Đang tải... (xem toàn văn)
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT GIẢI PHÁP MẠNG SỐ LIỆU TÍCH HỢP CHO HỆ THỐNG GIÁM SÁT GIAO THÔNG Trong những thập niên gần đây, song song với sự phát triển vượt bậc của công nghệ điện toán, các công nghệ mạng cũng phát triển không ngừng và được chuẩn hóa liên tục để có thể đáp ứng các yêu cầu của người dùng trong việc chia sẻ và quản lý thông tin một cách nhanh chóng, hiệu quả và đạt độ an toàn cao.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGUYỄN THU HÀ GIẢI PHÁP MẠNG SỐ LIỆU TÍCH HỢP CHO HỆ THỐNG GIÁM SÁT GIAO THÔNG Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện Tử Mã số : 60.52.70 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Cán bộ hướng dẫn: TS. VÕ TRƯỜNG SƠN TRÍCH YẾU LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: Nguyễn Thu Hà Năm sinh: 14/12/1977 Lớp: Cao học Kỹ thuật Điện tử Khoá: 19 Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử Mã số: 60.52.70 Cán bộ hướng dẫn: TS. Võ Trường Sơn Bộ môn: Kỹ Thuật Viễn Thông 1. Tên đề tài: GIẢI PHÁP MẠNG SỐ LIỆU TÍCH HỢP CHO HỆ THỐNG GIÁM SÁT GIAO THÔNG 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài: Xây dựng giải pháp mạng số liệu tích hợp cho các hệ thống giám sát giao thông trên một tuyến đường. 3. Phương pháp nghiên cứu và kết quả đạt được: Phương pháp nghiên cứu: Phân tích ưu và nhược điểm của các hệ thống giám sát giao thông hiện nay để đưa ra mô hình mạng tích hợp. Kết quả được kiểm chứng bằng các tính toán cho một số hệ thống thực tế. Kết quả đạt được: Xây dựng được mô hình hệ thống; đưa ra các công thức tổng quát tính toán dung lượng truyền dẫn, dung lượng lưu trữ cần thiết để đáp ứng cho mô hình mạng tích hợp các hệ thống giám sát giao thông. Đề xuất các giải pháp kết nối hệ thống. Áp dụng mô hình đã xây dựng cho một số hệ thống thực tế. 4. Điểm bình quân môn học: Điểm bảo vệ luận văn: Ngày tháng năm Học viên Xác nhận của cán bộ hướng dẫn: Nguyễn Thu Hà 3 MỤC LỤC Mục lục i Danh mục các từ viết tắt iv Danh mục các hình vẽ vi Mở đầu 1 Chương I. Tổng quan về mạng số liệu 4 1.1. Các khái niệm về mạng số liệu và cách phân loại 4 1.1.1. Khái niệm về mạng số liệu 4 1.1.2. Phân loại mạng số liệu 4 1.2. Mạng LAN 7 1.2.1. Đặc điểm của mạng LAN 7 1.2.2. Các sơ đồ kết nối mạng LAN 7 1.2.3. Phương thức truy nhập đường truyền trong mạng LAN 10 1.2.4. Các chuẩn kết nối thông dụng của mạng LAN 16 1.3. Mạng MAN 17 1.3.1. Các điều kiện thúc đẩy sự phát triển của MAN 18 1.3.2. Ứng dụng của mạng MAN 20 1.3.3. Các công nghệ triển khai mạng MAN 20 1.3.4. Mạng MAN xây dựng theo công nghệ Ethernet 20 1.4. Mạng số liệu theo chuẩn Ethernet 34 1.4.1. Lịch sử phát triển của chuẩn Ethernet 34 1.4.2. Mạng số liệu theo chuẩn Ethernet 36 1.5. Giao thức liên mạng IP 38 1.5.1. Giao thức IP 38 1.5.2. Kiến trúc địa chỉ IPv4 40 1.5.3. Phân mảnh và hợp nhất các gói IP 42 1.5.4. Một số giao thức điều khiển 42 4 1.5.5. Định tuyến IP 44 1.5.6. Giao thức liên mạng thế hệ mới IPv6 46 Chương II. Tổng quan về các hệ thống giám sát giao thông 48 2.1. Hệ thống camera quan sát 48 2.1.1. Camera 49 2.1.2. Thiết bị ghi hình 