（计算机应用技术专业论文）基于网格的交通信息发布系统.pdf

摘要 交通信息系统是智能交通系统的重要组成部分。它为i t s 的其他系统提供实时、可 靠的交通信息，作为出行者的参考和交通系统的管理依据。基于网格的交通信息系统利 用了网格这种融合计算资源、存储资源、信息资源、知以资源的能力，在分布、异 构、数据多样化的交通系统中得以高效实现。 本文提出基于网格的共用交通信息平台的体系结构。系统利用了g l o b u s 工具包， 首先，构建基于网格的交通信息发布系统，基本实现网格环境中的交通信息发布、信息 套询等功能：其次，实现层次信息管理，构建交通信息系统的层次结构i 最后，利用 网格的安全服务，搭建共用交通信息平台的安全体系结构，从而实现交通信息系统r p 包括安全认证，信任委托在内的安全服务。 共用交通信息平台利用交通信息发布系统提供的交通信息发布和信息服务等功 能，宋进行最t u , t 算资源和实时交通数据的查询，完成网格平台上基于广义神经网络 晌交通预测，并且基于交通预测服务工厂的特陛，使同一时刻、同路段的变通预测 结果对于1 i 同用户得到共享；本系统利用数据存取服务，最优资源服务，参数学习服 务几个独i z 的服务的相互调用，实现预测服务存不同节点的并行执行，大大缩短了用 户平均等待吲唰，很好地解决传统模式不能够满足分布性，实时性要求的问题。 关键词：1 i s 共用信息平台；交通信息发布系统；网格；交通流预测：g i o b u s 。 a b s t r a c t t r a m ci n f o r m a t i o n s y s t e m i s o n e o ft h e m o s t i m p o r t a n tp a r t s i n i n t e l l i g e n t t r a n s p o r t a t i o ns y s t e m i tp r o v i d e sr e a l 、t i m ea n dr e l i a b l et r a f h ci u f o r m a t i o nf o ro t h e rs y s t e m s o fi t s w h i c hc a nb eu s e da sr e f e r e n c e sf o rt r a v e l e r sa n dt r a f f i c s y s t e mm a n a g e m e n tb y t a k i n ga d v a n t a g eo ft h ea b i l i t i e so fg r i d ，w h i c hc a ni n t e g r a t et h ec o m p u t i n gr e s o u r c e s ，s t o r a g e r e s o u r c e s i n f o r m a t i o nr e s o u r c e sa n dk n o w l e d g er e s o u r c e s t r a 腼ci n f 0 r m a t i o ns y s t e mi s e f f e c t i v e l yr e a l i z e di nt h ed i s t r i b u t e d i s o m e r i ca n dd a t a - v a r y i n gt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m t h i sp a d e rp r o p o s e st h ea r c h i t e c t u r eo i - i n t e g r a t i n gt f a 舾ci n f o r m a t i o ns y s t e mb a s e do i l t h ep l a t f o r mo f g r i d b ym a k i n gu s e o ft h eg l o b u st o o l k i t ，f i r s t ly t h es y s t e mp r o v i d e st r a m c i n f o r m a t i o n i s s u i n gs y s t e mg r i d b a s e d a n d r e a l i z e sr e l e a s ea n d q u e r y i n g o ft h ei r a f f i c i n f o r r n a t i o r _ u n d e rt h eg i r de n v i r o n m e n t ，s e c o n d l y , i tr e a l i z e st h eh i e r a r c h i c a 】i r t a i 2 a g e i l e t o f i n f o r m a t i o na n dt h ec o n s t r u c t sh i e r a r c h i c a ls t r u c t u r eo ft r a f f i ci n f o r m a t i o ns y s t e m f