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NTCIP 與都市交控軟體標準化

NTCIP 與都市交控軟體標準化. 交通部運輸研究所 周家慶. 簡報內容. 87 年版 交通控制通訊協定 NTCIP 通訊協定 NTCIP 架構之87 年版 交通控制通訊協定( NTCIP-like 交通控制通訊協定 ) NTCIP-like 與都市交控標準化軟體 都市交控標準化軟體近況與未來規劃. 87 年版都市 交通號誌 控制系統通訊架構 (1/4). 二層式通訊架構 此架構的通訊系統分別連接控制中心電腦(第一層)與路口終端設備(第二層)，路口終端設備彼此之間不互相連接， 屬於點對點( Point-to-point) 型式的通訊架構

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NTCIP 與都市交控軟體標準化

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  1. NTCIP與都市交控軟體標準化 交通部運輸研究所 周家慶

  2. 簡報內容 • 87年版交通控制通訊協定 • NTCIP通訊協定 • NTCIP架構之87年版交通控制通訊協定(NTCIP-like交通控制通訊協定) • NTCIP-like與都市交控標準化軟體 • 都市交控標準化軟體近況與未來規劃

  3. 87年版都市交通號誌控制系統通訊架構(1/4) • 二層式通訊架構 • 此架構的通訊系統分別連接控制中心電腦(第一層)與路口終端設備(第二層)，路口終端設備彼此之間不互相連接， • 屬於點對點(Point-to-point)型式的通訊架構 • 目前國內大部分都市皆採用此種架構，可應用的通訊技術則有兩種﹕ • 採用有線電通訊技術 • 使用無線電通訊網路

  4. 87年版都市交通號誌控制系統通訊架構(2/4) • 三層式通訊架構 • 此架構的通訊系統分別連接控制中心電腦(第一層)、路口區域控制器(第二層)與路口終端控制器(第三層) • 屬於點對多點(Multi-point或Multi-drop)型式的通訊架構 • 三層式通訊架構主要適用於大型路網或高傳輸速率的需求 • 語音與影像資料的通訊

  5. 87年版都市交通號誌控制系統通訊架構(3/4) • 可應用的通訊技術 • 控制中心電腦(第一層)與路口區域控制器(第二層) • 採用有線電通訊技術 • 租用電信公司所提供之高速數據專線 • 自行建置光纖骨幹網路 • 使用無線電通訊網路，惟並不適合作為骨幹網路 • 路口區域控制器(第二層)與路口終端控制器(第三層) • 採用有線電通訊技術 • 區域控制器與號誌控制器之間的距離不超過50公尺 • 使用無線電通訊網路 • 路口區域控制器與路口終端控制器之間距離不遠，且無障礙物阻隔，可考慮自行建置無線電通訊設施

  6. 87年版都市交通號誌控制系統通訊架構(4/4) • 三層式通訊架構圖

  7. 87年版都市交通號誌控制系統通訊協定支援架構圖87年版都市交通號誌控制系統通訊協定支援架構圖

  8. 87年版都市交通號誌控制系統通訊協定支援系統架構(1/2)87年版都市交通號誌控制系統通訊協定支援系統架構(1/2) • 涵蓋控制中心對控制中心、控制中心對路口設備(包含號誌控制器、車輛偵測器、資訊可變標誌、區域控制器)兩大部分 • 在號誌控制器與車輛偵測器方面，可同時支援「中央式控制系統架構」與「分散式控制系統架構」 • 所謂「中央式控制系統架構」即所有設備皆直接與控制中心連線，且由控制中心發送命令

  9. 87年版都市交通號誌控制系統通訊協定支援系統架構(2/2)87年版都市交通號誌控制系統通訊協定支援系統架構(2/2) • 所謂「分散式控制系統架構」即部分路口設備(專指號誌控制器)係與區域控制器連線，再由區域控制器與控制中心連線。區域控制器可處理下轄路口之之觸動、動態、全動態控制，而定時時制之運作則由控制中心直接管理號誌控制器之定時時制 • 號誌控制器的子母機之間係利用連鎖信號線來執行連鎖控制

