專利名稱：：基于網(wǎng)絡互聯(lián)協(xié)議的網(wǎng)絡分布式高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
：本實用新型是一種同時監(jiān)控高速公路上各被監(jiān)控點的裝置，特別是一種基于網(wǎng)絡互聯(lián)協(xié)議網(wǎng)絡分布式監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術：
：高速公路監(jiān)控系統(tǒng)將人、車、路融為和諧的一體，實現(xiàn)其對車流引導、分流和調(diào)度。這是通過位于高速公路上的車輛檢測器、氣象檢測器、遙控攝像機、可變情報板、可變限速標志等外場設備來實現(xiàn)的，這些沿路設置外場設備種類眾多，數(shù)量可達上百個。監(jiān)控系統(tǒng)的目標是通過采集的各種交通信息，按照交通控制策略，合理地運用交通調(diào)度方案，引導、限制交通流，減少交通事故的發(fā)生率，縮短因事故中斷交通的^t間，以提高高速公路的快捷性和安全性。該方式中，沿路的各個監(jiān)控設備分別通過MODEM(調(diào)制解調(diào)器)經(jīng)獨立的低速信道，與位于監(jiān)控中心的MODEM—對應的相連，然后接入多串口卡，再由通信控制機進行不同層面的軟件處理，最終與監(jiān)控網(wǎng)絡中的服務器相連。該方式采用ONU-OLT接入網(wǎng)作為傳輸平臺，可在SDH主干網(wǎng)上進行數(shù)據(jù)調(diào)用。而ONU具有多種接口方式的插板，易與多種外場設備相連。這與以往的PCM制式的PDH傳輸平臺相比具有優(yōu)勢。但是現(xiàn)在看來，其不足之處也是明顯的①層次不清晰，軟件緊固性差。一臺通信控制機面臨各種的接口條件、不一的線路電平、各類的傳輸規(guī)約，通信軟件既涉及高層，也顧及繁雜的底層接口編程，很難保證軟件的監(jiān)控性和可維護性。系統(tǒng)負擔很重，容易死機。②接線復雜，維護不便。所有的監(jiān)控數(shù)據(jù)線都將一一接入監(jiān)控中心的MODEM和多串口卡，達數(shù)百根，故需配線架，這又會影響傳輸質量而常不使用，故而使得接線更為復雜。(D硬件可靠性差，線路多，硬接插件也多，天長日久易出現(xiàn)故障，同時不易維護和調(diào)度檢測。④速度慢，實時性差。通信控制采用與監(jiān)控設備所對應的幾Kbps慢速率，而且只能分時與監(jiān)控設備一一通信。⑤以變更設備和主備切換，復雜的接線使得增添設備和主備切換極為困難。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種接線簡單、實時性好、維護方便、可靠性高的基于網(wǎng)絡互聯(lián)^協(xié)議網(wǎng)絡分布式高速公路監(jiān)控系統(tǒng)。本實用新型的基于網(wǎng)絡互聯(lián)協(xié)議的網(wǎng)絡分布式高速公路監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)由各監(jiān)控點設置的分布式監(jiān)控數(shù)據(jù)單元以及監(jiān)控計算機組成了總線型虛擬數(shù)據(jù)網(wǎng)，采用傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)絡互聯(lián)協(xié)議網(wǎng)絡協(xié)議簇和客戶機/服務器模式，以光網(wǎng)絡單元/光網(wǎng)絡終端(ONU/OLT)接入網(wǎng)作為通信平臺；其中，分布式監(jiān)控數(shù)據(jù)單元由網(wǎng)卡、嵌入式工控機、并行處理板、通信控制板所組成，嵌入式工控機與網(wǎng)卡、具并行處理板以總線方式連接，并行處理板還分別與通信控制板相接。通信控制板中，CPU單元與方式切換單元相接，方式切換單元(分別接電平轉換單元、平衡轉換單元、軟件MODEM單元，電平轉換單元通過"RS232"口接外部，平衡轉換單元通過"RS485"口接外部，軟件MODEM單元通過"MODEM"口接外部傳輸線。本實用新型中，通信控制板由0-15號組成。該系統(tǒng)各通信終端的層次結構從上至下分別為①場外設備數(shù)據(jù)鏈路層、物理層；②DMDU:應用層、運輸層、網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層；③監(jiān)控計算機應用層、運輸層、網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層。