59 2.1.3. Hệ thống hiển thị hình ảnh 61 2.2. Hệ thống đếm và đo tốc độ xe 61 2.2.1. Đo đếm xe bằng công nghệ sử dụng cảm biến vòng từ 62 2.2.2. Đo dếm xe bằng công nghệ RADAR 63 2.2.3. Đo đếm xe bằng công nghệ sử dụng cảm biến hồng ngoại 65 2.2.4. Đo đếm xe bằng công nghệ xử lý ảnh 66 2.3. Các hệ thống khác 68 Chương III. Giải pháp mạng số liệu tích hợp cho hệ thống giám sát giao thông 70 3.1. Mô hình hệ thống mạng tích hợp 70 3.2. Tính toán dung lượng truyền dẫn cho hệ thống tích hợp 72 3.2.1. Tính toán dung lượng truyền dẫn cho hệ thống camera quan sát 73 3.2.2. Tính toán dung lượng truyền dẫn cho hệ thống đo đếm tốc độ 76 3.2.3. Công thức tổng quát tính toán dung lượng truyền dẫn toàn hệ thống 77 3.3. Tính toán dung lượng lưu trữ cho hệ thống tích hợp 78 3.3.1. Tính toán dung lượng lưu trữ cho hệ thống camera quan sát 79 3.3.2. Tính toán dung lượng lưu trữ cho hệ thống đo đếm tốc độ xe 80 3.3.3. Tính toán dung lượng lưu trữ cho hệ thống tích hợp 80 3.4. Phương án lưu trữ cho hệ thống tích hợp 81 3.4.1. Phương án lưu trữ trên ổ cứng của thiết bị ghi hình 81 3.4.2. Phương án lưu trữ trên các thiết bị bên ngoài hệ thống 84 3.5. Phương án đấu nối hệ thống tích hợp 86 3.5.1. Công nghệ kết nối mạng 86 3.5.2. Phương thức truyền dẫn cho hệ thống tích hợp 87 3.5.3. Phương án tổ chức kết nối thiết bị 93 Chương IV. Ứng dụng giải pháp mạng số liệu tích hợp vào hệ thống giám sát giao thông đường hầm sông Sài Gòn 96 5 4.1. Giới thiệu về tuyến đường hầm vượt sông Sài Gòn 96 4.2. Các số liệu của hệ thống giám sát giao thông đường hầm sông Sài Gòn 96 4.3. Tính toán dung lượng truyền dẫn cho hệ thống giám sát đường hầm sông Sài Gòn 98 4.3.1. Dung lượng truyền dẫn cho hệ thống camera quan sát 98 4.3.2. Dung lượng truyền dẫn cho hệ thống camera an ninh 98 4.3.3 Dung lượng truyền dẫn cho hệ thống đo tốc độ xe 99 4.3.4 Dung lượng truyền dẫn cho toàn hệ thống 99 4.4. Tính toán dung lượng lưu trữ cần thiết cho hệ thống giám sát giao thông đường hầm sông Sài Gòn 99 Kết luận và kiến nghị 101 Lời cảm ơn 102 Tài liệu tham khảo 103 6 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT TỪ VIẾT TẮT DIỄN GIẢI TIẾNG ANH DIỄN GIẢI TIẾNG VIỆT ADC Analog-to-Digital Converte Bộ chuyển đổi tương tự sang số ARP Address Resolution Protocol Giải pháp giao thức địa chỉ ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền bất đối xứng CAPEX Capital Expense Chi phí đầu tư CCD Charge Couple Device Thiết bị nạp đôi CMOS Complementary Metal oxide Semiconductor Kim loại bán dẫn bổ sung CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection Xác định xung đột đa truy nhập theo lắng nghe sóng mang DSCP Differentiated Services Code Point Điểm mã dịch vụ khác DVR Digital Video Recorder Bộ thu hình số FDDI Fibre Distributed Data Interface Giao tiếp dữ liệu phân bố quang GFP Generic Framing Procedure Xử lý khung chung HSSG High Speed Study Group Nhóm nghiên cứu tốc độ cao ICMP Internet Control Message Protocol Giao thức điều khiển bản internet IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers Hiệp hội kỹ sư điện và điện tử IP Internet Protocol Giao thức internet