i n a l l y b yu s i n gt h es a f e t ys e r v i c e sp r o v i d e db yg r i d ，t h es y s t e mc o n s t r u c t st h es a f ea r c h i t e c t u r eo f i n t e g r a t i n g t r a f f i ci n f o n n a t i o n s y s t e m 、w h i c h r e a l i z e st h es a e t vs e r v i c e so f c a 踊c i n f o r m a t i o ns y s t e m b yu s i n gr e l e a s ea n dq u e r y i n gs e r v i c e so ft r a m ci n f o r m a t i o ni s s u i n gs y s t e m t h et r a f f i c m f o r m a t i o ns y s f e a rc a l l q u e r yt h e b e s tc o m p u t a t i o n a lr e s o u r c ea n dr e a l + t i m et r a m cd a t a w h i c hr e a l i z e st h et r a m cf l o w t b r e c a s t i n g b a s e do n g e n e r a l i z e d n e u r a ln e t w o r k st h e c h a r a c t e r i s t i c so ft r a f f i cf o r e c a s t i n gs e r v i c ef a c t o r ya l s om a k ed if i e r e n tu s e r ss h a r et h er e s u l t s o fi r a f f i cf o r e c a s t i n ga tt h es a n l et i m ea n do nt h es a m er o a d b ym a k i n gt t s eo ft h en r u t u a l l ， i n v o k i n ga m o n gt h ei n d e p e n d e n ts e r v i c e s s u c ha sd a t a d e p o s i t i n g ，a d o p t i n gs e r v i c e s ，b e s t r e s o u r c es e r v | c e sa n d p a r a m e t e r s s t u d y i n gs e r v i c e s ，t h e c o n c u n e n te x e c u h o no ft h e f b r e c a s t i n gs e r v i c e s a td i f i e r e n tn o d e sa r er e a l i z e d w h i c hr e m a r k a b l yr e d u c e st h ea v e r a g e w a i t i n gt i m eo fu s e r sa n dm a k e st h ep r o b l e m so ft h ec l a s s i c a ll - n o d e lt h a tc a n n o tm e e tt h e n e e d sf o rt h ed j s t r i b u t e da n dr e a l t i m ec h a r a c t e r i s t i cr e s o l v e d k e y w o r d s ：i t si n t e g r a t i n g t r a f f i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ；t r a f f i ci n f o r m a t i o n i s s u i n g s y s t e m ；g r i d ；t r a f f i cf l o wf o r e c a s r i n g ；g l o b u s 基于网格的交通信息发布系统 0 前言 0 1 研究的背景和意义 智能交通系统i t s ( i n t e l l i g e mt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m s ) 旨在将先进的计算技术、通 信技术、现代控制技术运用在交通系统中，协助人们做出最佳的抉择，驾驶最佳的车 辆，控制最佳的路网交通。在智能交通系统的建设和发展中，交通信息系统至关重 要，它是i t s 向出行者服务的内容，是智能交通系统的核心，是其他i t s 子系统的基 础。