分布式監(jiān)控數(shù)據(jù)單元中，CPU單元中的CPU集成電路的"Pll、12、15"端及"RXD、TXD"分別與方式切換單元中的切換電路相接，電平轉換單元中的電平轉換電路的"R10UT、R20UT"端分別接方式切換單元中切換電路；平衡轉換單元中的集成電路的"RE、DE"端接切換電路的"Half"端，集成電路的"A、B"端接切換電路；平衡轉換集成電路的"DE、RE"端接切換電路的"Full"端，平衡轉換集成電路的"A、B"端分另接切換電路。由于監(jiān)控外場設備接口條件不一、傳輸方式不同、傳輸速率與傳輸距離不等，并具有不同的傳輸規(guī)約。與傳統(tǒng)的集中式監(jiān)控方式相比，基于網(wǎng)絡互聯(lián)協(xié)議網(wǎng)絡分布式高速公路監(jiān)控系統(tǒng)提出了一種新的解決方案，大大改善了高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性和實時性，同時具有可維護性能好，層次分明、實時性強等憂點，屬公路監(jiān)控系統(tǒng)的一次重大變革。其主要優(yōu)點體現(xiàn)在以下幾個方面①通信線路大為簡化，可靠性大幅提高。監(jiān)控設備通過MODEM與位于DMDU的數(shù)據(jù)采集卡一一對應并連接，而監(jiān)控計算機只需一根網(wǎng)線接入ONU/OLT接入網(wǎng)來接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。②件堅固，可維護性能好?；趥鬏斂刂茀f(xié)議/網(wǎng)絡互聯(lián)協(xié)議的光纖網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信有成熟商.業(yè)軟件，數(shù)據(jù)糾錯能力強，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。③層次分明，設備變更方便。監(jiān)控數(shù)據(jù)首先進入DMDU進行處理，然后以統(tǒng)一格式通過光纖網(wǎng)傳送至中心，對監(jiān)控中心而言，每個監(jiān)控設備只相當某一個DMDU的子地址。④速度快，實時性高。監(jiān)控數(shù)據(jù)在DMDU中被封于網(wǎng)絡互聯(lián)協(xié)議數(shù)據(jù)包中，在光纖網(wǎng)中以10Mbps速率傳輸至監(jiān)控中心，并可采用并行處理算法。⑤備監(jiān)控計算機切換方便，其于傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)絡互聯(lián)協(xié)議的局域網(wǎng)可方便地切換主備監(jiān).控計算機，達到監(jiān)控系統(tǒng)備份處理。與DMDU網(wǎng)絡型通信控制機配套了通信線路保護裝置可以進一步提高對用戶接入線路的保護，系統(tǒng)采用三級保護設計，對用戶線路起到有效的保護作用。以下結合附圖以實施例具體說明。圖1是本實用新型的總體結構示意圖2是本實用新t^中分布式監(jiān)控數(shù)據(jù)單元的結構框圖其中有網(wǎng)卡1、嵌入式控機2、并行處理板、并行處理板3、通信控制板4。圖3是本實用新型系統(tǒng)層次結構圖；圖4是數(shù)據(jù)鏈路控制過程示意圖；圖5并發(fā)的面向連接的服務器的進程結構示意圖；圖6是分布式監(jiān)控數(shù)據(jù)單元(DMDU)的電原理圖。具體實施方式本實用新型基于網(wǎng)絡互聯(lián)協(xié)議的網(wǎng)絡分布式高速公路監(jiān)控系統(tǒng)由各監(jiān)控點設置的分布式監(jiān)控數(shù)據(jù)單元DMDU以及監(jiān)控計算機組成了總線型虛擬數(shù)據(jù)網(wǎng)，采用傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)絡互聯(lián)協(xié)議網(wǎng)絡協(xié)議簇和客戶機/服務器模式，以ONU/OLT接入網(wǎng)作為通信平臺；其中，分布式監(jiān)控數(shù)據(jù)單元DMDU由網(wǎng)卡l、嵌入式工控機2、并行處理板3、通信控制板4所組成，嵌入式工控機2與網(wǎng)卡1、并行處理板3以總線方式連接，并行處理板3還分別與0-15號通信控制板4相接。每一個通信控制板中CPU單元41與方式切換單元42相接，方式切換單元42分別接電平轉換單元43、平衡轉換單元44、軟件MODEM單元45，電平轉換單元43通過"RS232"口接外部，平衡轉換單元44通過"RS485"口接外部，軟件MODEM單元45通過"MODEM"口接外部傳輸線?！撓到y(tǒng)各通信終端的層次結構從上至下分別為①場外設備數(shù)據(jù)鏈路層、物理層；②DMDU:應用層、運輸層、網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層；③監(jiān)控計算機應用層、運輸層、網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層。