高速公路数据通信系统

高速公路数据通信系统　交通淼怒饕强１０００８８）　（交通部公路科学研究所北京　一　提要本文主要论述高速Ｉ　路数据通信系统的数据传榆方式、总线式网路构成、系　统设备配置、相关通信规程和通信软件。　’，　关键词　高速岱路数据传输方式总线网路同步数据链路控制规程（ＳＤＬＣ）　

Ｆｒｅｅｗａｙ　Ｄａｔａ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　

Ｗｕ　Ｊｉａｎｈｕａ　Ｃｈｅｎ　Ｘｉｎ　Ｐａｎｇ　Ｅｎｑｉａｎｇ　（Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｈ　ｈｗａｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｏｕｔｌｉｎｅｓ　ｆｒｅｅｗａｙ　ｄａｔａ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　ｔｅｒｍｓ　ｏｆ　ｄａｔａ　ｔｒａｎｓｍｌｓｓｉｏｎ　ｍｏｄｅ，ｂｕｓ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｒｅｌｅｖａｎｔ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｓｏｆｔｗａｒｅ，　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　Ｆｒｅｅｗａｙ　Ｄａｔａ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｍｏｄｅ　Ｍａｉｎ　ｌｉｎｅ　ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｓｙｎｃｈｒｏｎ０ｕｓ　ｄａｔａ　ｌｉｎｋ　ｃｏｎｔｒｏｌ（ＳＤＬＣ）　

１概述　高速公路数据通信系统是高速公路监控系统和收费系统数据传递的支持系统。我所于　１９８９～１９９０年分别开通广佛高速公路和沈大高速公路辽阳段数据通信系统，填补了我国高速　公路长距离、野外数据通信的空白。　高速公路数据通信系统主要承　监控系统和收费系统上、下行数据信息的传输和处理任　务。该系统由上端数据通信终端设备、传输信道和下端数据通信终端设备三部分组成。上端　数据通信终端包括通信适配器和调制解调器（安装在高速公路管理所的监控机房）。下端数据　通信终端包括远程数据通信终端（ＲＴＵ）和调制解调器（安装在道路沿线两侧）。　

２　数据传输方式的选择　高速公路数据传输分为基带传输和频带传输两种方式。　２．１基带传输　由信息转换过来的原始信号所固有的频带叫做基本频带，或称“基带”。这种原始信号称　基带信号　不经调制．而把基带信号直接经过信道传到接收端，并还原为信息的通信系统，　称为基带传输系统。　

２８－　公路交通科技ｌ９９３年第ｌ０卷第３期　

维普资讯 http://www.cqvip.com 基带传输方式适甩于局域网，近距离传输数据，特别适用于在本地用户线上和专用线上　传输数据。它的传输线路主要为市话电缆。它具有结构简单、传输速率高、传输质量高、功　耗小、易于实现一机多速等优点。　２．２频带传输　目前的通信信道（公用通信网）多为传输模拟信号而设计，不能直接用于传输离散的数　字基带信号。为了在模拟信道上传输数据，需要采用“调制方式”，即把基带信号变换成适合　于在载波电路中传输的带通信号。在接收时，要进行“解调”（反调制），使信号还原。频带　传输适用于各种模拟线路，广泛应用于公用网。　采用何种传输方式，要根据传输线路特性、网路要求和数据传输速率等做具体分析。基　带传输和频带传输特性对比如表１所示。　广佛高速公路和沈太高速公路辽阳段采用　基带传输方式。选用ＤＣ　２０２０基带调制解调器，　其主要功能和技术指标如下：　①可支持点对点及点对多点传输。上述两　个数据传输系统（下称本系统）均采用点对多　点传输方式。　②数据速率２．４　ｋｂｐｓ，４．８ｋｂｐｓ、７．２　ｋｂｐｓ、９　６　ｋｂｐｓ、１４．４　ｋｂｐｓ、１９．２　ｋｂｐｓｏ本　系统采用２，４ｋｂｐｓｏ　③工作方式同步　二进制、串行四线全　双工或二线半双工。本系统为串行四线全双工。　④调制差分双相码。　⑤ＲＴＳ／ＣＴＳ延时０．８　ｍｓ、１５　ｍｓ或３２　

基带传箱和频带传输特性对比　寰１　持输特性　基带传输　额带传辅　传输距离　近距离　较远距离　传输线路　市话电缆　模拟线路　网路结构　简单　应用墒所　局域罔　公用网，局域网　传输速率　较高　传输质量　较好　功　耗　小　机多速　窖易，适应性强　信道带宽　较宽，不便复甩　较窄、便于复甩　点对多点　容易　电路结构（设备）　简单　

ｍｓ。　⑥接收范围不大于一４３　ｄＢｍ，小于一５４　ｄＢｍ告警。　⑦接口ＲＳ一２３２一Ｃ。　

３数据网路结构　３．１网路结构　数据网路结构大致可分为四种，即：　点对点、点对多点的星形网路、环形网路　和总线式网路结构。星形网路结构需要较　多昂贵的通信电缆。环形网路结构所需要　通信电缆少，费用最省，但由于环形结构　中，每个节点必须重发报文，系统可靠性　较差。总线结构需要通信电缆少，且不要　求每个节点重发报文，因此，即使一个节　点发生故障，也不会使总线通信中断。但　是，发生短路会使整个总线网瘫痪。数据　网路结构如图１所示。　

高速公路数据通信系统——吴健华等　

堆刚　图１数据网路结构　

２９．　

维普资讯 http://www.cqvip.com 广佛高速公路和沈大高速　公路辽阳段数据传输网路采用　总线网路结构。数据通信系统　构成如图２所示。　３．２设备配置　３．２．１通信适配器（ＣＣＵ）　通信适配器是整个数据通　信系统的核心，通过三个独立　的串行通信口与计算机、监控　操作台和地图板相连，担负整　个数据传输系统上行信息和下　行信息的通信管理。适配器通　