  10. 87年版都市交通號誌控制系統通訊協定層次(1/2)87年版都市交通號誌控制系統通訊協定層次(1/2) • 依照OSI通訊協定模型之劃分，定義了四種層次的通訊協定 • 現有的交通號誌通訊協定絕大部分係依循Class A之通訊方式，亦即除了實體連接採用標準串列通訊介面以外，其餘介面皆為專屬性(Proprietary)設計 • Class B、C、D則係採用標準規約型式，可提供類似NTCIP之通訊架構。

  11. 87年版都市交通號誌控制系統通訊協定層次(2/2)87年版都市交通號誌控制系統通訊協定層次(2/2) • 87年版都市交通號誌通訊協定對於應用層協定之定義，包含現場設備共用訊息、號誌控制器訊息、車輛偵測器訊息、資訊可變標誌訊息、區域控制器訊息、控制中心對控制中心訊息等，並未考量Class C、D之訊息物件化特性 • 現有標準通訊協定並未依照SNMP之MIB方式定義傳送訊息，因此所制定的應用層訊息實際上只適用於Class A與Class B

  12. 87年版都市交通號誌控制系統通訊協定層次圖

  13. NTCIP各層通訊協定標準

  14. NTCIP通訊協定堆疊(1/2) • NTCIP的架構在不同層之間採用不同的標準來傳送應用層的訊息，這些不同層通訊協定標準的組合稱之為通訊協定堆疊 • 不同層通訊協定標準包含： • Plant Level：Fiber、Coax、Twisted Pair、Wireless • Subnetwork Level：ATM、FDDI、Ethernet、SLIP、PPP、PMPP • Transport Level：TCP、UDP、IP • Application Level：CORBA、DATEX、FTP、TFTP、SNMP、STMP

  15. NTCIP通訊協定堆疊(2/2) • 透過上述各層通訊介面所傳送應用層的訊息則另以Information Level加以定義 • 對Center-to-Center的通訊而言，主要採用CORBA與DATEX之通訊標準，其傳送的訊息必須以ITS Data Model/Reference Model與ITS Data Dictionary/ITS Message Sets格式加以定義 • 對檔案傳輸而言，主要採用FTP與TFTP之通訊標準，其傳送的訊息必須以Files格式加以定義 • 對Center-to-Field的通訊而言，主要採用SNMP與STMP之通訊標準，其傳送的訊息必須以Data Objects與Dynamic Objects格式定義

  16. NTCIP採用SNMP與STMP之Center-to-Field通訊架構

  17. NTCIP採用SNMP與STMP 之Center-to-Field通訊架構特點 • 所傳送的物件訊息可以標準化的方式(ASN.1)加以定義，與採用SNMP或STMP通訊技術無關 • 所傳送的物件訊息與通訊指令分開定義，有利後續維護與擴充 • SNMP/STMP所在之Application Level以下的Transport Level、Sub-network Level與Plant Level，可以依照實際需求選擇適當的通訊協定堆疊，與物件訊息之定義無關

  18. 傳統都市交通號誌控制系統與NTCIP通訊架構比較傳統都市交通號誌控制系統與NTCIP通訊架構比較

  19. NTCIP架構下之87年版都市交通號誌控制通訊協定(1/4)NTCIP架構下之87年版都市交通號誌控制通訊協定(1/4) • NTCIP-like通訊協定主要內容為選擇適當的通訊協定堆疊與定義訊息物件 • 通訊協定堆疊之選定必須考量實際系統需求與環境限制 • 以交通部頒「電腦化交通號誌控制系統通訊協定」為基礎，定義訊息物件步驟進行 • 依照SNMP/STMP之指令型態加以分類

