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1 引言
近(jin)年(nian)來(lai)，隨(sui)著(zhe)計(ji)算(suan)機(ji)技(ji)術(shu)，自(zi)動(dong)化(hua)信(xin)息(xi)技(ji)術(shu)和(he)光(guang)纖(xian)通(tong)信(xin)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)，高(gao)速(su)公(gong)路(lu)監(jian)控(kong)係(xi)統(tong)的(de)技(ji)術(shu)結(jie)構(gou)也(ye)隨(sui)之(zhi)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)。高(gao)速(su)公(gong)路(lu)監(jian)控(kong)係(xi)統(tong)由(you)單(dan)一(yi)的(de)計(ji)算(suan)機(ji)集(ji)中(zhong)處(chu)理(li)方(fang)式(shi)代(dai)之(zhi)為(wei)多(duo)計(ji)算(suan)機(ji)功(gong)能(neng)分(fen)散(san)的(de)計(ji)算(suan)機(ji)網(wang)絡(luo)處(chu)理(li)方(fang)式(shi)，從(cong)而(er)使(shi)係(xi)統(tong)可(ke)靠(kao)性(xing)提(ti)高(gao)，程(cheng)序(xu)編(bian)製(zhi)簡(jian)單(dan)，易(yi)於(yu)維(wei)護(hu)和(he)功(gong)能(neng)擴(kuo)展(zhan)。另(ling)外(wai)由(you)於(yu)光(guang)纜(lan)、超小型計算機及微電子技術的發 展，使應用於監控係統中的各種設備向智能化方向發展，使今後高速公路的監控係統具有更強的功能。
高速公路監控係統主要由外圍設備，即信息采集子係統、監控中心(包括各級分中心和省中心)及監控信息提供子係統三大部分組成。
信息采集子係統包括:車輛檢測器、氣象檢測器、緊急電話和巡邏車。
監jian控kong中zhong心xin是shi高gao速su公gong路lu全quan線xian路lu監jian控kong係xi統tong的de控kong製zhi中zhong心xin，主zhu要yao負fu責ze全quan線xian路lu範fan圍wei內nei交jiao通tong情qing況kuang的de監jian視shi和he控kong製zhi，各ge級ji分fen中zhong心xin與yu省sheng中zhong心xin進jin行xing直zhi接jie聯lian網wang，一yi般ban省sheng中zhong心xin不bu負fu責ze控kong製zhi，主zhu要yao是shi監jian督du，監jian視shi。
現代高速公路監控係統中的通信方式多數有以下幾種:
(1) 現場總線和RS-485。對於一些實時性要求不高的場合，可以利用RS-485代替現場總線進行數據信號的傳輸。此種傳輸方式受傳輸距離限製，另外信號容易受幹擾，糾、檢錯能力不強，傳輸中係統容量和傳輸終端的數量也受限製等等也是比較嚴重的問題。
(2) 光纖通信。光纖通信與其他通信比較有以下優點:光纖傳輸頻帶寬、通(tong)信(xin)容(rong)量(liang)大(da)，傳(chuan)輸(shu)損(sun)耗(hao)小(xiao)，光(guang)電(dian)隔(ge)離(li)，不(bu)受(shou)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)。但(dan)其(qi)光(guang)纜(lan)運(yun)行(xing)和(he)維(wei)護(hu)成(cheng)本(ben)非(fei)常(chang)昂(ang)貴(gui)，在(zai)高(gao)速(su)公(gong)路(lu)監(jian)控(kong)係(xi)統(tong)中(zhong)鋪(pu)置(zhi)光(guang)纜(lan)和(he)維(wei)護(hu)光(guang)端(duan)設(she)備(bei)的(de)投(tou)入(ru)將(jiang)是(shi)巨(ju)大(da)的(de)。
