基于物聯(lián)網(wǎng)的智能交通信息共享技術(shù)研究

　　引 言

　　智能交通系統(tǒng)的核心是圍繞信息處理的信息基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行的相關(guān)系統(tǒng)的建設(shè)，這一基礎(chǔ)設(shè)施可以采用如下概念模型加以描述。

　　資源整合是實(shí)現(xiàn)交通信息和基礎(chǔ)設(shè)施共享的惟一途徑。通過整合可以最大限度地實(shí)現(xiàn)資源共享，盡可能地減少中間環(huán)節(jié)，提升效率。

　　這里的整合主要指物理資源、數(shù)據(jù)資源及應(yīng)用系統(tǒng)的整合。（如圖1所示）

　　物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為交通信息資源整合提供了新的可供參考的模式。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是綜合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感技術(shù)、射頻標(biāo)簽、人工智能、無線數(shù)據(jù)通信等，用于構(gòu)造實(shí)現(xiàn)物品（商品）能夠彼此進(jìn)行“交流”的分布式計(jì)算環(huán)境，實(shí)現(xiàn)物品（商品）的自動(dòng)識(shí)別和信息的互聯(lián)與共享。物聯(lián)網(wǎng)概念將改變?nèi)藗冮L期以來所形成的對(duì)于物理基礎(chǔ)設(shè)施和IT基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)難以協(xié)調(diào)、不同種類IT基礎(chǔ)設(shè)施資源難以整合和共享的觀念和現(xiàn)狀。

　　基于物聯(lián)網(wǎng)在此方面的優(yōu)勢(shì)，本文在此探討一種基于代理模式的物聯(lián)網(wǎng)概念和技術(shù)的交通信息與基礎(chǔ)設(shè)施資源共享的模型。

　　1 代理模型

　　代理技術(shù)起源于20世紀(jì)的分布式人工智能的研究，代理技術(shù)強(qiáng)調(diào)軟件的分布性、自治性和智能性，通常用來構(gòu)建大規(guī)模的分布式軟件系統(tǒng)。軟件代理是模型化的復(fù)雜軟件系統(tǒng)的高級(jí)抽象，展示高度的動(dòng)態(tài)行為。軟件代理是一種復(fù)雜的計(jì)算機(jī)程序，采取自治的行為，協(xié)同應(yīng)用與環(huán)境交互，完成給定的目標(biāo)。代理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)模式如圖2所示，中間的連接器也就是系統(tǒng)的消息總線，多個(gè)代理和客戶機(jī)與它相連接；控制器則統(tǒng)籌代理的活動(dòng)。 

　　1.1 實(shí)體分析

　　構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)體范圍遠(yuǎn)超出了目前互聯(lián)網(wǎng)的范圍。其中重要的一點(diǎn)是物聯(lián)網(wǎng)中包含各種行業(yè)應(yīng)用的儀器儀表，現(xiàn)有的數(shù)字智能設(shè)備在理論上都可以升級(jí)改造為物聯(lián)網(wǎng)中的設(shè)備。交通管理系統(tǒng)中的各類傳感器、信號(hào)控制器、車載終端連同中心的系統(tǒng)一起都可以成為未來網(wǎng)格系統(tǒng)中的資源。

　　視圖如圖3所示。 

　　1.2 代理對(duì)象模型

　　為了規(guī)范化描述T-Grid體系的運(yùn)行環(huán)境，我們提出了T-Grid模型。 

　　T-Grid是一個(gè)融合了Internet和分布式系統(tǒng)技術(shù)的通用信息資源共享平臺(tái)，完全符合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的概念。它的主要目標(biāo)是建立一個(gè)兼容環(huán)境，以便使各種分布式的交通信息資源能夠以統(tǒng)一接口界面被調(diào)度并使用。在T-Grid構(gòu)架下，所有被訪問設(shè)備（資源）都具有基本的數(shù)據(jù)處理能力。

　　虎嵩林等、李偉等采用的網(wǎng)格計(jì)算是代理(Agent)體系結(jié)構(gòu)模式。通過在1.1對(duì)交通管理系統(tǒng)領(lǐng)域各實(shí)體節(jié)點(diǎn)功能的分析，進(jìn)一步歸納出如下的對(duì)象和對(duì)應(yīng)關(guān)系（見表2）。將移動(dòng)節(jié)點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)E）、現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)(C)和控制節(jié)點(diǎn)(B)描述為T-Agent的子類。

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　　我們可以從上述描述中看出構(gòu)成T-Grid的對(duì)象：

　　1.2.1 消息傳遞對(duì)象(MEX)

　　即由連接器類所確定的消息總線。消息總線是代理網(wǎng)格計(jì)算的基礎(chǔ)。消息總線的基礎(chǔ)是基于XML的消息交換，通過一個(gè)統(tǒng)一的消息通信方式和一個(gè)統(tǒng)一的消息交換格式，各種應(yīng)用或者系統(tǒng)掛接到消息總線上，相互交互數(shù)據(jù)或者其他信息?；谙⒔粨Q的消息總線結(jié)構(gòu)有效地連接不同的業(yè)務(wù)系統(tǒng)（或者說應(yīng)用系統(tǒng)）到消息總線上，是業(yè)務(wù)流程管理系統(tǒng)集成不同業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)?？梢圆捎靡粋€(gè)基于XML[6][7]的可擴(kuò)展的消息交換標(biāo)準(zhǔn)來定義T-Grid消息規(guī)范。圖5是T-Grid平臺(tái)的消息總線示意圖。 

