引言

截至2010年年底，全國(guó)已有20個(gè)?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市） 實(shí)現(xiàn)了高速公路聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，高速公路經(jīng)營(yíng)企業(yè)和行業(yè)管理部門 可以借助高速公路監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控掌握各路段的交通流量分布情 況、交通事件發(fā)生情況、路段周邊氣象情況等。但是，這種聯(lián) 網(wǎng)監(jiān)控需要人工肉眼觀察攝像頭采集的信息，識(shí)別效率不高, 智能監(jiān)控程度不高；尤其是車輛多的時(shí)候，無(wú)法對(duì)每個(gè)車輛 逐一分析，監(jiān)控的工作量大。

而采用物聯(lián)網(wǎng)RFID技術(shù)，最多可以每秒掃描幾十個(gè)車輛, 識(shí)讀效率高；且可以對(duì)特定車輛進(jìn)行行駛軌跡跟蹤；可以進(jìn) 行自動(dòng)流量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)；并能智能分析、自動(dòng)生成監(jiān)管部門所需 要的各種報(bào)表，節(jié)省大量人力分析工作。

1組網(wǎng)分析

高速公路通領(lǐng)域內(nèi)的電子車牌、高速公路采集點(diǎn)等項(xiàng)目中, 為了解決多站點(diǎn)覆蓋的問(wèn)題，各個(gè)讀寫器節(jié)點(diǎn)都采用星型組網(wǎng) 方式進(jìn)行數(shù)據(jù)上報(bào)，其組網(wǎng)方法如下：

（1）每個(gè)超高頻讀寫器通過(guò)網(wǎng)線連接到中間件（例如： 工控機(jī)），然后通過(guò)中間件連接到交通控制中心的方法，來(lái)解 決重要道路的覆蓋問(wèn)題；

（2）每個(gè)超高頻讀寫器通過(guò)網(wǎng)線連接交換機(jī)，然后交換 機(jī)通過(guò)網(wǎng)線或光纖連接到控制中心；

（3）每個(gè)讀寫器通過(guò)無(wú)線方式（例如:GPRS）進(jìn)行組網(wǎng)， 將數(shù)據(jù)上傳給交通控制中心。

采用第一種方法的缺點(diǎn)是：中間件一般采用工控機(jī)等設(shè) 備，設(shè)備比較昂貴。每個(gè)超高頻讀寫器附近都要附加一個(gè)中 間件，如果站點(diǎn)較多、距離較遠(yuǎn)，則需要的中間件數(shù)量較多、 線纜很長(zhǎng)，導(dǎo)致整體投入比較昂貴，且如果網(wǎng)線出現(xiàn)故障，則有可能丟失數(shù)據(jù)。所以，采用星型網(wǎng)絡(luò)的話，數(shù)據(jù)傳輸路徑?jīng)] 有冗余設(shè)計(jì)，傳輸存在不可靠問(wèn)題；

采用第二種方法的缺點(diǎn)是：某個(gè)鏈路出現(xiàn)問(wèn)題，那么這 個(gè)鏈路上的超高頻讀寫器數(shù)據(jù)就無(wú)法上傳。鏈型網(wǎng)雖然能夠 解決中間件太貴的問(wèn)題，但是不能解決某個(gè)鏈路出現(xiàn)問(wèn)題導(dǎo) 致該鏈路上超高頻讀寫器數(shù)據(jù)無(wú)法上傳的問(wèn)題。而且在對(duì)數(shù) 據(jù)傳輸質(zhì)量要求比較高的交通上，必須為超高頻讀寫器上傳 數(shù)據(jù)預(yù)留備用線路，而星型網(wǎng)和鏈型網(wǎng)不能解決這個(gè)問(wèn)題；

采用第三種方法的缺點(diǎn)是：無(wú)線網(wǎng)絡(luò)需要租借運(yùn)營(yíng)商的 網(wǎng)絡(luò)，且運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)存在無(wú)線信號(hào)覆蓋問(wèn)題和信號(hào)質(zhì)量問(wèn)題, 有時(shí)候會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)上傳受限（例如：GPRS只能上傳幾Kb/s速 率）、傳輸距離受限、數(shù)據(jù)丟失等問(wèn)題。

2新型組網(wǎng)方法

2.1新型組網(wǎng)

