高速公路RFID读写器的可靠组网方法

引言

截至2010年年底，全国已有20个省（自治区、直辖市） 实现了高速公路联网监控，高速公路经营企业和行业管理部门 可以借助高速公路监控联网监控掌握各路段的交通流量分布情 况、交通事件发生情况、路段周边气象情况等。但是，这种联 网监控需要人工肉眼观察摄像头采集的信息，识别效率不高, 智能监控程度不高；尤其是车辆多的时候，无法对每个车辆 逐一分析，监控的工作量大。

而采用物联网RFID技术，最多可以每秒扫描几十个车辆, 识读效率高；且可以对特定车辆进行行驶轨迹跟踪；可以进 行自动流量数据统计；并能智能分析、自动生成监管部门所需 要的各种报表，节省大量人力分析工作。

1组网分析

高速公路通领域内的电子车牌、高速公路采集点等项目中, 为了解决多站点覆盖的问题，各个读写器节点都采用星型组网 方式进行数据上报，其组网方法如下：

（1）每个超高频读写器通过网线连接到中间件（例如： 工控机），然后通过中间件连接到交通控制中心的方法，来解 决重要道路的覆盖问题；

（2）每个超高频读写器通过网线连接交换机，然后交换 机通过网线或光纤连接到控制中心；

（3）每个读写器通过无线方式（例如:GPRS）进行组网， 将数据上传给交通控制中心。

采用第一种方法的缺点是：中间件一般采用工控机等设 备，设备比较昂贵。每个超高频读写器附近都要附加一个中 间件，如果站点较多、距离较远，则需要的中间件数量较多、 线缆很长，导致整体投入比较昂贵，且如果网线出现故障，则有可能丢失数据。所以，采用星型网络的话，数据传输路径没 有冗余设计，传输存在不可靠问题；

采用第二种方法的缺点是：某个链路出现问题，那么这 个链路上的超高频读写器数据就无法上传。链型网虽然能够 解决中间件太贵的问题，但是不能解决某个链路出现问题导 致该链路上超高频读写器数据无法上传的问题。而且在对数 据传输质量要求比较高的交通上，必须为超高频读写器上传 数据预留备用线路，而星型网和链型网不能解决这个问题；

采用第三种方法的缺点是：无线网络需要租借运营商的 网络，且运营商网络存在无线信号覆盖问题和信号质量问题, 有时候会导致数据上传受限（例如：GPRS只能上传几Kb/s速 率）、传输距离受限、数据丢失等问题。

2新型组网方法

2.1新型组网

本文提到的方法能够解决上述三种方法的缺陷。从而提 供一种更加安全可靠的交通监控网络。图1所示是本文要介绍 的新型组网方法图。

采用本文提到的组网方式的前提是所用到的UHF（频 段840 MHz~960 MHz）读写器具备2个可选配的模块：第 一是无线上网模块采用USB接口通用无线上网模块，例如： GPRS无线模块、WCDMA/HSDPA无线模块、TD无线模块。由于采用通用的无线模块，所以可以实现自由选择配置。当然, USB接口的无线模块的结构壳体外面要带有室外防护的塑料 盖子，既能防水、又能通过无线信号；第二则是光模块：即 每个读写器上有2个光口，光模块可以进行选配。需要使用 2个光模块，就插入2个光模块。然后光纤可以插入光模块, 进行光纤通讯。同样，该接口也有防水保护的结构设计、方 便室外应用。光纤传输距离远，可以解决高速公路长距离传 输问题。

2.2新型组网步骤

有了无线通讯模块和光模块接口后，本文提到的组网步 骤如下：

步骤1 ：第2a〜2n个读写器中每个超高频读写器配置 数据透传的三个接口（光口 1、光口 2、无线接口）；

步骤2 :第2a〜2n个读写器分别通过各自的两个光口依 次连接，形成具有两个链路端部光接口的读写器链路。同时, 第三个接口（无线通讯接口）通过无线网络传输信号至交通控 制中心。

步骤3 :通过把两个链路端部光接口分别连接至交通控 制中心的第一个光接口和第二个光接口，使所述读写器链路连 接到所述交通控制中心，形成环形网。同时，无线信号接入到 第三个无线接口。

其中，交通控制中心经由所述第一光接口（光接口 1）、第 二光接口（光接口 2）、第三接口（无线接口），向读写器链路中 的每个超高频读写器同时发送下行数据或信令；并经由所述 第一光接口（光接口 1）、第二光接口（光接口 2）、第三接口（无 线接口）分别接收所述读写器链路中的每个超高频读写器发 送的上行数据，并选用质量最佳的所述上行数据。

另外，通过在超高频读写器的两个光接口中的第一光接 口与第二光接口之间设置数据透传路径实现数据和信令的透 传。

2.3数据和信令的接收

每个超高频读写器按以下步骤处理从所述两个接口接收 下行数据和信令:

