CN102314767A - 一种基于udp的交通信息无线传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于UDP的交通信息无线传输方法。所述方法实现交通信息从位于交通路口的信号控制机到位于控制中心的服务器之间的上行传输过程和控制中心服务器到路口交通信号控制机的下行传输过程。位于路口的信号控制机通过局域网将交通信息传至一种无线通信设备，该无线通信设备通过用户数据报协议将交通信息传至中国联通公司的第3代移动通信网络中，位于控制中心的中继服务器接收到交通信息后，将数据发送到同一局域网中的控制中心服务器上。所述方法易于实现，操作简单，对原有交通信息传输系统的硬件和软件均不需改变，即插即用。相比原交通信息传输系统，本发明建设和运行成本都较低，具有明显的优势。
Description
技术领域
本专利涉及交通信息传输技术领域，具体地说，是一种基于UDP交通信息无线传输的方法。
背景技术
交通运输是城市经济活动的命脉，是影响城市发展和经济建设过程最重要的因素之一。城市交通控制系统是通过对交通信号的调节、警告和诱导以实现改善交通运输的质量，更好的利用现有的交通运输能力。在交通信号控制系统中，分布于各个路口的交通信号控制机主要实现检测信号、对信号做一定处理的功能，交通控制中心服务器实现接收交通信息数据、获取实时路况并对交通实施控制的功能。二者之间的通信层是保障交通控制的关键环节。
现行的交通控制系统主要有两种传输方案，一种是使用光纤进行通信。这种方式需要完成专线的架设，成本较高，施工、维护的难度较大，扩展性能也较差，在发展前景和环境适应方面不能满足需要。另一种是基于GPRS(GeneralPacket Radio Service，通用分组无线服务技术)的交通信息传输方案。这种方案由于GPRS网络技术自身的不足，导致通信的误码率和丢包率偏高，实时性也不够高，在交通信息传输过程中存在较大的局限性。
目前，WCDMA的理论带宽可达下行7.2Mbps(Million bits per second，兆比特每秒)，上行5.76Mpbs，WCDMA在信道上提供TCP/IP(Transmission ControlProtocol/Internet Protocol，传输控制协议/因特网协议)连接，可以用于因特网连接、数据传输等应用，完全满足交通数据传输对实时性的要求。此外，WCDMA采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道也可由多个用户共享，资源被有效地利用。在费用方面，由于WCDMA是借助分包交换技术，网络使用的费用不是以接入的时间计算，而是以消费者的数据传输量来计费，并且WCDMA永远在线，所以能够提供一种高效、低成本的无线分组数据业务。对于交通信息传输过程中这种间断的、突发性的和频繁的、点多分散的中小流量的数据传输，以及偶尔的大数据量传输，WCDMA十分适用。并且，随着WCDMA网络覆盖、通信质量及通信成本等方面的优化，WCDMA网络将更加有利于交通信息的传输。
发明内容
1)发明目的
本发明的提出主要是为了解决现有的两种交通信息传输方案中存在的问题。在现有的交通信息传输方案中，有限传输方案虽然有稳定可靠的优势，但建设、运行和维护成本都较大，对环境适应能力差，不利于扩展。基于GPRS的方案虽然解决了施工困难和扩展性能差的问题，但由于GPRS网络自身的不足，使得传输的可靠性、实时性和稳定性较差。这两种方案都存在一定的不足，无法满足日益发展的城市交通控制系统的需要。
为了解决以上问题，本发明提供了一种交通信息无线传输方法。该方法不需要进行额外的现场土木施工，既解决了有限传输方案中建设、运行和维护成本较高的问题，增强了扩展性能，又解决了基于GPRS传输方案中可靠性、实时性、稳定性差的问题，从而实现了交通信息数据的稳定、实时、可靠传输。
2)技术方案
为了实现上述目的本发明提供了一种基于UDP的交通信息无线传输方法，用于无线传输路口交通信号控制机与交通控制中心之间的交通信息数据，其特征是包括如下过程：
1)上行数据传输过程的步骤包括：
101)无线通信设备通过网线接收来自路口交通信号控制机的交通信息数据包；