ISP Internet service provider Cung cấp dịch vụ internet LAN Local Area Network Mạng cục bộ LBT Listen Before Talk Nghe trước khi nói LIDAR Light Detection And Ranging Xác định ánh sáng và phạm vi MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập phương tiện MAN Metropolitan Area Network Mạng cục bộ mở rộng MEF Metro Ethernet Forum Diễn đàn ethernet metro MPEG Moving Picture Experts Group Nhóm chuyên gia di chuyển ảnh MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức NGN Next-Generation Network Mạng thế hệ tiếp theo NVR Network Video Recorder Mạng thu hình OPEX Operation Expense Hoạt động chi tiêu 7 OTN OTN Optical Transport Network Mạng truyền dẫn quang PSTN Public Wwitched Telephone Network Mạng thoại chuyển mạch công cộng RADAR Radio Detection And Ranging Xác định vô tuyến và phạm vi RAID Redundant Array of Independent Disks Ổ phụ thuộc vào mạng dự trữ RARP Reverse Address Resolution Protocol Giao thức giải pháp địa chỉ SDH Synchronous Digital Hierarchy Đồng bộ số bất đối xứng SLA Service-Level Agreement Thỏa thuận mức dịch vụ TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn TDM Time-Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời gian UDP User Datagram Protocol Giao thức người sử dụng VC Virtual Concatenation Kết nối ảo VLAN Vitual Local Area Network Mạng cục bộ ảo WAN Wide Area Network Mạng rộng WDM Wavelength-Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước sóng 8 DANH MỤC HÌNH VẼ Chương 1 Hình 1.1 Các sơ đồ kết nối mạng LAN phổ biến 8 Hình 1.2 Sơ đồ kết nối dạng thẳng 9 Hình 1.3 Sơ đồ kết nối dạng hình sao 9 Hình 1.4 Sơ đồ kết nối dạng hình vòng 10 Hình 1.5 Khuôn dạng đơn vị dữ liệu dùng trong IP 38 Chương 2 Hình 2.1 Công nghệ cảm biến vòng từ 63 Hình 2.2 Đặc trưng tần số sóng RADAR 64 Hình 2.3 Vùng hoạt động của modun kiểm tra tốc độ sử dụng LIDAR 66 Hình 2.4 Các bước trong tiền xử lý ảnh 67 Chương 3 Hình 3.1 Mô hình hệ thống mạng tích hợp 71 Chương 4 Hình 4.1 Toàn cảnh đường hầm vượt sông Sài Gòn 95 9 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong những thập niên gần đây, song song với sự phát triển vượt bậc của công nghệ điện toán, các công nghệ mạng cũng phát triển không ngừng và được chuẩn hóa liên tục để có thể đáp ứng các yêu cầu của người dùng trong việc chia sẻ và quản lý thông tin một cách nhanh chóng, hiệu quả và đạt độ an toàn cao. Từ những ứng dụng đơn giản ban đầu là chia sẻ tài nguyên mạng với qui mô nhỏ khoảng 10 máy tính và phạm vi địa lý giới hạn. Giờ đây, công nghệ mạng đã đạt đến những đỉnh cao mới với tốc độ truyền thông có thể lên tới hàng chục Gbps và phạm vi kết nối người dùng đã mở rộng ra toàn cầu. Với những ưu điểm và lợi ích mà công nghệ mạng mang lại, càng ngày càng có nhiều thiết bị cũng như ứng dụng được thiết kế cho môi trường mạng. Ngày nay, mạng số liệu không chỉ được sử dụng để đáp ứng cho nhu cầu của người dùng cá nhân hay các tổ chức doanh nghiệp mà mạng số liệu còn đang trở thành một công cụ quan trọng của nhiều quốc gia để quản lý các vấn đề về: chính trị, kinh tế, văn hóa xã hội, y học, …. Tại Việt Nam, mạng số liệu đang bắt đầu