（1）对来自所述第一光接口的下行数据帧依次进行解帧 和下行数据处理，分别得到第一下行解帧数据；

（2）对来自所述第二光接口的下行数据帧依次进行解帧 和下行数据处理，分别得到第二下行解帧数据；

（3）对来自所述第三接口（无线接口）的下行数据帧依次 进行解帧和下行数据处理，分别得到第三下行解帧数据；

（4）选用所述第一下行数据、第二下行数据、第三下行 数据中质量最佳的下行数据；

（5）将第一下行解帧数据和本机上行数据进行成帧处理 后，经由所述第二光接口发出，实现第一方向的数据透传；

（6）将第二下行解帧数据和本机上行数据进行成帧处理 后，经由所述第一光接口发出，实现第二方向的数据透传；

（7） 同时，将本机上行数据通过第三接口（无线接口）进 行数据上传。

每个超高频读写器还接收和处理来自所述交通控制中心 的两个光接口的数据中的时钟标志信息，根据第一时钟标志信 息和第二时钟标志信息，判断时钟优先级，并选用第一时钟 和第二时钟中优先级最高的时钟。当连接所述第一光接口或 连接所述第二光接口的线路发生故障时，所述超高频读写器 将来自对应线路故障的接口的时钟标志信息中的优先级修改为 最低，并进行透传。

2.4交通控制中心

交通控制中心主要具有以下功能模块：

（1）并行发送模块，用于经由所述第一光接口、第二光接口、 第三接口（无线接口），向读写器链路中的每个超高频读写器 同时发送下行数据或信令；

（ 2）最优接收模块，用于经由所述第一光接口、第二光 接口、第三接口（无线接口）分别接收所述读写器链路中的每 个超高频读写器发送的上行数据，并选用质量最佳的所述上 行数据。图2所示是交通控制中心的数据收发示意图，图3 所示是系统中光口的时钟提取示意图。

另外，超高频读写器的第一光接口与第二光接口之间还设 有实现数据或信令透传的透传路径模块。具体如图4所示。

在图4所示的透传路径模块中：透传数据和透传信令为 双向透传，其单方向具体透传方式为:透传数据时，数据经过 与第一接口连接的第一成帧/解帧器解帧后，将数据传送给透 传路径模块中第一转发数据交换模块，第一转发数据交换模块将数据传送给第二成帧/解帧器成帧后通过第二接口发送 出去；透传信令时，信令经过与第一接口连接的第一成帧/解 帧器解帧后，传送给透传路径模块中第一信令解析缓存模块, 第一信令解析缓存模块将信令传送给第一信令调度模块，第 一信令调度模块将信令传送给第二成帧/解帧器成帧后通过 第二接口发送出去。

通常数据选择模块根据链路告警码和误码率完成数据的 最优接收。图5所示是数据选择模块的示意框图。

2.5阅读器配置

图6所示为系统中阅读器的ID配置图。

本文提出采用软件配置的方式下发阅读器的ID (Reader_ ID), Reader_ID的数据结构参照图6,每个数据块携带级联 的所有阅读器的ID号，同时带一个索引号。主控处理器通 过地址提取模块，根据索引号从相应的位置取自身的ID号。 Reader ID是从交通控制中心发出的，初始索引值为0，经过 每一级Reader，索引号会自动加1。

3与现有组网方案的比较

与现有的组网方案相比较，本文的有益成果在于以下几 点：

(1)本文通过在超高频读写器上设置能够数据透传的两 个光接口，并将各个超高频读写器依次级联，最后与控制中 心的两个光接口连接，组成环形网，使控制中心对外只需要两 个光接口，节省了大量外接口 ；各个超高频读写器与控制中心 有两条链路，当某一链路出现故障时，可以切换到另一链路 传输数据，支持了超高频读写器的冗余保护；整个环形链路 可以不使用中间件，节省了成本。同时，具备了第三个接口(无 线接口)，可以提供第三条数据传输通道，更加提高了数据传 输的可靠性；

控制中心通过三个接口并行向每个超高频读写器发 送数据，通过三个接口接收每个超高频读写器发送的数据， 并选择质量最佳的上行数据，从而在控制中心支持超高频读写 器的环形组网冗余保护；在超高频读写器内有实现数据和信 令透传路径，便于每个超高频读写器与控制中心之间的读写 器链路数据传输；

本文还根据超高频读写器光纤环形组网特点设置相 关时钟参考源的选择，保证了超高频读写器与控制中心时钟同 步；而且本文还在超高频读写器内设置数据信令转发保护模 块，保证了传输的数据和信令在超高频读写器内正确识别接 收和透传；

对于室外比较荒凉的道路，可以使用太阳能对读写 器供电；对于信号传输，可以选择2种方案：一种方案是采 用光纤，传输距离远；另一种方案是采用无线通讯方式。第 二种方案时，需要附近有基站；然后读写器根据基站的类型 确定安装何种类型的无线上网模块。

4结语

同时具备上述优势后，交通公路上的车辆监控可靠性、 实时性、智能性将大大提高，也有助于解决公路上车速超标 实时检测、套牌车实时监测、交通拥堵实时发现、特定车辆 的轨迹自动跟踪上报、高速公路上监控阅读器可以布局更多更 远、二义性路径识别、车辆非法行驶、高度路口不停车收费等 一系列交通问题。如果再有云计算、大数据处理的支撑，就 能提前预测出一些车辆未来的动态趋势，提前做出预案，便可 避免信息滞后带来的拥堵或危害。

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