智能交通标准系统.docx
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智能交通标准系统
学号
（智能运输系统）
课程作业
基于云计算集群与无线射频识别技术
的物联网智能化运输仿真管理平台
TheIOTIntelligentTransportationSimulationManagementPlatformBasedonCloudComputingClusterandRFIDTechnique
学生姓名
孙永新祁运佳王祖应王玉璐张旭
班级
08交通2班
成绩
指导教师
蔡宏洲
土木工程系
年月日
学号
姓名
分工和主要贡献
成绩
08240211
孙永新
08240212
祁运佳
08240213
王祖应
参考文献收集
08240214
王玉璐
论文讨论范围，技术方向，ppt
082402
张旭
目录
一、概述5
二、技术概览5
1.云计算5
2.无线射频识别技术6
3.物联网6
4.交通仿真6
三、研究基础6
四、系统结构6
1．云计算集群7
2.无线射频识别7
3.云终端设备7
五、技术分析7
1．RFID应用范围7
2．交通运输中电子标签的选择7
3．RFID在现代交通运输环节的应用8
4.云计算的简化机制8
5.ITS技术9
6.物联网10
7.交通仿真10
六、API接口功能10
七、仿真应用14
八、结束语15
基于云计算集群与无线射频识别技术的物联网智能化运输仿真管理平台
TheIOTIntelligentTransportationSimulationManagementPlatformBasedonCloudComputingClusterandRFIDTechnique
孙永新祁运佳王祖应王玉璐张旭
（天津城市建设学院08交通2班）
摘要：
“基于云计算集群与无线射频识别技术的物联网智能化运输仿真管理平台”是一套基于云计算（cloudcomputing）技术与RFID技术的平台。
它由多组服务器集群组成，提供数据存储、备份和并行运算服务。
各种智能交通系统通过平台接口建立自己的应用服务，让系统的计算能力，从而大大的扩充了用户服务器功能，同时，由于系统的存储与运算是由多个服务器组成，文件资料存储于多台服务器中，当一台或几台服务器出现故障，无故障的其他服务器中的子文件仍能完整地恢复原文件，因此极大的提高了文件保存的可靠性。
并且通过相应的接口，将无线射频识别技术，物联网技术，与智能交通系统结合起来，并能进行交通流的仿真。
并且符合国际ISO标准的API接口能够与现有的交通系统软件进行通信与整合，实现整个系统的统一化，方便管理。
关键字：
云计算;物联网;无线射频;仿真
Abstract：
TheIOTIntelligentTransportationSimulationManagementPlatformBasedonCloudComputingClusterandRFIDTechniqueisasetofcloudcomputingtechnologyandRFIDtechnology-basedplatforms.Avarietyofintelligenttransportationsystemthroughtheplatforminterfacetobuildtheirownapplications,sothatthesystem'scomputingpower,thusgreatlyexpandingtheuserserverfunctionality.Andtheradiofrequencyidentificationtechnology,physicalnetworkingtechnology,combinedwithintelligenttransportationsystems,andcancarryouttrafficflowsimulation.ItisalsoinlinewithinternationalISOstandardAPIinterfaceswithexistingsoftware,communicationsandtransportationsystemsintegration.Keywords：
CloudComputing；IOT;RFID;iTransportationSimulation
一、概述
基于云计算集群与无线射频识别技术的物联网智能化运输仿真管理平台是一个以传统的ITS为基础，运用最先进的cloudcomputing技术、无线射频识别技术和物联网技术，将ITS的执行效率、性能、成本大幅度的降低，来实现以超低的成本进行超大规模的运算，云计算和物联网技术是一种能同时实现感知、互联和处理并进行高性能的并发运算的各类行业与公众应用．它具有网络化、智能化和超大规模化特点。
