基于物联网的智能交通信息共享技术研究

　　引 言

　　智能交通系统的核心是围绕信息处理的信息基础设施进行的相关系统的建设，这一基础设施可以采用如下概念模型加以描述。

　　资源整合是实现交通信息和基础设施共享的惟一途径。通过整合可以最大限度地实现资源共享，尽可能地减少中间环节，提升效率。

　　这里的整合主要指物理资源、数据资源及应用系统的整合。（如图1所示）

　　物联网技术为交通信息资源整合提供了新的可供参考的模式。物联网技术是综合互联网技术、传感技术、射频标签、人工智能、无线数据通信等，用于构造实现物品（商品）能够彼此进行“交流”的分布式计算环境，实现物品（商品）的自动识别和信息的互联与共享。物联网概念将改变人们长期以来所形成的对于物理基础设施和IT基础设施建设难以协调、不同种类IT基础设施资源难以整合和共享的观念和现状。

　　基于物联网在此方面的优势，本文在此探讨一种基于代理模式的物联网概念和技术的交通信息与基础设施资源共享的模型。

　　1 代理模型

　　代理技术起源于20世纪的分布式人工智能的研究，代理技术强调软件的分布性、自治性和智能性，通常用来构建大规模的分布式软件系统。软件代理是模型化的复杂软件系统的高级抽象，展示高度的动态行为。软件代理是一种复杂的计算机程序，采取自治的行为，协同应用与环境交互，完成给定的目标。代理系统的体系结构模式如图2所示，中间的连接器也就是系统的消息总线，多个代理和客户机与它相连接；控制器则统筹代理的活动。 

　　1.1 实体分析

　　构成物联网的实体范围远超出了目前互联网的范围。其中重要的一点是物联网中包含各种行业应用的仪器仪表，现有的数字智能设备在理论上都可以升级改造为物联网中的设备。交通管理系统中的各类传感器、信号控制器、车载终端连同中心的系统一起都可以成为未来网格系统中的资源。

　　视图如图3所示。 

　　1.2 代理对象模型

　　为了规范化描述T-Grid体系的运行环境，我们提出了T-Grid模型。 

　　T-Grid是一个融合了Internet和分布式系统技术的通用信息资源共享平台，完全符合物联网技术的概念。它的主要目标是建立一个兼容环境，以便使各种分布式的交通信息资源能够以统一接口界面被调度并使用。在T-Grid构架下，所有被访问设备（资源）都具有基本的数据处理能力。

　　虎嵩林等、李伟等采用的网格计算是代理(Agent)体系结构模式。通过在1.1对交通管理系统领域各实体节点功能的分析，进一步归纳出如下的对象和对应关系（见表2）。将移动节点（节点E）、现场节点(C)和控制节点(B)描述为T-Agent的子类。
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　　我们可以从上述描述中看出构成T-Grid的对象：

　　1.2.1 消息传递对象(MEX)

　　即由连接器类所确定的消息总线。消息总线是代理网格计算的基础。消息总线的基础是基于XML的消息交换，通过一个统一的消息通信方式和一个统一的消息交换格式，各种应用或者系统挂接到消息总线上，相互交互数据或者其他信息。基于消息交换的消息总线结构有效地连接不同的业务系统（或者说应用系统）到消息总线上，是业务流程管理系统集成不同业务的基础。可以采用一个基于XML[6][7]的可扩展的消息交换标准来定义T-Grid消息规范。图5是T-Grid平台的消息总线示意图。 

　　T-Grid中，从标准化的角度，我们采用NTCIP协议所制定的指令和数据编码标准来管理这些基本I/O对象。

　　1.2.2 数据I/O对象(T-MUX)

　　T-G r id把从硬件特性角度划分为五种基本I/O对象：显示类、运算类、存储类、输入类及控制类。每个基础类都可以被其对应的指令集完全独立控制。这样，从一个超大型仪器到一个简单的传感器都可以成为共享的目标。各个前端T-Node内部通过相应的数据处理算法, 对数据的处理一是针对数据的噪音进行滤波处理，二是对原始数据进行必要的数据关联预处理在这里完成了独立数据源交通数据的处理工作。众多检测器数据上传到中心后，中心系统平台则将在此基础上进行有关的信息融合工作。

　　1.2.3 数据控制对象(T-Agent)

　　T-Grid中应用的实现是T-MUX与T-Agent通过基础通信对象交互的结果，T-Agent是一个反应的、自治的、内部驱动的实体，虽置身于变换不定的环境中，但它们可以感知并对其做出反应；而T-MUX则是T-Agent的直接作用对象。T-Agent之间是联系的，可以直接进行访问。T-MUX也是一个反应的、 自治的、内部驱动的实体，但T-MUX不自己进行环境的感知和了解，只有在被访问后才做出响应，而且T-MUX之间是独立的，不能直接相互访问。