本文提到的方法能夠解決上述三種方法的缺陷。從而提 供一種更加安全可靠的交通監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。圖1所示是本文要介紹 的新型組網(wǎng)方法圖。

采用本文提到的組網(wǎng)方式的前提是所用到的UHF（頻 段840 MHz~960 MHz）讀寫器具備2個(gè)可選配的模塊：第 一是無(wú)線上網(wǎng)模塊采用USB接口通用無(wú)線上網(wǎng)模塊，例如： GPRS無(wú)線模塊、WCDMA/HSDPA無(wú)線模塊、TD無(wú)線模塊。由于采用通用的無(wú)線模塊，所以可以實(shí)現(xiàn)自由選擇配置。當(dāng)然, USB接口的無(wú)線模塊的結(jié)構(gòu)殼體外面要帶有室外防護(hù)的塑料 蓋子，既能防水、又能通過(guò)無(wú)線信號(hào)；第二則是光模塊：即 每個(gè)讀寫器上有2個(gè)光口，光模塊可以進(jìn)行選配。需要使用 2個(gè)光模塊，就插入2個(gè)光模塊。然后光纖可以插入光模塊, 進(jìn)行光纖通訊。同樣，該接口也有防水保護(hù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、方 便室外應(yīng)用。光纖傳輸距離遠(yuǎn)，可以解決高速公路長(zhǎng)距離傳 輸問(wèn)題。

2.2新型組網(wǎng)步驟

有了無(wú)線通訊模塊和光模塊接口后，本文提到的組網(wǎng)步 驟如下：

步驟1 ：第2a?2n個(gè)讀寫器中每個(gè)超高頻讀寫器配置 數(shù)據(jù)透?jìng)鞯娜齻€(gè)接口（光口 1、光口 2、無(wú)線接口）；

步驟2 :第2a?2n個(gè)讀寫器分別通過(guò)各自的兩個(gè)光口依 次連接，形成具有兩個(gè)鏈路端部光接口的讀寫器鏈路。同時(shí), 第三個(gè)接口（無(wú)線通訊接口）通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸信號(hào)至交通控 制中心。

步驟3 :通過(guò)把兩個(gè)鏈路端部光接口分別連接至交通控 制中心的第一個(gè)光接口和第二個(gè)光接口，使所述讀寫器鏈路連 接到所述交通控制中心，形成環(huán)形網(wǎng)。同時(shí)，無(wú)線信號(hào)接入到 第三個(gè)無(wú)線接口。

其中，交通控制中心經(jīng)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（無(wú)線接口），向讀寫器鏈路中 的每個(gè)超高頻讀寫器同時(shí)發(fā)送下行數(shù)據(jù)或信令；并經(jīng)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（無(wú) 線接口）分別接收所述讀寫器鏈路中的每個(gè)超高頻讀寫器發(fā) 送的上行數(shù)據(jù)，并選用質(zhì)量最佳的所述上行數(shù)據(jù)。

另外，通過(guò)在超高頻讀寫器的兩個(gè)光接口中的第一光接 口與第二光接口之間設(shè)置數(shù)據(jù)透?jìng)髀窂綄?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信令的透 傳。

2.3數(shù)據(jù)和信令的接收

每個(gè)超高頻讀寫器按以下步驟處理從所述兩個(gè)接口接收 下行數(shù)據(jù)和信令:

（1）對(duì)來(lái)自所述第一光接口的下行數(shù)據(jù)幀依次進(jìn)行解幀 和下行數(shù)據(jù)處理，分別得到第一下行解幀數(shù)據(jù)；

（2）對(duì)來(lái)自所述第二光接口的下行數(shù)據(jù)幀依次進(jìn)行解幀 和下行數(shù)據(jù)處理，分別得到第二下行解幀數(shù)據(jù)；

（3）對(duì)來(lái)自所述第三接口（無(wú)線接口）的下行數(shù)據(jù)幀依次 進(jìn)行解幀和下行數(shù)據(jù)處理，分別得到第三下行解幀數(shù)據(jù)；

（4）選用所述第一下行數(shù)據(jù)、第二下行數(shù)據(jù)、第三下行 數(shù)據(jù)中質(zhì)量最佳的下行數(shù)據(jù)；

（5）將第一下行解幀數(shù)據(jù)和本機(jī)上行數(shù)據(jù)進(jìn)行成幀處理 后，經(jīng)由所述第二光接口發(fā)出，實(shí)現(xiàn)第一方向的數(shù)據(jù)透?jìng)鳎?