分布式監(jiān)控數(shù)據(jù)單元DMDU中，CPU單元41中的CPU集成電路Dl的"Pll、12、15"端及"RXD、TXD"分別與方式切換單元42中的切換電路Sl-2、S2-2、S5、S6相接，電平轉換單元43中的電平轉換電路D5的"RIOUT、R20UT"端分別接方式切換單元42中切換電路Sl-2、S2-2;平衡轉換單元44中的集成電路D6的"RE、DE"端接切換電路S6的"Half"端，集成電路D6的"A、B"端接切換電路S4-l、S2-l;平衡轉換集成電路D7的"DE、RE"端接切換電路S6的"Full"端，平衡轉換集成電路D7的"A、B"端分另接切換電路S1-1、S3-l。在分布式監(jiān)控數(shù)據(jù)單元DMDU中，PCU集成電路Dl采用型號為"89C51"，切換電路S1、S2、S5、S6采用的型號為"485/422"，電平轉換單元中的電平轉換電路D5采用的型號為"MA202E"，平衡轉換單元中的集成電路D6、D7的型號為"MAX1487E"，并長處理集成電路Dl的型號為"82C55A"，-DMDU網(wǎng)絡通信控制機屬監(jiān)控計算機(HOST)與遠程終端(RTU)進行數(shù)據(jù)通信的設備。上行接口采用標準10BaseTEthernet網(wǎng)絡接口，使用無屏蔽雙絞線進行連接。下行接口為數(shù)字接口和模擬接口兩種，供選擇使用，與遠程終端RTU相連，RTU數(shù)量不受限制。任意一臺主機可始終接收RTU的數(shù)據(jù)。而通過主機間的控制機制，可以控制只有一臺主機在向RTU發(fā)送數(shù)據(jù)。而且每個通道可以使用不同的主機，方便新的RTU規(guī)約的調(diào)試。DMDU單元由多至16塊通信控制板、嵌入式工控機、HUB(數(shù)據(jù)分發(fā)匯)板，及網(wǎng)卡構成。通信控制板負責監(jiān)控設備的數(shù)據(jù)采集與傳輸；工控機負責數(shù)據(jù)的整理和發(fā)送(下行與各監(jiān)控設備匹配，上行滿足網(wǎng)絡互聯(lián)協(xié)議網(wǎng)絡協(xié)議);HUB板保證了工控機能夠并行處理來自各通信控制板的低速監(jiān)控數(shù)據(jù)；網(wǎng)卡滿足網(wǎng)絡互聯(lián)協(xié)議網(wǎng)絡技術條件，場外監(jiān)控數(shù)據(jù)通過網(wǎng)卡進入ONU/OLT光纖接入網(wǎng)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。該系統(tǒng)響應速度為秒數(shù)量級，MTBF優(yōu)于1萬小時。通信控制板由一個單片機系統(tǒng)組成，該板具有同歩/異歩的通信模式。單片機進行串口擴充，完成了多種串口條件。其中RS232接口和RS422接口分別支持短距離和較長距離的基帶傳輸，而MODEM支持遠距離的頻帶傳輸。串口通信的速率為600Z1200/4800/9600bps可調(diào)。插板地址由其插槽位置決定。系統(tǒng)層次結構多個外場設備和DMDU完成多點與一點的異步、全雙工通信；多個DMDU和監(jiān)控計算機之間實現(xiàn)了客戶機一服務器模型通信。各通信終端的層次結構如下①場外設備數(shù)據(jù)鏈路層、物理層；②DMDU:應用層、運輸層、網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層；③監(jiān)控計算機應用層、運輸層、網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層。物理層針對不同的傳輸要求，串行接口以不同的電路方式實現(xiàn)，包括不平衡電路、半平衡電路和平衡電路等三種方式。本系統(tǒng)中以軟件方法為主實現(xiàn)了一種制式靈活的FSKMODEM(即軟件MODEM)。它以運行程序的方式代替專用集成電路(ASIC)等硬件來實現(xiàn)數(shù)字信號的調(diào)制和解調(diào)工作。這種MODEM的調(diào)制部分，先采用直接調(diào)頻法將數(shù)字信號轉化成兩種不同特征頻率的信號，接著將此信號經(jīng)"階梯化"處理(以軟件實現(xiàn))，再進行濾波，以產(chǎn)生相應在的模擬信號。在解調(diào)部分，對所接收到的模擬信號放大、限幅、整形、取樣，然后采用一種"分區(qū)判別"的方法(以軟件實現(xiàn))，把它正確地恢復成原數(shù)字信號。使用軟件MODEM，可使得儀器體積小、重量輕、耗電量少、抗干擾能力強。另外軟件MODEM還有一個硬件MODEM所無法比擬的優(yōu)點，就是它可以支持多種制式，傳輸速率和載波頻率可變，且這種變化是非常靈活的，只需對調(diào)制和解調(diào)程序中的相關參數(shù)作適當調(diào)整即可。