CN101996495A - 城市交通信号控制系统通讯解耦方法 - Google Patents
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Abstract
一种城市交通信号控制系统通讯解耦方法，包括如下步骤：(1)将交通信号控制系统与信号机的通信联系设置为“中心系统-中心系统数据网关-通信网络-本地数据网关-路口信号机”的通信模式；(2)在交通信号控制系统的协议基础上，分解应用层数据并增加SID(Service ID)数据包，构成基于SID数据包的专用交通信号控制系统网络通讯协议；所述SID数据包是对中心系统下发指令和信号机上传数据进行唯一性的服务编码并封装，编码位置处于交通系统应用数据前。本发明的城市交通信号控制系统通讯解耦方法，能够对不同的路口交通信号机实施远程控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种城市交通信号控制系统，特别是涉及一种城市交通信号控制系统通讯解耦方法。
背景技术
在我国诸多城市交通管理实践中应用了多种执行不同通讯协议标准的路口交通信号机，典型的如北京市就有西门子的ST200\ST800\MCU信号机、ATC2070信号机、海信HSC信号机等。这些执行不同通讯协议的交通信号机共存的局面，给网络化交通信号协调控制带来了诸多不便。目前国内外广泛应用的SCOOT、SCATS等交通信号控制系统虽然具备良好的区域信号控制能力，但只能控制某些特定的信号机型，大大限制了交通信号控制系统的应用范围和控制能力。其主要原因在于当前交通信号控制系统与交通信号机之间使用的是具有自封闭性和高耦合性的数据通信协议。
发明内容
针对交通信号控制系统的上述缺点，本发明提供了一种可实现路口交通信号机与信号控制系统相互独立的数据通讯解耦方法，特别适用于多种信号机与多种交通信号控制系统共存的城市。
本发明提供的城市交通信号控制系统通讯解耦方法，包括如下步骤：
(1)将交通信号控制系统与信号机的通信联系设置为“中心系统-中心系统数据网关-通信网络-本地数据网关-路口信号机”的通信模式。
(2)在交通信号控制系统的协议基础上，分解应用层数据并增加SID(Service ID)数据包，构成基于SID数据包的专用交通信号控制系统网络通讯协议。所述SID数据包是对中心系统下发指令和信号机上传数据进行唯一性的服务编码并封装，编码位置处于交通系统应用数据前。
上述的城市交通信号控制系统通讯解耦方法中，中心系统数据网关和本地数据网关之间的通讯协议分为三层，包括：链路层，实现交通信号机的寻址；传输层，将封装的数据利用虚拟专网进行传输；应用层，包含交通系统应用数据包和SID数据包两部分，交通系统应用数据包直接面向中心交通信号控制系统，实现交通数据上传和控制指令接收，SID数据包实现通讯解耦。
上述的城市交通信号控制系统通讯解耦方法中，中心系统数据网关和本地数据网关均为通讯服务器。
本发明的城市交通信号控制系统通讯解耦方法，通过研发基于SID技术的专用远程网络通讯协议，实现路口信号机与中心交通信号控制系统间的通讯解耦，使交通信号控制系统能够对不同的路口交通信号机实施远程控制。
附图说明
图1是本发明所述的交通信号控制系统的通信结构示意图；
图2是本发明所述的基于SID数据包的专用交通信号控制网络通讯协议的结构示意图；
图3是本发明所述的基于SID的通讯协议包示意图。
具体实施方式
为了使本领域普通技术人员对本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图，进一步阐述本发明。
本发明提供一种城市交通信号控制系统通讯解耦方法，具体包括如下步骤：
(1)将原有交通信号控制系统与信号机直接互联的通信模式改造为“中心系统-中心系统数据网关-通信网络-本地数据网关-路口信号机”的通信模式，打破原有数据通信的自封闭性。通信结构如图1所示，包括路口信号机、本地数据网关、中心系统数据网关和中心系统。
(2)在原有交通信号控制系统的协议基础上，分解应用层数据并增加SID数据包，构成基于SID数据包的专用交通信号控制系统网络通讯协议。
图2为通讯协议结构，中心系统数据网关和本地数据网关采用相同的协议结构实现数据交互；图3为具体的通讯协议包。由图2和图3可知，中心系统数据网关和本地数据网关之间通讯协议可分为三层，包括：链路层，利用现有的HDLC数据包和IP数据包实现交通信号机的寻址；传输层，将封装的数据利用以UDP数据包为基础的虚拟专网方式进行传输；应用层，该层通讯数据分为交通系统应用数据包和SID数据包两部分。交通系统应用数据层直接面向中心交通信号控制系统，实现交通流数据、信号机状态数据等交通数据上传和信号控制指令接收；SID数据包实现数据内容唯一性的判别。其中，中心系统数据网关和本地数据网关均为通讯服务器；SID数据包是对中心系统下发指令和信号机上传数据进行唯一性的服务编码并封装，SID编码可以是时间戳、自然数编码、加密编码等，编码位置处于交通系统应用数据前。
