專利名稱：城市交通信號控制系統(tǒng)通訊解耦方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種城市交通信號控制系統(tǒng)，特別是涉及一種城市交通信號控制系統(tǒng) 通訊解耦方法。
背景技術(shù)：
在我國諸多城市交通管理實踐中應(yīng)用了多種執(zhí)行不同通訊協(xié)議標準的路口交通 信號機，典型的如北京市就有西門子的ST200\ST800\MCU信號機、ATC2070信號機、海信HSC 信號機等。這些執(zhí)行不同通訊協(xié)議的交通信號機共存的局面，給網(wǎng)絡(luò)化交通信號協(xié)調(diào)控制 帶來了諸多不便。目前國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的SC00T、SCATS等交通信號控制系統(tǒng)雖然具備良好 的區(qū)域信號控制能力，但只能控制某些特定的信號機型，大大限制了交通信號控制系統(tǒng)的 應(yīng)用范圍和控制能力。其主要原因在于當前交通信號控制系統(tǒng)與交通信號機之間使用的是 具有自封閉性和高耦合性的數(shù)據(jù)通信協(xié)議。

發(fā)明內(nèi)容
針對交通信號控制系統(tǒng)的上述缺點，本發(fā)明提供了一種可實現(xiàn)路口交通信號機與 信號控制系統(tǒng)相互獨立的數(shù)據(jù)通訊解耦方法，特別適用于多種信號機與多種交通信號控制 系統(tǒng)共存的城市。本發(fā)明提供的城市交通信號控制系統(tǒng)通訊解耦方法，包括如下步驟(1)將交通信號控制系統(tǒng)與信號機的通信聯(lián)系設(shè)置為“中心系統(tǒng)-中心系統(tǒng)數(shù)據(jù) 網(wǎng)關(guān)_通信網(wǎng)絡(luò)_本地數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)_路口信號機”的通信模式。(2)在交通信號控制系統(tǒng)的協(xié)議基礎(chǔ)上，分解應(yīng)用層數(shù)據(jù)并增加SID(Service ID) 數(shù)據(jù)包，構(gòu)成基于SID數(shù)據(jù)包的專用交通信號控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議。所述SID數(shù)據(jù)包是 對中心系統(tǒng)下發(fā)指令和信號機上傳數(shù)據(jù)進行唯一性的服務(wù)編碼并封裝，編碼位置處于交通 系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)前。上述的城市交通信號控制系統(tǒng)通訊解耦方法中，中心系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)和本地數(shù)據(jù)網(wǎng) 關(guān)之間的通訊協(xié)議分為三層，包括鏈路層，實現(xiàn)交通信號機的尋址；傳輸層，將封裝的數(shù) 據(jù)利用虛擬專網(wǎng)進行傳輸；應(yīng)用層，包含交通系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)包和SID數(shù)據(jù)包兩部分，交通系 統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)包直接面向中心交通信號控制系統(tǒng)，實現(xiàn)交通數(shù)據(jù)上傳和控制指令接收，SID數(shù) 據(jù)包實現(xiàn)通訊解耦。上述的城市交通信號控制系統(tǒng)通訊解耦方法中，中心系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)和本地數(shù)據(jù)網(wǎng) 關(guān)均為通訊服務(wù)器。本發(fā)明的城市交通信號控制系統(tǒng)通訊解耦方法，通過研發(fā)基于SID技術(shù)的專用遠 程網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，實現(xiàn)路口信號機與中心交通信號控制系統(tǒng)間的通訊解耦，使交通信號控 制系統(tǒng)能夠?qū)Σ煌穆房诮煌ㄐ盘枡C實施遠程控制。


圖1是本發(fā)明所述的交通信號控制系統(tǒng)的通信結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明所述的基于SID數(shù)據(jù)包的專用交通信號控制網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議的結(jié)構(gòu)示 意圖；圖3是本發(fā)明所述的基于SID的通訊協(xié)議包示意圖。
具體實施例方式為了使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功 效易于明白了解，下面結(jié)合附圖，進一步闡述本發(fā)明。本發(fā)明提供一種城市交通信號控制系統(tǒng)通訊解耦方法，具體包括如下步驟(1)將原有交通信號控制系統(tǒng)與信號機直接互聯(lián)的通信模式改造為“中心系 統(tǒng)_中心系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)_通信網(wǎng)絡(luò)_本地數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)_路口信號機”的通信模式，打破原有數(shù) 據(jù)通信的自封閉性。通信結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括路口信號機、本地數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)、中心系統(tǒng)數(shù)據(jù) 網(wǎng)關(guān)和中心系統(tǒng)。(2)在原有交通信號控制系統(tǒng)的協(xié)議基礎(chǔ)上，分解應(yīng)用層數(shù)據(jù)并增加SID數(shù)據(jù)包， 構(gòu)成基于SID數(shù)據(jù)包的專用交通信號控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議。圖2為通訊協(xié)議結(jié)構(gòu)，中心系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)和本地數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)采用相同的協(xié)議結(jié)構(gòu)實 現(xiàn)數(shù)據(jù)交互；圖3為具體的通訊協(xié)議包。由圖2和圖3可知，中心系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)和本地數(shù)據(jù) 網(wǎng)關(guān)之間通訊協(xié)議可分為三層，包括鏈路層，利用現(xiàn)有的HDLC數(shù)據(jù)包和IP數(shù)據(jù)包實現(xiàn)交 通信號機的尋址；傳輸層，將封裝的數(shù)據(jù)利用以UDP數(shù)據(jù)包為基礎(chǔ)的虛擬專網(wǎng)方式進行傳 輸；應(yīng)用層，該層通訊數(shù)據(jù)分為交通系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)包和SID數(shù)據(jù)包兩部分。交通系統(tǒng)應(yīng)用數(shù) 據(jù)層直接面向中心交通信號控制系統(tǒng)，實現(xiàn)交通流數(shù)據(jù)、信號機狀態(tài)數(shù)據(jù)等交通數(shù)據(jù)上傳 和信號控制指令接收；SID數(shù)據(jù)包實現(xiàn)數(shù)據(jù)內(nèi)容唯一性的判別。其中，中心系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)和 本地數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)均為通訊服務(wù)器；SID數(shù)據(jù)包是對中心系統(tǒng)下發(fā)指令和信號機上傳數(shù)據(jù)進行 唯一性的服務(wù)編碼并封裝，SID編碼可以是時間戳、自然數(shù)編碼、加密編碼等，編碼位置處于 交通系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)前。中心系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)和本地數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)之間的通訊協(xié)議可分為三層，包括鏈路層，用 于實現(xiàn)交通信號機的尋址；傳輸層，用于將封裝的數(shù)據(jù)利用虛擬專網(wǎng)進行傳輸；應(yīng)用層，包 含交通系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)包和SID數(shù)據(jù)包兩部分。交通系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)包直接面向中心交通信號 控制系統(tǒng)，實現(xiàn)交通數(shù)據(jù)上傳和控制指令接收；SID數(shù)據(jù)包實現(xiàn)通訊解耦。通過上述專用遠程網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，中心系統(tǒng)與路口信號機之間實現(xiàn)通訊解耦，即第一層通訊路口信號機與本地數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)之間的通訊。由本地數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)具體 信號機的通訊數(shù)據(jù)打包、上傳，同時接收數(shù)據(jù)、解包、傳送至對應(yīng)信號機；第二層通訊本地數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)與中心系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)之間的通訊?；诨ヂ?lián)網(wǎng)，由本地 數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)將上行交通數(shù)據(jù)通過虛擬專網(wǎng)進行打包、封裝、轉(zhuǎn)發(fā)至中心系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，下行數(shù) 據(jù)亦然；第三層通訊中心系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)與中心系統(tǒng)之間的通訊。由于不同的中心交通 信號控制系統(tǒng)內(nèi)部均采用不同的通訊協(xié)議，需要將獲得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為中心系統(tǒng)可理解的內(nèi) 容；同時，將中心系統(tǒng)形成的交通決策數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為本地數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)可識別的數(shù)據(jù)包，即包含控制指令和控制對象的數(shù)據(jù)包。實現(xiàn)對SC00T/NTCIP等交通應(yīng)用數(shù)據(jù)層的打包和傳輸。應(yīng)用SID技術(shù)可實現(xiàn)如下通信解耦功能(1)上端的中心系統(tǒng)與下端的路口交通信號機的設(shè)備解耦。由于原有信號控制系 統(tǒng)在通訊協(xié)議上的自封閉性，在國內(nèi)外諸多交通信號控制系統(tǒng)中均要求由專用的信號機與 信號控制系統(tǒng)相對應(yīng)。采用SID編碼后，交通數(shù)據(jù)或控制指令在互聯(lián)網(wǎng)上將具有唯一性和 易識別性，在路口交通信號機支持網(wǎng)絡(luò)控制的條件下，即可在不同交通信號控制系統(tǒng)下實 施控制。(2)上端的中心系統(tǒng)與下端的路口交通信號機的控制解耦。能夠保障下端k時刻 上傳的數(shù)據(jù)能夠在網(wǎng)絡(luò)時延允許的范圍內(nèi)仍作為第k時刻的交通狀態(tài)被上端進行運算處 理，同理上端第k時刻下發(fā)的指令能夠在網(wǎng)絡(luò)時延允許的范圍內(nèi)仍作為第k時刻的控制要 求被下端執(zhí)行。