CN106875501A - 一种高速公路收费系统多通道连接通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种高速公路收费系统多通道连接通信方法，该方法在高速公路管理中心设置中心智能路由器，在高速公路管理中心所辖的各收费站分别设置站智能路由器；在中心智能路由器和每个站智能路由器之间构建三路数据传输通道：专网有线通道、公网有线VPN通道和公网无线VPN通道；为各数据传输通道设置不同的优先级，通过智能路由器管理及根据优先级选通数据传输通道，为高速公路收费系统的前端收费站和后端高速公路管理中心之间提供近乎不间断的数据传输。

Description

一种高速公路收费系统多通道连接通信方法

技术领域

本发明涉及智能交通收费领域，尤其一种高速公路收费系统多通道连接通信方法。

背景技术

专网通信，是指一些行业、部门或单位内部，为满足其进行组织管理、安全生产、调度指挥等需要所建设的通信网络。高速公路收费系统涉及诸多通行信息、收费信息，对数据传输的可靠性、安全性、实时性有很高的要求。目前各高速公路都建设专网来实现收费系统的数据传输。目前高速公路通信系统一般采用基于光纤通信的智能光网络技术，且随着路网的建设，通信网络也组成网状网，为收费数据的可靠、安全、实时传输提供了保障。但其光缆均沿高速公路通信管道敷设，在高速公路发生严重事故时，会造成网络中断，且难以短时间恢复。且高速公路的通信维护能力难以与电信公司相比，从而造成高速公路通信网一般非常可靠，但一旦出现问题就造成极大的影响。

公网通信，是指电信公司提供的面向所有可能用户的通信网络，可以提供有线网络或无线网络。公网通信一般可提供指定带宽的传输通道，并由公网提供商保证传输通道的可靠性。但其数据传输的安全性需要借由其它手段实现，一般采用虚拟专网VPN(virtualprivate networks)实现。即公网运行商在其网络中为高速公路构建一个虚拟的专网，其它用户是无法接入该网络的。或采用VPN加密隧道为高速公路提供点对点的安全通道。

智能路由，路由(routing)是指分组从源到目的地时，决定端到端路径的网络范围的进程。路由工作在OSI参考模型第三层——网络层的数据包转发设备。路由器通过动态维护路由表来反映当前的网络拓扑，并通过网络上其他路由器交换路由和链路信息来维护路由表。智能路由可依据路径长度、可靠性、延迟、带宽、负载等综合度量来选择更佳的路径，即最佳路由。

目前我国的高速公路收费系统的数据通信方式一般采用专用的光纤通信网提供的专用通道，辅以公网通道备用。在MTC收费模式下，这种方式足够满足需要，但在ETC普及以及云平台推广后，对收费系统的数据传输提出了更高的要求，不但要保证必要的带宽，还要通信中断后立即恢复。目前的通信模式还不能满足要求，主要表现在一般情况下可靠性很高，但一旦出现异常则恢复很慢，且在云平台推广后，原则上要求通信系统不能中断。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种更为可靠的高速公路收费系统通信方法，满足高速公路收费系统的前端收费站和后端高速公路管理中心通信可靠性的要求。

为实现上述技术效果，本发明所采用的技术方案为：

一种高速公路收费系统多通道连接通信方法，包括步骤：

(1)在高速公路管理中心设置中心智能路由器，在高速公路管理中心所辖的各收费站分别设置站智能路由器；

(2)在中心智能路由器和每个站智能路由器之间构建三路数据传输通道，分别为：专网有线通道，公网有线VPN通道和公网无线VPN通道；高速公路管理中心和收费站分别通过中心智能路器和对应的站智能路由器接入三路数据传输通道；

(3)中心智能路由器和站智能路由器分别构建自己的路由表；中心智能路由器的路由表包括：各站智能路由器的地址、各站路由器接入三路数据传输通道的接口编号、路由的跳数、路由所属数据传输通道编号以及对应数据传输通道的优先级系数；站智能路由器的路由表包括：中心智能路由器的地址、自身接入三个数据传输通道的接口编号、路由的条数、路由所属数据传输通道编号以及对应数据传输通道的优先级系数；