隨 著zhe無wu線xian網wang絡luo在zai國guo內nei的de迅xun速su崛jue起qi和he其qi在zai廣guang大da領ling域yu有you著zhe潛qian在zai的de市shi場chang空kong間jian，諸zhu多duo領ling域yu的de通tong信xin傳chuan輸shu方fang式shi逐zhu漸jian在zai改gai變bian。國guo內nei基ji於yu分fen組zu交jiao換huan的de第di二er代dai和he第di三san代dai的deGPRS/GSM 和CDMA 1X移yi動dong網wang絡luo平ping台tai將jiang是shi未wei來lai很hen多duo工gong業ye領ling域yu予yu以yi依yi賴lai的de通tong信xin網wang絡luo平ping台tai。目mu前qian在zai電dian力li係xi統tong中zhong，如ru電dian力li係xi統tong配pei網wang自zi動dong化hua，電dian力li抄chao表biao等deng應ying用yong已yi經jing並bing開kai始shi采cai用yong無wu線xian網wang絡luo機ji製zhi;同 時在環保，氣象，城市交通，油田，煤礦，自來水廠，電廠監控係統領域，GPRS和CDMA 1X網絡也已經開始深入廣泛應用。
鑒於現代高速公路監控係統中的傳輸模式，我們完全可以通過無線網絡終端設備和移動網絡進行現有有線(包括光纜傳輸)係統進行改造和升級，在未來的高速公路監控係統中，也完全可以通過無線網絡平台構築高速公路移動專網通信。
2 GPRS和CDMA 1X網絡簡介
2.1 GPRS網絡簡介
(1) 什麼是GPRS技術
GPRS是通用分組無線業務(General Packet Radio Service)的英文簡稱，是在現有GSM係統上發展出來的一種新的數據承載業務;圖1示出原理圖。
圖1 GPRS網絡構成原理圖
GPRS采用與GSM同樣的無線調製標準、同樣的頻帶、同樣的突發結構、同樣的跳頻規則以及同樣的TDMA幀結構，因此具有很好的信號覆蓋;
GPRS采用分組交換技術，按流量計費，高效傳輸高速或低速數據和信令，優化了對網絡資源和無線資源的利用;
GPRS的安全功能同現有的GSM安全功能一樣;
GPRS理論帶寬可達171.2kbps，實際應用帶寬大約在40~100kbps，在此信道上提供TCP/IP連接，可以用於INTERNET連接、數據傳輸等應用;
(2) GPRS無線通信網絡特點
快捷登錄
GPRS無線終端附著到 GPRS網絡，一般隻需3到5秒的時間。
實時在線
GPRS無線終端一開機就能自動附著到GPRS網絡上，並與您的監控數據中心建立通信鏈路，隨時收發用戶設備的數據。
按流量計費
GPRS計費係統按實際通信的數據流量進行收費，而不再是按照登陸網絡後的在線時間來收取費用。
高速傳輸
GPRS理論帶寬可達171.2kbps，實際應用帶寬在40~100kbps。
自如切換
GPRS與GSM之間可以自動或人工切換。
2.2 CDMA 1X網絡簡介
(1) 什麼是CDMA 1X技術
CDMA 1X技術是指CDMA 2000的第一階段(速率高於IS-95標準，低於2Mbps)，CDMA 1X提供高達307.2kbps的數據傳輸業務，網絡部份引入分組交換，可支持移動IP業務。目前CDMA 1X的實際應用帶寬大約在100kbps左右(雙向對稱傳輸)，在此信道上提供TCP/IP連接。CDMA 1X網絡可以用於移動IP、Internet連接、數據傳輸、企業VPN業務等應用。目前，CDMA 1X技術已在美國、日本、韓國香港等多個國家和地區成功商用，已相當成熟。
(2) CDMA 1X無線通信網絡特點
圖2示出網絡示意圖。
圖2 CDMA 1X網絡構成示意圖
係統容量大
理論上，CDMA 1X移動網的容量比模擬網大20倍。實際要比模擬網大10倍，比GSM要大4~5倍。
接通率高
CDMA 1X的擴頻技術和頻率複用技術，充分利用信道容量，提高了網絡接通率。
保密性好
CDMA 1X係統中的通話保護措施可提供最佳的保密特性，防止通信過程中被竊聽和手機密碼被盜。
發射功耗小
CDMA 1X係統的發射功率非常小，最大隻有200毫瓦，正常通話時僅需0.1毫瓦，因此移動電話功耗小，無線輻射能量低。
3 基於GPRS和CDMA 1X網絡的無線數據傳輸係統
3.1 係統簡介
無線數據通信係統是集計算機技術、GPRS和CDMA 1X無線網絡平台及數據通信技術於一體的綜合係統，通過GPRS和CDMA 1X無線終端模塊，借助於GPRS和CDMA 1X無線網絡平台，采用無線通信模塊、GPRS和CDMA 1X網絡將其傳輸到數據業務中心，實現對各用戶設備終端的雙向數據通信，如圖3所示:
圖3 基於GPRS和CDMA1X 1x無線數據傳輸係統結構示意圖
基於GPRS和CDMA 1X網絡的無線數傳通信係統主要由三大部分組成:
(1) 無線數據終端設備(DTU);
(2) 傳輸網絡:中國移動GPRS和中國聯通CDMA 1X無線網絡;
(3) 數據業務中心:實時數據收發服務器、實時數據庫服務器及用戶控製操作界麵等。
3.2 基於GPRS和CDMA 1X兩種無線網絡的數據傳輸係統結構
基於GPRS和CDMA 1X無線網絡的數據傳輸係統結構圖如下:
無線數據終端模塊:無線終端模塊設備可采用飛旗公司GPRS DTU 0601G型號產品.