102)无线通信设备采用UDP(User Datagram Protocol，用户数据报协议)将交通信息数据包发送到WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access，宽带码分多址)网络中，并等待确认信息，在收到确认信息后，继续发送下一个交通信息数据包；
103)中继服务器通过WCDMA网络接收交通信息数据包后，向无线通信设备回复确认信息，并继续等待接收下一个数据包；
104)中继服务器将所得的交通信息数据包通过网线发送到交通控制中心，完成上行数据传输过程；
2)下行数据传输过程的步骤是所述步骤101)～104)的逆过程，具体包括：
201)交通控制中心把下行交通信息数据包通过网线传给中继服务器；
202)中继服务器将来自交通控制中心的数据包通过UDP协议发送到WCDMA网络中，并等待确认信息，在收到确认信息后，继续发送下一个数据包；
203)无线通信设备通过WCDMA网络接收下行交通信息数据包后，向中继服务器回复确认信息，并继续等待接收下一个数据包；
204)无线通信设备将所得的来自交通控制中心的数据包通过网线发送到路口交通信号控制机，完成下行数据传输过程；
步骤101)中，无线通信设备创建原始套接字RAW SOCKET和接收路口信号控制机数据的线程，通过调用该线程中的recvfrom()函数接收来自路口交通信号控制机的IP数据包。
步骤204)中，无线通信设备创建UDP套接字和向路口信号控制机发送数据的线程，通过调用该线程中的sendto()函数向路口信号控制机发送UDP形式的交通信息数据包。
步骤102)和步骤202)中，无线通信设备(或中继服务器)在调用向中继服务器(或无线通信设备)发送数据的线程中的sendto()函数向WCDMA网络发出数据包后，该发送线程进入阻塞状态，等收到对该数据包的确认信号后再解除阻塞继续发送下一个数据包。若在超时时间内未收到确认信号，则重复发送该数据包，若重复次数超过预设次数仍未收到确认信号，则放弃该数据包的发送，继续发送下一个数据包。
步骤103)中，中继服务器通过接收无线通信设备数据的线程中的recvfrom()函数接收到来自无线通信设备的IP数据包后，对其进行解析，获得路口交通信号控制机的地址信息，并与通过recvfrom()函数获取的无线通信设备的地址信息建立映射表，存储在数据库中。同时触发向控制中心服务器转发数据的线程，对解析所得的交通信息数据包进行转发，并向无线通信设备回复确认信息，继续接收下一个数据包。
步骤203)中，无线通信设备通过接收中继服务器数据的线程中的recvfrom()函数接收到中继服务器的交通信息数据包后，触发向路口信号控制机转发数据的线程，对该交通信息数据包进行转发，同时向中继服务器回复确认信息，等待接收下一个数据包。
步骤104)，中继服务器将所得的交通信息数据包封装为以太帧，通过pcap_sendpacket()函数经有线网络发送到交通控制中心；太帧中填充的物理地址为中继服务器物理地址，IP地址为路口交通信号控制机的IP地址；
步骤201)，中继服务器从网卡上截取所有的以太帧，经过分析和过滤得到交通控制中心发出的数据帧，并从中解析出路口交通信号控制机的地址，通过查询路口信号机和无线通信设备地址映射表的数据库进一步确认该数据包应该发往的无线通信设备的地址。
所述中继服务器上建立有路口交通信号控制机的地址与无线通信设备的地址对应的数据库表，并在接收交通信息数据包时进行更新。在中继服务器向无线通信设备发送下行数据时，解析出路口交通信号控制机的地址后，通过查找数据库表得到应该发至的无线通信设备地址。
本方法原理性说明：UDP是基于用户数据报的无连接的传输协议采用UDP进行数据传输，无线通信设备与中继服务器之间不需要建立连接，而是可以直接进行数据传输。相比较面向连接的TCP传输方式，UDP方式在进行数据传输时消耗的系统资源较少，也更简单。在发送数据包后回复确认信息，是为了一旦发生数据丢失的情况，可以实现数据重发，从而在应用程序层面保证传输的可靠性。
所述步骤104)，中继服务器将所得的交通信息数据包封装为以太帧，经有线网络发送到交通控制中心。以太帧中的物理地址为中继服务器物理地址，IP地址为路口交通信号控制机的IP地址；
