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    【IT168 专稿】说到公路交通网络，许多人，包括笔者自己一开始都觉得有些神秘，可后来发现，它也不是那么神秘，也只能算是计算机网络的一个应用领域，与我们常见的局域网相比，最大的不同就在于它所用的设备和所覆盖的范围。在许多交通网络中，经常见到要跨省、市互联，所以通常采用连接距离可以很广的光纤，甚至租用ISP的专用线路、互联网等方式进行连接，组成一个规模庞大的城域网。

    本文所要介绍的公路收费网络就可以是这样一个庞大的跨省、市互联的网络系统。但这么一个大的系统中都是由许多个相对独立的小收费站系统组成。而这些小的收费站网络通常与我们常见的企业局域网就差不多了，不同的只是所使用的一些设备。本文首先要向大家介绍的就是这样一个单一网点的公路收费网络系统。然后再介绍跨省、市的，多个收费站互联的大型公路收费系统。

    一、单网点公路收费系统网络结构

    通常，单网点公路收费系统就是一个C/S模式的局域网系统。它是由若干个车道收费亭系统和一个中心管理站系统组成。收费亭和管理站都是作为网络的站点，通过网线、交换机（现在很少用集线器了）与主机房的服务器连接。收费亭和管理站计算机都还可以通过信号线与录像监控系统相连，在计算机上获得监控图像。整个系统采用了二级架构控制模式，那就是收费站控制室管理系统和车道收费系统。二者通过网线和交换机连接成为一个完整公路收费系统整体。如下图所示。

拓扑图（点击看大图）

    在这样一个网络中，我们可以见到，其实它与我们常见的企业局域网，在结构上是没有什么区别的，仅多了一些专用设备，如车道摄像机、报价显示屏、车辆计数器和票据打印机等。车道摄像机通过数据采集卡与收费亭终端连接；报从显示屏和报价器（报价喇叭）也是直接与收费亭终端连接的；而车辆计数器因为是对整个收费站进出车辆的统一，所以必须与管理中心的专门计算机连接。

    整个收费系统的功能分为车道收费系统和收费站控制室管理系统两部分。各网络设备的连接都是通过双绞线进行的，因为它们之间的距离通常在100米范围内。如果超过100米，可以通过交换机级联扩展，也可以采用光纤连接，但这样一来成本就会高许多。因为不仅光纤传输介质比双绞线要贵许多，收费终端网卡和交换机都需要更换成支持光纤连接的，价格也要贵许多。

    在以上两个子系统中，车道收费系统负责车辆的收费及票据的打印、数据库数据的存入等功能。当车辆驶入收费亭时，车道摄像机便摄下该车的图像，以便收费员确认车型。然后根据这个车的图像所显示的车型，收费员输入该车型的定义键，收费终端在显示该车的图像的同时显示该车型的价格及其它收费信息。语音器自动报出该车型的应收价格，数字显示价格。同时如果还需要票据时，票据打印机会自动打印该次收费的信息，由收费员交给司机。收费员确认收费后由收管理系统软件控制护栏自动打开，车辆通过计数后，计数器自动将计数送到管理中心控制室计算机中。

    另一子系统就是收费站控制室管理系统，它的功能当然就是管理控制功能，以及收费系统的集中管理。该子系统作为整个收费监控管理系统中心，具有负责对各车道收费的综合管理功能。各车道保持实时的数据通信动态地显示在管理中心工作站显示器上。管理中心的数据处理计算机自动记录各车道收费员编号、姓名、交接班时间，自动统计各车道的收费情况、各类车型的分布情况、车流量情况并打印出相应的统计分析报表。由于是实时传输通信，收费数据与录像带上的时间具备了一致性，因而若有违规行为，可以方便快速进行查询。

    要注意的是，公路收费网络系统和一般的网络系统相比也有一个比较特殊的一面。由于收费站是建在公路边的，计算机网络极易受到过往车辆的干扰，影响系统的正常工作，数据传输也不准确，所以需选择抗干扰性较好的工业控制计算机和服务器、屏蔽性强的网络线，并安装良好的接地装置。
一般来说，在公路收费系统中要求功能比较全面，操作和管理方便快捷。因为在比较繁忙的收费站中，通常要求对每对部车的收费在30秒钟之内。基本的公路收费系统功能如下：

 通过收费管理系统，收费员只须通过收费终端显示器便能观察车道及车辆实况；
 车道监视图像与收费信息实时地在管理中心计算机中显示，管理中心可实时动态监控收费过程；
 可按收费站具体要求制定车型、车道，通过车辆自动累积计数，不漏过通过车道的任何的车辆，具有自动和手动电动护栏控制功能；
 有语音报价，数字屏显示价格信息功能；
 可配置中心管理员和收费员的口令设置，可保证数据安全；
 各种数据可按班次、收费员、车道分时随即查询，生成报表自动打印输出；
 异常情况实时报警、提示并作记录。

