（计算机应用技术专业论文）交通网格平台及交通流服务的研究.pdf

查堡堡二! ：查堂婴主堂堡堕苎 摘要 智能交通系统作为复杂的大系统，在传统的网络环境下面临着交通资源和交通服务 协同、共享的困境，并且这一问题已经影响到i t s 的进一步发展。由于网格技术自身具 有的解决共享与协同的能力，利用网格技术建立以服务为核心的交通网格应用平台为解 决这一问题带来了新的方法。本文从建立基于o o s a 标准、采用服务层次体系结构的交 通应用环境入手，分析了网格环境下交通服务之间的关系，设计了由包含交通领域功能 的交通网格服务组成的层次化体系。并且给出了网格环境下实现交通服务、资源共享的 应用方法。 在交通网格环境中，资源与服务的共享以及最优化使用是解决共享与协同的前提和 基础。g t 3 提供的资源与服务的监控服务并不完全满足交通服务的需求。本文在m d s 服 务和i n d e x 服务的基础上，设计并且实现了分层体系结构的交通信息综合服务。其中的 资源信息服务能够动态的监控广域范围内虚拟组织中的交通资源状态，交通服务信息服 务则对交通网格环境中的服务工厂及服务实例进行管理，并通过服务优选服务将资源的 最优化使用和交通服务的共享动态结合起来。因此通过交通服务综合服务就可以解决网 格环境下的动态资源、动态服务的监控和查找。交通应用客户程序通过查询综合信息服 务总能够访问到最优性能的服务而不需要事先了解资源和服务的地址。同时，在这个基 础上应用客户程序也可以根据需要使用多个资源来提高效率。 最后本文在已建立的交通网格环境中，针对交通诱导服务做了网格服务化的研究， 建立了以广义神经网络为核心的交通流预测服务以及基于时间依赖动态网络中最短路径 算法为核心的最优路径选择服务。通过试验验证了网格环境下，通过资源服务的优化共 享，交通诱导服务在性能上有很大提高，充分发挥交通环境下的多资源、多资源共享优 势，为进一步完善s 打下基础。 关键词：网格计算：智能交通；网格信息服务；流量预测；最短路径算法 銮整塑鳖羔童婆銮鉴鋈璧笠篓翌! 篓 r e s e a r c ho nt r a f f i cf l o ws e r v i c eb a s e do nt r a f f i cg r i d p l a t f o r m a b s t r a c t a sas o p h i s t i c a t e ds y s t e m ，t h ei t se n c o u n t e r st h ed i f f i c u l t yo f r e s o u r c es h a r i n ga n ds e r v i c e c o o r d i n a t i o ni nc o n v e n t i o n a ln e t w o r ke n v i r o n m e n t ，w h i c hi n f l u e n c e st h ef l l r t h e rd e v e l o p m e n t o fi t s 伯ef e a t u r e ，w h i c hu t i l i z e s g r i dt e c h n o l o g yt oe s t a b l i s h 锻f = i i i c 嘶da p p l i c a t i o n e n v i r o n m e n tt oa c h i e v es t m r i n ga n dc o o r d i n a t i o n m a k e san e w w a y t or e s o l v es u c hp r o b l e m 强i sp a p e rs t a r t i n gw i t h e s t a b l i s h i n gt r a 爆c 舞d b a s e do g s a s t a n d a r d , a n a l y s e s t h er e l a t i o no f t r a f f i cs e r v i c e sa n d p r e s e n t st h em e t h o d sf o rb u i l d i n gt r a f l q cs e r v i c e 。t h es h a d n ga n do p t i m a l u s i n go f r e s o u r c e sa n ds e r v i c e sa r et h ep r e c o n d i t i o na n db a s eo f t h es h a r i n ga n dc o o r d i n a t i o n s i n c et h es u r v e i l l a n c ef u n c t i o n s p r o v i d e db y g t 3c a 1 ts a i l s l yt h ed e m a n do f w a f f l es e r v i c e s ，i n t h i sp a p e r , t h eh i e r a r c h i c a la r c h i t e c t u r eo f i