所述步骤201)，中继服务器从网卡上截取所有的以太帧，经过分析和过滤得到交通控制中心发出的数据帧，并从中解析出路口交通信号控制机的IP地址，进一步确认该数据包应该发往的无线通信设备的IP地址。所述中继服务器上建立有路口交通信号控制机的IP地址与无线通信设备的IP地址对应的数据库表，并在接收交通信息数据包时进行更新。在中继服务器向无线通信设备发送下行数据时，解析出路口交通信号控制机的IP地址后，通过查找数据库表得到应该发至的无线通信设备IP地址。
3)技术效果
本发明的技术效果主要体现在三个方面：
第一，与有限传输方案相比，本发明的建设、运行和维护成本大大降低，对环境适应能力强，易于安装和维护，扩展性能更好，能够产生更大的经济效益和社会效益。
第二，与基于GPRS的交通信息传输方案相比，本发明可以保证更好的可靠性、实时性、稳定性。
第三，本发明不需要修改原有的路口交通信号控制机和交通控制中心服务器中的任何软硬件，操作简单方便，可实现交通信息透明传输。
附图说明
下面对所要结合的附图作简要的说明，其中：
图1：示出了交通信息无线传输过程
图2：示出了交通信息无线传输实例流程图
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的具体实施方式。
一种基于UDP的交通信息无线传输方法，用于无线传输路口交通信号控制机与交通控制中心之间的交通信息数据，其特征是包括如下过程：
1)上行数据传输过程的步骤包括：
101)无线通信设备通过网线接收来自路口交通信号控制机的交通信息数据包；其中，
无线通信设备创建原始套接字RAW SOCKET和接收路口信号控制机数据的线程，通过调用该线程中的recvfrom()函数接收来自路口交通信号控制机的IP数据包；
102)无线通信设备采用UDP协议将交通信息数据包发送到WCDMA网络中，并等待确认信息，在收到确认信息后，继续发送下一个交通信息数据包；其中，
无线通信设备在调用向中继服务器发送数据的线程中的sendto()函数向WCDMA网络发出数据包后，该发送线程进入阻塞状态，等收到对该数据包的确认信号后再解除阻塞继续发送下一个数据包；
若在超时时间内未收到确认信号，则重复发送该数据包，若重复次数超过3次仍未收到确认信号，则放弃该数据包的发送，继续发送下一个数据包；
103)中继服务器通过WCDMA网络接收交通信息数据包后，向无线通信设备回复确认信息，并继续等待接收下一个数据包；其中，
中继服务器通过接收无线通信设备数据的线程中的recvfrom()函数接收到来自无线通信设备的IP数据包后，对其进行解析，获得路口交通信号控制机的地址信息，并与通过recvfrom()函数获取的无线通信设备的地址信息建立映射表，存储在数据库中；同时触发向控制中心服务器转发数据的线程，对解析所得的交通信息数据包进行转发，并向无线通信设备回复确认信息，继续接收下一个数据包；
104)中继服务器将所得的交通信息数据包通过网线发送到交通控制中心，完成上行数据传输过程；其中，
中继服务器将所得的交通信息数据包封装为以太帧，通过pcap_sendpacket()函数经有线网络发送到交通控制中心；太帧中填充的物理地址为中继服务器物理地址，IP地址为路口交通信号控制机的IP地址；
2)下行数据传输过程的步骤是所述步骤101)～104)的逆过程，具体包括：
201)交通控制中心把下行交通信息数据包通过网线传给中继服务器；
202)中继服务器将来自交通控制中心的数据包通过UDP协议发送到WCDMA网络中，并等待确认信息，在收到确认信息后，继续发送下一个数据包；其中，
中继服务器在调用向无线通信设备发送数据的线程中的sendto()函数向WCDMA网络发出数据包后，该发送线程进入阻塞状态，等收到对该数据包的确认信号后再解除阻塞继续发送下一个数据包；
若在超时时间内未收到确认信号，则重复发送该数据包，若重复次数超过3次仍未收到确认信号，则放弃该数据包的发送，继续发送下一个数据包。
203)无线通信设备通过WCDMA网络接收下行交通信息数据包后，向中继服务器回复确认信息，并继续等待接收下一个数据包；其中，