được ứng dụng trong việc chia sẻ và quản lý thông tin giữa các cơ quan chính phủ, làm tiền đề cho việc xây dựng chính phủ điện tử cũng như được đề xuất ứng dụng để giải quyết nhiều vấn đề bất cập của một nước đang phát triển. Một trong những vấn đề cấp bách nhất được đề xuất trong giai đoạn này là ứng dụng mạng số liệu và các công nghệ mới khác để kiểm soát và điều khiển giao thông một cách có hiệu quả, đảm bảo an toàn giao thông và giảm thiểu tai nạn cho người tham gia giao thông. 10 Việc xây dựng giải pháp mạng số liệu tích hợp phục vụ cho công tác giám sát các tuyến đường giao thông là một trong những giải pháp rất cần thiết góp phần giải quyết vấn đề cấp bách nêu trên. Hiện tại ở Việt Nam, việc triển khai hệ thống giám sát các phương tiện giao thông trên một số tuyến đường cao tốc, tuyến đường trọng điểm mới xây dựng đã được thực hiện nhưng chỉ mới ở mức độ tự thiết kế riêng lẻ cho từng tuyến và xây dựng các hệ thống mạng riêng cho từng chức năng. Vì vậy, việc xây dựng một giải pháp mạng số liệu tích hợp cho hệ thống giám sát giao thông tạo điều kiện cho việc tính toán và thiết kế hệ thống giám sát giao thông trên các tuyến đường một cách thuận lợi, dễ dàng là một vấn đề rất hữu ích và rất đáng quan tâm. 2. Cơ sở chọn lựa đề tài Cơ sở lý luận khoa học: Luận văn đi sâu vào việc nghiên cứu các công nghệ mới để triển khai kết nối mạng. Đồng thời, nghiên cứu các công nghệ mới về phần cứng, các công cụ về phần mềm để phục vụ công tác giám sát nói chung và giám sát giao thông nói riêng. Từ đó, ứng dụng các công nghệ mới này để xây dựng giải pháp mạng tích hợp cho các hệ thống giám sát giao thông. Cơ sở thực tiễn của vấn đề nghiên cứu: Luận văn đưa ra giải pháp mạng tích hợp cho hệ thống giám sát giao thông dựa trên việc ứng dụng các công nghệ tiến tiến về viễn thông, điện tử, tin học, xử lý ảnh, nhằm xây dựng được một hệ thống giám sát giao thông hiệu quả, đồng bộ và tiết kiệm chi phí so với các hình thức đang triển khai và có thể ứng dụng để triển khai cho hệ thống giám sát giao thông cho các tuyến đường mới. [...]... ứng dụng mới phục vụ cho công tác giám sát giao thông 5 Nội dung của luận văn: Nội dung của luận văn được trình bày thông qua 4 chương: Chương 1: Tổng quan về mạng số liệu Chương 2: Tổng quan về các hệ thống giám sát giao thông Chương 3: Giải pháp mạng số liệu tích hợp cho hệ thống giám sát giao thông Chương 4: Ứng dụng giải pháp mạng số liệu tích hợp vào hệ thống giám sát giao thông đường hầm sông... đề tài Kết hợp việc ứng dụng các công nghệ mạng số liệu mới nhất và các công nghệ giám sát tiên tiến để đưa ra được giải pháp mạng số liệu tích hợp cho các hệ thống giám sát giao thông trên một tuyến đường 4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu các lý thuyết về mạng số liệu, nghiên cứu các công nghệ mạng mới nhất đang được triển khai trên thế giới và tại Việt Nam Nghiên cứu các công nghệ tiên tiến,... QUAN VỀ MẠNG SỐ LIỆU Mở đầu Mạng số liệu ra đời và phát triển mạnh mẽ đã mang lại những lợi ích thật to lớn cho tất cả mọi người từ người dùng cá nhân đến các tổ chức doanh nghiệp; các cơ quan, chính phủ và trong mọi mặt của cuộc sống Để có thể ứng dụng mạng trong lĩnh vực quản lý giao thông vận tải, việc nắm vững các kiến thức về mạng, các công nghệ mạng đang sử dụng và các công nghệ mạng dự đoán cho. .. VỀ MẠNG SỐ LIỆU VÀ CÁCH PHÂN LOẠI 1.1.1 Khái niệm về mạng số liệu Mạng số liệu là một hệ thống gồm nhiều thiết bị đầu cuối kết nối với nhau nhằm mục đích lưu trữ, truyền tải hoặc trao đổi các dữ liệu, thông tin đã được số hóa giữa những người sử dụng các thiết bị đầu cuối Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc về công nghệ phần cứng máy tính cũng như các phần mềm ứng dụng trên máy tính hiện đại, mạng số. .. 2G/3G, với mạng Core (mạng lõi) MAN còn được ứng dụng để được xây dựng hạ tầng truyền hình cáp 1.3.3 Các công nghệ triển khai mạng MAN Một số công nghệ trước đây được sử dụng cho mạng MAN như công nghệ ATM, công nghệ FDDI, DQDB và SMDS Hiện nay, các 29 công nghệ này đang được thay thế dần bởi công nghệ Ethernet, và mạng MAN dựa trên công nghệ Ethernet còn được gọi là mạng MAN-E 1.3.4 1.3.4.1 Mạng MAN... tiêu phân loại Mạng số liệu thông thường được phân loại theo các tiêu chí như sau: - Phân loại theo kỹ thuật chuyển mạch mà mạng áp dụng; - Phân loại theo khoảng cách địa lý của mạng; - Phân loại theo kiến trúc mạng; - Phân loại theo chức năng mạng; Tuy nhiên, trong thực tế người ta thường chỉ phân loại theo hai tiêu chí đầu tiên Phân loại mạng theo kỹ thuật chuyển mạch: Nếu lấy kỹ thuật chuyển mạch làm... liệu còn được hiểu là một hệ thống bao gồm nhiều máy tính được kết nối với nhau tuân theo những giao thức đã được chuẩn hóa nhằm mục đích chính là lưu giữ, truyền tải hoặc trao đổi các dữ liệu, thông tin đã được số hóa giữa những người sử dụng máy tính 1.1.2 Phân loại mạng số liệu [3] 13 Có nhiều cách khác nhau để phân loại mạng, tùy thuộc vào yếu tố chính được dùng để làm chỉ tiêu phân loại Mạng số. .. thích hợp trên sợi quang được phân chia thành những bước sóng chuẩn với khoảng cách thích hợp giữa các bước sóng (đã được chuẩn hóa bởi tiêu chuẩn G.692 của ITU-T), mỗi bước sóng có thể truyền tải một luồng thông tin có tốc độ lớn (chẳng hạn luồng thông tin số tốc độ 10 Gbit/s) Do đó, công nghệ WDM cho phép xây dựng những hệ thống truyền tải thông tin quang có dung lượng gấp nhiều lần so với hệ thống thông. .. thành thiết bị mạng cao Công nghệ RPR Công nghệ RPR là công nghệ mạng được xây dựng nhằm đáp ứng những yêu cầu về truyền tải lưu lượng dạng dữ liệu trong mạng ring Công nghệ Ethernet và công nghệ SDH thực hiện độc lập đều không đáp ứng được nhu cầu truyền dữ liệu trong mạng ring SDH có nhiều ưu điểm khi xây dựng mạng theo cấu trúc ring nhưng lại kém hiệu quả khi truyền tải lưu lượng dạng dữ liệu Ethernet... mới của công nghệ SDH, đó là SDH thế hệ kế tiếp SDH-NG Công nghệ SDH-NG được tập hợp chung trong một khái niệm 32 đó là truyềndữ liệu qua mạng SDH DoS DoS là cơ cấu truyền tải lưu lượng cung cấp một số chức năng và các giao diện nhằm mục đích tăng hiệu quả của việc truyền dữ liệu qua mạng SDH Mục tiêu quan trọng nhất mà các hướng công nghệ nói trên cần phải thực hiện được đó là phối hợp hỗ trợ lẫn