　　1.2.4 网格应用控制(C-Agent)

　　我们将交通管理系统中的节点B作为代理系统中的控制器，也是T-Grid中的应用控制。T-Grid模型与原有交通系统在对资源整合方面的思想不同，它应当实现两个方面的整合：T-Agent通过采用NTCIP协议实现对T-MUX进行功能的调用和数据的采集，另一方面，T-Agent应当能通过消息总线的方式实现与新旧系统级（Node A和Node B）资源的整合。Agent的存在形式一般是一个运行于高性能运算装置之上的软件程序。Agent是T-Grid中最关键的部分，由它对处于分布态的各种T-MUX和系统进行有效管理、调度，为应用提供高效、安全、可靠的服务。

　　2 系统的运行机制

　　在物联网的概念下，共享资源和协同网络服务是网格的本质特征。交通管理系统的功能组成和分布的目标是将整个系统在数据采集、信息处理及信息发布的功能合理地分布在不同的5类节点中，共同协作完成交通管理系统的功能。系统分为三个层面：1) 中心信息处理平台。中心智能体的主要功能是实现整个系统的信息集成，它通过中心数据库和方法库实现对整个系统的管理、协调和控制。2) 智能体节点平台。智能体节点则包括数据采集单元、执行模块、处理模块、独立数据库、特定方法库和协调通讯单元构成。3) 现有基础交通信息采集单元及交通控制单元。

　　在T-Grid运行机制模型中（见图6），T-MUX代表底层对象服务，Agent代表的是数据流的控制机制。用户在使用功能时，不是直接面向功能的提供者，而是通过一种代理机制进行间接访问，这种代理机制允许一个用户同时调用多个相同类型的服务提供者进行工作。它的好处在于系统的效率不再只取决于单个服务接口的性能，系统具有了并行处理的能力，而且其容错能力明显增强。当一个服务接口发生故障时，Agent可以把调用转移到另一个相同类型的接口上而不会导图5 消息总线示意图节点描述代理系统描述文中标识致应用崩溃。同时，T-Grid中的T-MUX及Agent都具有“即插即用”的能力。T-Grid改变了资源原有范畴，T-MUX是基本I/O对象，而Agent则通过基础通信对象对T-MUX进行功能的调用和处理。 

　　对于一个交通信息管理与控制系统来说，则可以看成是若干T-MUX和一个Agent的局部组合；而一个嵌入式的交通数据采集设备则可以被看成是单个T-MUX对象。T-Grid系统中T-MUX与T-MUX之间没有直接数据交换，都是通过Agent间接作用，Agent与T-MUX之间采用基础通信协议进行数据交换，而对处于同一位置的Agent和T-MUX，为了提高系统效率，系统提供局部自治的功能，即T-MUX和Agent之间不采用通信协议，而是直接高效的内部相连，这时，整个系统对外部而言就是一个Agent，若是不使用局部自治，则可以把此设备看成是若干T-MUX对象和Agent的组合体，外部就可以独立访问各个T-MUX对象和Agent。但若干个Agent之间是否允许局部自治，则需要根据实际情况采取不同的控制策略。如城市交通控制系统，如果将单个交叉口信息控制点看作一个Agent，那么交叉口信号控制机之间是否采取自治，需要控制平台根据实际情况考虑，否则会出现控制混乱的情形。

　　3 结 论

　　交通信息共享是智能交通领域研究的重点领域之一，动态、异构和分布是交通信息系统的主要特征。系统的融合从整体决定了这些系统能否发挥功效的关键。本文研究在物联网技术下交通信息资源整合方面的技术体系结构。

　　1) 物联网为交通信息资源整合提供了新的可供参考的模式。物联网概念将改变人们长期以来所形成的对于物理基础设施和IT基础设施建设难以协调、不同种类IT基础设施难以资源整合和共享的观念和现状。交通管理系统中的各类传感器、信号控制器、车载终端连同中心的系统一起都可以成为未来物联网中的资源。正是基于物联网在此方面的优势，本文提出了一种基于代理模式的物联网概念和技术的交通信息和基础设施资源共享的模型。

　　2) T-Grid是一个基于物联网概念的分布式通用信息资源共享平台。系统采用代理模式，涉及其中五类节点。它的主要目标是建立一个兼容环境，以便使各种分布式的交通信息资源能够以统一接口界面被调度并使用。在T-Grid构架下，所有被访问设备（资源）都具有基本的数据处理能力。

　　3) T-Grid系统分为三个层面：中心信息处理平台、智能体节点平台、现有基础交通信息采集单元及交通控制单元。在物联网的概念下，共享资源和协同网络服务是网格的本质特征。交通管理系统的功能组成和分布的目标是将整个系统在数据采集、信息处理及信息发布的功能合理地分布在不同的5类节点中，共同协作完成交通管理系统的功能。