交通信息系统主要利用交通流量监测系统、事故处理系统、警卫系统、g i s 系统 及相应的处理系统，根据道路堵塞程度、事故发生地点、警卫路线等具体情况，指挥 中心决策者通过人工或自动两种编辑方式，发布和显示交通信息、道路状况等，减少 堵塞程度，提高道路通行能力。在交通信息系统的研究和发展中，解决交通拥塞、保 证交通安全、提高交通网络的使用效率的主要手段之一是建立交通诱导系统，交通诱 导系统的核心是交通流预测。 交通信息系统中信息技术成为关键。交通信息系统中所涉及的交通数据来源于各 种交通管理系统，类型繁多，数量庞大，交通信息资源的共享成为a t i s 中首要的关键 问题。一方面，要对大量静态交通信息和实时性动态交通信息进行采集：另一方面， 更侧重于各种交通信息整合、信息传输、信息汇总、信息融合、信息盼深度发掘和共 享利用。交通信息系统面临新的一体化的任务，要求能够提出一种数据管理和模拟平 台，能够集成不同类型的数据。这一系列的需求正是网格所具备的性能，并且网格技 术现在已经定位成最大的信息集成技术。基于网格的共用交通信息平台除了可以解决 信息凝享瓶颈外，还可以解决实时采集数据的存储瓶颈、计算能力( 如动态最优出行 路径选择、交通预测等) 瓶颈等问题。 本文研究的目的是建立一个基于网格的共用交通信息平台。该平台是一个利用网 格技术，通过融合各种计算资源、存储资源、信息资源和知识资源，在分布、异构、 数据多样化的交通系统环境中实现交通信息实时、可靠发布的网格应用系统。通过利 用网格具备的计算能力、数据处理能力来解决传统信息平台所遇到的问题。 本文重点介绍了基于共用交通信息平台构建交通信息发布系统的体系结构，利用 了g l o b u s 工具包中的资源监控与发现服务m d s ( m o n i t o r i n ga n dd i s c o v e r i n g s e r v i c e ) ，构建了交通信息发布系统，实现了网格环境中的交通信息发布、信息查询 等功能；其次，利用m d s 提供的网格资源信息服务和网格目录信息服务构建了交通信 息系统的层次结构，实现了交通信息的层次化管理；最后，利用网格的安全服务，搭 建了共用交通信息平台的安全体系结构，从而实现了交通信息系统中包括安全认证， 信任委托在内的安全服务。 同时，利用交通信息发布系统提供的交通信息发布和信息服务等功能，查询当前 交通网格平台中最优的计算资源和实时交通数据的：利用数据存取服务，最优资源服 基于网格的交通信息发布系统 务，参数学习服务几个独立的服务的相互调用，完成了基于广义神经网络的交通预 测：从而实现了预测服务在不同节点的并行执行，大大缩短了用户平均等待时间，很 好地解决传统模式不能够满足分布性，实时陛要求的问题。 0 2 国内外研究现状 交通信息系统是智能交通系统的一个重要组成部分。它以出行者为服务对象，通 过各种通信手段和显示方式向出行者提供有关实时的交通信息和服务。以达到规划出 行，节约时间，避免拥挤，路径寻优，提高效率，保障安全的目的d 】。交通信息系统 是建立在以下基础之上的：其一，现代化的交通工程设施和手段。如先进的交通控制 设备、道路交通检测与监视系统、收费系统等。其二，交通信息的采集、传输。广 泛、丰富的动态和静态交通信息的采集汇总，如各种交通地理信息、交通流动态实时 信息、气象、旅游、物流等综合信息，以及传输这些信息的可靠的通信网络。其三， 交通信息的融合、处理及综合利用【2 j 。 许多发达国家近年来投入了大量的人力、物力和财力对先进的交通信息系统 ( a t i s ) 进行研究、试验和开发。下面就美国、日本及欧洲等一些国家有代表性的 a t i s 作以简要介绍。 ( 1 ) 美国的代表性系统有：t r a v t e k 、a d v a n c e 、f a s t t r a c 。 t r a v t e k 以实时路线引导和服务信息系统实用化为目的，由交通管理中心、信息与服 务中心、装有导航装置的车辆组成。交通管理中心进行道路交通信息的收集、管理及 提供，同时还进行系统运行所必需的信息管理和提供；信息服务中心收集观光设施、旅 馆、饭店等为对象的各种服务信息；车载导航装置由车辆位置测定、路线选择及接口3 种功能构成，可显示交通堵塞地段、事故及旋工等信息的奥兰多地区的地图、按驾驶员 需要进行的路线引导及提供服务的文字信息等。 ( 2 ) 日本的代表性系统有v i c s 和a t i s 。v i c s 中心通过日本道路交通通信中心汇总 交通管理者和道路管理者双方的交通信息。由v i c s 提供的信息有：交通堵塞信息、所 需时间信息、交通障碍信息、交通管制信息和停车场信息5 种。a t i s 是先进的交通信 息服务系统，它的通信媒体是电话线路( 无线、有线) 。交通信息利用者通过车上装载的 导航装置或自己家及办公室的微机，可按需要接收多媒体的地图信息和文字信息。 ( 3 ) 欧洲的代表性系统有：s o c r a t e s 、e u r o s c o u t 、t r a 蛳cm a s t e r 。 s o c r a t e s 是一种有效发挥传统的蜂窝无线电话基础设施( 地面站) 的作用，使交通指挥 中心与行驶中车辆进行双向通信的系统，它的下行线路可通过“广播方式”向行驶在各 种地面站网络内的装有s o c r a t e s 车载装置的车辆提供道路交通状况的详细数字信 息。