  20. NTCIP架構下之87年版都市交通號誌控制通訊協定(2/4)NTCIP架構下之87年版都市交通號誌控制通訊協定(2/4) • 通訊指令包含以下四類： • 設定：此命令同SNMP之Set Request指令，控制中心用以更改現場設備之資料庫參數，並要求現場設備執行相關動作 • 查詢：此命令同SNMP之Get Request指令，控制中心用以查詢現場設備之資料庫參數 • 查詢回報：此命令同SNMP之Response指令，現場設備用以回覆查詢結果 • 主動回報：此命令同SNMP之Trap指令，現場設備用以主動回報狀態更新或事件發生

  21. NTCIP架構下之87年版都市交通號誌控制通訊協定(3/4)NTCIP架構下之87年版都市交通號誌控制通訊協定(3/4) • 以SNMP之觀點而言，這四類、數十個通訊指令可以Set Request、Get Request、Response、Trap四個指令加以取代 • 將歸類後之通訊協定與參數組合成同一訊息物件，為便於閱讀分析，一般將物件以樹狀結構(Object Tree)加以表示 • 以ASN.1語法將物件定義(Object Definition)製作成MIB檔案

  22. NTCIP架構下之87年版都市交通號誌控制通訊協定(4/4)NTCIP架構下之87年版都市交通號誌控制通訊協定(4/4) • 現場設備共用訊息 • 號誌控制器訊息 • 車輛偵測器訊息 • 資訊可變標誌訊息 • 區域控制器訊息 • 控制中心對控制中心訊息

  23. NTCIP-like 現場設備共用訊息物件定義 • 傳輸訊息分類 • 現場設備共用訊息適用於號誌控制器、車輛偵測器、資訊可變標誌等現場設備 • 可知道各項訊息物件之讀寫允許狀態(設定欄中有”---”表示不能寫入，查詢欄中有”---”表示不能讀取) • 原設計之”回報設定指令有效(00H)/無效(01H)”在NTCIP架構中已不適用，可以廢除。

  24. 分類後之現場設備共用訊息物件以及所賦與之物件識別碼分類後之現場設備共用訊息物件以及所賦與之物件識別碼

  25. 87年版現場設備共用訊息

  26. NTCIP-like 現場設備共用訊息之物件樹(1/2) • 現場設備共用訊息物件(globalIOTStdParameter)是由global節點往下延伸 • 下轄四個節點 • globalDeviceSysTime • globalDeviceState • globalDeviceParameter • globalDeviceEvent

  27. NTCIP-like 現場設備共用訊息之物件樹(2/2)

  28. NTCIP-like 現場設備共用訊息之物件定義 • 物件定義採取ASN.1格式 • ASN.1之國際標準為ISO/IEC 8824-1，ISO/IEC 8824-2、ISO/IEC 8824-3、ISO/IEC 8824-4 • OBJECT-TYPE巨集以及部分Object Identifiers是由RFC 1155、RFC 1212等Internet標準文件中定義 • 雙連接線”－－“表示文字註解

  29. NTCIP-like現場設備共用訊息之物件定義(1/5) IOTStandard DEFINITIONS ::= BEGIN -- Import NTCIP Objects(NTCIP標準物件) IMPORTS global FROM GLOBAL; SMI OBJECT-TYPE -- NTCIP-like Global Objects(NTCIP-like自定義設備共用物件) globalIOTStdParam OBJECT IDENTIFIER ::= {global 5} -- Global Time Management Node(標準時間管理) globalDeviceSysTime OBJECT IDENTIFIER ::= {globalIOTStdParam 1}

  30. NTCIP-like現場設備共用訊息之物件定義(2/5) deviceROCYear OBJECT-TYPE SYNTAX INTEGER(0..99) ACCESS read-write STATUS mandatory DESCRIPTION "年, (詳細定義請參考12H)" ::= {globalDeviceSysTime 1 } deviceWeekday OBJECT-TYPE SYNTAX INTEGER(1..7) ACCESS read-write STATUS mandatory DESCRIPTION "星期, (詳細定義請參考12H)" ::= {globalDeviceSysTime 4}