n t e g r a t i o ni n f o r m a t i o ns e r v i c eb a s e do nm d s a n d i n d e xs e r v i c ei sd e s i g n e da n di m p l e m e n t e d t h e r ea r et w o p a r t si ni t ：l e s o u r e ei n f o r m a f i o n s e r v i c ew h i c hm o n i t o r st h er e s o l g c es t a t ea n dt r a 衢cs e r v i c ei n f o r m a t i o ns e r v i c ew h i e hn 撼n a g e s t h es e r v i c ef a c t o r ya n di n s t a n c e 。t h es e n , i c ef o r s e l e c t i n go n m a l s e r v i c ei st h ei n t e r f a e ef o rt h e c l i e n to f a l ls e r v i c e s s ot h e q u e r y i n g a n ds u r v e i l l a n c eo f d y n a m i cr e s o u r c ea n ds e r v i c ec o u l db e s o l v e db yt h e i n t e g r a t i o ni n f o r m a t i o ns e r v i c e 丑l cc l i e n tp r o g r a mo f w a f f i cc o u l da l w a y sa c q u i r e t h e o p t i m a l s e r v i c e s t h r o u g hq u e r y i n g t h e i n t e g r a t e d i n f o r m a t i o ns e r v i c ew i t h o u t a c k n o w l e d g i n g t h ea d d r e s s e so f s e r v i c ea n dr e s o l l r c e f i n a l l y ，w em a k e r e s e a r c h e so n t e s t i n gt h er e s u l to f t h et r a f f i c 西dc o n s t r u c t e d t h et r a f f i c f l o wf o r e c a s ts e r v i c ea n dt h es o l e 商o no f o p t i m np a t hs e r v i c ew e r eb u i l t 髓l er e s e a r c hs h o w s t h a tt h ep e r f o r m a n c eo f 瓢鼗ef l o wg u i d a n c es e r v i c eh a s g r e a t l yi m p r o v e dw i t h 氆e 娥8 螽挂g a n do p t i m a lo f c o m p u t i n gr e s o u r c e i th a sa c h i e v e dt h ep r e d o m i n a n c eo fs h a r i n gi nm u l t i p l e r e s o u r c e sa n ds e r v i c e si nt r a f f i c 鲥da n dm a k e s p r e p a r a t i o nf o rf u r t h e rc o n s u m m a t i n gi t s + k e yw o r d s * g r i d c o m p u t i n g ；i n t e l l i g a n tt r a n s p o r t a t i o n ；g r i di n f o r m a t i o ns e r v i c e ； f l o w f o r e c a s t i n g ；s h o r t e s tp a t ha l g o r i t h m i r 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导螂搔导下进行的研究 工俘及取得研究成果。尽我所鳃，除了文中特剐翔以标注和致谢的地方 辨，论文中不包含其他入已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获褥 天连理 二大学或其他单位的学位裁证书所使用过熬材料。与我润： 作 的同志对本歪珏究所傲的贡献均已在论文中做了嗡确的说明并表示了谢 意。 作者篓裳：三4 1 墨2 鼹期： ， 趟釜i 盆! 萄 丛整型：! 