(4)初始化中心智能路由器和站智能路由器的路由表中专网有线通道的优先级系数为N、公网有线VPN通道的优先级系数为M、公网无线VPN通道的优先级系数为P；N>M>P>0；

(5)中心智能路由器在发送数据包时依次执行以下步骤：

(5-1)选取自己路由表中优先级系数最大的数据传输通道，并通过该数据传输通道尝试建立到达数据包目的节点的路由；

(5-2)若路由建立成功，则通过建立好的路由传递对应数据包；

(5-3)若路由建立失败，则先更新自己的路由表，将路由表中该传输通道的优先级系数更新为0，并将优先级系数为0的数据传输通道编号和自身地址上传高速公路管理中心，高速公路管理中心恢复对应数据传输通道后，将对应数据传输通道的优先级系数恢复为初始值；然后返回步骤(5-1)；

(5-4)重复执行步骤(5-1)至(5-3)，直至成功建立起到达数据包目的节点的路由；成功建立起路由后，将数据包发送给目的节点；

(6)站智能路由器在发送数据包时依次执行以下步骤：

(6-1)选取自己路由表中优先级系数最大的数据传输通道，并通过该数据传输通道尝试建立到达数据包目的节点的路由；

(6-2)若路由建立成功，则通过建立好的路由传递对应数据包；

(6-3)若路由建立失败，则先更新自己的路由表，将路由表中该数据传输通道的优先级系数更新为0，然后返回步骤(6-1)；

(6-4)重复执行步骤(6-1)至(6-3)，直至成功建立起到达数据包目的节点的路由；成功建立起路由后，将数据包和当前路由表中优先级系数为0的数据传输通道编号以及自己的地址、自身接入优先级系数为0的传输通道的接口编号发送给目的节点，即中心智能路由器；中心智能路由器将收到的站智能路由器的地址及其路由表中优先级系数为0的数据传输通道编号上传高速公路管理中心；高速公路管理中心恢复对应数据传输通道后，将对应数据传输通道的优先级系数恢复为初始值。

进一步的，所述步骤(5)中，中心智能路由器或站智能路由器尝试建立路由的步骤为：

中心智能路由器/站智能路由器通过选取出的当前优先级系数最大的数据传输通道向数据包的目的节点发送路由建立请求；若中心智能路由器在预设的时间阈值区间内接收到目的节点反馈的同意建立路由的信息，则判定对应路由建立成功；否则，中心智能路由器/站智能路由器判定对应路由建立失败；

所述路由建立请求包括发出路由建立请求的源节点的地址；同意建立路由的信息包括发出同意建立路由的信息的源节点的地址。

进一步的，上述技术方案还包括中心智能路由器自检，中心智能路由器的自检步骤为：

1)中心智能路由器定时向路由表中各站智能路由器发送HELLO数据包，对于同一个站智能路由器，中心智能路由器同时通过三个数据传输通道向该站智能路由器分别发送HELLO数据包；HELLO数据包包括：中心智能路由器地址、发送HELLO数据包的数据传输通道编号、数据包编号、发出HELLO数据包的时间、HELLO数据包的目的节点；

2)站智能路由器接收到中心智能路由器发出的HELLO数据包后，向站智能路由器反馈回应消息；回应消息包括：站智能路由器地址、接收到的HELLO数据包编号、接收HELLO数据包的数据传输通道编号、接收到的HELLO数据包的发出时间、发出回应消息的时间；

3)中心智能路由器接收到站智能路由器反馈的回应消息后，根据回应消息计算HELLO数据包到达对应站智能路由器的时间和自身接收回应消息的时间，若两时间中有任意一个大于预设的阈值，则中心智能路由器将自己的路由表中与该站智能路由器对应的数据传输通道的优先级系数置零，并返回步骤1)重新进行自检；当满足自检得到的HELLO数据包到达对应站智能路由器的时间和自身接收回应消息的时间均小于预设的阈值时，恢复对应数据传输通道的优先级系数为初始值；

