高速公路RFID读写器的可靠组网方法
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引言
截至2010年年底,全国已有20个省(自治区、直辖市) 实现了高速公路联网监控,高速公路经营企业和行业管理部门 可以借助高速公路监控联网监控掌握各路段的交通流量分布情 况、交通事件发生情况、路段周边气象情况等。但是,这种联 网监控需要人工肉眼观察摄像头采集的信息,识别效率不高, 智能监控程度不高;尤其是车辆多的时候,无法对每个车辆 逐一分析,监控的工作量大。
而采用物联网RFID技术,最多可以每秒扫描几十个车辆, 识读效率高;且可以对特定车辆进行行驶轨迹跟踪;可以进 行自动流量数据统计;并能智能分析、自动生成监管部门所需 要的各种报表,节省大量人力分析工作。
1组网分析
高速公路通领域内的电子车牌、高速公路采集点等项目中, 为了解决多站点覆盖的问题,各个读写器节点都采用星型组网 方式进行数据上报,其组网方法如下:
(1)每个超高频读写器通过网线连接到中间件(例如: 工控机),然后通过中间件连接到交通控制中心的方法,来解 决重要道路的覆盖问题;
(2)每个超高频读写器通过网线连接交换机,然后交换 机通过网线或光纤连接到控制中心;
(3)每个读写器通过无线方式(例如:GPRS)进行组网, 将数据上传给交通控制中心。
采用第一种方法的缺点是:中间件一般采用工控机等设 备,设备比较昂贵。每个超高频读写器附近都要附加一个中 间件,如果站点较多、距离较远,则需要的中间件数量较多、 线缆很长,导致整体投入比较昂贵,且如果网线出现故障,则有可能丢失数据。所以,采用星型网络的话,数据传输路径没 有冗余设计,传输存在不可靠问题;
采用第二种方法的缺点是:某个链路出现问题,那么这 个链路上的超高频读写器数据就无法上传。链型网虽然能够 解决中间件太贵的问题,但是不能解决某个链路出现问题导 致该链路上超高频读写器数据无法上传的问题。而且在对数 据传输质量要求比较高的交通上,必须为超高频读写器上传 数据预留备用线路,而星型网和链型网不能解决这个问题;
采用第三种方法的缺点是:无线网络需要租借运营商的 网络,且运营商网络存在无线信号覆盖问题和信号质量问题, 有时候会导致数据上传受限(例如:GPRS只能上传几Kb/s速 率)、传输距离受限、数据丢失等问题。
2新型组网方法
2.1新型组网
本文提到的方法能够解决上述三种方法的缺陷。从而提 供一种更加安全可靠的交通监控网络。图1所示是本文要介绍 的新型组网方法图。
采用本文提到的组网方式的前提是所用到的UHF(频 段840 MHz~960 MHz)读写器具备2个可选配的模块:第 一是无线上网模块采用USB接口通用无线上网模块,例如: GPRS无线模块、WCDMA/HSDPA无线模块、TD无线模块。由于采用通用的无线模块,所以可以实现自由选择配置。当然, USB接口的无线模块的结构壳体外面要带有室外防护的塑料 盖子,既能防水、又能通过无线信号;第二则是光模块:即 每个读写器上有2个光口,光模块可以进行选配。需要使用 2个光模块,就插入2个光模块。然后光纤可以插入光模块, 进行光纤通讯。同样,该接口也有防水保护的结构设计、方 便室外应用。光纤传输距离远,可以解决高速公路长距离传 输问题。
2.2新型组网步骤
有了无线通讯模块和光模块接口后,本文提到的组网步 骤如下:
步骤1 :第2a〜2n个读写器中每个超高频读写器配置 数据透传的三个接口(光口 1、光口 2、无线接口);
步骤2 :第2a〜2n个读写器分别通过各自的两个光口依 次连接,形成具有两个链路端部光接口的读写器链路。同时, 第三个接口(无线通讯接口)通过无线网络传输信号至交通控 制中心。
步骤3 :通过把两个链路端部光接口分别连接至交通控 制中心的第一个光接口和第二个光接口,使所述读写器链路连 接到所述交通控制中心,形成环形网。同时,无线信号接入到 第三个无线接口。
其中,交通控制中心经由所述第一光接口(光接口 1)、第 二光接口(光接口 2)、第三接口(无线接口),向读写器链路中 的每个超高频读写器同时发送下行数据或信令;并经由所述 第一光接口(光接口 1)、第二光接口(光接口 2)、第三接口(无 线接口)分别接收所述读写器链路中的每个超高频读写器发 送的上行数据,并选用质量最佳的所述上行数据。
另外,通过在超高频读写器的两个光接口中的第一光接 口与第二光接口之间设置数据透传路径实现数据和信令的透 传。
2.3数据和信令的接收
每个超高频读写器按以下步骤处理从所述两个接口接收 下行数据和信令:
(1)对来自所述第一光接口的下行数据帧依次进行解帧 和下行数据处理,分别得到第一下行解帧数据;
(2)对来自所述第二光接口的下行数据帧依次进行解帧 和下行数据处理,分别得到第二下行解帧数据;
