专利名称：采用线型拓扑的无源光网络交通信息传输管理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信、计算机网络、光电子、集成电路及软件技术，适用于公路沿线的通信网络(即高速公路、公路、立交桥及桥梁沿线的交通通信网络)领域。特指采用无源光网络接入的交通信息传输管理系统。
背景技术：
交通行业是国民经济的支撑部门，是关系到国计民生的基础性产业。近年来随着经济的高速增长，交通的制约作用日益显露。交通信息化的滞后，使得在公路突发事件的处理问题上，无法及时的进行实时监控和宏观调控。
完整的交通信息传输管理系统由三部分组成，即交通信息传输的硬件系统、交通信息管理的软件系统和交通信息管理机构/管理协议。硬件传输系统负责交通信息的数据采集和传输，数据信息的实时性、可靠性是整个交通信息传输管理系统正常运转的首要条件；软件系统的作用是分析所采集的原始交通信息，整合不同来源的数据，并以适当的、直观的方式表达或及时的发布这些信息；交通信息管理机构或管理协议是交通信息软硬件系统的基础，保证软硬件系统的完好和正常工作，维持整个交通信息系统的正常运转。
交通系统中的数据采集方法有多种方式，包括不同的交通流检测设备，来自于报警系统的语音信息、来自视频监控系统的视频信息、警员警车定位及信息交互系统的相关信息等等，此外还将包括事故、气候、施工信息以及处理后的交通信息等等。不同信息的来源、精度、时效性，都不相同。保证各种信息的正确性、时效性和一致性，并整合不同的特征的交通信息，是交通信息传输管理系统必须具备的基本功能。
传统的交通信息传输系统中，部分采用铜线接入的方式。铜线接入由于其自身传输媒质的特点，限制了信息传输带宽的扩大。全方位道路监控信息的视频采集，必然大量提升交通信息传输系统带宽的需求量。随着交通信息采集技术的进步和采集手段的多样化，交通信息系统将会接收到不同媒体形式的交通信息，如图像、图形、语音和数字等，作为一个统一的交通信息传输管理系统，能够支持不同媒体形式的交通信息是十分重要的。而铜线接入的方式，只能简单的处理普通的语音及数据业务，不能全面的保证多媒体业务接入的可靠性。
现在的交通信息传输系统中，已经在公路沿线大量的铺设了光纤。光纤接入技术可以将信息采集点上采集到的业务数据，以光纤为传输媒质，透明的传送到局端的信息管理机构。光纤接入具有带宽大、传输距离远、可靠性高的等特点，而且光纤接入是实施“少层次、少局所、大局所”接入网建设原则的最好方式。但是，我们不得不指出的是，现今普遍使用的点对点业务接入方式，不仅仅需要大量的光纤，而且还在中心机房/局端处因众多光口占用较大的空间、消耗更多的电力。这样的方式，使得交通信息传输系统用于设备、线路等方面的投资成本大大增加，不利于进一步的发展。
由于交通信息传输系统特定的户外工作的条件，不可避免的需要接入网设备安装在室外，工作环境十分恶劣。传统的光接入方式，像SDH/MSTP环网/线网或多级结构光以太网，从业务采集点到局端，需要经过中间节点的光电/电光转换，或者其它的有源设备。这些设备的能源供给，以及运行维护都相当的复杂，使得系统的运维成本居高不下。
另外，在交通信息传输硬件系统之上，信息管理软件平台的发展同样滞后。各种交通信息的相互独立存储及处理，导致不能及时方便直接的调度需要的各种相关信息并加以整合。这样的方式，不能保证对实际路况信息的及时准确的处理，并很大程度上影响了管理机构的宏观调控的能力。