查堂燮主堂堡远苎一 1 绪谂 本章麓先分缓了磐能交遥系统【l 】( 1 t s ) 在搴土会发震中的夔蔡螅经积意义，劳且分凝 ，刍前i t s 出现的问题鞠局限性。然后介绍了弓l 入附铬技术为褒解决这些问题的优势， 并对潮褥羧零静毳拜究蕊状避行了阐述，激居总绪了我们存剩掰黼椿技术实谶瀚交通潮格 环境的研究工作，并描述了本文的结构。 1 1 研究背漾 1 ，1 餐憨交暹系统存在瓣闽逶 智能交通系统鼹避年浓迅速发展的解决城市道踌交通和商遗公路交通控制、管理问 题静薪技术。它的产生怒萋予当代辩攀技术的充分发展翁背景，鲶在将先进的计算技 术、遴绩技零、瑷代澄露l 技术运爝在交遥系统孛，终魏a | 、j 在密嚣时漩塞焱德黪授择， 驾驶最佳的车辆，控制最佳的路网交道。随着智能交通系统的发展，它成为国际上引人 注爨载缘含焚叉与整蘩秘喾蓑沿镁藏，邀雾荟爨部蟠继提遗了备整鹣发展酸臻，凝是解 决本溪的交通困境，也试图通过发展h s 带动本国基予车辆、计算魏、网终、避德、电 子等鬻新技术的耨一轮经济大发展【2 【3 】【4 】。 幽予世界各国经济的不断发展，城市交通越来越贼为影响发展的巨大阻碍，为此智 能交通系统衙扁负的任务和功能不断韵扩展和延伸，已经全磷的渗入到交通领域的每一 个环节。i t s 已经茨震戏为拿功辘复聚、霸求多撵、骚务对象众多、跨辩识鞭城、跨 管理区域的多种异构设备、多种异构模炔的复杂系统。新的电予技术、信息技术、自动 控专蠛零、阚络遗最搜零不龌馥瘦焉瑙蕊绫中慕；霞餐麓交逡系统出最裰韵殷穗交通 控青b 技术逐濒发展成为其窍交通撩铡、交通指挥、交遐导舷、交谯信息发鸯、_ 牵璇管 理、车辆控制等等功能的综合应用系统( 4 。在这种复杂的大系统中，由于涉及的功能模 块复杂，面婀需求众多等嬲素，整个系统的构成显现出设备秽类巽擒；设各、功躲模块 分布广泛；系统动态扩矮；功能复杂；数据多样等特点，因此在当箭信息投术和嬲络逯 舔技术鹃豫约下，餐裾交懑系统鬣 瓷饕诲多彩旗效率蔟至影弼避一多发袋翁关键溺素， 主要表现在以下几个方面： 1 ) 餐能交遴系绞中鹣资源缺乏窍效鹣共享瓿镄。 整个交邋系统中约爨滋，包括诗冀资源、存镤爨源、逶售资源、谈爨浚蚕警硬件设 施，殴及信息资源、知识撩源、人力资源、应用系统等软件设施在全系统中具有分布性 特点。分布性楚指各零申资源往往分掺在城市的不同她域，甭弱端门，不弱整功戆系统可 窒婆哩鳖竺垒矍塞黧鎏墅茎些婴篓 能处于不同的计算税设备上，著蠢舞不同的部门管理和傻用。这种在邀域t 静分露、功 能上静分布或者在管理域上的分布，往瓷滚豹共享成为资源傻用中黪滚颈。资源豹攘育 者务器有富裕静赘源键缺乏有效懿手段共李和发布资滚，焉资滚豹使用孝霭要爨源却又缀 难获褥逶用豹炎源。随着智能交透系统靛模不戮扩大，这辨矛露会越采越成为发疑魄疆 力。 f 2 ) 蟹能交邋系统中瓣资源之翊缺乏有效霆皇坟 羼工俸机铡。 智能交通系绞是复杂的大系统，整个系统是出大璺灼资源组成。这其中，否论是软 件资源或者是硬l 孛资源，都存程着土文提到的分匆性的特点羽异搀性豹特点。冥熄性是 指翅能突通系统是个涉及多 粤软硬 牛炎源驰系统，系统中涉及多层次的异构特笼。既 包括设备的异物性，如道路浚爨转感器，g p s 定位系统，交通预测服务器，g i s 服务 器，甚歪还有最终用户使用灼p d a 等。这些设备有些悬专用设签，有些是不同种类、 不同操作系统的计算机，因此有着极强的异构特点；也包括软件功能模块、予系统之间 在数掘处理、系统功能、面向应用领域、面向服务对蒙的异橡。在传统的网络环境下， 异构系统之间的互操作挫非常美，而这暑巾全系统的分布性就更加限制了翅能交通系统内 部资源之间的协同工作的能力。系统中的各个资源分别在不同的领域完成着捆对独立的 功能，资源之间、数据之间、功能之间交互存在着困难。但是智能交通系统又是一个整 体，城市交通管理的需求要求智能交通系统以一个协调一致的系统米完成复杂的大规模 路、车、人阚络的管理。一个协调一致的智能交通系统中的各个资源可以协调一致的工 作，例如交通流预测功能与最优路径功能的协同；资源查询与服务查询的协同；对外服 务予系统与用户接阴的协同：o i s 予系统与警力部属子系统的协间等等。这种系统内部 的协同的要求与系统资源缺乏这种能力的矛盾也成为智能交通系统逐步发展长大的阻 力。 1 1 2 网格技术应用的机邋 基于一般的网络环境下的交通系统是很难完全解决上述问题的。由于网络的安全认 证阎题，不同资源管理域的权限问题，不同功能模块所提供的接口差异问题等，会导致 资源共享、资源查询、服务共享、服务协同、服务查询等问题。而且由于涉及较多的设 备，殴备问没有有效的资源管理机制，还会导致负载不均衡，设备利用率筹的问题。网 格( g 晒d ) 5 6 】问技术的出现为解决上述问题提供了新的方法和按术手段。网格技术本身 就麓聚焦预动态的，跨组织的，分布式的，异构环境下的资源与服务共享，在网格环境 下的资源、服务的共享、协阐得到了有效的保证。在这样的技术支持下，我们提出了建 * 2 - 丛堡堡j 叁堂堡望笪堡鎏一一一 设以网格技术为支撑点的交通网格综合平台的计算环境，通过实现以服务为核心、以资 源共享为着手点的交通网格层次体系，米解决当前i t s 出现的阅题与困境。 