上行线路利用多频存取协议经过基地台向交通指挥中心发送信息。 我国智能交通系统i t s 的研究起步的比较晚。8 0 年代中至9 0 年代初，在一些大城 市引进和消化城市交通信号控制系统，如上海引进澳大利亚s c a t 系统，北京引进英 国的s c o o t 及南斯拉夫的t r a n s y t - 7 f 交通信号控制系统，实现了一些( 高速) 公 路监控系统、高等级公路电子收费系统和路边信息服务系统。9 0 年代中期以来，开始 研究部门的i t s 发展战略和g i s 、g p s 、e d i 在交通中的应用等，重视交通信息网络的 基于尉格的交通信息发布系统 建设，如交通部的公路智能运输系统发展战略研究、铁道部t m i s 、d m i s 等信息系统 开发。2 0 0 0 年2 月2 9 丑，国家正式成立了全国智能运输系统协调指导小组办公室。它 的成立，将有助于改善我国交通运输科技多头管理、工作交叉的问题，对我国智能运 输系统建设走上j 下轨必将起到积极的推动作用。 由于交通信息系统可以极大地提高交通运输效率，保障交通畅通和安全，增强行车的 舒适性，改善环保质量，提高能源的利用率，虽然目前它仍处于发展阶段，但可以肯定的是， 世界各国都将更加高度重视交通信息系统的研究开发与推广应用，并会把它作为未来交 通建设与发展的优先领域予以重点支持，以推动交通信息系统的全面迅速发展，最终建立 起一个以信息技术为中心的现代交通管理的新体系。 0 3 本文的主要工作 交通信息系统是智能交通系统的重要组成部分，在交通信息系统的研究和发展 中，解决交通拥塞、保证交通安全、提高交通网络的使用效率的主要手段之一是建立 交通诱导系统，交通诱导系统的作用是根据道路交通状态或管理部门指令及时显示各 种通告和相关信息，从而有效地对交通流进行诱导，合理地控制和均衡交通流分布， 提高现有道路的使用率，为驾驶人员安全快速行车提供良好的服务。交通诱导的核心 是交通流预测。 本文介绍了网格的特性和交通信息系统的特点，重点讨论了基于网格的交通信息发 布系统的设计与框架，实现交通流预测的基本功能：利用网格技术，可以集成交通信 息系统中不同数据源的数据和不同的交通信息子系统。利用网格技术，可以建立安全 的分布的交通信息发布系统。本文的主要工作有以下几点： ( 1 ) 本文提出i t s 中交通信息服务需求体系，设计了i t s 共用交通信息平台，目的 是实现计算资源，存储资源及应用服务资源的共享。 ( 2 ) 本文重点讨论了基于网格的交通信息发布系统的设计与框架，采用了当前网格 研究比较成熟的开发工具g l o b u s 工具包，并提出一个简单的开发模型。利用o l o b u s 工 具包中的资源监控与发现服务m d s ( m o n i t o r i n ga n dd i s c o v e r i n gs e r v i c e ) ，构建基于 网格的交通信息发布系统，基本实现了交通信息网格环境中信息发布、信息查询等功 能，构建交通信息系统的层次结构，从而实现资源的分布管理；利用网格的安全服务 o s l ( g r i ds e r v i c ei n f r a s t r u c t u r e ) ，搭建共用交通信息平台的安全体系结构。 ( 3 ) 在基于网格的i t s 共用交通信息平台上，利用信息发布、信息查询等功能，实 现基于广义神经网络对交通流量的实时预测和发布的一个范例，针对不同的用户要 求，提供不同的客户端。 基于网格的交通信息发布系统 1 网格技术 1 1 网格技术的发展 网格一词最早出现在2 0 世纪9 0 年代中期，而网格计算的概念在1 9 9 5 年的i - w a y 项目中被提出。网格计算一开始被更多地成为元计算，目前最著名的网格计算工具包 g i o b u s ，在一开始被称为元计算工具包。 网格的发展经历了三个阶段：第阶段是网格的萌芽阶段，开始于9 0 年代早期， 研究内容是关于千兆网试验床以及一些元计算方面的工作；第二阶段是一些早期的试 验，时间大概从9 0 年代中期到晚期，出现了一些比较重要的开创性和奠基性的研究项 目，比如i - w a y l 2 u j ，g l o b u s ，l e g i o n 等；目前是网格计算的迅速发展阶段，关于网格 的研究、开发和应用项目大量出现，出现了影响很大的组织全球网格论坛g g f ( g l o b a lg r i df o r u m ) ，同时网格计算也不再仅仅局限于科学研究，工业界与学术界联 盟，正致力于使网格计算在更广泛的领域得到推广和应用。 随着网格研究在学术界的加速，信息产业界的大公司也相继公布了与网格目标一 致的研究开发计划。惠普、i b m 、微软、s u n 等公司最近取得共识，支持x m l 、 s o a p 、u d d i 等万维网标准，从而更有利于开发新一代的网络应用，即万维网服务。 其目的是将因特网上的资源和信息汇聚在一起，组合成企业和消费者所需要的服务。 惠普推出了e s p e a k 万维网服务平台；i b m 用它的w e b s p h e r e 平台和一系列中间件实现 力维网服务；微软的路线是通过其n e t 计划和c # 语言实现万维网服务；s u n 则通过 o p e n n e t w o r k e n v i r o n m e n t ( s u no n e ) 计划和j a v a 平台来实现它。