ntcip 與都市交控軟體標準化

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NTCIP與都市交控軟體標準化

交通部運輸研究所周家慶

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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

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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

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• 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


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–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


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• 三層式通訊架構圖

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87年版都市交通號誌控制系統通訊協定支援架構圖

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•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

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)

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•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

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)

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• 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。

87年版都市交通號誌控制系統通訊協定層次 (1/2)

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• 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

87年版都市交通號誌控制系統通訊協定層次 (2/2)

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87年版都市交通號誌控制系統通訊協定層次圖

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NTCIP各層通訊協定標準

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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

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• 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

NTCIP通訊協定堆疊 (2/2)

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

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• 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

NTCIP採用 SNMP 與 STMP 之 Center-to-Field通訊架構特點

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傳統都市交通號誌控制系統與 NTCIP通訊架構比較

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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

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• 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


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• 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


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• 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

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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。

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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

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87年版現場設備共用訊息

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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

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NTCIP-like 現場設備共用訊息之物件樹 (2/2)

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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

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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}

NTCIP-like現場設備共用訊息之物件定義 (1/5)

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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


ACCESS read-write

STATUS mandatory

DESCRIPTION "星期 , (詳細定義請參考 12H)"

::= {globalDeviceSysTime 4}


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deviceHwStatusEvent OBJECT-TYPE


ACCESS read-only

STATUS mandatory

DESCRIPTION "硬體狀態 , (詳細定義請參考 1DH)"

::= {globalDeviceEvent 1}

deviceHwStatus OBJECT-TYPE


ACCESS read-only

STATUS mandatory

DESCRIPTION "硬體狀態 , (詳細定義請參考 1DH)"

::= {globalDeviceState 1}

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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 }

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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/I

P，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

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• 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

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• 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 )


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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

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都市交控標準化軟體系統功能模組架構

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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

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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

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NTCIP-like與都市交控標準化軟體示範系統架構

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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

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• 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

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– 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

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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

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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

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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