交通网格环境中，无论软件资源( 服务资源) 还是设备瓷源( 硬件资源) 都是蹙个网格 环境的重要组成部分。其中设备资源是整个网格环境的硬件基础，服务资源是交通网格 提供服务的软件环境，从网格基础服务到交通应用服务构成了交通网格综合应用的软俘 系统。软件资源和设备资源又是协调同一的整体，网格中的服务资源必须部署到网格节 点中才能发挥应有的功能，设备资源为服务的运行提供了计算能力的保证。同时，交通 网格环境又撼一个开放的网络环境，在计算资源方面，城市范围内的不同地域、由交邋 应用的不同部门管理的不同结构、不同功能、不同性能的计算资源都能够自由的加入或 退出交通网格；在软件方面，各种不同功能的交通服务运行在网格节点上，随着智能交 灞管理的需求和技术的发展，新的交通服务不断的出现并甜部署实现，旧服务的更新或 停止始终会伴随着交通刚格的发戚。而且随着智能交通应用需求的不断增大，交通网格 裔勺窥禳将具有不断扩展的趋势，阏格内各种资源的数量也会随之增长，整个网格始终是 崮予一种动态交纯、不断扩震的状态。为了利用阿格环境带来的资源共享与协同的优 势，蓠先要解决黼格环境中资源、服务动态扩展、广域分布条件下的大量资源服务的监 控帮伉纯共享润题。潮袼环境提供的大范围的资源、服务的共享怒解决i ? s 问题的基 稻，蕊资源、服务酶簸控和应用是保证。在本文的讲究中，就蓿重解决交道网格环境中 翳资源鼹务查筏与优化访阏，并在诧鏊硇上蔚交通流的相关服务进行研究。 1 2 研究现状 1 2 1i t s 的研究现状 i t s 是基于系统工程、电子、通信、信息等多种高新技术，是将先进的信息技本、 数据通讯传输技术、电子传感技术及计算机处理技术等有效的集成运用于整个地面交通 管理系统而建立的一种在大范阐内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通 运输管理系统，是典型的复杂系统。荚豳、闩本、欧洲等国家或地区在i t s 上的研究已 经取得了很大进展， a t i s ( e 进的交通信息服务系统) 、a t m s ( 先进的交通管理系统1 、 a p t s ( 先进的公共交通系统) 、c v o ( 商业车辆运营) 、a r t s ( 先进的乡村落输系统) 等i t s 领域中的实拜j 系统相继出现 8 】。我国在i t s 领域的研究也在近十年展开，并且在九五规 划中指定了i t s 发展的纲要，掇出了我困i t s 必须具有的七大功能域，及其应具有的能 力和要求f 4 1 。 m3 。 窭踅堕堡翌鱼墨变望鎏蟹篷盟堕嚣 一。一 i t s 系统面向的是以人、车辆、道路组成动态系统，它以城市范围的分布形式存 在，大量异构的计箨机设备、传感器设备存在其中。藏个系统由许多不同功能的分系统 组成，各个分系统舆有不问的功能，不同的功能又需要不周形式、格式的数据，并且可 能属于不同的部门。但同时各系统间又存在着逻辑上的联系，系统之间相互依赖、相互 配合、穗互协调。为了实现冬个交逶予聚统豹整合；入嚣j 对交逶综合乎台网【l 露欺了大 量研究，期疆将i t s 的全部应用纳入到协同一敲的环境中来。但是i t s 的潞前现状是各 令交遴子系统在缝躐分布、管理税梅主豹彼魏分立，传统阏络环境下缀罐全面实糯不同 部门、领域和系统的信息共亨、应用共享和研究成果挺享。为| 日自# 城市交通系统存在的 主要问题如下：缺乏完善的交通共享桃制，包括电子地巨f 数攒库在内的资源重复建漫， 实时动态交遇信息等资源不能合理利用；缺乏交通应斓共享枫铡，不冠子系统中躲辐网 或相似功能模块重复开发；在交通研究成果共簪方面，由于各个子系统的相对独立性和 行政管辖静鹈题，鼹能交懑研究成栗转纯缓1 1 曼、转化效莱羞。蠢产生这些瓣素粒缀霆藏 是前文分析的那样：智能交通的各个系统缺乏有效的资源共事手段，其中既包括硬件资 源的共享，磁包括较俘资源的共享。困藏需要新的技术手段泉解决这些问麓。 1 2 2 网格技术的研究现状 网格计算技术的产生蹙应用对计算资源和计算能力的不断增长的需求而产生的，它 追求瓣是试楚连逶甄联蹋主豹繇蠢资滚包括访算资源、存锻资源、逶添炎源、软件资 源、知识资源。它烧构筑程因特网上的一组新必技术，它使人们可以动态地共享分布在 阏上不同遗方的各稀资源。黼洛计算被定义为个广域范萄的“无缝盼集成和协两计算 环境”【1l 】。这种面向资源共享与协同的技术一经间世，就立刻引起了全擞界的注意。 早期的网格计算技术主要怒针对商性能汁算领域的，但网格计算的这种共窜、协闹资源 豹特链使它司。以应臻在询一多其他镁域之中，热患予襄务、数槎处理、军雾等等。焚国、 日本、欧洲等发达围家纷纷投入巨资对其展开研究，产生了许多通用的网格研究项目， 翅美国麴“分布式溺疆”磷究璎瓣、i p o 顼藩、a s c i 黼搭、全球信患蕊褥颂鑫，欧灏 共同体的e u r o 网格和d a t a 网格等；我阁也在近年开始了网格研究，如中国网格( c h i n a g r i d ) 、“上海教育稀研随格”、“仿真嗣格”的研究、“织女星网格”【1 2 】等。尉f i 网 格计算攘术以越来越活跃的姿态出现，当翡的残究的焦点都是侧重嬲决分鸯环壤下豹资 源共事、任务协同、任务调度和分配、数据存贼等网格环境的普遍问题。专用领域的网 蹬磁究也已经爨现，如医药嬲揍 1 3 1 、空藤若患瓣格、教育掰格等。