這樣即使存在一定的網(wǎng)絡(luò)時延也能夠保證信號控制的正確性。路口交通信號機與中心交通信號控制系統(tǒng)之間的通訊解耦，從理論上實現(xiàn)了信號 機與控制系統(tǒng)的設(shè)備獨立性，因此，對于交通信號控制系統(tǒng)而言，不同城市、不同區(qū)域、不同 型號的路口交通信號機便成為“虛擬化”的控制單元，可以實現(xiàn)交通控制策略、控制模式上 的無差別控制。另一方面，對于路口交通信號機而言，它接受的僅僅是控制指令，而不關(guān)心 來自哪個系統(tǒng)。從數(shù)學模型的角度出發(fā)，通過這樣的虛擬化方式就將交通信號控制系統(tǒng)抽象成為 多源端與多終端的復(fù)合映射，交通信號控制系統(tǒng)的核心任務(wù)從對現(xiàn)場信號機的實時控制轉(zhuǎn) 化為對交通數(shù)據(jù)的分析和控制決策上，為深入挖掘交通信號控制系統(tǒng)的控制能力提供條件。以上描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征以及優(yōu)點。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該了 解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理， 在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都 落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護的范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界 定。
權(quán)利要求
一種城市交通信號控制系統(tǒng)通訊解耦方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟(1)將交通信號控制系統(tǒng)與信號機的通信聯(lián)系設(shè)置為“中心系統(tǒng) 中心系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān) 通信網(wǎng)絡(luò) 本地數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān) 路口信號機”的通信模式；(2)在交通信號控制系統(tǒng)的協(xié)議基礎(chǔ)上，分解應(yīng)用層數(shù)據(jù)并增加SID(Service ID)數(shù)據(jù)包，構(gòu)成基于SID數(shù)據(jù)包的專用交通信號控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議；所述SID數(shù)據(jù)包是對中心系統(tǒng)下發(fā)指令和信號機上傳數(shù)據(jù)進行唯一性的服務(wù)編碼并封裝，編碼位置處于交通系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)前。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述中心系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)和本地數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)之 間的通訊協(xié)議分為三層，包括鏈路層，實現(xiàn)交通信號機的尋址；傳輸層，將封裝的數(shù)據(jù)利 用虛擬專網(wǎng)進行傳輸；應(yīng)用層，包含交通系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)包和SID數(shù)據(jù)包兩部分，交通系統(tǒng)應(yīng) 用數(shù)據(jù)包直接面向中心交通信號控制系統(tǒng)，實現(xiàn)交通數(shù)據(jù)上傳和控制指令接收，SID數(shù)據(jù)包 實現(xiàn)通訊解耦。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述中心系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)和本地數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān) 均為通訊服務(wù)器。
全文摘要
一種城市交通信號控制系統(tǒng)通訊解耦方法，包括如下步驟(1)將交通信號控制系統(tǒng)與信號機的通信聯(lián)系設(shè)置為“中心系統(tǒng)-中心系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)-通信網(wǎng)絡(luò)-本地數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)-路口信號機”的通信模式；(2)在交通信號控制系統(tǒng)的協(xié)議基礎(chǔ)上，分解應(yīng)用層數(shù)據(jù)并增加SID(Service ID)數(shù)據(jù)包，構(gòu)成基于SID數(shù)據(jù)包的專用交通信號控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議；所述SID數(shù)據(jù)包是對中心系統(tǒng)下發(fā)指令和信號機上傳數(shù)據(jù)進行唯一性的服務(wù)編碼并封裝，編碼位置處于交通系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)前。本發(fā)明的城市交通信號控制系統(tǒng)通訊解耦方法，能夠?qū)Σ煌穆房诮煌ㄐ盘枡C實施遠程控制。
文檔編號H04L1/00GK101996495SQ20101051077
公開日2011年3月30日 申請日期2010年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月19日
發(fā)明者劉小明, 張永忠, 張海波, 張福生, 李正熙, 李穎宏, 熊昌鎮(zhèn), 王力, 王玉全, 陳兆盟 申請人:北方工業(yè)大學