　　T-Grid中，從標(biāo)準(zhǔn)化的角度，我們采用NTCIP協(xié)議所制定的指令和數(shù)據(jù)編碼標(biāo)準(zhǔn)來管理這些基本I/O對(duì)象。

　　1.2.2 數(shù)據(jù)I/O對(duì)象(T-MUX)

　　T-G r id把從硬件特性角度劃分為五種基本I/O對(duì)象：顯示類、運(yùn)算類、存儲(chǔ)類、輸入類及控制類。每個(gè)基礎(chǔ)類都可以被其對(duì)應(yīng)的指令集完全獨(dú)立控制。這樣，從一個(gè)超大型儀器到一個(gè)簡單的傳感器都可以成為共享的目標(biāo)。各個(gè)前端T-Node內(nèi)部通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理算法, 對(duì)數(shù)據(jù)的處理一是針對(duì)數(shù)據(jù)的噪音進(jìn)行濾波處理，二是對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)預(yù)處理在這里完成了獨(dú)立數(shù)據(jù)源交通數(shù)據(jù)的處理工作。眾多檢測(cè)器數(shù)據(jù)上傳到中心后，中心系統(tǒng)平臺(tái)則將在此基礎(chǔ)上進(jìn)行有關(guān)的信息融合工作。

　　1.2.3 數(shù)據(jù)控制對(duì)象(T-Agent)

　　T-Grid中應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)是T-MUX與T-Agent通過基礎(chǔ)通信對(duì)象交互的結(jié)果，T-Agent是一個(gè)反應(yīng)的、自治的、內(nèi)部驅(qū)動(dòng)的實(shí)體，雖置身于變換不定的環(huán)境中，但它們可以感知并對(duì)其做出反應(yīng)；而T-MUX則是T-Agent的直接作用對(duì)象。T-Agent之間是聯(lián)系的，可以直接進(jìn)行訪問。T-MUX也是一個(gè)反應(yīng)的、 自治的、內(nèi)部驅(qū)動(dòng)的實(shí)體，但T-MUX不自己進(jìn)行環(huán)境的感知和了解，只有在被訪問后才做出響應(yīng)，而且T-MUX之間是獨(dú)立的，不能直接相互訪問。

　　1.2.4 網(wǎng)格應(yīng)用控制(C-Agent)

　　我們將交通管理系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)B作為代理系統(tǒng)中的控制器，也是T-Grid中的應(yīng)用控制。T-Grid模型與原有交通系統(tǒng)在對(duì)資源整合方面的思想不同，它應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方面的整合：T-Agent通過采用NTCIP協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)T-MUX進(jìn)行功能的調(diào)用和數(shù)據(jù)的采集，另一方面，T-Agent應(yīng)當(dāng)能通過消息總線的方式實(shí)現(xiàn)與新舊系統(tǒng)級(jí)（Node A和Node B）資源的整合。Agent的存在形式一般是一個(gè)運(yùn)行于高性能運(yùn)算裝置之上的軟件程序。Agent是T-Grid中最關(guān)鍵的部分，由它對(duì)處于分布態(tài)的各種T-MUX和系統(tǒng)進(jìn)行有效管理、調(diào)度，為應(yīng)用提供高效、安全、可靠的服務(wù)。

　　2 系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制

　　在物聯(lián)網(wǎng)的概念下，共享資源和協(xié)同網(wǎng)絡(luò)服務(wù)是網(wǎng)格的本質(zhì)特征。交通管理系統(tǒng)的功能組成和分布的目標(biāo)是將整個(gè)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集、信息處理及信息發(fā)布的功能合理地分布在不同的5類節(jié)點(diǎn)中，共同協(xié)作完成交通管理系統(tǒng)的功能。系統(tǒng)分為三個(gè)層面：1) 中心信息處理平臺(tái)。中心智能體的主要功能是實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的信息集成，它通過中心數(shù)據(jù)庫和方法庫實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的管理、協(xié)調(diào)和控制。2) 智能體節(jié)點(diǎn)平臺(tái)。智能體節(jié)點(diǎn)則包括數(shù)據(jù)采集單元、執(zhí)行模塊、處理模塊、獨(dú)立數(shù)據(jù)庫、特定方法庫和協(xié)調(diào)通訊單元構(gòu)成。3) 現(xiàn)有基礎(chǔ)交通信息采集單元及交通控制單元。