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號誌控制器測試軟體架構

號誌控制器原型機

號誌控制器通訊測試軟體

使用者操作畫面

使用者人機介面

系統管理模組

資料庫處理模組

資料蒐集模組設備控制模組

通訊處理模組

通訊協定

資料庫介面

交控邏輯介面

交通控制模組

交通策略邏輯

87年通訊協定

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C2C間資訊交換測試示意

IE 4 C 4 IE 4 F 4V E 4 E 4 6 0 V E 4 F 4 6 0

V E 4 E 4 6 0

L E 4 F 4 6L E 4 E 4 6

L E 4 F 4 2

九如堯山九如民族

V E 4 F 4 0 0

L E 4 F 4 0

ID 4 F 4ID 4 E 4

L D 4 E 4

V E 4 E 4 0

V D 4 E 4 4 0 V D 4 E 4 4 0

L D 4 E 4

建國民族

IE 4 D 4 IE 4 E 4

IF 4 E 4

L F 4 E 4 4

V F 4 E 4 0 0V F 4 E 4 0 0

L F 4 E 4 0L E 4 E 4 4

L F 4 E 4 2

九如孝順

承德民族

L E 4 D 4

V E 4 D 4 2 0

IF 4 D 4

IG 4 E 4

V E 4 E 4 2 0 V E 4 E 4 2 1

L E 4 E 4 2

V E 4 E 4 2 0L E 4 D 4 6

V E 4 E 4 4 0

V E 4 E 4 6 1V E 4 C 4 6 0L E 4 C 4 6

L F 4 E 4 6IF 4 F 4

V E 4 G 4 2 0IE 4 G 4

L E 4 G 4 2

L F 4 F 4 2

L F 4 E 4 6

L E 4 H 4 2IE4H4

九如交流道V F 4 F 4 6 0

高速公路下匝道偵測器

高速公路

高速公路

路口 IX X X X

偵測器V X X X X X X路段 L X X X X

共用偵測器

V E 4 D 4 0

X E 4 H 4 2 0

定時控制模擬路網

動態控制模擬路網

下匝道控制模擬路網

V H 0 0 0 0 1

資訊可變標誌

C2C資訊交換測試路網

高速公路北上

高速公路南下

九如路

下匝道偵測器

平面道路偵測器

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都市交控中心時制管理

C2C 整合模擬測試系統架構

查詢端

伺服端 DB

資訊交換系統

查詢端

伺服端DB

資訊交換系統

線上資訊交換資料庫

線上資訊交換資料庫

DB

都市交控

資料庫

車輛觸動交通控制策略

都市交控系統

號誌控制器模擬機

資料庫管理模組

資料庫管理模組

資料交換存取介面模組

下匝道車輛觸動模擬模組

都市交控中心高速公路交控中心

既有都市交控標準化軟體之各模組

介面說明

JDBC

ODBCRMI

87年版電腦號誌通訊協定

DATEX

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基礎課程架構

課程一：智慧型運輸系

統簡介

AT

MS

基礎教育訓練課程

都市交通控制規劃課程

都市交通控制技術課程

課程二：都市交通控制

系統規劃標準化程序

課程三：交通控制策略

探討

課程四：交通控制技術

課程五：通訊技術與系

統

都市交通控制簡介都市交通控制標準化軟體簡介

標準化軟體分析設計課程

標準化軟體功能架構課程

課程二：系統軟體功能

架構簡介

課程三：系統硬體功能

架構簡介

課程一：軟體發展計畫

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進階課程架構

課程一：軟體標準化之

整體系統概述、代碼設

計與操作介面設計

課程二：設備組態管

理、系統管理

課程三：工作排程管

理、現場設備控制

課程四：現場設備控

制、通訊處理

課程五：市區交通控制

課程六：市區交通控

制、交通策略分析

課程一：交控軟體安

裝與解除、系統環境

設定與解除

課程二：系統管理與

維護、故障診斷與排

除課程七：交通動態畫

面顯示加值方式、資

料收集

課程八：資料查詢、歷

史資料統計分析、報表

列印、遠端資料查詢加

值方式

課程三：各子系統功

能操作

課程四：各子系統功

能操作、上機操作

進階教育訓練課程

軟體加值開發介面模擬示範系統操作與維護

整體系統概述、代碼

設計及操作介面設計

課程

系統操作與維護子系

統軟體設計課程

交通策略子系統軟體

設計課程

顯示功能子系統軟體

設計課程

資料處理、遠端資料

查詢子系統軟體設計

課程

軟體安裝與設定課程

系統管理課程

系統操作課程

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都市交通控制系統標準化軟體規劃藍圖

• 整合交通部 NTCIP-like 案成果與新增通訊模組

• 開發與 APTS之 XML資訊交換介面• 整合交通部 ITS實驗城交通控制系統成果• 開發都市交通控制系統模擬軟體• 開發物件導向式時制計畫產生模組• 開發都市交通號誌全動態控制邏輯模組

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整合交通部 NTCIP-like 案成果與新增通訊模組

原 NTCIP-like 案僅就部分通訊協定進行軟體開發與測試，因此本年度將完成所有通訊協定之軟體開發

延用 90年度模擬測試路網與路口相關設備以及測試情境進行整合測試

目前標準化軟體已有 87年版與 NTCIP-like兩種通訊協定模組，因此該年度將擇一都市進行通訊協定模組新增，以利新舊控制器皆可與標準化軟體相容

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通訊協定測試架構

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開發與 APTS之 XML資訊交換介面

• APTS之 XML資訊交換介面訂定• 透過 APTS之 XML資訊交換介面與高雄市公車動態資訊系統進行資訊交換

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整合交通部ITS實驗城交通控制系統成果

配合 91 年度整合交通部 NTCIP-like 案之成果，利用交通部 ITS實驗城 TCIS控制器原型機，進行實機測試。

• 探討都市交通控制系統標準化軟體與 ITS實驗城 TMIC間之運作架構，並利用都市交通控制系統標準化軟體之控制中心與控制中心間資訊交換模組 (C2C) 與 ITS實驗城之 TMIC 進行資訊交換模擬測試。

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開發都市交通控制系統模擬軟體• 以都市交通控制系統標準化軟體為架構，進行都市交通控制系統模擬軟體之系統分析設計、軟體開發與測試，用以評估都市交通控制系統之運作績效。

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開發物件導向式時制計畫產生模組

配合都市交通控制系統標準化軟體架構及其時制計畫產生程式，進行路口、幹道、網路時制計畫產生模組之物件式軟體系統分析與設計。

• 路口、幹道、網路時制計畫產生模組之物件式軟體開發與系統測試。

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開發都市交通號誌全動態控制邏輯模組

• 配合都市交通號誌全動態控制邏輯研究成果

• 進行都市交通控制系統標準化軟體之全動態控制邏輯模組分析設計、軟體開發與系統測試

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簡報完畢敬請指教

ntcip 與都市交控軟體標準化

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