監(jiān)控數(shù)據(jù)采用以上幾種方式在外場設備DMDU之間傳輸；而在監(jiān)控計算機和DMDU之間，監(jiān)控數(shù)據(jù)通過網(wǎng)卡進入ONU/OLT光纖接入網(wǎng)進行傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層在DMDU和監(jiān)控外場設備之間采用了異步、全雙工的傳輸方式，使用了面向字符型傳輸控制規(guī)程。該規(guī)程實現(xiàn)較容易，目前仍得到大量使用。但是它也存在著效率低、透明性差等缺點。使用字符型傳輸控制規(guī)程的點對點的異步通信。根據(jù)通用控制規(guī)程，設備生產(chǎn)商設定了具體設備的控制命令和傳輸命令，形成特定的傳輸規(guī)約。不同的外場設備根據(jù)各自的傳輸規(guī)約與DMDU形成特定的傳輸規(guī)約。不同的外場設備根據(jù)各自的傳輸規(guī)約與DMDU形成多點對一點的通信。通信控制板負責接受/發(fā)送透明的字符數(shù)據(jù)；而工控機則負責把命令轉換成特定的控制字符，把控制字符解釋為相應的命令。工控機從外場設備處獲得監(jiān)控數(shù)據(jù)，做出相應在的解釋，進而將其交給應用層處理。DMDU和監(jiān)控計算機組成以太網(wǎng)，以太網(wǎng)也是機器間的鏈路級連接，它把被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)看作一幀(fmme)。以太網(wǎng)幀是可變長度的。每個以太網(wǎng)幀都包含源和目的地址字段，它還有一個幀類型字段，用來識別此幀上所載數(shù)據(jù)的類型。網(wǎng)絡層和運輸層網(wǎng)絡層和運輸層采用了用于網(wǎng)際互連的兩個主要協(xié)議網(wǎng)絡互聯(lián)協(xié)議和傳輸控制協(xié)議協(xié)議。網(wǎng)絡互聯(lián)協(xié)議協(xié)議具有不可靠的、無連接投遞機制；傳輸控制協(xié)議協(xié)議定義了可靠的流投遞服務。應用協(xié)議封裝在傳輸控制協(xié)議報文中的通信報文格式如下表所示:<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>數(shù)據(jù)主要有以下幾類傳輸流程(11=監(jiān)控計算機，D=DMDU)(1)讀取接受緩沖區(qū)Stepl讀取請求(D-〉H)Step2讀取應答(H-〉D)Step3讀取確認(D->H)Step4確認返回'(H-〉D)(2)寫入發(fā)送緩沖區(qū)Stepl寫入請求(D->H)Step2寫入確認(H-〉D)本系統(tǒng)的通信應用采取了客戶機一服務器模型，客戶機一服務器模型用發(fā)起通信的方向來對應用程序分類。在本系統(tǒng)中DMDU使用網(wǎng)絡服務時，調(diào)用客戶機軟件，發(fā)起對等通信。監(jiān)控計算機中的服務器軟件等待來自客戶機的入呼叫通信請求。服務器接收某個客戶機的請求，執(zhí)行所需的計算，然后結果返回給客戶機。盡管系統(tǒng)中的總路線型虛擬數(shù)據(jù)網(wǎng)并不是復雜的互聯(lián)網(wǎng)絡，但考慮到傳輸控制協(xié)議協(xié)議本身提供了強大的可靠性；本系統(tǒng)使用了傳輸控制協(xié)議在客戶機與服務器之間運輸報文。由于系統(tǒng)中幾種監(jiān)控數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量都不是很大，監(jiān)控計算機采用了無狀態(tài)的服務器。在客戶機一服務器模型分布式計算中，并發(fā)處理是基礎，并且以多種形式出現(xiàn)。本系統(tǒng)中服務器軟件采用多進程的方式來并發(fā)地處理多個客戶入請求。服務器進程并不與客戶機直接通信。它只是在某個固定的端口上等待下一個連接請求。一旦有某一個連接請求到達，系統(tǒng)就返回用于該連接的新的插口描述符。服務器主進程創(chuàng)建一個從進程來處理該連接，并允許從進程并發(fā)操作。為避免等待連接時使用CPU資源，服務器主進程使用accept(接受連接的函數(shù))的阻塞調(diào)用從固定端口上獲得下一個連接。服務器主進程的大部分時間處于accept調(diào)用阻塞狀態(tài)。當一具連接請求到達時，accept調(diào)用便返回，使得主進程繼續(xù)運行。主進程創(chuàng)建一個從進程來處理請求，并重新調(diào)用accept。該調(diào)用在另一個連接請求到達前，將使服務器主進程再次阻塞。