云计算与物联网具有可跨平台的优点，目前的智能交通系统（ITS，IntelligentTransportSystem）主要包括以下：
先进的交通信息服务系统、先进的交通管理系统、先进的公共交通系统、先进的车辆控制系统、先进的运载工具操作辅助系统、先进的交通基础设施技术状况感知系统、货运管理系统、电子收费系统和紧急救援系统。
根据ITS的定义，ITS是将传感器技术、RFID技术、无线通信术、数据处理技术、网络技术、自动控制技术、视频检测识别技术、GPS、信息发布技术等运用于整个交通运输管理体系中，从而建立起实时的、准确的、高效的交通运输综合管理和控制系统。
显然，智能交通行业中无处不在利用物联网技术、网络和设备来实现交通运输的智能化。
然而在ITS内加上现在最为先进的云计算技术，那ITS，是作为继计算机产业、互联网产业、通信产业之后的又一新兴产业，其与云计算的结合是必须的也是必然的，必将能够创造出巨大的应用空间和市场价值。
智能交通的发展，将带动智能汽车、导航、车辆远程信息系统、RFID、交通基础设施运行状况的感知技术（如智能道路、智能铁路、智能水运航道等）、运载工具与交通基础设施之间的通信技术、运载工具与同种运载工具或不同种运载工具之间的通信技术、动态实时交通信息发布技术等多个产业的发展，具有很广泛的应用需求。
二、技术概览
1.云计算
云计算（CloudComputing）是一种新兴的计算模型。
它将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上，使各种应用系统能够根据需要获取计算力、存储空间和各种软件服务。
这种资源池称为“云”。
“云”是一些可以自我维护和管理的虚拟计算资源，通常为一些大型服务器集群，包括计算服务器、存储服务器、宽带资源等等。
云计算将所有的计算资源集中起来，并由软件实现自动管理，无需人为参与。
这使得应用提供者无需为繁琐的细节而烦恼，能够更加专注于自己的业务，有利于创新和降低成本。
可以这样打个比方：
这就好比是从古老的单台发电机模式转向了电厂集中供电的模式。
它意味着计算能力也可以作为一种商品进行流通，就像煤气、水电一样，取用方便，费用低廉。
最大的不同在于，它是通过互联网进行传输的。
由于“云”的特殊容错措施可以采用极其廉价的节点来构成云，“云”的自动化集中式管理使大量企业无需负担日益高昂的数据中心管理成本，“云”的通用性使资源的利用率较之传统系统大幅提升，因此用户可以充分享受“云”的低成本优势，经常只要花费几百美元、几天时间就能完成以前需要数万美元、数月时间才能完成的任务。
这样能更加的降低成本。
可以极方便的改善现有的交通监控系统，把交通监控系统与交通测速系统实现真实意义的整合，更加有效的管理交通，控制交通流，使天津的交通变得更加高效，提高天津市的道路的利用率，更可以改善环境，降低尾气排放，间接的提高资源的利用率。
基于云计算集群的无线射频识别技术的物联网智能化运输管理平台，具有超大规模，虚拟化，高可靠性，通用性,高扩展性，按需服务，极其廉价等，一些现有的管理系统所不具备的优势，更是一个模块化平台。
跨平台性强，移植性强，可以进行多平台的数据处理，与现有设备。
操作简便，成本及其低廉，从以前的集中管理制改成云计算的模式，可以设置几台主机之间进行多机热备，可以有效的防止主机失控，造成整个系统瘫痪；其他的数据机可以用多少增加多少，可增加至10000节点以上，并且可以随时添加，在各个节点中进行运算。
与现有的先进的交通系统结合起来，可以实现无缝连接，并且具有高速的运算能力，充分利用了每一台的计算机的资源，可以实现模块化的系统。
2.无线射频识别技术
无线射频识别技术[1]即RadioFrequencyIdentification。
英文缩写RFID，是非接触式自动识别技术的一种。
最基本的RFID系统是由标签（Tag）、阅读器（Reader）和天线（Antenna）三部分组成。
但所有的阅读器在功能原理上和设计构造上都很相似。
所有阅读器均可简化为高频接口和控制单元两个基本模块。
高频接口包含发送器和接收器，其功能包括产生高频发射功率以启动射频卡并提供能量；对发射信号进行调制，用于将数据传送给射频卡[2]，接收并解调来自射频卡的高频信号。
3.物联网