图２数据通信系统构成　

Ｍ一调制解调器。０—数据终端；ＲＴＵ—远程数据通信终端．　

过上端调制解调器、传掰线路、下端调制解调器与远程数据通信终端（ＲＴＵ）相连。通信适　配器正常与否直接关系到整个数据通信系统乃至监控系统和收费系统的正常运行，即通信适　配器一旦出现故障，数据通信系统就要处于瘫痪状态。因此，确保适配器的可靠性和稳定性　至关重要。为此，在通信适配器的硬件设计中，要有硬件冗余，如：总线驱动、ＷＡＣＴＨ、　ＤＯＧ、错误检测等。在软件设计中要有软件冗余，如：差错控制、操作重复（时间冗余）和　容错功能等，使通信适配器在出现随机干扰的情况下，能自动恢复正常运行。本系统的通信　适配器由我所研制，主要技术指标是：　●通信接口实用４个接口，备用２个接口；　●通信方式　异步／同步；　●传输速率６００－－９６００（ｂｉｔ／ｓ）；　●查询周期６０（ｓ）；　●容量ｌ６～３２　ｋ；　●通信适配器与计算机、地图板、监控操作台采用基本型通信规程；通信适配器与ＲＴＵ之　间采用同步数据链路控制规程（ＳＤＬＣ）。　３．２．２调制解调器　调制解调器担负数据通信系统双向传输任务，ＤＣ　２０２０基带调制解调器可支持点对点、点　对多点传输，技术指标如前所述。　３．２．３远程数据通信终端（ＲＴＵ）　ＲＴＵ为远程外场通信终端设备，上经干线传输线路与数据终端（ＤＴＥ）相连，在数据　传输系统中起承上启下作用　本系统使用的ＲＴＵ是从美国德州仪器公司引进的。主要技术　指标为：　●汇集数据终端，可带ｌ～３个数据终端；　●提供４个串行通信端口；　●支持同步或异步；　●协议符合ＣＣＩＴＴ建议；　●与数据终端间采用串行通信，２０　ｍＡ电流环接口。采用基本型通信规程（面向字符）　●与上端通信适配器采用同步数据链路控制规程（ＳＤＬＣ）；　●与数据终端间传输速率为６００　ｂｐｓ；　

３０·　公路交通科技１９９３年第ｌ０卷第３期　

维普资讯 http://www.cqvip.com ·与适配器传输速率为２　４００　ｂｐｓ；　·环境温度－２０℃～＋７Ｏ℃：　●ＣＰＵ　８ＯＣ　８８：　·串行接口芯片Ｚ　８５３０　ＳＣＣ　３．３干线传输线路　广佛高速公路数据传输采用１．０　ｍｍ市话电缆、　约１５ｋｍ　沈大高速公路辽阳段数据传输采用　ＨＥＱ对称电缆　其芯径为０．９　ｍｍ．４线　制，电缆为直埋敷设，最大传输距离约２０　ｋｍ。传输线路如图３所示。　３．４总线网路结构的特点　总线网路结构的主要特点是：在总线　网路中，各节点由一无源传输介质（电缆　线）连在一起，各站间可直接通信　信息　由原发站发出，滑总线两个方向传输。当　信息从总线经过时，每一节点都可溯试该　

４线制，电缆为管道敷设．最大传输距离　下王象监　中心　Ｌ　～　鲥，　ｌ　囤　

一一　～　ｄ线　坚　出　ｆ　』　一　

Ｊ　图３　沈大高速公蹄｛ｒ川心数据传输线路示意图　删—通信适配器｝Ｍ一调制解调器．　信息，以确定本节点是否是该信息的目的地。总线不存在线路选择，也无转发问题，比环形　

网更为可靠　单站故障不影响全网工作。加入新站容易，易于扩展，可靠性较好但技术难　

度较高，如网同步、总线竞争、阻抗匹配、传输干扰及通信规程等

总线网与星砖网相比，调制解调器数量可节省近一半，并大大减少昂贵的传输缆线，从　而节省网路建设投资。经计算，广佛高速公路电缆投资星形网是总线网的７９倍；沈太高速　

公路辽阳段电缆投资星形网是总线网的３倍。数据终端数愈多，星形网较总线网电缆投资倍　

数愈大；终端离上端距离愈远，星形网较总线网投资额愈大。　３．５支线传输方式选择　数据终端可采取小集中上总线和分散上总线两种方式。本系统采用小集中方式　这种方　式具有便于通信管理、通信协议层次分明、软件编制容易节省系统扫描时间、阻抗容易匹　

配、扩充容量大和减少调制解调器数量等优点。　．　３．６总线网路结构通信管理　如何对一个共用信道进行访问控制，以便高效率地利用有效通信带宽，是通信系统管理　及控制要解决的主要问题。总线网的信道管理（访问控制）可分为四类：　①固定分配；　②随机访问；　．　③集中决策　由中心调度程序来控制；　④自适应对策和混合方式。　第～种方案控制严格，但不能适应动态变化的需求，如果所需求的延迟很小，则会造成　

信道容量的浪费；第二种方案，属于不控制方式，容易实现，能适应变化需求，但会造成信　

道容量的浪费；第三种方案，需要一个集中控制器以控制各终端的信息发送　其往返传输延　迟很小，查询信息的费用较低，用户不是过于群发性时，采用这种方案比较合理当有　个　

用户共享一条信道，用Ｌ来表示数据信息长度与查询信息长度的比值，用　表示传播延迟　

高速公路数据通信系统——吴健华等　．３１．　

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