4)若中心智能路由器在预设的时间阈值范围内未收到站智能路由器反馈的回应消息，则中心智能路由器将对应的数据传输通道的优先级系数置零，并将对应的数据传输通道编号上传高速公路管理中心。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：

1、提供一种更为可靠的收费系统数据传输方法，通过在现有的数据传输通道中增加公网无线VPN通道，通过无线通信可有效弥补有线通信一旦异常则恢复周期较长的弊端，保证收费系统的数据传输满足新型收费模式的不间断传输的要求。

2、采用智能路由技术，可在多个通道之间自动快速选择正常的数据传输通道，为收费系统提供连续的数据传输通道，保证收费数据的不间断传输，满足新型收费系统连续实时数据传输的要求。同时，智能路由还可及时发现各个通道的异常情况，便于及时发现隐患并排除，避免了故障的积累。

3、使收费系统的实时数据传输得到保证，简化收费系统的层次结构，保证收费系统的更高效率和可靠性，从而保证了车道更快的响应，也方便了管理者的维护工作。

附图说明

图1为本发明中高速公路收费系统的布设图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为本发明中高速公路收费系统的布设图，所述高速公路收费系统分为前端和后端；前端系统是收费车道和收费站组成的可靠连接的本地局域网；后端系统是省级高速公路管理中心的业务管理服务系统，业务管理服务系统通过云平台系统实现，为前端系统提供后台支持，以及与其它系统的连接。前端系统和后端系统之间需要建立可靠的、连续的、不间断的通信连接，即需要可靠的传输通道。

为解决上述技术问题，本实施例通过在原有的高速公路收费系统的专网通信、有线公网备份的基础上，增加无线公网备份，同时采用智能路由技术，可以为收费系统提供近乎不间断的数据传输，具体步骤为：

(1)在高速公路管理中心设置中心智能路由器，在高速公路管理中心所辖的各收费站分别设置站智能路由器；

(2)在中心智能路由器和每个站智能路由器之间构建三路数据传输通道，分别为：专网有线通道，公网有线VPN通道和公网无线VPN通道；高速公路管理中心和收费站分别通过中心智能路器和对应的站智能路由器接入三路数据传输通道；

(3)中心智能路由器和站智能路由器分别构建自己的路由表；中心智能路由器的路由表包括：各站智能路由器的地址、各站路由器接入三路数据传输通道的接口编号、路由的跳数、路由所属数据传输通道编号以及对应数据传输通道的优先级系数；站智能路由器的路由表包括：中心智能路由器的地址、自身接入三个数据传输通道的接口编号、路由的条数、路由所属数据传输通道编号以及对应数据传输通道的优先级系数；

(4)初始化中心智能路由器和站智能路由器的路由表中专网有线通道的优先级系数为N、公网有线VPN通道的优先级系数为M、公网无线VPN通道的优先级系数为P；N>M>P>0；

(5)中心智能路由器在发送数据包时依次执行以下步骤：

(5-1)选取自己路由表中优先级系数最大的数据传输通道，并通过该数据传输通道尝试建立到达数据包目的节点的路由；

(5-2)若路由建立成功，则通过建立好的路由传递对应数据包；

(5-3)若路由建立失败，则先更新自己的路由表，将路由表中该传输通道的优先级系数更新为0，并将优先级系数为0的数据传输通道编号和自身地址上传高速公路管理中心，高速公路管理中心恢复对应数据传输通道后，将对应数据传输通道的优先级系数恢复为初始值；然后返回步骤(5-1)；

(5-4)重复执行步骤(5-1)至(5-3)，直至成功建立起到达数据包目的节点的路由；成功建立起路由后，将数据包发送给目的节点；

(6)站智能路由器在发送数据包时依次执行以下步骤：

(6-1)选取自己路由表中优先级系数最大的数据传输通道，并通过该数据传输通道尝试建立到达数据包目的节点的路由；

(6-2)若路由建立成功，则通过建立好的路由传递对应数据包；

(6-3)若路由建立失败，则先更新自己的路由表，将路由表中该数据传输通道的优先级系数更新为0，然后返回步骤(6-1)；

(6-4)重复执行步骤(6-1)至(6-3)，直至成功建立起到达数据包目的节点的路由；成功建立起路由后，将数据包和当前路由表中优先级系数为0的数据传输通道编号以及自己的地址、自身接入优先级系数为0的传输通道的接口编号发送给目的节点，即中心智能路由器；中心智能路由器将收到的站智能路由器的地址及其路由表中优先级系数为0的数据传输通道编号上传高速公路管理中心；高速公路管理中心恢复对应数据传输通道后，将对应数据传输通道的优先级系数恢复为初始值。