    二、高速公路收费系统

    对于像高速公路这样的大型收费系统来说，相对于前面介绍的单网点收费系统来说，尽管可能有许多新的软件功能，如IC卡式缴费，联网收费等，但更主要的不同还在于不同收费站点的互联，以及数据同步了。因为一条高速公路如果是实现全路联网收费的话，就必须保证整个高速公路上的收费站点实时同步。由于距离通常相当长，所以各收费站点之间的快速互联就是其中的关键了。

    目前，高速公路之上的广域网络建设通常都采用了在现有的SDH（Synchronos Digital Hierarchy，同步数字系列）通信网络链路上进行叉分复接方式，即尽量去利用已有的ADM（分插复用）设备的冗余信道，实现广域数据交换。然而与点到点的通信系统不同，这里的收费网络工作采用的是广播寻址和传输的方式，是异构系统之间的连接，所以计算机网络与通信系统的接驳就变得比较复杂和多样。

    利用现有SDH通信网络所组建的广域收费网络简化结构如下图所示。

拓扑图（点击看大图）

    其中的收费站A/B/C/D代表的就是如图1所示的C/S模式的收费局域网。在这一网络中除了图中标注的各收费站点和管理中心需要专门的路由器连接外，还要利用原有SDH网络中的路由设施和网络传输介质（通常为光纤），整个网络工作机制非常复杂，就像我们经常所见的ADSL广域网连接一样。

    虽然SDH网络相对PDH通信网络而言该网络结构有较大改进，但是其整个传输网络仍然是多种传输系统的简单堆砌，网络构成复杂。在传输平台之外另外需要很多附加设备，例如对于收费计算机网络需要外接路由器；对于视频图像，需要外接编解码器和切换器、分配器；对于电话和低速数据，需要外接时隙分割器等等。

    这样无疑增加了管理难度，而且SDH系统通过路由器提供给收费计算机网络的接口速率一般为128k或2Mbps，而收费计算机网络本身是10Mbps或100Mbps，联网收费需传输大量的信息（如抓拍的数字图像等），这样有可能形成通信瓶颈。造成上述问题的原因是，标准的SDH是针对电信公用网设计的。

    标准SDH提供的业务接入一般为E1、E2、E3等接口。不直接提供视频、低速数据和LAN接口。为了解决诸如此类的问题。有的厂商已开发出适应高速公路通信专用的多媒体通信网络，如上海贝尔公司开发的基于SDH标准的infotrax系统，高速公路所有业务都可简单高效地接入该通信网络，在通信平台之外，无需再附加任何设备，比较适合高速公路通信网的使用。

    由于数据网络是建立在高速公路通信系统体系之上，其可供使用的传输带宽不是很充裕，所以其传输速率不是很高，并且高速公路呈现出的是单向放射型的路径，特别不易于实现星型的网络拓扑连接，所以在联网的过程中出现了多级路由器级联复用的方式。数据在传输中，会出现多次的存储转发过程，将会导致数据传输效率下降。由于在现行的收费数据网络中多采用了收费站、收费分中心、收费中心的全路由器接入方式，但通过学习SDH网络方案的收费网络设计仅体现了收费站对收费车道的管理强度，未能够体现出管理分中心对收费站和车道的管理强度。

    在高速公路收费系统中，还有一种互联方式就是光纤直连，简化网络结构如下图所示。

拓扑图（点击看大图）

    在这一方案中就需要收费管理中心的核心交换机和各收费站的核心交换机都支持光纤连接，因为目前的单段单模光纤最长连接距离已达100公里以上（最短也在20公里以上），所以这类连接方式通常是在两百公里以内的高速公路系统中广泛使用。目前的光纤最高传输速率达到了10Gbps（当然实际应用中远不要这么高带宽，只需100Mbps即可满足应用需求了），无论是连接性能和连接距离上都非常符合高速公路系统的同步传输需求。当然这样一套系统价格较贵，但却能实现高性能传输。同时也大大方便了管理中心对各收费的管理，整个网络就像一个局域网一样，不再需要反复路由，各收费站，以及管理中心都可以实现轻松互访。

    同时，光纤接入网的应用，能较好地解决用户需求与通信传输网之间不相配套的问题，满足高速公路运营对通信网的需求。在管理分中心以下的网络设计可采用以下“光纤直连”的模式。即各收费站到管理费分中心之间直接采用2芯的光纤和网络交换机构成宽带的局域网络，最高传输速率可达到全双工20Gbps。从而将局域网络的管理域从收费站到收费车道的两级管理，扩展至收费车道、收费站、收费分中心的三级管理，提高分中心的管理职能和指挥职能。

    总结：

    随着技术的不断完善，ATM也在一些高速公路收费及通信系统中广泛开展采用。还有如VPN网络技术、各种互联网接入技术，以及各种混合技术，如ATM Over SDH、IP Over SDH等也都开始在高速公路收费网络中广泛使用。因篇幅关系，在此就不再介绍了。