　　在T-Grid運(yùn)行機(jī)制模型中（見圖6），T-MUX代表底層對(duì)象服務(wù)，Agent代表的是數(shù)據(jù)流的控制機(jī)制。用戶在使用功能時(shí)，不是直接面向功能的提供者，而是通過一種代理機(jī)制進(jìn)行間接訪問，這種代理機(jī)制允許一個(gè)用戶同時(shí)調(diào)用多個(gè)相同類型的服務(wù)提供者進(jìn)行工作。它的好處在于系統(tǒng)的效率不再只取決于單個(gè)服務(wù)接口的性能，系統(tǒng)具有了并行處理的能力，而且其容錯(cuò)能力明顯增強(qiáng)。當(dāng)一個(gè)服務(wù)接口發(fā)生故障時(shí)，Agent可以把調(diào)用轉(zhuǎn)移到另一個(gè)相同類型的接口上而不會(huì)導(dǎo)圖5 消息總線示意圖節(jié)點(diǎn)描述代理系統(tǒng)描述文中標(biāo)識(shí)致應(yīng)用崩潰。同時(shí)，T-Grid中的T-MUX及Agent都具有“即插即用”的能力。T-Grid改變了資源原有范疇，T-MUX是基本I/O對(duì)象，而Agent則通過基礎(chǔ)通信對(duì)象對(duì)T-MUX進(jìn)行功能的調(diào)用和處理。 

　　對(duì)于一個(gè)交通信息管理與控制系統(tǒng)來說，則可以看成是若干T-MUX和一個(gè)Agent的局部組合；而一個(gè)嵌入式的交通數(shù)據(jù)采集設(shè)備則可以被看成是單個(gè)T-MUX對(duì)象。T-Grid系統(tǒng)中T-MUX與T-MUX之間沒有直接數(shù)據(jù)交換，都是通過Agent間接作用，Agent與T-MUX之間采用基礎(chǔ)通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，而對(duì)處于同一位置的Agent和T-MUX，為了提高系統(tǒng)效率，系統(tǒng)提供局部自治的功能，即T-MUX和Agent之間不采用通信協(xié)議，而是直接高效的內(nèi)部相連，這時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)對(duì)外部而言就是一個(gè)Agent，若是不使用局部自治，則可以把此設(shè)備看成是若干T-MUX對(duì)象和Agent的組合體，外部就可以獨(dú)立訪問各個(gè)T-MUX對(duì)象和Agent。但若干個(gè)Agent之間是否允許局部自治，則需要根據(jù)實(shí)際情況采取不同的控制策略。如城市交通控制系統(tǒng)，如果將單個(gè)交叉口信息控制點(diǎn)看作一個(gè)Agent，那么交叉口信號(hào)控制機(jī)之間是否采取自治，需要控制平臺(tái)根據(jù)實(shí)際情況考慮，否則會(huì)出現(xiàn)控制混亂的情形。

　　3 結(jié) 論

　　交通信息共享是智能交通領(lǐng)域研究的重點(diǎn)領(lǐng)域之一，動(dòng)態(tài)、異構(gòu)和分布是交通信息系統(tǒng)的主要特征。系統(tǒng)的融合從整體決定了這些系統(tǒng)能否發(fā)揮功效的關(guān)鍵。本文研究在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下交通信息資源整合方面的技術(shù)體系結(jié)構(gòu)。

　　1) 物聯(lián)網(wǎng)為交通信息資源整合提供了新的可供參考的模式。物聯(lián)網(wǎng)概念將改變?nèi)藗冮L期以來所形成的對(duì)于物理基礎(chǔ)設(shè)施和IT基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)難以協(xié)調(diào)、不同種類IT基礎(chǔ)設(shè)施難以資源整合和共享的觀念和現(xiàn)狀。交通管理系統(tǒng)中的各類傳感器、信號(hào)控制器、車載終端連同中心的系統(tǒng)一起都可以成為未來物聯(lián)網(wǎng)中的資源。正是基于物聯(lián)網(wǎng)在此方面的優(yōu)勢(shì)，本文提出了一種基于代理模式的物聯(lián)網(wǎng)概念和技術(shù)的交通信息和基礎(chǔ)設(shè)施資源共享的模型。

　　2) T-Grid是一個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)概念的分布式通用信息資源共享平臺(tái)。系統(tǒng)采用代理模式，涉及其中五類節(jié)點(diǎn)。它的主要目標(biāo)是建立一個(gè)兼容環(huán)境，以便使各種分布式的交通信息資源能夠以統(tǒng)一接口界面被調(diào)度并使用。在T-Grid構(gòu)架下，所有被訪問設(shè)備（資源）都具有基本的數(shù)據(jù)處理能力。

　　3) T-Grid系統(tǒng)分為三個(gè)層面：中心信息處理平臺(tái)、智能體節(jié)點(diǎn)平臺(tái)、現(xiàn)有基礎(chǔ)交通信息采集單元及交通控制單元。在物聯(lián)網(wǎng)的概念下，共享資源和協(xié)同網(wǎng)絡(luò)服務(wù)是網(wǎng)格的本質(zhì)特征。交通管理系統(tǒng)的功能組成和分布的目標(biāo)是將整個(gè)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集、信息處理及信息發(fā)布的功能合理地分布在不同的5類節(jié)點(diǎn)中，共同協(xié)作完成交通管理系統(tǒng)的功能。