物联网（TheInternetofthings，简称IOT）[3]，就是通过射频识别（RFID）红外摄像机激光扫描仪等传感器设备和全球定位系统无线通信系统等，按约定的协议，把物品（如设备设施各种商品甚至人与动物等）与互联网连接起来，使人与物物与物之间进行信息交换或通信，以实现对物体的智能化识别定位跟踪监控和管理的一种网络简而言之，物联网是多种信息技术的融合与集成应用，使人与物物与物之间可进行智慧对话，创造一个智慧的世界。
4.交通仿真
交通仿真是20世纪60年代以来,随着计算机技术的进步而发展起来的采用计算机数字模型来反映复杂道路交通现象的交通分析技术和方法。
从试验角度看,道路交通仿真是再现交通流时间和空间变化的模拟技术。
交通仿真作为仿真科学在交通领域的应用分支,是随着系统仿真的发展而发展起来的,它以相似原理、信息技术、系统工程和交通工程领域的基本理论和专业技术为基础,以计算机为主要工具,利用系统仿真模型模拟道路交通系统的运行状态,采用数字方式或图形方式来描述动态交通系统,以便更好地把握和控制该系统的一门实用技术。
三、研究基础
基于云计算集群与无线射频识别技术的物联网智能化运输仿真管理平台是以开源的Hadoop为基础建立在FreeBSD系统上，依托在服务器虚拟化（VMware）的平台上进行运行，这样能够拥有更快、更稳定、更安全的硬件保障，使用ISCSI技术，尽可能降低客户公司存储部署成本，服务器硬盘全部采用SATA高速企业级硬盘，保证数据的24小时稳定运行。
最核心的技术是通过开发API接口程序使FreeBSD系统的ISCSI服务端软件和Hadoop分布式存储相结合而形成的云计算技术。
四、系统结构
1．云计算集群
云计算集群首先由多台数据存储服务器通过网络构成一个庞大的存储池，每一台数据服务器的配置是相同的，当数据达到存储池饱和状态时，可以将同样配置的服务器加入到这个存储网络中，在不改变原有系统运行状态下实现扩容。
同时数据被分割成许多小块和备份通过点播服务器存放于不同的数据存储服务器中，提高了数据安全性。
通过ISCSI方式将点播服务器与应用服务器相连，在应用服务器内生成一个由“云视系统”数据存储服务器提供的磁盘空间，供用户存放和调用数据从而实现云计算服务。
云计算的诞生将改变互联网应用形式，为交通运输及IT行业提供安全的数据存储及快捷的数据调用服务。
采用云计算的系统在对底层硬件设备要求不高，允许系统采用上一代硬件设备进行搭建。
从而大大减少了设备的采购成本。
所以，在经济快速发展的今天，我们要面对异常庞大的数据，更为准确的说是需要大量的空间存储和保护许多冗余的数据拷贝，而这些数据也一直在持续增长。
2.无线射频识别
无线射频识别阅读机安装在需要获得数据的地方，进行数据的识别并分析
3.云终端设备
云终端是可以是一种精巧别致的网络计算机也可以是一台普通的计算机上的程序，也可以是手机上的程序，可以构架云计算网络，以利用终端设备的限制资源进行车辆的大规模计算与管理
五、技术分析
1．RFID应用范围
RFID经过长时间的研究和新技术的发展，现阶段RFID应用的领域相当广泛，最常见的应用有：
防伪识别：
身份证件、社会福利卡、护照的真伪识别；门禁管制：
人员出入门禁监控、管制及上下班人事管理；回收资产：
托盘、货柜、台车、笼车等可回收容器管理；货物管理：
航空运输的行李识别，存货、物流运输管理；物料处理：
工厂的物料清点、物料控制系统：
废物处理：
垃圾回收处理、废弃物管控系统；医疗应用：
医院的病历系统、危险或管制之生化物品管理；交通运输：
高速公路的收费系统；防盗应用：
超市的防盗、图书馆或书店的防盗管理；动物监控：
畜牧动物管理、宠物识别、野生动物生态的追踪；自动控制：
汽车、家电、电子业之组装生产；票证管理：
大型活动的门票、多用途的智能型储值卡等等。
2．交通运输中电子标签的选择
电子标签[4]在不同的应用中有许多种类，具体有以下几种分类：
2．1依据电子标签是否附加电池可分为：
被动式电子标签和主动式电子标签；
2．2依据内存读写功能可分为：
只读电子标签、仅能写入一次多次读取电子标签、可重复读写电子标签；
2．3依据使用频率的不同可分为：
频段范围为10KHz一1MHz的低频电子标签、频段范围为1MHz一400MHz的高频电子标签、频段范围为400MHz～1GHz的超高频电子标签、频段范围为1GHz以上的微波电子标签。
根据<中国射频识别（RFID）技术政策白皮书>和EPC的相关标准，均认为被动式超高频的RFID标签是商品大规模运用的最佳选择之一。
随着该类标签的天线采用蚀刻或印刷方式制造技术的产生和批量生产，其成本也开始大幅下降，标准规格的标签在国内的销售价格已下降到人民币2元以内。