无线通信设备通过接收中继服务器数据的线程中的recvfrom()函数接收到中继服务器的交通信息数据包后，触发向路口信号控制机转发数据的线程，对该交通信息数据包进行转发，同时向中继服务器回复确认信息，等待接收下一个数据包；
204)无线通信设备将所得的来自交通控制中心的数据包通过网线发送到路口交通信号控制机，完成下行数据传输过程；其中，
无线通信设备创建UDP套接字和向路口信号控制机发送数据的线程，通过调用该线程中的sendto()函数向路口信号控制机发送UDP形式的交通信息数据包。
步骤201)，中继服务器从网卡上截取所有的以太帧，经过分析和过滤得到交通控制中心发出的数据帧，并从中解析出路口交通信号控制机的地址，通过查询路口信号机和无线通信设备地址映射表表的数据库进一步确认该数据包应该发往的无线通信设备的地址。
中继服务器上建立有路口交通信号控制机的地址与无线通信设备的地址对应的数据库表，并在接收交通信息数据包时进行更新；
在中继服务器向无线通信设备发送下行数据时，解析出路口交通信号控制机的地址后，通过查找数据库表得到应该发至的无线通信设备地址。
本例中，用到的函数说明如下：
recvfrom()函数：接收一个数据报并保存源地址，包含在头文件winsock.h中。函数原型为：
int PASCAL FAR recvfrom(SOCKET s，char FAR*buf，int len，int flags，
struct sockaddr FAR*from，int FAR*fromlen)；
s：标识一个已连接套接口的描述字。
buf：接收数据缓冲区。
len：缓冲区长度。
flags：调用操作方式。
from：(可选)指针，指向装有源地址的缓冲区。
fromlen：(可选)指针，指向from缓冲区长度值。
sendto()函数：向一指定目的地发送数据，适用于已连接的数据报或流式套接口发送数据。包含在头文件winsock.h中。函数原型为：
int PASCAL FAR sendto(SOCKET s，const char FAR*buf，int len，int flags，
const struct sockaddr FAR*to，int tolen)；
s：一个标识套接口的描述字。
buf：包含待发送数据的缓冲区。
len：buf缓冲区中数据的长度。
flags：调用方式标志位。
to：(可选)指针，指向目的套接口的地址。
tolen：to所指地址的长度。
pcap_sendpacket()函数：从指定的网络接口向网络中发送原始数据，函数原型为：
int pcap_sendpacket(pcap_t*p，u_char*buf，int size)
p：用于发送数据的网络接口。
buf：发送的数据内容(包含不同的协议头)。
size：发送数据包的大小。
图1所示为交通信息无线传输过程，示出了路口交通信号控制机与交通控制中心之间交通信息数据传输的过程。
图2示出了用路口交通信号控制机至控制中心的无线通信方法传输路口交通信号控制机向交通控制中心发送的交通信息数据的一个实例流程图，下面将参考图2描述该传输过程。
如图2所示，传输路口交通信号控制机向交通控制中心发送的交通信息数据的一个实例流程包括以下几个步骤：
第一步(S1)：交通信息数据将首先通过路口交通信号控制机与无线通信设备之间相连接的网线，发送到无线通信设备；
第二步(S2)：无线通信设备将交通信息数据包通过无线通信模块无线发送到WCDMA基站及其网络中，并等待接收确认信号。在接收到确认信号后，继续发送下一个数据包；
第三步(S3)：中继服务器通过WCDMA基站接收交通信息数据包，回复确认信号后，继续接收下一个数据包；
第四步(S4)：中继服务器将交通信息数据经有线线路发送到交通控制中心，完成交通信息数据的传输过程。
在前述的传输实例各阶段中，均可以通过抓包查看传输的数据包内容，经过对抓包所得数据包的分析可以得知，路口交通信号控制机发出的数据内容和交通控制中心服务器接收到的数据内容完全相同，与预期结果完全相符。
上述实施例和优点只是示例，不应作为本发明的限制，在不违背本发明权利要求范围和精神的情况下，可进行变化和修改。
Claims (3)
