分组成。

    2.1.1主干网

    主干网为一个广域网，提供1.6～44Mbps的视频通道用来传输视频信号。WAN上的任意节点可访问该WAN，视频源（如摄像机、VCR、DVD等等）采用可由用户配置参数的压缩算法进行数字化，根据不同的配置改变比特率，以改变带宽，方便带宽管理。系统采用动态智能带宽分配技术，支持以下几种视频信号的质量标准：

    · 广播质量：700×800,30帧/s的NTSC彩色信号；

    · INTERNET质量：350×240,15帧/s的彩色信号；

    · 高质量的图象电话：350×340,10帧/s的彩色信号；

    · 高分辨率700×480彩色图象，2帧／秒，每个摄像机约用400kbps。

    2.1.2 节点单元

    图３为一个典型的节点单元（本地本地操纵中心），节点利用SONET接口卡提供不同的接口以满足不同信号（如交通监视视频信号、交通信号控制信号及其它的可变消息信号等）的传输要求。这些接口单元能够提供不同的连接标准，例如：RS232、Ethernet等。通过它为不同的信号（话音、数据、Ethernet信号、视频信号）在同一通信媒介上传播提供一个有效的途径，多个网络可以通过节点单元接入骨干网中，以形成一个统一的网络。

    对于视频信号SONET接口卡提供两种单元：VMapper单元和视频I/O单元。VMapper单元有两种选择：基于OC-3（表１）的44Mbps和基于OC-1或OC-3的1.6～11Mbps，每个VMapper单元含4个端口以连接I/O单元。视频I/O单元为一个监视器或多达３个摄像机同VMapper单元间提供接口。

    2.2 网络操作系统选择

    选择windows NT作为系统的网络操作系统，利用windows可以方便地将网络管理、带宽管理、视频监视、摄像机控制结合在统一的图形用户界面（GUI）上以方便管理。利用多个监视器，可以同时对不同的地点进行监视。windows还提供plus-and-play 和drag-drop功能，可方便地增减设备或在不同的管理功能之间进行切换。

    2.3系统的特点

    该系统采用客户／服务器结构，支持RS232、Ethernet、ATM、语音和视频等数据格式。在网络的任何点可以增减通信信道（该特点允许在多点监视或控制交通管理系统），基于SONET WAN的NT客户／服务器环境允许在多点运行应用软件。带宽可动态分配，可通过动态调整视频信号的质量来调整带宽，这允许大量的摄像机接入到系统而不需为所有的摄像机预留带宽，同时也允许在任何节点加减视频信号或在不同的物理位置上同时连入多个摄像机监视站。

    总而言之，ITS智能交通系统是近年发展起来的一门新技术，具有极大的发展前景。本文介绍了ITS的基本概念、ITS系统所实现的功能、ITS系统目前在国内外的发展状况。在此基础上介绍了ITS系统的基本组成结构和各部分的主要功能，最后根据ITS系统的通信要求和光纤通信网络的特点，提出了一个基于SONET ＷＡＮ的ITS通信系统的实现方案，对我国ITS系统的建设具有一定的启发意义。