另外，i b m 最近宣 布，将投资4 0 亿美元，启动个全公司的“网格计算创新计划”；s u n 则在2 0 0 0 年9 月 公布了其网格引擎软件。 在我国，已经完成的网格研究项目主要有清华大学的先进计算基础设施a c i ( a d v a n c e dc o m p u t a t i o n a li n f r a s t r u c t u r e ) 和以中科院计算为主的国家高性能计算环境 n h p c e ( n m i o n a l h i 曲p e r f o r m a n c e c o m p u t i n g e n v i r o n m e n t ) 。8 6 3 计划支持的“中国网 格( c h i n a g r i d ) ”建设，有多家单位参加。 1 2 网格的基本概念 什么是网格( g r i d ) ? 网格就是一种集成的计算与资源环境，或者说是一个计算资 源池【i “。这里网格集成的东西包括计算能力、数据信息和知识、软件、人等各种相关 的资源和服务。网格( g r i d ) 概念产生于9 0 年代中期，是从电力网的概念借鉴过来 的。网格的目的是要利用互联网把分散在不同地理位置的电脑组织成一台”虚拟的超级 计算机”，实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、软件资源、通信资源、知 识资源、专家资源等的全面共享【l ”。传统互联网实现了计算机硬件的连通，w e b 实现 了网页的连通，w e b 服务实现了程序和程序之间的共享，而网格试图实现互联网上所 4 基于网格的交通信息发布系统 有资源的全面连通。网格希望用户在使用网格时，就如同现在使用电力一样方便地使 用分布在网络上强大而丰富的各种资源。 网格计算( g r i dc o m p u t i n g ) 就是基于网格的问题求解。 一般说来，网格中除了作为其基础的计算机、存储器、通信线路等硬件外，还有 用于合成( 集成、整合) 这些硬资源的软件。我们把这些在分布式网络上共享的计算 能力和其他硬件资源称之为物理网格( p h y s i c a lg r i d ) ，而把这些合成、整合这些硬件 资源按某一业务流程以完成某项任务的软件和控制流程称之为逻辑网格( 1 0 9 i c a l g r i d ) 。物理网格可以被多个逻辑网格使用，而逻辑网格可以使用多个物理网格来完成 某一任务。从某种意义上说，逻辑网格是网格的核心。网格中最难解决的是如何动态 地按需配置逻辑网格，以建立能够完成用户要求的网格系统。 1 3 网格计算的优势 网格计算最初的由来是设备利用率问题( 也就是利用成本问题) ，参看下面的统 计数字 1 8 j ： 大型机有4 0 的时间处于空闲状态 u n i x 服务器有9 0 的时间处于空闲状态 多数的p c 有9 5 的时间处于空闲状态 一些人提出，计算能力最终也会像水力、电力那样成为整个商业社会发展的基础 设施。计算能力就像电力、自来水样当作商品由公共购买，做到随需所用。 网格计算的第二个由来是系统之间的集成问题。现阶段我们开发的软件有一个很 严重的问题就是所谓的”烟囱式”问题。即各个应用程序之间的联系是很弱或是没有 的。因此，为了更好的集成、实现和维护这些系统，需要标准的技术和平台构架以支 持系统之间的集成。 网格计算就是提供这种计算能力和解决系统集成所需要的步骤中的一个阶段。网 格环境把网络上现有的计算资源、存储资源能看作一台虚拟的”超级计算机”，用户就 像使用本地机群一样使用和管理网格上的各种资源。如同电力网中的电压、频率一 样，网格环境也提供了一系列的标准来解决异构、异种平台系统之间的集成问题。网 格计算的基础是基于x m l 的消息传递。它用x m l 格式来包装各种数据、消息在各个 系统之间进行信息交换。 1 4 网格计算的技术基础和发展方向 类似于因特网，网格也是从科学领域开始的，但现在已经由商业企业部署了。 2 0 0 2 年在加拿大多伦多进行的第4 界全球网格论坛( g g f ) 会议上，i b m 和g l o b u s 协 作公共倡议了一个全新的网格标准( o g s a ) 。开放网格服务体系结构( o p e ng r i d s e r v i c e sa r c h i t e c t u r e ，o g s a ) 将o l o b u s 标准和商业的w e b 服务标准相结合【h 】，把这 种资源统一以网格服务的形式提供给外界使用。o g s a 为基于网格的应用定义了个 公共的和标准的体系结构，这个结构的核心是网格服务的概念。它把网格服务看作是 基于网格的交通信息发布系统 一种特殊的w e b 服务。o g s a 是基于网格服务的分布式体系框架，它以服务为中心， 强调的是服务实例的位置透明性和多协议绑定，支持对底层各种平台设施的集成。 o g s a 的诞生，标志着网格不仅仅局限于科学计算领域，还能够对各种商业应用进行 广泛的、基础性的网格环境的支持，实现更方便的信息共享和互操作，从而对商业模 式、人员的工作方式和生活方式产生深远的影响。 