总之，现今的交通信息传输管理系统的发展，滞后于交通行业乃至整体国民经济发展的需要。大容量，低成本，易于管理和实施，并且具有高可靠性的交通信息传输管理系统的建设，是个亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种满足高可靠性、快速大容量数据传输的，具有较低的成本和良好的扩容升级能力的交通信息传输管理系统，即采用无源光网络接入的交通信息传输管理系统。构建的传输系统的点对多电的总线式结构，吻合了公路交通的物理上线性的特点，提高了光缆线路的利用率。其同时解决了公路沿线交通信息的接入和光纤到路边的问题，并可在此基础上实现交通信息的统一处理和管理。
本发明采用无源光网络的技术，不仅能够保证交通信息视频监控系统的巨大带宽需求，而且能够满足各种媒体形式的交通信息的不同等级的服务质量需求，对所有交通信息以可靠性保证。系统以点对多点的总线型拓扑结构，以及低成本的无源设备的采用，提高了光缆的利用率，降低了传输网络的建设投资成本。无源光网络局端设备与多个用户端设备之间，通过无源的光缆、光分/合路器等组成的光分布网(ODN)连接成网络，这些特点带来了PON网络的运行维护的便利性和成本的大幅下降。
本发明是按下述技术方案实现的采用无源光网络接入的交通信息传输管理系统，通过基于点对多点的总线型拓扑的形式构建PON。公路沿线的光网络用户/终端，支持语音、视频、图像、数据等多种业务的采集和接入，通过无源的光分/合路组成的光分布网，将各类不同位置的业务信息汇聚到光线路终端，构成交通信息传输系统的接入网络。
本发明根据交通公路呈线性分布的特点，将传统的树型结构的PON网络，改造呈点到多点的总线型拓扑结构，重新规划了光分布网络(ODN)，如图1所示。通过无源光分/合路设备的使用，很好的适应了公路物理拓扑的线性特点，同时可以在公路沿线密集分布ONU，将所有路况信息接入各种监控终端。通过采用不同的分光比的光分路器，调整上/下路光纤的功率分布，使得光功率平均分配给每个接入设备，达到更佳的传输效果。PON系统中，每个OLT都可以根据实际路段长度以及安装设备限制的需要，实现各种比例的分/合路，以及10/20km左右的传输距离。PON在支持大分路比的情况下传输距离还大于20km。
这样灵活的组网形式，充分发挥无源光网络的高速高效的特性。系统在ONU处，收集所有需要管理的数据信息，包括监控、收费、通信系统中所有终端设备采集的当前道路情况、收费或告警等数据。通过无源分路器上传到OLT中，OLT对各个ONU的数据进一步汇聚，上传给中心局(Central Office)，对网络的整体进行统一的汇聚管理。
根据实际规划的公路建设情况，可以灵活的将光线路终端，连接到各段高速公路的路边，如图2所示，组建交通信息传输网络。各段公路的路况信息及相关数据，由实际设置在路边的各种终端设备收集，接入到光网络终端设备中。通常情况是在公路沿线铺设有光缆，在相隔一定的距离处下路一个光纤抽头，连接一个光线路终端，组成一个具有总线拓扑结构的PON的子网。这样的方式，可以充分利用包含多根光纤的光缆。同时，我们可以根据WDM技术的发展，以波分复用的方式，更大程度的提高光缆线路的利用率。
ONU提供通往OLT的光接口，用于实现公路的具体监控、收费及通信系统中，各个终端设备的接入。为了适应现代通信系统的迅猛发展，实现接入的可靠及灵活性，我们可以全方位的考虑ONU处可以接入的设备以及其发展。各种具体设备接入ONU的情况如图3所示。
在满足传统公路通信系统的接入设施的条件下，我们在提供传统形式的E1、以太网以及视频接口的同时，还可以提供无线信号的接入。无线信号以WLAN的形式接入网络，为交警的现场执勤与中心局的联系，及GPS等无线系统的使用，提供了极大的方便。为了适应日新月异的电子通信设备的发展，我们还可集成通用的USB接口，为高速公路的通信系统提供更全面的服务。同时，考虑到现今视频采集设备的需要，还可以在终端侧提供光纤接口。根据实际路况需求，我们还可以接入路标以及路况信息指示屏等新型电子设备。