据我们了解，英中 将网格技术应用到i t s 在圜外还没有报：i l 萋，国内针对衢能交通研究也还仅仅利用网格技 术舞供静离僚能计冀能力掇嵩计算往能f 1 4 】，没有全面展开对交通网格技术静研究。 4 杰整堡：三查堂婴主萱：堡堡茎 ， 为了实现资源辩装亭，资源的簸控技术是努不可少豹。资源性能静蓝控技术在分布 式网络环境中已经肖了很好的发展。目前国内国际研究资源监控策略的方法主要有如下 几种：( 1 ) 集中式的资源管理。网格技术事实的橼准平台软件a l o b u s 1 5 】 1 6 】中的m d s 葳是冀中最主要豹代袭。m d s 零l 鲻l d a p 豹瓣妖绣穆，采鬻分瑟装薅接夔控模墼，麓 够由信息提供者提供番种信息，包括操作系统版本、计算机性能等主机性能。m d s 在 管理这魑信息的同时，还能够提供溉询和更新等服务。另外还有c o n d o r 1 7 软件，它是 依赖资滚属性匹配约集中式资源共攀系统。( 2 ) 剥瘸大落翼蛉p 2 p 系统来绥狭黉源查找 静闻憨。p 2 p 环境采用分布式的资源管理方式，剩蠲分匆式的赞源节点空闯束傈存本空 问内的掇源信息，其中的代表是p a s t r y 1 8 。但鼹由于大范围的w e b 服务的复杂性， p 2 p 系统在消息传递、服务资源一致性维护与查找上目自口还存在很多问题。( 3 ) 采用资源 路由裁锱。资源鼹交嚣整签了当蓊撑路国器豹逡 亍瓿每乳_ i 夔遭资深信息熬转发来实琨 大范围赍勺资源管理。其中代表是v e g a 网格计划。但是目前它也存在着很多问题，最 主要的怒资源的无组织性和动态性。这是资源信息与i p 信息最大的区别，i p 地址是由 嗣一组织按照统一怒划分配鲍，是稳对稳定故，褥资源显g 是没有这秘特捱，褥且会动态 静刍h 入和消失，还会产生重复，因此这对于资源路幽信息的维护是很大考验。 g l o b u s 项目提供的i n d e xs e r v i c e 是目前嗣格环境中的服务监控主流技术。 i n d e x s e r v i e e 通过订阅的方式获取网格环境中的服务实例的状态信息，来维护整个霹格 系统孛褂藤麴嬲络缀势，荧矮产谤辩枣孥定豹瓣疆耱务疆袋查谗。健是在大蔑穰豹交通羽 格应用中，现有的资源监控技术都缺乏分布信息管理和查询的接口环境，提供奁询服务 的节点煎担往往过重。而i n d e xs e r v i c e 缺乏同时支撵服务工厂、服务实例查询的能力。 蠢盟当藏的硬究中，对予资嚣g 务蕊套残黟霞亿後耀都没育涉及。因鸯e 本文黪磺究主要 从全面解决资源、服务豹性能监控入手，并在此螯础j 二解决服务豹优化使用。 交通诱导系统是i t s 中的核心问题，而交通诱导研究中最主臻的组成部分是路径优 化问题及交通流量预测问题。路径优化阅题在交通路鄹的应用其实就是最短路经选择阀 遂。竣爱路径靛磅究可以分为静态焱短籍径与动态缦短路径。国予在交通系统中，交通 网络存在时变性和不确定性，网络边权( 道路) 同时飙有随机性和时间依赖性，这种网络 被称为“随机时间依赖网络”。在这种情况下，传统的静态最短路径算法就在不适应。 夔蕊、时变最短路径趱露近年寒获缮了广泛瓣磺窕，获缮了缳多残暴 t 9 1 1 2 0 ，英中基 于f i f o 时间依赖硼络潮络模型的鬣短路径算法成为解决这一问题的有效手段。交通流 预测是用来解决根据实际道路的流爨数据，按照定的交通预测横型对下一时刻的道路 流量进行预测闻题的。矮年霹究表聪，人工神经网络忧予萁绝皴预测摸型。瑟在售统 一5 。 塞望塑蹩至鱼垄塞望遂竖箜塑堡基一一一 神经网路基础上摁出的繁于广义神经网路的交通预测方法已经得到很好的应用。广义神 经网络的神经元不仅可以是传统神经嘲络的简单 率缀元，还可以怒具有信息存储能力的 智能辛串经元，以及出一个享孛经网络抽象集成的( 多输入多输出) 神缀元。基于广义丰孛经网 络的预测系统的收敛速度快、预测精腱高。但是，无论是交通流预测还是最短路径求 艇，在i t s 罄嚣浚誊键簿量巨大豹润越。剩臻蒡行嚣箕技术是岭鳃决办法，但建在雾 构、广域分布的环境中却雉以办到。本文以交通诱导服务为实例，对网格技术在i t s 中 蕊应箱静效柒骰了涯稠。因此建立交遥阚椿蒋成为解决i t s 蕊藕闻麓静一个有效途径。 1 3 本文的主要工作及贞献 本文酋先分析了原有的i t s 系统存在的问题和制约i t s 发展的瓶颈。针对出现的问 题，提出了零l 矮丽格诗舅羧寒带袋耱资源共享与协嗣瓣特点采解决。针对警嚣疆s 系统 的现状，提出建立交通网格环境求实现交通领域中的诸多问题。本文提出了交通阚格环 境的总体穰架，详缩介绍和分析了框絮中各个组成部分的功能。 在现有网格平台中的资源与服务的鉴控技术m d s 以及i n d e x 鼹务麴基础上，通过 分析它们原有的技术特点和存在的局限性，重新设计和实现了交通资源的监控服务以及 交逶l 骚务爨瞧控鼹务。势在这魏个耀务戆基礁主，设诗了交邋鼹格环境中支持l 务与炎 源共事与查找的关键组成部分一交通服务信息综合服务。通过浚服务，交通网格的用户 程序瓣+ 以缀容易静对交逶网穰环壤中已存在的渤态变讫的资源和舔务进行访闯。 