o g s a 只是一个框架，它不涉及网格服务如何实现等具体的问题。g g f 组织的 o g s i ( 开放网格服务基础设施) 工作组制定了o g s i 标准来实现o g s a 中提出的各种 概念。它是一个正式的技术规格说明书。相对o g s a 来说，o g s i 在技术层面上涉及的 要多的多，也更为正式。g t 3 ( g l o b u s t o o l k i t3 0 ) 是一个基于o g s l l 0 标准而实现的 用于开发网格应用的工具包。目前它是基于j a v a 语言的，并以7 月1 日发布了正式版 本。作为国际上最有影响的和网格相关的项1 7 1 之一，g t 3 已经成为建造网格应用和网 格环境的首选。国内外大部分的网格项目都是基于g t 3 开发和运行的。 1 56 t 3 介绍 g t 3 ( g l o b u st o o l k i t3 o ) 1 1 5 1 是一个基于o g s l l 0 标准而实现的用于开发网格应用 的工具包。目前它是基于j a v a 语言的，作为国际上最有影响的和网格相关的项目之 一，g t 3 已经成为建造网格应用和网格环境的首选。国内外大部分的网格项目都是基 于g t 3 开发和运行的。g t 3 也是我们以后主要的工作重点，我们大部分的工作是围绕 g t 3 进行的。 1 5 16 t 3 的体系结构 图1 1g t 3 体系结构 ( f i g u r e1 ia r c h i t e c t u r eo f g t 3 ) 图1 1 中白色的部分是g t 3c o r e 提供的。它们是建立网格服务的基础。o g s i 参考 实现( r i ) 实现了o g s i 规范1 0 所定义的接口，以a p i 和工具的形式提供给用户以方 基于网格的交通信息发布系统 便开发和o g s i 兼容的网格服务。安全基础设旌( s i ) 提供s o a p 安全，传输层安全， 相互认证，单点登录服务认证等功能。g t 3 核心还提供了系统级服务用来作为运行时 和其他服务相关联的基础，它们建立在o g s i - - r i 和o g s i - - s i 之上。g t 3 同时还提供 了一些基础服务，如程序执行，数据管理和信息服务等。这些服务是建立在o g s i 和 g s i 组件之上的。用户定义服务是指由用户开放的高层服务，它不由g t 3 提供，可以 建立在任何g t 3 的组件之上，包括基础服务。 所有这些服务是和抽象的o g s i 运行时环境相交互的，我们称为网格服务容器。网 格服务容器把应用和服务运行时细节分离开来，同时还控制服务的生命期、把消息分 发给对应的服务实例等。容器的前端封装了一个标准的w e b 服务引擎接口，用来实现 x m l 消息映射。 最后，w e b 服务引擎和网格服务容器宿主到一个主机环境中。目前g t 3 支持4 种 j a v a 主机环境： e m b e d d e d ：以库文件的形式将0 g s i 主机环境嵌入已有的j 2 s e 应用中。 s t a n d a l o n e ：一个可以部署网格服务的轻量级的j 2 s e 服务器。 j 2 e ew e bc o n t a i n e r ：将o g s i 主机环境嵌入w e b 服务器中，该w e b 服务器具有 j a v as e r v l e t 引擎，如j a k a r t at o m c a t 。 j 2 e ee j bc o n t a i n e r ：把网格服务容器嵌入到e j b 应用服务中。 1 5 2g t 3 软件结构模型 服务端框架 服务端框架见下图【8 l ： 图1 2g t 3 软件框架：服务端体系结构组件 ( f i g u r e1 2s o f t w a r ef r a m e w o r ko f g t 3 ：t h ec o m p o n e n to f a r c h i t e c t u r eo ns e r v e r ) 如上图所示，g t 3 服务端框架主要包括以下组件： w e b 服务引擎。这个引擎是由a p a c h ea x i s 提供，用来处理普通的w e b 服务行 摹于网格的交通信息发布系统 为，s o a p 消息处理，j a x - - r p c 旬柄处理和w e b 服务配置。 g t 3 服务容器。g t 3 提供一个容器来管理网格服务。它包括状态管理，生命期管 理和”软状态”管理等。 目前g t 3 使用a p a c h ea x i s 作为它的w e b 服务引擎，它运行在j 2 e ew e b 容器 内，并提供一个s o a p 消息监听者( a x i ss e r v l e t ) 。它负责s o a p 请求响应进行序列 化和反序列化，j a x r p c 句柄调用和网格服务配置。g t 3 容器提供了一个主句柄 ( p i v o th a n d l e r ) 来把从a x i s 框架中的消息传递到g t 3 容器中。 g t 3 容器用来管理网格服务的状态和生命期。只要服务工厂产生一个网格服务实 例，框架就会为这个实例生成一个唯一的句柄( g s h ) ，这个服务实例注册到服务容 器资源库中。