網絡平台:GPRS、CDMA 1X和INTERNET網絡是互連互通和無縫連接的，他們均屬於PDN，即分組交換網絡，可進行IP分組傳輸，建立TCP/IP，UDP/IP連接。
3.3 數據中心接入方法介紹
用戶設備通過GPRS和CDMA 1X DTU(DTU，即數據終端單元)通訊模塊與數據中心主機進行數據通訊，數據中心必須接入PDN網絡，即分組交換網絡。通常數據中心通常是INTERNET互連網接入，以下詳述:
(1) ADSL撥號連接(動態公網IP地址)
中國移動GPRS、中國聯通CDMA 1X網絡與Internet互聯網是無縫連接的，數據監控中心可通過ADSL撥號方式登錄Internet互聯網，獲得公網IP地址，與現場無線數據終端GPR和CDMA 1X DTU實現數據通信。
一般ADSL撥號方式獲得的公網IP地址是動態的，可在數據中心申請固定域名，在DTU中設置數據中心的域名，通過域名解析方法，實現數據傳輸。
圖4 數據中心固定公網IP地址接入示意圖
這種接入方法的特點:
通過Internet互聯網進行數據轉接，數據安全性差、穩定性差。
數據中心數據傳輸帶寬能夠保證，一般ADSL寬帶上網的帶寬都在幾百Kbit/s左右。
接入成本和費用較低，非常方便。
(2) 通過固定公網IP連接
與上述ADSL撥號獲得公網動態IP地址方式類似，很多公司都有一台連接Internet的服務器，並有固定公網IP地址，如圖4所示。但是考慮到服務器 的穩定運行問題，通常不允許在服務器上安裝其他應用軟件。通過NAT端口映射方式，數據中心係統可以作為內網中的一台服務器實現與現場采集點GPRS和 CDMA 1X DTU實現數據通信。
這種接入方法的特點:
數據監控中心能夠提供固定公網IP地址，不必借助DNS域名解析服務器。
通過Internet互聯網進行數據轉接，數據安全性差、穩定性差。
數據中心數據傳輸帶寬能夠保證，一般寬帶上網的帶寬都在幾百kbps左右。接入成本和費用較低，非常方便。
4 基於GPRS和CDMA 1X網絡的現代高速公路監控係統方案
基於GPRS和CDMA 1X網絡的現代高速公路監控係統的網絡拓撲結構圖如圖5所示:
圖5 基於GPRS/CDMA 1X 網絡的高速公路監控係統網絡結構圖
4.1 監控分中心和總中心接入網絡方式
監控分中心和總中心考慮到係統的可擴展性和實時性，采取INTERNETjieru，rukuandaijieruhuozhuanxianjieru。youyukuandaijieruhuozhuanxianjieruzaimuqianqingkuangxia，keyichongfenmanzujiankongxitongzhongdedaikuanyaoqiu。lingwaikaolvdaoanquanxingwenti，jiankongfenzhongxinhezongzhongxinketongguosuidaojishuheyingjianfanghuoqiangshixiananquanjiankong。
4.2 高速公路無線采集係統
高(gao)速(su)公(gong)路(lu)監(jian)控(kong)網(wang)點(dian)前(qian)端(duan)采(cai)集(ji)設(she)備(bei)采(cai)用(yong)結(jie)合(he)無(wu)線(xian)數(shu)據(ju)終(zhong)端(duan)設(she)備(bei)構(gou)成(cheng)無(wu)線(xian)采(cai)集(ji)係(xi)統(tong)。抓(zhua)拍(pai)攝(she)像(xiang)頭(tou)，車(che)輛(liang)檢(jian)測(ce)器(qi)，情(qing)報(bao)板(ban)等(deng)采(cai)集(ji)設(she)備(bei)通(tong)過(guo)串(chuan)行(xing)口(kou)或(huo)以(yi)太(tai)網(wang)接(jie)口(kou)連(lian)接(jie)無(wu)線(xian)數(shu)據(ju)終(zhong)端(duan)設(she)備(bei)，通(tong)過(guo)移(yi)動(dong)網(wang)絡(luo)平(ping)台(tai)(GPRS和CDMA 1X)，與監控中心建立通道連接。高速公路監控係統的收費站監控也與監控網點一樣，通過無線數據終端設備，實現無線傳輸係統。
4.3 數據傳輸模式
(1) 永遠在線模式
描述:保持DTU與數據中心永久連接。
工作過程:DTU開機時自動連接GPRS網絡，根據數據中心的IP地址自動連接數據中心，DTU監測鏈路情況運行，當網絡發生異常，DTU會在故障恢複後自動重新建立鏈路。
(2) 中心呼叫模式(輪巡方式)
描述:由數據中心發起數據傳輸請求，DTU應答並發送/接收數據。
工作過程:當中心需要收集或發送DTU端的數據時，數據中心發出呼叫指令，DTU立即連接GPRS網絡並登錄數據業務中心，按數據中心的指令傳輸數據。
(3) 數據觸發模式
描述:當有用戶數據傳輸時，由DTU發起連接。比如可以設置為在發生告警或其他意外情況下，立即向數據中心發送數據。
工作過程:當有用戶數據傳輸時， DTU連接GPRS網絡並登錄數據中心，傳輸數據。
(4) 無線模塊互切模式
描述:GPRS DTU和CDMA 1X DTU之間的工作互切換。
工作過程:當其中的一個無線網絡異常和網絡狀況比較差的情況下，DTU可主動切換到另外模塊工作，相應的切換到另外的網絡，從而實現兩種網絡平台互為備份。
5 結束語
在無線網絡平台即將過渡到真正意義上的第三代移動通信，高速公路無線監控係統將在移動網絡平台下得到突破性、實質性的和具有深遠意義的運用。
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