1.一种基于UDP的交通信息无线传输方法，用于无线传输路口交通信号控制机与交通控制中心之间的交通信息数据，其特征是包括如下过程：
1)上行数据传输过程的步骤包括：
101)无线通信设备通过网线接收来自路口交通信号控制机的交通信息数据包；其中，
无线通信设备创建原始套接字RAW SOCKET和接收路口信号控制机数据的线程，通过调用该线程中的recvfrom()函数接收来自路口交通信号控制机的IP数据包；
102)无线通信设备采用UDP协议将交通信息数据包发送到WCDMA网络中，并等待确认信息，在收到确认信息后，继续发送下一个交通信息数据包；其中，
无线通信设备在调用向中继服务器发送数据的线程中的sendto()函数向WCDMA网络发出数据包后，该发送线程进入阻塞状态，等收到对该数据包的确认信号后再解除阻塞继续发送下一个数据包；
若在超时时间内未收到确认信号，则重复发送该数据包，若重复次数超过预设次数仍未收到确认信号，则放弃该数据包的发送，继续发送下一个数据包；
103)中继服务器通过WCDMA网络接收交通信息数据包后，向无线通信设备回复确认信息，并继续等待接收下一个数据包；其中，
中继服务器通过接收无线通信设备数据的线程中的recvfrom()函数接收到来自无线通信设备的IP数据包后，对其进行解析，获得路口交通信号控制机的地址信息，并与通过recvfrom()函数获取的无线通信设备的地址信息建立映射表，存储在数据库中；同时触发向控制中心服务器转发数据的线程，对解析所得的交通信息数据包进行转发，并向无线通信设备回复确认信息，继续接收下一个数据包；
104)中继服务器将所得的交通信息数据包通过网线发送到交通控制中心，完成上行数据传输过程；其中，
中继服务器将所得的交通信息数据包封装为以太帧，通过pcap_sendpacket()函数经有线网络发送到交通控制中心；太帧中填充的物理地址为中继服务器物理地址，IP地址为路口交通信号控制机的IP地址；
2)下行数据传输过程的步骤是所述步骤101)～104)的逆过程，具体包括：
201)交通控制中心把下行交通信息数据包通过网线传给中继服务器；
202)中继服务器将来自交通控制中心的数据包通过UDP协议发送到WCDMA网络中，并等待确认信息，在收到确认信息后，继续发送下一个数据包；其中，
中继服务器在调用向无线通信设备发送数据的线程中的sendto()函数向WCDMA网络发出数据包后，该发送线程进入阻塞状态，等收到对该数据包的确认信号后再解除阻塞继续发送下一个数据包；
若在超时时间内未收到确认信号，则重复发送该数据包，若重复次数超过预设次数仍未收到确认信号，则放弃该数据包的发送，继续发送下一个数据包。
203)无线通信设备通过WCDMA网络接收下行交通信息数据包后，向中继服务器回复确认信息，并继续等待接收下一个数据包；其中，
无线通信设备通过接收中继服务器数据的线程中的recvfrom()函数接收到中继服务器的交通信息数据包后，触发向路口信号控制机转发数据的线程，对该交通信息数据包进行转发，同时向中继服务器回复确认信息，等待接收下一个数据包；
204)无线通信设备将所得的来自交通控制中心的数据包通过网线发送到路口交通信号控制机，完成下行数据传输过程；其中，
无线通信设备创建UDP套接字和向路口信号控制机发送数据的线程，通过调用该线程中的sendto()函数向路口信号控制机发送UDP形式的交通信息数据包。
2.根据权利要求1所述的交通信息无线传输方法，其特征是
步骤201)，中继服务器从网卡上截取所有的以太帧，经过分析和过滤得到交通控制中心发出的数据帧，并从中解析出路口交通信号控制机的地址，通过查询路口信号机和无线通信设备地址映射表的数据库进一步确认该数据包应该发往的无线通信设备的地址。
3.根据权利要求1所述的特征的无线通信方法，其特征是中继服务器上建立有路口交通信号控制机的地址与无线通信设备的地址对应的数据库表，并在接收交通信息数据包时进行更新；
在中继服务器向无线通信设备发送下行数据时，解析出路口交通信号控制机的地址后，通过查找数据库表得到应该发至的无线通信设备地址。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20120111 |