(3)对来自所述第三接口(无线接口)的下行数据帧依次 进行解帧和下行数据处理,分别得到第三下行解帧数据;
(4)选用所述第一下行数据、第二下行数据、第三下行 数据中质量最佳的下行数据;
(5)将第一下行解帧数据和本机上行数据进行成帧处理 后,经由所述第二光接口发出,实现第一方向的数据透传;
(6)将第二下行解帧数据和本机上行数据进行成帧处理 后,经由所述第一光接口发出,实现第二方向的数据透传;
(7) 同时,将本机上行数据通过第三接口(无线接口)进 行数据上传。
每个超高频读写器还接收和处理来自所述交通控制中心 的两个光接口的数据中的时钟标志信息,根据第一时钟标志信 息和第二时钟标志信息,判断时钟优先级,并选用第一时钟 和第二时钟中优先级最高的时钟。当连接所述第一光接口或 连接所述第二光接口的线路发生故障时,所述超高频读写器 将来自对应线路故障的接口的时钟标志信息中的优先级修改为 最低,并进行透传。
2.4交通控制中心
交通控制中心主要具有以下功能模块:
(1)并行发送模块,用于经由所述第一光接口、第二光接口、 第三接口(无线接口),向读写器链路中的每个超高频读写器 同时发送下行数据或信令;
( 2)最优接收模块,用于经由所述第一光接口、第二光 接口、第三接口(无线接口)分别接收所述读写器链路中的每 个超高频读写器发送的上行数据,并选用质量最佳的所述上 行数据。图2所示是交通控制中心的数据收发示意图,图3 所示是系统中光口的时钟提取示意图。
另外,超高频读写器的第一光接口与第二光接口之间还设 有实现数据或信令透传的透传路径模块。具体如图4所示。
在图4所示的透传路径模块中:透传数据和透传信令为 双向透传,其单方向具体透传方式为:透传数据时,数据经过 与第一接口连接的第一成帧/解帧器解帧后,将数据传送给透 传路径模块中第一转发数据交换模块,第一转发数据交换模块将数据传送给第二成帧/解帧器成帧后通过第二接口发送 出去;透传信令时,信令经过与第一接口连接的第一成帧/解 帧器解帧后,传送给透传路径模块中第一信令解析缓存模块, 第一信令解析缓存模块将信令传送给第一信令调度模块,第 一信令调度模块将信令传送给第二成帧/解帧器成帧后通过 第二接口发送出去。
通常数据选择模块根据链路告警码和误码率完成数据的 最优接收。图5所示是数据选择模块的示意框图。
2.5阅读器配置
图6所示为系统中阅读器的ID配置图。
本文提出采用软件配置的方式下发阅读器的ID (Reader_ ID), Reader_ID的数据结构参照图6,每个数据块携带级联 的所有阅读器的ID号,同时带一个索引号。主控处理器通 过地址提取模块,根据索引号从相应的位置取自身的ID号。 Reader ID是从交通控制中心发出的,初始索引值为0,经过 每一级Reader,索引号会自动加1。
3与现有组网方案的比较
与现有的组网方案相比较,本文的有益成果在于以下几 点:
(1)本文通过在超高频读写器上设置能够数据透传的两 个光接口,并将各个超高频读写器依次级联,最后与控制中 心的两个光接口连接,组成环形网,使控制中心对外只需要两 个光接口,节省了大量外接口 ;各个超高频读写器与控制中心 有两条链路,当某一链路出现故障时,可以切换到另一链路 传输数据,支持了超高频读写器的冗余保护;整个环形链路 可以不使用中间件,节省了成本。同时,具备了第三个接口(无 线接口),可以提供第三条数据传输通道,更加提高了数据传 输的可靠性;
控制中心通过三个接口并行向每个超高频读写器发 送数据,通过三个接口接收每个超高频读写器发送的数据, 并选择质量最佳的上行数据,从而在控制中心支持超高频读写 器的环形组网冗余保护;在超高频读写器内有实现数据和信 令透传路径,便于每个超高频读写器与控制中心之间的读写 器链路数据传输;
本文还根据超高频读写器光纤环形组网特点设置相 关时钟参考源的选择,保证了超高频读写器与控制中心时钟同 步;而且本文还在超高频读写器内设置数据信令转发保护模 块,保证了传输的数据和信令在超高频读写器内正确识别接 收和透传;
对于室外比较荒凉的道路,可以使用太阳能对读写 器供电;对于信号传输,可以选择2种方案:一种方案是采 用光纤,传输距离远;另一种方案是采用无线通讯方式。第 二种方案时,需要附近有基站;然后读写器根据基站的类型 确定安装何种类型的无线上网模块。
4结语
同时具备上述优势后,交通公路上的车辆监控可靠性、 实时性、智能性将大大提高,也有助于解决公路上车速超标 实时检测、套牌车实时监测、交通拥堵实时发现、特定车辆 的轨迹自动跟踪上报、高速公路上监控阅读器可以布局更多更 远、二义性路径识别、车辆非法行驶、高度路口不停车收费等 一系列交通问题。如果再有云计算、大数据处理的支撑,就 能提前预测出一些车辆未来的动态趋势,提前做出预案,便可 避免信息滞后带来的拥堵或危害。