（6）將第二下行解幀數(shù)據(jù)和本機(jī)上行數(shù)據(jù)進(jìn)行成幀處理 后，經(jīng)由所述第一光接口發(fā)出，實(shí)現(xiàn)第二方向的數(shù)據(jù)透?jìng)鳎?

（7） 同時(shí)，將本機(jī)上行數(shù)據(jù)通過(guò)第三接口（無(wú)線接口）進(jìn) 行數(shù)據(jù)上傳。

每個(gè)超高頻讀寫器還接收和處理來(lái)自所述交通控制中心 的兩個(gè)光接口的數(shù)據(jù)中的時(shí)鐘標(biāo)志信息，根據(jù)第一時(shí)鐘標(biāo)志信 息和第二時(shí)鐘標(biāo)志信息，判斷時(shí)鐘優(yōu)先級(jí)，并選用第一時(shí)鐘 和第二時(shí)鐘中優(yōu)先級(jí)最高的時(shí)鐘。當(dāng)連接所述第一光接口或 連接所述第二光接口的線路發(fā)生故障時(shí)，所述超高頻讀寫器 將來(lái)自對(duì)應(yīng)線路故障的接口的時(shí)鐘標(biāo)志信息中的優(yōu)先級(jí)修改為 最低，并進(jìn)行透?jìng)鳌?

2.4交通控制中心

交通控制中心主要具有以下功能模塊：

（1）并行發(fā)送模塊，用于經(jīng)由所述第一光接口、第二光接口、 第三接口（無(wú)線接口），向讀寫器鏈路中的每個(gè)超高頻讀寫器 同時(shí)發(fā)送下行數(shù)據(jù)或信令；

（ 2）最優(yōu)接收模塊，用于經(jīng)由所述第一光接口、第二光 接口、第三接口（無(wú)線接口）分別接收所述讀寫器鏈路中的每 個(gè)超高頻讀寫器發(fā)送的上行數(shù)據(jù)，并選用質(zhì)量最佳的所述上 行數(shù)據(jù)。圖2所示是交通控制中心的數(shù)據(jù)收發(fā)示意圖，圖3 所示是系統(tǒng)中光口的時(shí)鐘提取示意圖。

另外，超高頻讀寫器的第一光接口與第二光接口之間還設(shè) 有實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)或信令透?jìng)鞯耐競(jìng)髀窂侥K。具體如圖4所示。

在圖4所示的透?jìng)髀窂侥K中：透?jìng)鲾?shù)據(jù)和透?jìng)餍帕顬?雙向透?jìng)?，其單方向具體透?jìng)鞣绞綖?透?jìng)鲾?shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò) 與第一接口連接的第一成幀/解幀器解幀后，將數(shù)據(jù)傳送給透 傳路徑模塊中第一轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)交換模塊，第一轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)交換模塊將數(shù)據(jù)傳送給第二成幀/解幀器成幀后通過(guò)第二接口發(fā)送 出去；透?jìng)餍帕顣r(shí)，信令經(jīng)過(guò)與第一接口連接的第一成幀/解 幀器解幀后，傳送給透?jìng)髀窂侥K中第一信令解析緩存模塊, 第一信令解析緩存模塊將信令傳送給第一信令調(diào)度模塊，第 一信令調(diào)度模塊將信令傳送給第二成幀/解幀器成幀后通過(guò) 第二接口發(fā)送出去。

通常數(shù)據(jù)選擇模塊根據(jù)鏈路告警碼和誤碼率完成數(shù)據(jù)的 最優(yōu)接收。圖5所示是數(shù)據(jù)選擇模塊的示意框圖。

2.5閱讀器配置

圖6所示為系統(tǒng)中閱讀器的ID配置圖。

本文提出采用軟件配置的方式下發(fā)閱讀器的ID (Reader_ ID), Reader_ID的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)參照?qǐng)D6,每個(gè)數(shù)據(jù)塊攜帶級(jí)聯(lián) 的所有閱讀器的ID號(hào)，同時(shí)帶一個(gè)索引號(hào)。主控處理器通 過(guò)地址提取模塊，根據(jù)索引號(hào)從相應(yīng)的位置取自身的ID號(hào)。 Reader ID是從交通控制中心發(fā)出的，初始索引值為0，經(jīng)過(guò) 每一級(jí)Reader，索引號(hào)會(huì)自動(dòng)加1。