  31. NTCIP-like現場設備共用訊息之物件定義(3/5)

  32. NTCIP-like現場設備共用訊息之物件定義(4/5) deviceHwStatusEvent OBJECT-TYPE SYNTAX INTEGER(0..65535) ACCESS read-only STATUS mandatory DESCRIPTION "硬體狀態, (詳細定義請參考1DH)" ::= {globalDeviceEvent 1} deviceHwStatus OBJECT-TYPE SYNTAX INTEGER(0..65535) ACCESS read-only STATUS mandatory DESCRIPTION "硬體狀態, (詳細定義請參考1DH)" ::= {globalDeviceState 1}

  33. NTCIP-like現場設備共用訊息之物件定義(5/5)

  34. NTCIP-like其他物件定義 -- NTCIP-like Traffic Signal Controller's Objects(NTCIP-like自定義號誌控制器物件) iotTSC OBJECT IDENTIFIER ::= {devices 1} -- NTCIP-like Vehicle Detectors Objects(NTCIP-like自定義車輛偵測器物件) iotVD OBJECT IDENTIFIER::= { devices 2 } -- NTCIP-like CMS Objects(NTCIP-like自定義資訊可變標誌物件) iotCMS OBJECT IDENTIFIER::= { devices 3 }

  35. NTCIP-like案經驗(1/4) • STMP與PMPP通訊技術與開發工具尚未成熟 • 故後期以SNMP取代STMP，傳輸層採用TCP/IP，子網路層以Ethernet或PPP取代PMPP • 以微軟SNMP實作TMC管理端(SNMP Manager)與FDS現場設備(SNMP Agent)來測試 • 號誌控制器、 車輛偵測器、資訊可變標誌 • 依87年版通訊協定，設計對應的MIB

  36. NTCIP-like案經驗(2/4)

  37. NTCIP-like案經驗(3/4) • TMC管理端(SNMP Manager) • NTCIP-like Manager:模擬中央電腦MIB管理軟體，對Agent敘述物件進行get與set • NTCIP-like Monitor:觀察路口設備MIB值，與定時取得Agent資料 • FDS現場設備(SNMP Agent) • 模擬路口設備MIB值

  38. NTCIP-like案經驗(4/4) • TMC對FDS之設定/查詢模擬功能 • 號誌控制器訊息物件OID • 交控策略、有效時間 • 車輛偵測器訊息物件OID • VD車道數、VD偵測方向 • 資訊可變標誌訊息物件OID • CMS全文編號、 CMS全文內容 • 共同訊息物件OID • 時間(分) 、時間(時)

  39. 都市交控標準化軟體系統功能模組架構 • 為達軟體標準化之再用目標，都市交通控制系統軟體之實作開發於系統分析與設計階段即採開放性、高度可擴充性之物件導向模組化方式 • 中心控制軟體包含交通控制模組、設備控制模組、資料收集/資料庫模組以及與路口設施連線之通訊處理模組 • 在介面上有使用者人機介面、資料庫介面、通訊介面、交通控制邏輯介面

  40. 都市交控標準化軟體系統功能模組架構

  41. 都市交控標準化軟體系統模擬測試架構 • 為確保標準化軟體的實用性，透過通訊伺服器與模擬機進行交控運作與跨平台測試 • 模擬之平台包括常用之Windows NT、Linux與Solaris • 每台現場設備模擬機提供多個通訊埠，可模擬多台同類型設備，並以多視窗方式同步顯示各通訊埠之模擬資料變化情形 • 模擬之測試情境有一般系統操作、定時時制控制、動態控制(查表與計算)以及觸動控制等