为了检验交通网格环境在交通应用中的作用，我们建j 范了以厂义神经网络为技求核 心的交通流_ 艟预测日陵务、以f i f o 网络条件下的时间依赖动态网络最短路径求解办法为 棱心技术妁最优路径选择服务。邋避试验表盟在交通阏梧环壤中豹交通爨务逶过怼鼹掺 资源、服务共享的利用，使得整体运算性能明娃提高。 】4 本文醵缀织结构 本文第1 章橛述了i t s 系统、鼹格计算技术、交通网掺嬲礤究鸳景以及发展骢状； 第2 翠介绍了网格计算的概念以及最新的以面向服务为中心的网格体系结构，并以此为 基羲窭分缨了交遥网榛豹俸蓉结梅謦瑟各令缝成部分静功糍、鬟途。繁3 章谨缁奔绥了交逶 网格中的重骥组成鄢分一交通服务信息综合服务的研究成果殿实现方法、第4 章叙述了 在交避溺稽环境下的交通服务的实现；阏格环穗下静交通诱释系统。 6 。 大连理_ r ：大学硕寸：学位论文 2 交通网格平台 本章分析了当前蛰熊交通系统购应用环境，并指出了在目前环境中所硬睡的匿境和 不足。在充分阐述了网格技术的发葳带来的优势之后，提出了构建以o g s a 网穆体系 为核心、蕊囱服务为核心的交通网格环境，并且详绷撞逑了交通阏格体系结构中的各个 层次及其功能，最后绘如了网格环境下的服务实现方法。 2 1 闷题的提出 i t s 是典型鹩非线性复杂大系统，其复杂往包话了系统模块的分布性、交道资源鲍 多样性及异构往、交通功能的复杂性等等。我国斌划中的r r s 出许多相对独立的予系统 及功能模块组成f 4 1 ，这些子系统及功能模块使用大量形式备异的资源，在宏观功能上备 不襁阏，由于这些子系统往往在行鳆上分藤不阕躲帮f 1 管辖，因此各个予系统以独立的 形式存在，系统之阕的协同性差。但是在实际环境中，整个i t s 系统镬用同样的交通数 据，使用同套交通设施，不阍的子系统中存在着相同或襁似的功能模块，这些子系统 的独立性与数据、设施盼共享鲍矛盾成为国翦i t s 领域中的阐艇所在。 传统网络环境下列安全的资源共辜、臌务共享缺乏有效的手段，蹦此在解决i t s 中 的系统协调性、设备异槐惶、数据多样性、系统的分布性警方凰有藿不足。网格技术本 身就是聚焦预动态的，跨组织的，分布式的，异构环境下的资源服务共享和协同。避过 阏硌计算技术，将狠容易的实现广域环境中的资源与服务的共享。我们邈立交通嘲辖计 算环境，通过网格技术躲安全枫制，可以实蕊不同餐理域的炎源与服务的有效共事。通 过对交通功能的嗣格服务化及服务的共享，可以提高各个服务的熏用性，实现服务之闻 的有效协同；通过建立资源的共事与管理根剃，实现资源的有效希9 角。 2 , 2 阏格技术的知识背景 2 2 1 网格技术的特点 随着高瞧簏虚题霈求的迅猛发展，单台高性能计算机已经不能胜任一些超3 w t 觅模应 用闽题的解决。这就需要褥地理上分布、系统异构的多种计算资源通过离速网络连接起 来，共凰解决大型应用闯题，即广域商性熊昀元计算技术 2 1 1 ，也称为网格技术。广义 的讲，图格就是一个集成的计算与资源环境，也就蹙个计算瓷源池 2 2 】。在这里，阏 格能够充分吸收各静诗箕资源，并把计算资源转化为一种随处可德的、可靠的、标准同 时还是经济的计算能力。它将分布在不同地理位嚣的计算资源通过高速的互联网组成充 分共享的资源集成环境。网格环境中包含的资源除了各种类型的计算机外，还包括网络 7 。 銮垄塑鳖堂皇丝壅婆鎏鐾笠塑望! 塞 通讯资源、数据库、仪器设备、领域知识、棼歪是入等褶美的资深。在丽格产篁三匿大能 力的中心，核心的内容就是共事和协同。共事，是将网络上分布、异鞫、自治的相关资 源进行有效组织和融合，对网格用户掇供统一的访问环境。协同，使网格中的资源相互 配舍、耀互协谓，傻系统戆完或共嚣斡爱杂耀疆瘦鼹。阚穆系绞只装充分数薅决了这聪 个问题，才能称之为网格。在文献 2 3 】中为网格的判断标准给出了三个明确条件：( 1 ) 在菲集中控销鹄环麓中协滏篌蘑资源；( 2 ) 使麓标穗豁、殍敖静霸逐鬻酶稔议帮谈口：( 3 ) 提供非平凡的服务。 由于网格技术怒面向更高范豳、更高层次共享与协同的技术，因此它体现了以用户 为中心螅思想隧】，其中鹣核心是登源共享的透暖蛙秘月器务共享的透明燃。麸用户豹是 度柬肴网格系统，它具有些新的特征：( 1 ) 资源可以是动态生成和创建，资源可以按照 雾| l 萄者静意愿鸯凌鹣翔入或者逐出露洛系统，“弗置不会鑫就薅影确蕈整令系统瓣正常运 转。加入网格系统的资源可以将其的全部或者部分资源以网格服务的形式提供到整个系 统中去，在麓个系统的运行中还可以灵活的变化。口) 服务或嘲格应糟的多样侄，且具有 自主控制的特点。在网格琢统中，网格服务代耱了传统应用系统中功能模块的角色。系 统的各个功能或者子系统被分解成具有独立运行能力的网格服务，通过网格服务之间的 协嗣，共网王 睾寒达到整个功旋、系绞黥应用溪袋。凑予各个鼹务共毒稳对熬独立注， 服务之间的祸合度比较低，因此魁个系统或者服务的酉己置和使用具有相当的灵活性和多 样往。不露独立功藏的服务褶互穆同、鞠互配合，藏可戳缀合密不简功能，两置这样静 系统簿个服务的通用性、艇用性鄱大大增强。o ) 用户的更加广泛性。网格系统中的用户 来源广泛，可以通过网格门户之外访问网格的矮终用户，也w 以是分布在网格内部任何 节点黝网格磐户理垮；在阚接服务之喇携圈王 乍，共同完成特点功糍斡过撰中，g 受务之 间甚至互相成为对方的客户端。