服务容器资源库中保存着所有的状态服务实例，它可以和其他框架组件 和旬柄联系以完成如下服务： 鉴别服务和调用方法 设置得到服务属性( 例如g s h 和g s r ) 激活钝化服务 把g s h 解析为g s r 和保持服务持久性 客户端框架 客户端的框架如图所示【8 】= 图1 3g t 3 软件框架：客户端体系结构组件 ( f i g u r e1 3s 0 1 a r ef r a m e w o r ko f g t 3 ：t h ec o m p o n e n to f a r c h i t e c t u r eo nc l i e n o 如图所示，g t 3 使用j a x r p c 客户端编程模式和a x i s 客户端框架来编写网格 服务客户端，除此之外，它还提供了一些帮助类来隐藏o g s i 客户端编程模式的细节。 基于网格的交通信息发布系统 2 基于网格的交通信息系统的设计 2 1 交通信息系统的特点 交通信息系统具有分布性、自相似性、动态性、自治性、扔同性等特征。 分布性：在交通信息系统中，各个子系统如信息采集，信息处理，信息发布是分 布的，如何增加各个子系统互操作的灵活性是当前交通系统面临的重要问题。并且在 进行大量计算的子系统中，涉及到计算资源的分配问题，以及在对动态交通数据进行 采集中，涉及大量的数据的存储，如何解决计算瓶颈和存储瓶颈也是当前交通系统面 临的难题。 自相似性：自相似性是指局部和整体之间存在一定的相似性。国家级的交通信息 系统是在省一级的交通信息系统的基础上建立起来的。而省级的交通信息系统是在 市一级的基础上建立起来的，他们之间有着相似性。不同市级的交通信息系统可以互 联为省级的交通信息系统，依次类推。 动念性：交通信息系统是一个复杂的系统，它的各个功能是不断在完善的，各种 功能模块能够动态的增加和减少，而且在涉及分布式计算时，要能够实现任务的自动 迁移。 自治性：交通信息系统的各个子系统可能分属不同的部门，交通信息系统应该允 许资源拥有者对它的资源有自主的管理能力，省级的交通信息系统可以管理自己的资 源，数据处理子系统服务器也能自我管理。 协同性：可以利用交通信息系统这个平台，使人们相互合作，共同解决一个难 题，或者在开放的系统环境下动态协作，多个子模块加以互联，互通，协作。 网格技术的出现使这些问题得以解决。网格技术提供的连通性已经改变了计算 机、软件应用、数据和用户之间的关系。网格打破了地理位霞的限制，使分布在各地 的资源的全面共享成为可能。其次网格的优势在于它能够提供巨大的计算力，很好地 解决了高性能计算问题。最后，由于网格中的资源可以动态增加或减少，因此网格具 有良好的动态性。将网格技术应用于交通领域，把整个因特两整合成为一台巨大的交 通信息服务器，实现各种资源的全面共享和协同操作，可以更好地为交通管理服务。 比如利用交通信息系统和网格的分布性，可以实现基于网格的数据搜集、数据处 理和数据发布的分布式处理，如图2 1 所示： 一个问题的求解需要从a 和b 两个不同的地方获得数据，然后将这些数据送到c 处进行数据分析和处理，对处理后的结果，需要在e 处进行进一步的预测分析，并利 用e 处的高级可视化设备把结果显示出来，而问题最终得到的结果可能在f 处进行公 布。这一问题的求解涉及到了a ，b c ，d ，e ，f 四个不同的地方，这些都说明了交 通信息网格所具有的分布性。 基于网格的交通信息发布系统 图2 1 交通网格信息系统的分布性 ( f i g u r e2 1t h e d i s t r i b u t i o no f t r a f f i cg r i di n f o r m a t i o ns y s t e m ) 因此我们设计了一个共用交通信息平台， 实现资源管理的动态性，数据处理的分布性， 断满足交通领域的日益复杂的需求。 2 2 共用交通信息平台的体系结构 2 2 1 交通信息服务需求体系 开发了基于网格的交通信息发布系统， 系统应用的协调性等功能，从而可以不 集成化的共用交通信息平台，其信息的主要来源有3 个方面：系统硬件资源信息， 动态交通信息和静态交通信息。 系统的硬件资源信息是指各种系统设备提供的各种资源，包括计算资源信息，存 储资源信息和其他设备的相关资源信息；信息动态交通信息主要是指通过各种检测设 备提供的交通实时信息以及通过人工报告、观测的实时信息，包括交通信号信息、交 通流信息等，同时通过g p s 车载系统获得的信息；静态交通信息主要是指基础地理信 息，道路交通地理信息，交通管理信息和车辆、出行者的相关信息。 智能交通系统是一个系统的集成，由先进的交通管理系统、先进的交通信息系 统、先进的公共交通系统、商业车辆运营、先进的乡村交通系统、先进的车辆控制和 安全系统以及自动公路系统组成。子系统之间、子系统与交通数据之间、动态数据与 静态数据之间，都存在着系统性的关联和相互作用。交通公用信息平台就是为解决这 些系统、数据的交互的信息处理与发布平台。 图2 2 给出了共用交通信息平台的的信息服务需求体系示意图。 由于交通信息系统涉及到数据类型不同、数据来源不同、数据的处理方式不同的 多种交通数据，各个子系统对数据的要求也不尽相同，因此我们提出利用以共享和协 同为核心思想的网格技术作为公用交通信息系统的技术手段。