根据现实路面情况，可以在路边设置车辆检测器、视频监测器，以及收费终端，使用以太网传送形式，将数据集中汇聚到中心局，统一处理。而且可以通过DBA控制业务需要的QoS，并提供巨大的带宽，保证多个视频采集装置的大量数据的同时传输。中心局可以对所有的数据进行存储，并按照实际需要选择接收，并发出控制指令。通过CO远端的管理系统，可以控制视频设备的云台装置，实现对某一车辆或路段的视频跟踪调节，实现高速公路整个路段的全程监控。
OLT提供与ONU相连的下联光接口，并在光接入网(OAN)的网络端至少提供一个网络业务接口，它位于本地交换局或远端，为ONU所需业务提供必要的传送方式。OLT的上联接口可以有多种，可以将不同种业务分类，通过不同的接口以及传输形式，上传到核心网或者交通信息专用网络中。OLT的核心功能模块包括数字交叉连接、传送复用和ONU接口功能。
实际施工中，我们可以将光线路终端、光分路器以及光网络终端设备，安置在沿途的收费亭等固定地点。考虑到PON的结构，在传输途中不需电源，没有电子部件的特点，在安装光分路器及光网络终端的设备时，十分容易铺设，基本不用维护，节省长期运营成本和管理成本。同时，考虑到公路沿线通常已经铺设有光缆的现状，对于原路网通信系统的改造也十分简单易行。PON系统对局端资源占用很少，模块化程度高，系统初期投入低，根据路网建设的规划和进程，容易扩展网络规模。
在公路通信系统中，设置中心局，具体的实现对各个终端设备的控制以及信息交互功能，实现对整个交通信息平台的管理。各个OLT向中心局上传所有的终端信息，中心局根据需要存储或者处理数据内容，并与系统资源数据库相关联，全面的分析整体的道路交通问题。由中心局的交通管理信息系统，统一存储并管理所有数据，通过对整体数据的分析，实现宏观调控及决策。公路管理信息系统整合了全部的管理信息资源，按一定标准规范完成多源异构数据的接入、存储、处理、交换、分发等功能。同时，相应的将决策信息发送至对应的PON接入子系统，进而实现对路边终端设备的远程管理控制。通过PON系统对不同信息QoS的保证能力，可以根据需要，进行实时的监控处理。
本发明具有如下的技术优势和有益效果1)采用了PON的接入方式，实现了光纤到路边的交通信息传输系统，极大的提高了公路通信系统的传输速度和传输容量。
2)采用了总线型拓扑结构，构造光分布网，符合了公路交通呈线性的物理特点，充分利用了公路沿线铺设的光缆线路，提高了光缆利用率，降低了组网投资成本。
3)点对多点的拓扑结构，很大程度上减少了局端光收发器的数量，节省了空间及设备使用量，降低了组网投资成本。
4)交通信息接入网络部分，采取无源的光器件搭建，结构简单，便于铺设和维护，并基本可以适应户外恶劣的工作环境，降低了网络运维成本。
5)设置多种业务采集装置，满足了交通信息多样化的需求。ONU设置了多种不同的业务接口，允许语音、图像、视频、数据信息的同时接入传输。
6)PON网络所具有的动态带宽分配能力，使得各种不同业务的Qos得以保证。
7)在中心局处，统一存储管理交通信息数据，提高了交通指挥中心宏观调控的力度。
通过下面结合附图进行的对实施例的描述，本发明的上述和/或其他目的和优点将会变得更加清楚，其中图1示出根据本发明构造的点到多点的总线型拓扑的PON网络结构2示出交通信息传输网络的光纤到路边的示意3示出ONU提供多种交通信息设备接入方式的示意4示出EPON方式搭建的交通信息传输系统的网络结构图。
图5示出一个EPON子系统的总线型网络结构6示出系统局端设备OLT和用户端设备ONU组成结构具体实施方式