经过实测，这种标签使用固定式大功率的阅读器时，阅读距离能达到7—8米，使用手持式阅读设备阅读距离也能达到将近2米。
加之其传输速率快、设计合理的防冲突机制、可以同时进行大数量标签的读取与辨识、可反复擦写等特性，目前被动式超高频的RFID标签已在商品物流配送环节中逐步成为市场的主流。
3．RFID在现代交通运输环节的应用
在现代交通运输过程中，从工厂下线的产品贴上RFID标签后进入物流环节，标签装载着产品的信息，并全程附着于物流单元上，保证信息与实物同步，阅读器则成为物流单元与信息系统的纽带。
自动识别技术在物流中的作用显而易见，可以实现货物的先入先出、实时化仓库管理、计算机自动采集形成图形化管理，优化了业务流程，极大地提高了工作效率。
基于RFID技术的配送中心在库存作业中，RFID技术应用实现了出入库操作的自动化，通过安装在仓库大门上的RFID阅读器读取标签信息与数据库的发货信息比对，完成收货过程。
在订单拣选环节中，实现了订单履行的自动化和智能化。
在运输送货环节中，实现全程自动跟踪，科学调配运输资源，并可以使用特种的标签扩展应用范围。
现有配送运输环节中许多专业公司都在运输工具上配备GPS、GSM、CDMA等实时跟踪监控系统，系统将运输工具的位置信息实时传输到监控调度中心。
与本系统的RFID接口相结合，进行货物及其车辆的实时追踪。
4.云计算的简化机制
因为“云”具有相当的规模，Google云计算已经拥有100多万台服务器，Amazon、IBM、微软、Yahoo等的“云”均拥有几十万台服务器。
企业私有云一般拥有数百上千台服务器。
“云”能赋予用户前所未有的计算能力，这就是本系统的
特点之一：
超大规模[5]
云计算支持用户在任意位置、使用各种终端获取应用服务。
所请求的资源来自“云”，而不是固定的有形的实体。
应用在“云”中某处运行，但实际上用户无需了解、也不用担心应用运行的具体位置。
只需要一台笔记本或者一个手机，就可以通过网络服务来实现我们需要的一切，甚至包括超级计算这样的任务。
特点之二：
虚拟化
“云”使用了数据多副本容错、计算节点同构可互换等措施来保障服务的高可靠性，使用云计算比使用本地计算机可靠。
特点之三：
可靠性。
云计算不针对特定的应用，在“云”的支撑下可以构造出千变万化的应用，同一个“云”可以同时支撑不同的应用运行。
这就是可以在其他的领域进行大规模的应用。
云计算的成本的极其低廉：
如图所示[6]
网络发展的必然结果：
5.ITS技术
ITS技术包括[7]
先进的交通管制系统,包括:
车辆图像识别自适应信号控制系统;基于减少能耗和污染的交通信号优化控制系统;公交优先信号控制系统。
先进的交通信息服务系统,包括:
交通信息双方传送技术;动态经路诱导系统。
先进的公共交通系统,包括:
公共交通车辆自动调度系统;无接触式自动检票系统;公共交通行驶信息引导系统。
先进的公路交通系统,包括:
不停车收费系统;事故紧急救援系统。
先进的车辆控制系统,包括:
行车安全报警系
采用全球定位系统[8]（GPS）进行数据采集,结合运输调查,以本系统为操作平台,实现车辆的自动调度和指挥,保证车辆的高校运行。
同时,用户还可以通过媒体（如:
手持终端设备、Internet、WAP手机等）方便地获得多种信息
6.物联网
在物联网中，存在能力超级强大的云计算集群[9]，能够按照一定的协议，采用适当的信息安全保障机制，对网络内的人员机器设备基础设施实施和其他物品等提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、领导桌面等管理和服务功能，实现对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管控营”一体化。
一般认为，物联网的建设和应用主要涉及四大关键技术，即无线射频识别（RFID）技术WSN（传感器网络）技术M2M（自动识别与物物通信）技术，自动化与智能化融合技术等关键技术。
7.交通仿真
交通仿真具有以下几点特征
（1）经济性。
有些数据无法通过调研和试验得到,或者这一过程花费的人力、物力过大,交通仿真
这种情况下,这些数据可以通过交通仿真的方法得到。
（2）安全性。
利用计算机进行仿真试验,可以避免实地调研和试验（如交通调查）中可能出现的意外伤害。
（3）可重复性。
一旦建立了一个仿真模型,可以任意重复仿真过程。
（4）易用性。
仿真方法比以往的方法更容易应用,不需要太多的数学知识去建立一些解析模型。
（5）可控制性。
交通仿真是通过程序控制的,它很容易使某些参数的作用限制在一定范围或特定值。
例如,人为地固定一些变量为常数,只改变一些变量以考察它们对道路交通仿真
