基于物聯(lián)網(wǎng)的智能交通信息共享技術(shù)

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)、射頻標簽、人工智能、無線數(shù)據(jù)通信等，用于構(gòu)造實現(xiàn)物品（商品）能夠彼此進行“交流”的分布式計算環(huán)境，實現(xiàn)物品（商品）的自動識別和信息的互聯(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，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世紀的分布式人工智能的研究，代理技術(shù)強調(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)的高級抽象，展示高度的動態(tài)行為。軟件代理是一種復(fù)雜的計算機程序，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。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，多個代理和客戶機與它相連接；控制器則統(tǒng)籌代理的活動。
 

　　1.1 實體分析

　　構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)的實體范圍遠超出了目前互聯(lián)網(wǎng)的范圍。其中重要的一點是物聯(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。

　　表１是交通管理系統(tǒng)中的5類實體，所對應(yīng)的應(yīng)用
 

視圖如圖3所示。
 

1.2 代理對象模型

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

　　T-Grid是一個融合了Internet和分布式系統(tǒng)技術(shù)的通用信息資源共享平臺，完全符合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的概念。它的主要目標是建立一個兼容環(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)格計算是代理(Agent)體系結(jié)構(gòu)模式。通過在1.1對交通管理系統(tǒng)領(lǐng)域各實體節(jié)點功能的分析，進一步歸納出如下的對象和對應(yīng)關(guān)系（見表2）。將移動節(jié)點（節(jié)點E）、現(xiàn)場節(jié)點(C)和控制節(jié)點(B)描述為T-Agent的子類。

　　我們可以從上述描述中看出構(gòu)成T-Grid的對象：消息傳遞對象#e#1.2.1 消息傳遞對象(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，通過一個統(tǒng)一的消息通信方式和一個統(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。基于消息交換的消息總線結(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)。可以采用一個基于XML[6][7]的可擴展的消息交換標準來定義T-Grid消息規(guī)范。圖5是T-Grid平臺的消息總線示意圖。
 

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

　　1.2.2 數(shù)據(jù)I/O對象(T-MUX)

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

　　1.2.3 數(shù)據(jù)控制對象(T-Agent)

　　T-Grid中應(yīng)用的實現(xiàn)是T-MUX與T-Agent通過基礎(chǔ)通信對象交互的結(jié)果，T-Agent是一個反應(yīng)的、自治的、內(nèi)部驅(qū)動的實體，雖置身于變換不定的環(huán)境中，但它們可以感知并對其做出反應(yīng)；而T-MUX則是T-Agent的直接作用對象。T-Agent之間是聯(lián)系的，可以直接進行訪問。T-MUX也是一個反應(yīng)的、 自治的、內(nèi)部驅(qū)動的實體，但T-MUX不自己進行環(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)在對資源整合方面的思想不同，它應(yīng)當實現(xiàn)兩個方面的整合：T-Agent通過采用NTCIP協(xié)議實現(xiàn)對T-MUX進行功能的調(diào)用和數(shù)據(jù)的采集，另一方面，T-Agent應(yīng)當能通過消息總線的方式實現(xiàn)與新舊系統(tǒng)級（Node A和Node B）資源的整合。Agent的存在形式一般是一個運行于高性能運算裝置之上的軟件程序。Agent是T-Grid中最關(guān)鍵的部分，由它對處于分布態(tài)的各種T-MUX和系統(tǒng)進行有效管理、調(diào)度，為應(yīng)用提供高效、安全、可靠的服務(wù)。

　　2 系統(tǒng)的運行機制

　　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是將整個系統(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)分為三個層面：1) 中心信息處理平臺。中心智能體的主要功能是實現(xiàn)整個系統(tǒng)的信息集成，它通過中心數(shù)據(jù)庫和方法庫實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的管理、協(xié)調(diào)和控制。2) 智能體節(jié)點平臺。智能體節(jié)點則包括數(shù)據(jù)采集單元、執(zhí)行模塊、處理模塊、獨立數(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運行機制模型中（見圖6），T-MUX代表底層對象服務(wù)，Agent代表的是數(shù)據(jù)流的控制機制。用戶在使用功能時，不是直接面向功能的提供者，而是通過一種代理機制進行間接訪問，這種代理機制允許一個用戶同時調(diào)用多個相同類型的服務(wù)提供者進行工作。它的好處在于系統(tǒng)的效率不再只取決于單個服務(wù)接口的性能，系統(tǒng)具有了并行處理的能力，而且其容錯能力明顯增強。當一個服務(wù)接口發(fā)生故障時，Agent可以把調(diào)用轉(zhuǎn)移到另一個相同類型的接口上而不會導(dǎo)圖5 消息總線示意圖節(jié)點描述代理系統(tǒng)描述文中標識致應(yīng)用崩潰。同時，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對象，而Agent則通過基礎(chǔ)通信對象對T-MUX進行功能的調(diào)用和處理。
 

　　對于一個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Agent的局部組合；而一個嵌入式的交通數(shù)據(jù)采集設(shè)備則可以被看成是單個T-MUX對象。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)議進行數(shù)據(jù)交換，而對處于同一位置的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，整個系統(tǒng)對外部而言就是一個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對象和Agent的組合體，外部就可以獨立訪問各個T-MUX對象和Agent。但若干個Agent之間是否允許局部自治，則需要根據(jù)實際情況采取不同的控制策略。如城市交通控制系統(tǒng)，如果將單個交叉口信息控制點看作一個Agent，那么交叉口信號控制機之間是否采取自治，需要控制平臺根據(jù)實際情況考慮，否則會出現(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)域研究的重點領(lǐng)域之一，動態(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)。