( 4 ) 用户使用资源的逑明性。网格的层次体系结构的设 诗，搜鼹疆资源对予焉户耧l 鑫务瓷漭交褥透餮麓来。麓户哥以在霹络环境瘀部或餐外都 的任何位置访问网格资源而不需疆知道浚资源的具体位置，不同位鼹的用户可以访问同 一个资源，淄个糟户也可以筏稽不同位簧的多个资源，甚至用，t 每次佼用不同的资源 完成劂榉的工作而自己并不知道。 我们以f 研究交通阏格环境就是围绕以服务为中心面向用户的技术特锻展开附。 2 。2 1 2 以段务为中心麴羼旗体系结构 o g s a ( o p e no r i ds e r v i c ea r c h i t e c t u r e ) j 2 5 是目前瞬洛研究的最新技术，是在原有的 以协议为中心的五艨涉漏f 7 】体系结构摹确上，结合w e bs e r v i c e 技术提出的以服努为中 心的新型网榛体系缕构。为此，o g s a 中提出了网格缎务( g 嬲s e r v i c e ) 的概念。 8 人连理j 火学硕士学位论文 在o g s a 网格环境中，“网格服务”是指具有特定功能的网络化实体其概念非常 广泛，包括各种各样的计算资源，存储资源，网络，应用程序，科学设备，数据库等 等。网格中资源的共享，实现的是服务的共享。从资源到服务，这种抽象，将资源、信 息、数据等统一起来，十分有利于灵活的、一致的、动态的共享机制的实现，使整个分 布式的网格系统具有标准的接口和行为。这种面向服务的观点简化了资源虚拟化的实现 过程。同时，o g s a 提供一组定义良好的接口类型( p o r t t y p e s ) ，以支持服务的发现、动 念创建、生命周期管理、通知以及可管理性t 2 s 1 。不过o g s a 只是一个框架，它不涉及 网格服务如伺实现等具体的问题。g o f ( g l o b a lg r i df o r u m ) 组织的o g s i 2 6 ( 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 al 巾提出的各种概念。它是个正式 的技术规格说明书。图2 ，1 显示了o g s a 的层次化服务体系。 网格应用服务 ogsa 架构服务 0 gsi 服务 webser vice 资源服务 图2 10 g s a 体系结构 f i g 2 1o p e n 和d s e r v i c ea r c h r e c t u r e o g s a 的体系结构分为四层： ( 1 ) 资源服务。是指物理资源通过虚拟化及服务化的封装，以逻辑资源的形式 对外服务，例如文件服务、目录服务、处理器等。 ( 2 ) w e b 服务以及定义网格服务的o g s i 扩展。所有网格资源( 逻辑的与物理 的) 都被建模为服务。o g s l 规范定义了网格服务并建立在标准w e b 服务技 术之上。o g s i 利用诸如x m l 与w e b 服务描述语言( w e bs e r v i c e s d e s c r i p t i o nl a n g u a g e ，w s d l ) 这样的w e b 服务机制，为所有网格资源指定 标准的接口、行为与交互。o g s i 进一步扩展了w e b 服务的定义，提供了动 态的、有状态的和可管理的w e b 服务的能力，这在对网格资源进行建模时 都是必需的。 ( 3 ) 基于o g s a 架构的服务。包括资源调度、数据服务和安全服务等基础服 各。 - 9 塞望塑蛰兰垒墨塞婆婆璧壁塑至! 塑 ( 4 ) 网格成用程序。 黼格服务是w e bs e r v i c e 技术翡继承氍扩展。它继承t w e bs e r v i c e 技术静掰寄宥稠黧 素，例如它同样采用标准的互联网协+ s g h t t p s o a p 来发送信息，用w s d l 攒述服务服务特 征：但是网格服务与w e b 服务最主要的区别在于：( 1 ) w e b j 孤 务提供的是持久服务，而网 掺暇务更；蔓= 霪提供i 嶷嗣鼹务。持久联务是擐服务存在的生命数会比它款寥户程序邂长， 临时服务是指服务在客户程序使用时刁生成，并且在使用后结束。( 2 ) w e b n 务是一种无 凌惫( s i n + l e s s ) 弱鼹务，露潮穆羧务霹以傈鬻运 亍获悉。孺掺溅努强供蕊鸯状态懿黻务愚 对w 。b 服务的巨大改进，客户程序就可以更加方便的访问服务。网格服务通过与之相联 系的服务数襁来实现丽格状态髂愚盼传递和协同。爵此可以这么理解：丽格服务= 标准 接口行为+ 服务数据。o g s a 为实现网揍服务的互操 乍，将这一润题转化为两个子问 题：定义服务的按口以及识别特定接口的协议。而采用了标准的协议和接口定义方法使 o g s a 倭系的网硌袈绞豹互攥俘蠖太大增强，又因为嬲撂掇务瓣蠢状态蠖，阚格鼹务之 间的协同、交互性能大大增强。 1 叛稠格黢务为中心静模型鲡下好箍：( 1 ) 崮：f - 两格环境中麓新有组件都惫戳服务的形 式提供，因此通过提供一组相对统一的核心接口，膊有的潮格服务都基于这些接口实 现，就可以很容易地构造融具有层次结构的、更高级别的服务。这些服务可以跨越不同 的抽敷层次，班统的方式来看撩。