通过参照下面对示例性的非限定性的实施例和附图的详细描述，本发明的优点和特征以及实现本发明的方法可更易于理解。然而，本发明可以以多种不同的形式来实施，而不应被解释为受限于在此阐释的实施例。此外，提供这些实施例从而该公开将是彻底的和完全的，并将完整地将本发明的构思传达给本领域技术人员，本发明将仅由所附权利要求定义。在说明书中，相同的标号始终指示相同的部件。
采用EPON的形式，组建交通信息传输管理网络。由交通信息管理的中心局引出光缆，铺设在公路沿线。每隔约20km，由光缆中引出一根光纤抽头，安置一个光线路终端，如4图所示。
每个EPON子系统的网络结构均采用点到多点的总线型结构，结构形式如图5所示。EPON子系统传输距离20km，有16个ONU接入，考虑理想的情况，每个ONU间的距离可以平均分布，故间距为20km16=1.25km]]>。EPON系统中需要平均分配光功率，若OLT发射的光功率总量设为1，则每个ONU分得的光功率为 。首先，对ONU进行编号，距离OLT最近的ONU编号为ONU1，随着距离的增加，序列号依次递增，为ONU2，ONU3，……，ONU16。然后可以光分路器编号，与每个ONU直接相连的光分路器的序号与ONUn的下标编号相同。另外，最后一个光分路器分开两路光信号，分别传输到ONU15和ONU16中，这个光分路器编号为距离最近ONU的下标编号，即为15。这样，就可以确定每个光分路器的分光比，编号为n的光分路器，分光比为1∶(16+1-n)。
上述系统主要由局端设备OLT和用户端设备ONU组成。简化了网络的拓扑结构，特定的分析其中的OLT和ONU设备，如图6所示。
OLT提供与ONU相连的光接口，在光接入网(OAN)的网络端至少提供一个网络业务接口，它位于本地交换局或远端，为ONU所需业务提供必要的传送方式。
ONU提供通往OLT的光接口，用于实现OAN的用户接入。ONU的用户侧根据实际路况的需要，提供告警电话、视频监控设备、路标指示屏、以太网以及无线的各种接口。
本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种变形和修改。
权利要求
1.采用无源光网络接入的交通信息传输管理系统，其特征是使用点对多点的总线式结构的ODN，组建路边交通信息接入网络。
2.根据权利要求1所述的采用无源光网络接入的交通信息传输管理系统，其特征是利用公路沿线铺设的光缆，在需要设置OLT的位置，从光缆中引出光纤，接入OLT。
3.根据权利要求1所述的采用无源光网络接入的交通信息传输管理系统，其特征是采用无源光分路器构造总线结构的ODN，根据接入ONU的数目，调整光分路器的分光比，使得每个ONU具有基本相同的功率。
4.根据权利要求1所述的采用无源光网络接入的交通信息传输管理系统，其特征是OLT上联具有多种接口，可接收特定运营商提供的交通信息专用网络的信号，以及公共用户网的不同信号(如宽带信号、电话信号等)，OLT下联PON接口，ONU上联PON接口，ONU下联具有与OLT对应的多种接口。
全文摘要
本发明适用于交通信息系统的信息传输网领域。利用公路沿线铺设的光揽，通过采用无源光网络技术，接入公路上各种实时的交通信息，并提供各种信息的Qos保证。根据公路线性拓扑的特点，改造光分布网络为点到多点的总线型结构，组建适合的交通信息传输网络。以无源光网络形式组建的网络，在各个OLT/ONU处，具有初步的网络管理能力。OLT汇聚的各种交通信息，可以接入交通信息专用网络中，在系统网络的中心局所中，进行统一管理和处理。
文档编号H04B10/20GK1953354SQ20061008667
公开日2007年4月25日 申请日期2006年6月28日 优先权日2006年6月28日
发明者周煜, 张永军, 张 杰, 顾畹仪 申请人:北京邮电大学