进一步的，所述步骤(5)中，中心智能路由器或站智能路由器尝试建立路由的步骤为：

中心智能路由器/站智能路由器通过选取出的当前优先级系数最大的数据传输通道向数据包的目的节点发送路由建立请求；若中心智能路由器在预设的时间阈值区间内接收到目的节点反馈的同意建立路由的信息，则判定对应路由建立成功；否则，中心智能路由器/站智能路由器判定对应路由建立失败；

所述路由建立请求包括发出路由建立请求的源节点的地址；同意建立路由的信息包括发出同意建立路由的信息的源节点的地址。

进一步的，上述技术方案还包括中心智能路由器自检，中心智能路由器的自检步骤为：

1)中心智能路由器定时向路由表中各站智能路由器发送HELLO数据包，对于同一个站智能路由器，中心智能路由器同时通过三个数据传输通道向该站智能路由器分别发送HELLO数据包；HELLO数据包包括：中心智能路由器地址、发送HELLO数据包的数据传输通道编号、数据包编号、发出HELLO数据包的时间、HELLO数据包的目的节点；

2)站智能路由器接收到中心智能路由器发出的HELLO数据包后，向站智能路由器反馈回应消息；回应消息包括：站智能路由器地址、接收到的HELLO数据包编号、接收HELLO数据包的数据传输通道编号、接收到的HELLO数据包的发出时间、发出回应消息的时间；

3)中心智能路由器接收到站智能路由器反馈的回应消息后，根据回应消息计算HELLO数据包到达对应站智能路由器的时间和自身接收回应消息的时间，若两时间中有任意一个大于预设的阈值，则中心智能路由器将自己的路由表中与该站智能路由器对应的数据传输通道的优先级系数置零，并返回步骤1)重新进行自检；当满足自检得到的HELLO数据包到达对应站智能路由器的时间和自身接收回应消息的时间均小于预设的阈值时，恢复对应数据传输通道的优先级系数为初始值；

4)若中心智能路由器在预设的时间阈值范围内未收到站智能路由器反馈的回应消息，则中心智能路由器将对应的数据传输通道的优先级系数置零，并将对应的数据传输通道编号上传高速公路管理中心。

下面对上述技术方案作进一步说明：

上述施例中的数据传输通道包括三部分，专网的有线通道，公网的有线VPN通道，公网的无线VPN通道。

专网的有线通道采用目前的高速公路专用通信系统实现，即采用高速公路通信系统建设的光纤数字传输系统提供的通道，为内部专网。光纤数字传输系统包括两个层面。一是路段内综合业务接入网，一是路段间的干线传输网，目前一般采用智能光网络(ASON)设备实现，均以光纤作为传输介质。干线传输网用于省中心与各路段中心、区域中心的通信连接，根据高速公路路网的结构，组成环网甚至网状网，具有很高的传输可靠性，单点光缆故障一般不会影响传输通道的正常使用和性能。路段内的综合业务接入网一般采用环形网，由于高速公路的线型结构，该环形一般为“压扁”的环形，非光缆故障时具有很高的可靠性，但光缆故障则会造成部分收费站断网。尽管光缆都敷设在专用的通信管道内，但严重的交通事故很容易引起光缆故障。

专网的带宽、延迟等指标均具有较高的可靠性，是收费系统数据传输的主要通道，也是优先选择的数据传输通道，一般而言，很难出现故障，但出现故障需要较长的恢复时间。

公网的有线VPN通道，一般采用光缆连接到收费站，在光缆正常的情况下，也具有很高的可靠性，但连接收费站的光缆路由易被破坏，一旦损坏恢复期较长。公网的无线VPN通道，是在收费站设置专用设备，以无线通道与无线通信系统的蜂窝基站连接，其可能的故障点为收费站的设备故障，或无线传输路径被干扰，一旦故障恢复时间较短，只需更换设备即可。各数据传输通道的带宽设计按照数据传输需求设计，并按以太网传输考虑一定的冗余。