  42. NTCIP-like與都市交控標準化軟體示範系統 • 87年通訊協定相關模擬機軟體製作 • 車輛偵測器、資訊可變號誌、號誌控制器 • 多埠通訊控制器 • 點對點 • NTCIP-like通訊協定相關模擬機軟體製作 • 車輛偵測器、資訊可變號誌、號誌控制器 • SNMP、TCP/IP、PPP或Ethernet • 整合NTCIP-like通訊協定研究案初步成果

  43. NTCIP-like與都市交控標準化軟體示範系統架構

  44. 整合NTCIP-like通訊協定案研究成果工作項目 • 硬體架構 • NTCIP-like FDS現場設備 • 三台Windows NT電腦模擬車輛偵測器、資訊可變號誌、號誌控制器 • NTCIP-like TMC管理端 • 一台Windows NT電腦模擬中央電腦MIB管理軟體 • NTCIP-like管理端與現場設備連線方式 • TMC -Ethernet- MOXA Async Server -PPP- FDS • 通訊方式 - 使用Windows NT之SNMP

  45. 整合NTCIP-like通訊協定案研究成果工作項目 • 軟體架構 • 模擬功能訂定 • 號誌控制器之交控策略、有效時間訊息物件oid • 車輛偵測器訊息之VD車道數、偵測方向物件oid • 資訊可變標誌訊息之CMS全文編號、內容物件oid • 共同訊息之時間(分) 、時間(時)物件oid • FDS SNMP Agent模擬軟體 (NTCIP-like案) • 路口設備構建-新增資料庫表格儲存NTCIP架構下現場設備資料之IP位置

  46. 整合NTCIP-like通訊協定案研究成果工作項目 • TMC SNMP Manager模擬軟體 • NTCIP-like案SNMP Manager以Visual C++開發，無法直接整合於以Java開發之交控標準化軟體 • 修改SNMP Manager，以Java呼叫C++方式，整合C++呼叫SNMP功能於Java開發之交控標準化軟體 • 新增NTCIP-like通訊模組 • 整合人機介面 • 交控中心操作人員不須考慮路口設備通訊協定為NTCIP-like或87年通訊協定

  47. 都市交控標準化軟體近況1/2 • 都市交通號誌控制器認證 • 測試87年版都市交通控制通訊協定應用層協定或其修正之各項訊息接收與回應 • 認證實施計畫研擬 • 不同交控中心間(C2C)資訊交換測試 • 以標準化軟體為核心之交通控制模擬實驗室為整合測試平台 • 路網包括高速公路匝道，情境包括經由C2C資訊交換都市交控策略執行

  48. 都市交控標準化軟體近況2/2 • 標準化軟體教育訓練與認證 • 對象：縣市交控主管單位與軟體加值廠商 • 訓練課程內容 • 基礎課程(2天)：適用所有對象 • 進階課程(3天)：以軟體加值廠商為主 • 受訓人員通過上述課程筆試後發給結業證書 • 3梯次，每梯次5天 • 研擬技術認證實施計畫 • 教育訓練資訊 http://www.iot.gov.tw

  49. 都市交通號誌控制器認證 • 以測試工具對通訊協定測試為主 • 批次檔通訊協定之自動測試 • 選擇通訊協定之手動測試 • 以標準化軟體平台進行功能面測試為輔 • 透過都市交通控制系統標準化軟體之操作界面與功能，來驗證號誌控制器是否符合87年版電腦化交通號誌控制系統通訊協定 • 測試號誌控制器結合標準化軟體的整體功能運作

  50. 使用者操作畫面 使用者人機介面 資料庫介面 交通策略邏輯 交 控 邏 輯 介 面 資料庫處理模組 資料蒐集模組 交通控制模組 系統管理模組 設備控制模組 通訊處理模組 通訊協定 87年通訊協定 號誌控制器測試軟體架構 號誌控制器 通訊測試軟體 號誌控制器原型機

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