3與現(xiàn)有組網(wǎng)方案的比較

與現(xiàn)有的組網(wǎng)方案相比較，本文的有益成果在于以下幾 點(diǎn)：

(1)本文通過(guò)在超高頻讀寫器上設(shè)置能夠數(shù)據(jù)透?jìng)鞯膬?個(gè)光接口，并將各個(gè)超高頻讀寫器依次級(jí)聯(lián)，最后與控制中 心的兩個(gè)光接口連接，組成環(huán)形網(wǎng)，使控制中心對(duì)外只需要兩 個(gè)光接口，節(jié)省了大量外接口 ；各個(gè)超高頻讀寫器與控制中心 有兩條鏈路，當(dāng)某一鏈路出現(xiàn)故障時(shí)，可以切換到另一鏈路 傳輸數(shù)據(jù)，支持了超高頻讀寫器的冗余保護(hù)；整個(gè)環(huán)形鏈路 可以不使用中間件，節(jié)省了成本。同時(shí)，具備了第三個(gè)接口(無(wú) 線接口)，可以提供第三條數(shù)據(jù)傳輸通道，更加提高了數(shù)據(jù)傳 輸?shù)目煽啃裕?

控制中心通過(guò)三個(gè)接口并行向每個(gè)超高頻讀寫器發(fā) 送數(shù)據(jù)，通過(guò)三個(gè)接口接收每個(gè)超高頻讀寫器發(fā)送的數(shù)據(jù)， 并選擇質(zhì)量最佳的上行數(shù)據(jù)，從而在控制中心支持超高頻讀寫 器的環(huán)形組網(wǎng)冗余保護(hù)；在超高頻讀寫器內(nèi)有實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信 令透?jìng)髀窂?，便于每個(gè)超高頻讀寫器與控制中心之間的讀寫 器鏈路數(shù)據(jù)傳輸；

本文還根據(jù)超高頻讀寫器光纖環(huán)形組網(wǎng)特點(diǎn)設(shè)置相 關(guān)時(shí)鐘參考源的選擇，保證了超高頻讀寫器與控制中心時(shí)鐘同 步；而且本文還在超高頻讀寫器內(nèi)設(shè)置數(shù)據(jù)信令轉(zhuǎn)發(fā)保護(hù)模 塊，保證了傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和信令在超高頻讀寫器內(nèi)正確識(shí)別接 收和透?jìng)鳎?

對(duì)于室外比較荒涼的道路，可以使用太陽(yáng)能對(duì)讀寫 器供電；對(duì)于信號(hào)傳輸，可以選擇2種方案：一種方案是采 用光纖，傳輸距離遠(yuǎn)；另一種方案是采用無(wú)線通訊方式。第 二種方案時(shí)，需要附近有基站；然后讀寫器根據(jù)基站的類型 確定安裝何種類型的無(wú)線上網(wǎng)模塊。

4結(jié)語(yǔ)

同時(shí)具備上述優(yōu)勢(shì)后，交通公路上的車輛監(jiān)控可靠性、 實(shí)時(shí)性、智能性將大大提高，也有助于解決公路上車速超標(biāo) 實(shí)時(shí)檢測(cè)、套牌車實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、交通擁堵實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)、特定車輛 的軌跡自動(dòng)跟蹤上報(bào)、高速公路上監(jiān)控閱讀器可以布局更多更 遠(yuǎn)、二義性路徑識(shí)別、車輛非法行駛、高度路口不停車收費(fèi)等 一系列交通問(wèn)題。如果再有云計(jì)算、大數(shù)據(jù)處理的支撐，就 能提前預(yù)測(cè)出一些車輛未來(lái)的動(dòng)態(tài)趨勢(shì)，提前做出預(yù)案，便可 避免信息滯后帶來(lái)的擁堵或危害。

20211120_6198ffa095968__高速公路RFID讀寫器的可靠組網(wǎng)方法