( 2 ) 鼹务化媳使 ：导将多令逻辑资源实例映射至g 相同兹 物理汝源上成为可能，在对服务进行组合时可以不必考虑到具体的实现，可以以底层资 源缓戏为基毳窭，程攫熬缝绞中遴行资源警瑾。逶过对瓣格溅务静纛羧亿，霹| | 冀穆遴溺静 服务语义和行为，无缝地映射到本地平台的基础设施之上。圈2 2 显示了o g s a 的服务结 构图。 图2 2o g s a 的服务结构示意图 弑晷2 。2g r i ds e r v i c es t r u c t u r eo f o g s a 1 0 。 杰篷黧三盔堂堡! i 竺堡丝茎 一 在o g s a 的体系结构中，很明黧的体现了服务为中心沟思想。从物理资源的封装剐 弼户应阁的开发，都以标准韵稍门类型来实现，颟务之间可以稠互组合，相互调用，这 为g & 务的扩矮翔下了瞧好豹基戳。 2 ，2 0 嬲梅按术静实瑷环撬 g t 3 ( g l o b u st o o l k i t3 是基予o g s a 耱秘裕野发环浚，瞧霆事实上静瓣穰标准，它全 面遵循o g s a 的以服务为中心魄体系镱襁，如图2 。3 n 示。 圈2 3g t 3 体系结构 f i g 2 。3s e r v i c ea r c h i t e c t u r eo f g t 3 圈中灰色的部分是g t 3 的核心服务，它们是建立网格服务的基础。o g s i 参考实现 t o o s l 籁范所定义的菠嗣，以a p i 署i ：i 工舆的形式提供给用户以方便开发和o g s i 兼容魄 瓣格黻努。安全基确设箍撬供s o a p 嶷全，传输层安全，稻互认证，单点登蒙服务认诫 等功缝。g t 3 核心还撬供了系统缀菠务躅束棒为运行辩和箕他g 硬务桶关联的鏊础。g t 3 同时还撮供了一些基碳服务，始程序执行，数据管瀣巍信患l 器务等。罴户定义滕务楚 指出用户开放熬离屡黢务，它不i t t g t 3 撬供，霹以建立在任舞g 豹缝 孛之上，蕊菇基 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 黻务容器把应用和服务运行时细节分潦开采，同时还控制服务的生命期、把消息分发绘 对应豹服务实例等。容嚣的前端封装了一个标准的w e b 搬务引擎接口，用来与w e b s e r v i c e 韵麦瓤环境连接。 交道网糖s f 台投交通漉服务的研究 g t 3 翻格平台在基于o g s t 炼范翡基磷土葶 入了一些标漆i 篓) p o r t t y p e 稻援范。逶j 蔓这 些p 。“对p e 捂规范，g t 3 为较伴开发人员提供7 一释统的建搂和与网格鼹务遴行交互 豹方式。不论开发入员正在秀发豹是列格羧务逐是瘟鬟程序，o g s i 编穗模型都会为嬲 格较爿：提供一种一致静交互方式。这些接日与约定熊： ( 1 ) c r r i d s e n , i c e ：黟；有鼹撂黢务帮实现该接翻。 0 ) 鼹务工厂( f 缀o r y ) 。递避实现此接墨，嬲格月整务毽戳创建毅斡鼹橇月疑务实绸。工 厂可以怠l 建枣艰功耗蛉蝮对实例，比如怠l 建服务强表示执行特豫任务的调度程序，或者 它们可能创建生存时蚓更长灼照务，比如一个常用数据集豹本地拷贝。著不是获窍网掺 服务都是动念创建驹。其中有数可缝是作为网掇中物理资源灼实铡被剖建妁，比如处理 器、存储器或学网终设备。网梧服务实例的产生瓤应用与蘑良薄象设计中媳类有些相 似。劂掇殿务工厂相当于西向对象技术中灼娄，鼹务实例媳当于类黝实例。当用户访阉 服务时，首先应孩剁建服务实例，然后访问腿务实例。在使用结束后显示或者非镘示的 销毁实例。 ( 3 ) 生命周期( 1 e f e c y c l e ) 。因为网格服务可能是臃变的，所以网格服务实倒是使用指 定的生命周期来创建的。可以攒据依赖戏管理该服务的组件的需要，确定和扩展任何特 殊服务实例的生命周期。生命周期机制是以这样一矛申方式构架的，即在不需要大舰模分 和式垃圾收集清理程序的情况下，防止网格服务无限地溅耗资源。 ( 4 ) 状惑管理。网格服务可以具有状态，这怒它与w e b s e r v i c e 的区别。o g s i 规定 了个用于表示这种状态的名为s e r v i c ep a l a 的框架，以及个用于检蠢或修改该状态 的名为f i n d s e t s e r v i c e d a t a 机制。此夕 ，o g s i 要求每个网格服务都必须支持的 s e r v i c ed a t a e l e m e n t s 中要有最低数量的状态，并要求所有服务都要实现 f i n d s e t s e r v i c e d a t ap o r t t y p e 。 ( 5 ) 通知。被建模用于网格服务的状态信息( s e r v i c 。d a t a ) 会随潜系统的运行而变 化。网格服务之间的许多交互簧求动态地监控状态变化。通知把种传统的发布和 订阅范式应用于这种随控。网格服务支持个接口( n o t i f i c a t i o n s o u r c e ) ，咀允询：其他 冈格腋务通过实现个特定接口( n o t i 矗c a t i o n s i n k ) 订阅其内部数据状态的变更。 ( 6 ) h a