公网的有线VPN通道和无线VPN通道均属于租用通道，特制公网租用即租用电信公司的传输通道，分为有线通道和无线通道两种，其中前者以线缆敷设至收费站并提供通道，后者采用无线方式与公网基站连接，在收费站内设置专用设备提供通道。为保证数据传输的安全，均要求采用VPN通道。

公网作为社会基础设施提供，具有完善的服务提供和设备运维方案，保证了整体上的可靠性。但有线公网连接需要公网设备到收费站的一段连接，该连接属于公网的末段，一般为点对点连接，无冗余措施，可靠性相对较差，最大隐患为该段光缆的安全，但作为备份通道较为合适。无线公网通道提供，无中间传输线缆，只是在收费站安装专用设备即可，由于收费站有较好的供电环境和设备工作环境，无线连接设备的可靠性得到保证。意外发生时，只需更换设备即可，修复方便较快。

中心智能路由器/站智能路由器通过动态维护路由表来反映当前的网络拓扑，并通过与网络上其他路由器交换路由和链路信息来维护路由表。智能路由可依据路径长度、可靠性、延迟、带宽、负载等综合度量来选择更佳的路径，即最佳路由。

在收费站和省中心均采用智能路由系统，优先选择专网通道传输收费数据，在专网通道不能满足传输需求时，自动择优选择公网的有线或无线VPN通道，在专网传输通道回复正常时继续采用专网传输通道传输数据。采用哪个通道传输数据，与软件系统无关，由智能路由系统自动切换。

由智能路由系统周期性检测专网的有线通道、公网的有线VPN通道、公网的无线VPN通道的性能指标。在通道指标劣化时进行告警，以便提前进行通道维护。

公网的有线VPN通道和无线VPN通道，宜采用不同电信公司提供的服务，保证两个通道的独立性，避免联动失效。进入收费站的有线传输通道，专网和公网宜采用不同路由的通信管道，避免同时被破坏。数据传输设备亦采用可靠电源供电，避免电源故障引发的通信故障。通信设备也应防止在专用机房，保证设备有合适的工作环境。

本发明通过在两端部署智能路由设施，利用智能路由策略，实现高利用率、低延迟性、强可靠性的全实时高速公路信息化云网络，即：一、不论任何时候都保证在高速公路收费系统的前端和后端之间有物理网络通道，通过智能路由方式保持连接；二、在四种物理网络中有连接中断或严重拥塞时，可以零延迟切换到其它连接通道；或是在有需要时，可将多个连接绑定，进行大数据量并发。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种高速公路收费系统多通道连接通信方法，其特征在于，包括步骤：

(1)在高速公路管理中心设置中心智能路由器，在高速公路管理中心所辖的各收费站分别设置站智能路由器；

(2)在中心智能路由器和每个站智能路由器之间构建三路数据传输通道，分别为：专网有线通道，公网有线VPN通道和公网无线VPN通道；高速公路管理中心和收费站分别通过中心智能路器和对应的站智能路由器接入三路数据传输通道；

(3)中心智能路由器和站智能路由器分别构建自己的路由表；中心智能路由器的路由表包括：各站智能路由器的地址、各站路由器接入三路数据传输通道的接口编号、路由的跳数、路由所属数据传输通道编号以及对应数据传输通道的优先级系数；站智能路由器的路由表包括：中心智能路由器的地址、自身接入三个数据传输通道的接口编号、路由的条数、路由所属数据传输通道编号以及对应数据传输通道的优先级系数；

(4)初始化中心智能路由器和站智能路由器的路由表中专网有线通道的优先级系数为N、公网有线VPN通道的优先级系数为M、公网无线VPN通道的优先级系数为P；N＞M＞P＞0；