安全性的影响;还可以事先对一些诸如信号配时、几何形状等因素进行人为优化,采取特定的组合方案进行模拟,进而对不同方案进行比选,评价等。
六、API接口功能
ISCSI接口
ISCSI（ISCSI=internetSmallComputerSystemInterface）是由IEETF开发的网络存储标准，目的是为了用IP协议将存储设备连接在一起。
通过在IP网上传送SCSI命令和数据，ISCSI推动了数据在网际之间的传递，同时也促进了数据的远距离管理。
由于其出色的数据传输能力，ISCSI协议被认为是促进存储区域网（SAN）市场快速发展的关键因素之一。
因为IP网络的广泛应用，ISCSI能够在LAN、WAN甚至internet上进行数据传送，使得数据的存储不再受地域的限制。
ISCSI技术的核心是在TCP/IP网络上传输SCSI协议，是指用TCP/IP报文、和ISCSI报文封装SCSI报文，使得SCSI命令和数据可以在普通以太网络上进行传输，如下图：
ISCSI工作原理
ISCSI协议定义了在TCP/IP网络发送、接收block（数据块）级的存储数据的规则和方法。
发送端将SCSI命令和数据封装到TCP/IP包中再通过网络转发，接收端收到TCP/IP包之后，将其还原为SCSI命令和数据并执行，完成之后将返回的SCSI命令和数据再封装到TCP/IP包中再传送回发送端。
而整个过程在用户看来，使用远端的存储设备就象访问本地的SCSI设备一样简单。
实现ISCS服务端可以有软件和硬件实现两种方式。
我们将使用ISCSIEnterpriseTarget开放项目能提供ISCSITarget软件，此软件是开源版本。
我们将对其进行进一步开发，并且能和Hadoop分布式文件存储系统进行有机的结合。
通过ISCSI协议，我们就像操作本地硬盘一样，使应用程序与应用存储可以异地存储，当系统需要升级，维护，数据绝不会丢失，这样就保证了数据的万无一失，能够永久的保存，并能高速的访问数据。
其他接口形式（telnet，ssh，ftp，http）
图5基于云计算集群的无线射频识别技术的物联网智能化运输管理平台的接口的工作方式
Telnet协议是TCP/IP协议族中的一员，是Internet远程登陆服务的标准协议和主要方式。
它为用户提供了在本地计算机上完成远程主机工作的能力。
在终端使用者的电脑上使用telnet程序，用它连接到服务器。
终端使用者可以在telnet程序中输入命令，这些命令会在服务器上运行，就像直接在服务器的控制台上输入一样。
可以在本地就能控制服务器。
要开始一个telnet会话，必须输入用户名和密码来登录服务器。
Telnet是常用的远程控制Web服务器的方法。
SSH为SecureShell的缩写，由IETF的网络工作小组（NetworkWorkingGroup）所制定；SSH为建立在应用层和传输层基础上的安全协议。
SSH是目前较可靠，专为远程登录会话和其他网络服务提供安全性的协议。
利用SSH协议可以有效防止远程管理过程中的信息泄露问题。
SSH可以提供两种级别的验证方法：
第一种级别（基于口令的安全验证）只要你知道自己帐号和口令，就可以登录到远程主机。
所有传输的数据都会被加密，但是不能保证你正在连接的服务器就是你想连接的服务器。
可能会有别的服务器在冒充真正的服务器，也就是受到“中间人”这种方式的攻击。
第二种级别（基于密匙的安全验证）需要依靠密匙，也就是你必须为自己创建一对密匙，并把公用密匙放在需要访问的服务器上。
如果你要连接到SSH服务器上，客户端软件就会向服务器发出请求，请求用你的密匙进行安全验证。
服务器收到请求之后，先在你在该服务器的家目录下寻找你的公用密匙，然后把它和你发送过来的公用密匙进行比较。
如果两个密匙一致，服务器就用公用密匙加密“质询”（challenge）并把它发送给客户端软件。
客户端软件收到“质询”之后就可以用你的私人密匙解密再把它发送给服务器。
同时SSH协议框架中设计了大量可扩展的冗余能力，比如用户自定义算法、客户自定义密钥规则、高层扩展功能性应用协议。
这些扩展大多遵循IANA的有关规定，特别是在重要的部分，像命名规则和消息编码方面。
FTP是FileTransferProtocol（文件传输协议）的英文简称，而中文简称为“文传协议”。
用于Internet上的控制文件的双向传输。
同时，它也是一个应用程序（Application）。
用户可以通过它把自己的PC机与世界各地所有运行FTP协议的服务器相连，访问服务器上的大量程序和信息。
FTP的主要
升级会员 