權利要求1、一種基于網(wǎng)絡互聯(lián)協(xié)議的網(wǎng)絡分布式高速公路監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)由各監(jiān)控點設置的分布式監(jiān)控數(shù)據(jù)單元以及監(jiān)控計算機組成了總線型數(shù)據(jù)專用網(wǎng)，其采用了傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)絡互聯(lián)協(xié)議簇和客戶機/服務器模式，以接入網(wǎng)作為通信平臺；其中，分布式監(jiān)控數(shù)據(jù)單元由網(wǎng)卡(1)、嵌入式工控機(2)、并行處理板(3)、通信控制板(4)所組成，嵌入式工控機(2)與網(wǎng)卡(1)、并行處理板(3)以總線方式連接，處理板(3)與通信控制板(4)相接。2、根據(jù)權利要求1所述的基于網(wǎng)絡互聯(lián)協(xié)議的網(wǎng)絡分布式高速公路監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于通信控制板中，CPU單元(41)與方式切換單元(42)相接，方式切換單元(42)分別接電平轉換單元(43)、平衡轉換單元(44)、軟件MODEM單元(45)，電平轉換單元(43)通過"RS232"口接外部，平衡轉換單元(44)通過"RS485"口接外部，軟件MODEM單元(45)通過"MODEM"口部外部。3、根據(jù)權利要求1或2所述的基于網(wǎng)絡互聯(lián)協(xié)議的網(wǎng)絡分布高速公路監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于通信控制板(4)由0-15號組成。4、根據(jù)權利要求1或2所述的基于網(wǎng)絡互聯(lián)協(xié)議的網(wǎng)絡分布式高速公路監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)各通信終端的層次結構從上至下分別為①場外設備數(shù)據(jù)鏈路層、物理層；②DMDU:應用層、運輸層、網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層；③監(jiān)控計算機應用層、運輸層、網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層。5、根據(jù)權利要求1或2所述的基于網(wǎng)絡互聯(lián)協(xié)議的網(wǎng)絡分布高速公路監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于通信控制板中，CPU單元(41)中的CPU集成電路(Dl)的"pll、12、15"端及"RXD、TXD"分別與方式切換單元(42)中的切換電路(Sl-2、S2-2、S5、S6)相接，電平轉換單元(43)中的電平轉換電路(D5)的"RIOUT、R20UT"端分別接方式切換單元(42)中切換電路(Sl-2、S2-2);平衡轉換單元(44)中的集成電路(D6)的"RE、DE"端接切換電路(S6)的"Half，端，集成電路(D6)的"A、B"端接切換電路(S4-l、S2國l);平衡轉換集成電路(D7)的"DE、RE"端接切換電路(S6)的"Full"端，平衡轉換集成電路(D7)的"A、B"端分另接切換電路(Sl-1、S3-l)。6、根據(jù)權利要求1所述的基于網(wǎng)絡互聯(lián)協(xié)議的網(wǎng)絡分布高速公路監(jiān)控系統(tǒng)，，其特征在于以光網(wǎng)絡單元/光網(wǎng)絡終端作為接入網(wǎng)。專利摘要本實用新型是一種同時監(jiān)控高速公路上各被監(jiān)控點的裝置，特別是一種基于網(wǎng)絡互聯(lián)協(xié)議網(wǎng)絡分布式監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)由各監(jiān)控點設置的分布式監(jiān)控數(shù)據(jù)單元(DMDU)以及監(jiān)控計算機組成了總線型數(shù)據(jù)專用網(wǎng)，其采用了傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)絡互聯(lián)協(xié)議簇和客戶機/服務器模式，以接入網(wǎng)作為通信平臺；其中，分布式監(jiān)控數(shù)據(jù)單元(DMDU)由網(wǎng)卡(1)、嵌入式工控機(2)、并行處理板(3)、通信控制板4所組成，嵌入式工控機(2)與網(wǎng)卡(1)、并行處理板(3)以總線方式連接，處理板(3)與通信控制板4相接，其主要優(yōu)點體現(xiàn)在以下幾個方面通信線路大為簡化，可靠性大幅提高、可維護性能好、層次分明，設備變更方便、速度快，實時性高。文檔編號G08G1/01GK201378361SQ20092001116公開日2010年1月6日申請日期2009年3月5日優(yōu)先權日2009年3月5日發(fā)明者黃書健,黃支偉申請人:黃支偉