将网格技术应用于交通 领域，把整个因特网整合成一台巨大的超级交通信息服务器，实现各种空间资源的全 面共享和协同操作，可以更好地为交通管理服务。 基于嗣格的交通信息发布系统 2 2 交通信息服务需求体系 ( f i g u r e 2 2t r a f f i ci n f o r m a t i o n s e r v i c ed e m a n d i n g f r a m e w o r k ) 2 2 2 共用交通信息平台 图 共用交通信息平台是在综合交通信息基础上集成的、智能化的、为交通信息应用 服务所共享的平台。所谓集成，就是对不同来源、不同类型的交通信息进行共享，以 适应和满足交通系统的需要。在基于网格的交通信息平台上，既可以共享普通的数据 信息，譬如：基本地图信息、实时交通信息、交通管理信息等，也可以对各种计算资 源信息，存储信息，和其他设备的信息进行共享，并与数据信息和应用服务信息具有 相同的访问接口。 在网格下的共用交通信息平台包括3 个方面的内容：安全管理平台，信息应用服务 平台和交通信息发布平台。如图2 3 所示： 安全管理平台是保障系统运行的安全体系，在本系统中，利用网格的安全服务 g s i ( g r i ds e r v i c ei n f r a s t r u c t u r e ) 】，搭建共用交通信息平台的安全体系结构，从而实现基 于网格的安全服务，能够支持在交通信息网格计算环境中主体之间的安全通信，防止 主体假冒和数据泄密；能够支持跨虚拟组织的安全：能够支持交通信息网格计算环境 中用户的单点登陆，包括跨多个资源和地点的信任委托和信任转移等。在安全系统架 基于j 旬9 格的交通信息发布系统 构中最重要的是安全中心的建立。安全认证中心的主要功能是向申请证书的用户发放 证书和与其它认证中心进行相互认证。在l i n u x 下我们采用了g l o b u s 工具包本身提供 的基于u n i x 的g l o b u ss i m p l ec a 。建立了认证中心，基本实现系统所要求的安全服 务。 信息应用服务平台包括基础资源服务。交通数据服务，基础交通服务和交通功能 服务。其中基础资源服务是指系统平台所能提供的硬件的资源，在网格中，像计算资 源。存储资源和其他设备资源以服务的形式发布；交通数据服务提供交通系统所需要 的全部数据，为其他应用服务提供数据支持：基础交通服务是图信息应用服务的第三 层服务，它为交通功能服务提供基础，便于交通功能服务的开发。基础交通服务包括 交通预测服务，路径诱导服务等。最上一层的服务是交通功能服务，它为交通管理者 和普通用户提供直接服务，图中所列的各种服务如警力任务指挥调度、拥挤路况自动 处理等是我们实验室已实现的独立的系统功能。 - 交 馐翼羹匿隧震阐 安通 叫 信全 管息 - 隧羹蜀蓬慧熏捌 卜 理发 布 _ 皿 ，睡瀵萤陵羹獭瓣斟 口 口 - 隧翼幕嚣资疑罗鬻霞蕃疑爵 卜 图2 3 共用交通信息平台 ( f i g u r e 2 3c o m m u n a lt r a f f i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ) 共用交通信息平台中最重要的是交通信息发布平台，基于网格的交通信息发布系 统为交通系统中的各种信息应用服务提供信息发布、信息共享的平台，实现交通系统 内部及外部的异构分散的数据资源、应用服务的交互。 本文构建基于网格的交通信息服务系统，实现交通信息的发布、查询等功能。本 文利用交通信息的发布、查询功能，实现利用广义神经网络的交通流预测服务，在服 务的实现过程中，主要利用基础资源服务中的计算资源服务和存储资源服务，交通数 据服务中的实时交通信息以及基础交通服务中的交通流预测服务的相互调用来完成 的。 基于网格的交通信息发布系统 3 基于网格的交通信息发布系统 3 1 基于网格的交通信息发布系统的设计 共用交通信息平台的核心是交通信息发布系统，利用发布系统，实现交通系统中 的资源、数据和应用服务的动态发布查询。本文在网格平台上开发交通信息发布系统 t i i s ( t r a f f i ci n f o r m a t i o ni s s u i n gs y s t e m ) 。交通信息发布系统的示意图如图3 1 所示。 图3 1 交通信息发布系统示意图 ( f i g u r e3 1t h es k e t c h m a p o f t r a f f i c i n f o r m a t i o n i s s u i n gs y s t e m ) 在交通信息发布系统中涉及如下概念的基本定义： ( 1 ) 网格实体：网格实体是对网格内任何有价值事物的抽象，可以是某种服务，如 应用软件，可以是某种资源，如集群系统，也可以是一个人、群体或组织等。在交通 信息网中，网格实体主要包括各种计算机平台、网络存储器、各种交通控制设备( 包 括交通信号灯、摄像头等) 、文件、各种交通应用程序( 交通管理规划服务，电子收 费服务，出行者信息服务，交通诱导服务) 和用户等。 ( 2 ) 网格对象o ( o b j e c t ) ：网格对象是指对一个现实网格实体的表示，是网格实体的 逻辑映射。在交通网格系统内，网格对象主要包括对各种类型的主机、