(5)中心智能路由器在发送数据包时依次执行以下步骤：

(5-1)选取自己路由表中优先级系数最大的数据传输通道，并通过该数据传输通道尝试建立到达数据包目的节点的路由；

(5-2)若路由建立成功，则通过建立好的路由传递对应数据包；

(5-3)若路由建立失败，则先更新自己的路由表，将路由表中该传输通道的优先级系数更新为0，并将优先级系数为0的数据传输通道编号和自身地址上传高速公路管理中心，高速公路管理中心恢复对应数据传输通道后，将对应数据传输通道的优先级系数恢复为初始值；然后返回步骤(5-1)；

(5-4)重复执行步骤(5-1)至(5-3)，直至成功建立起到达数据包目的节点的路由；成功建立起路由后，将数据包发送给目的节点；

(6)站智能路由器在发送数据包时依次执行以下步骤：

(6-1)选取自己路由表中优先级系数最大的数据传输通道，并通过该数据传输通道尝试建立到达数据包目的节点的路由；

(6-2)若路由建立成功，则通过建立好的路由传递对应数据包；

(6-3)若路由建立失败，则先更新自己的路由表，将路由表中该数据传输通道的优先级系数更新为0，然后返回步骤(6-1)；

(6-4)重复执行步骤(6-1)至(6-3)，直至成功建立起到达数据包目的节点的路由；成功建立起路由后，将数据包和当前路由表中优先级系数为0的数据传输通道编号以及自己的地址、自身接入优先级系数为0的传输通道的接口编号发送给目的节点，即中心智能路由器；中心智能路由器将收到的站智能路由器的地址及其路由表中优先级系数为0的数据传输通道编号上传高速公路管理中心；高速公路管理中心恢复对应数据传输通道后，将对应数据传输通道的优先级系数恢复为初始值。

2.根据权利要求1所述的一种高速公路收费站多通道连接通信方法，其特征在于，所述步骤(5)中，中心智能路由器或站智能路由器尝试建立路由的步骤为：

中心智能路由器/站智能路由器通过选取出的当前优先级系数最大的数据传输通道向数据包的目的节点发送路由建立请求；若中心智能路由器在预设的时间阈值区间内接收到目的节点反馈的同意建立路由的信息，则判定对应路由建立成功；否则，中心智能路由器/站智能路由器判定对应路由建立失败；

所述路由建立请求包括发出路由建立请求的源节点的地址；同意建立路由的信息包括发出同意建立路由的信息的源节点的地址。

3.根据权利要求2所述的一种高速公路收费站多通道连接通信方法，其特征在于，还包括中心智能路由器自检，中心智能路由器的自检步骤为：

1)中心智能路由器定时向路由表中各站智能路由器发送HELLO数据包，对于同一个站智能路由器，中心智能路由器同时通过三个数据传输通道向该站智能路由器分别发送HELLO数据包；HELLO数据包包括：中心智能路由器地址、发送HELLO数据包的数据传输通道编号、数据包编号、发出HELLO数据包的时间、HELLO数据包的目的节点；

2)站智能路由器接收到中心智能路由器发出的HELLO数据包后，向站智能路由器反馈回应消息；回应消息包括：站智能路由器地址、接收到的HELLO数据包编号、接收HELLO数据包的数据传输通道编号、接收到的HELLO数据包的发出时间、发出回应消息的时间；

3)中心智能路由器接收到站智能路由器反馈的回应消息后，根据回应消息计算HELLO数据包到达对应站智能路由器的时间和自身接收回应消息的时间，若两时间中有任意一个大于预设的阈值，则中心智能路由器将自己的路由表中与该站智能路由器对应的数据传输通道的优先级系数置零，并返回步骤1)重新进行自检；当满足自检得到的HELLO数据包到达对应站智能路由器的时间和自身接收回应消息的时间均小于预设的阈值时，恢复对应数据传输通道的优先级系数为初始值；

4)若中心智能路由器在预设的时间阈值范围内未收到站智能路由器反馈的回应消息，则中心智能路由器将对应的数据传输通道的优先级系数置零，并将对应的数据传输通道编号上传高速公路管理中心。