中心系统数据网关和本地数据网关之间的通讯协议可分为三层，包括：链路层，用于实现交通信号机的寻址；传输层，用于将封装的数据利用虚拟专网进行传输；应用层，包含交通系统应用数据包和SID数据包两部分。交通系统应用数据包直接面向中心交通信号控制系统，实现交通数据上传和控制指令接收；SID数据包实现通讯解耦。
通过上述专用远程网络协议，中心系统与路口信号机之间实现通讯解耦，即：
第一层通讯：路口信号机与本地数据网关之间的通讯。由本地数据网关实现具体信号机的通讯数据打包、上传，同时接收数据、解包、传送至对应信号机；
第二层通讯：本地数据网关与中心系统数据网关之间的通讯。基于互联网，由本地数据网关将上行交通数据通过虚拟专网进行打包、封装、转发至中心系统数据网关，下行数据亦然；
第三层通讯：中心系统数据网关与中心系统之间的通讯。由于不同的中心交通信号控制系统内部均采用不同的通讯协议，需要将获得的数据转换为中心系统可理解的内容；同时，将中心系统形成的交通决策数据转化为本地数据网关可识别的数据包，即包含控制指令和控制对象的数据包。实现对SCOOT/NTCIP等交通应用数据层的打包和传输。
应用SID技术可实现如下通信解耦功能：
(1)上端的中心系统与下端的路口交通信号机的设备解耦。由于原有信号控制系统在通讯协议上的自封闭性，在国内外诸多交通信号控制系统中均要求由专用的信号机与信号控制系统相对应。采用SID编码后，交通数据或控制指令在互联网上将具有唯一性和易识别性，在路口交通信号机支持网络控制的条件下，即可在不同交通信号控制系统下实施控制。
(2)上端的中心系统与下端的路口交通信号机的控制解耦。能够保障下端k时刻上传的数据能够在网络时延允许的范围内仍作为第k时刻的交通状态被上端进行运算处理，同理上端第k时刻下发的指令能够在网络时延允许的范围内仍作为第k时刻的控制要求被下端执行。这样即使存在一定的网络时延也能够保证信号控制的正确性。
路口交通信号机与中心交通信号控制系统之间的通讯解耦，从理论上实现了信号机与控制系统的设备独立性，因此，对于交通信号控制系统而言，不同城市、不同区域、不同型号的路口交通信号机便成为“虚拟化”的控制单元，可以实现交通控制策略、控制模式上的无差别控制。另一方面，对于路口交通信号机而言，它接受的仅仅是控制指令，而不关心来自哪个系统。
从数学模型的角度出发，通过这样的虚拟化方式就将交通信号控制系统抽象成为多源端与多终端的复合映射，交通信号控制系统的核心任务从对现场信号机的实时控制转化为对交通数据的分析和控制决策上，为深入挖掘交通信号控制系统的控制能力提供条件。
以上描述了本发明的基本原理和主要特征以及优点。本领域普通技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (3)
1.一种城市交通信号控制系统通讯解耦方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将交通信号控制系统与信号机的通信联系设置为“中心系统-中心系统数据网关-通信网络-本地数据网关-路口信号机”的通信模式；
(2)在交通信号控制系统的协议基础上，分解应用层数据并增加SID(Service ID)数据包，构成基于SID数据包的专用交通信号控制系统网络通讯协议；所述SID数据包是对中心系统下发指令和信号机上传数据进行唯一性的服务编码并封装，编码位置处于交通系统应用数据前。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中心系统数据网关和本地数据网关之间的通讯协议分为三层，包括：链路层，实现交通信号机的寻址；传输层，将封装的数据利用虚拟专网进行传输；应用层，包含交通系统应用数据包和SID数据包两部分，交通系统应用数据包直接面向中心交通信号控制系统，实现交通数据上传和控制指令接收，SID数据包实现通讯解耦。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述中心系统数据网关和本地数据网关均为通讯服务器。
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