高速公路收费系统通信服务器的设计与实现解析

1、收稿日期：2002201229作者简介:付孟若（1972-,男,广东韶关人,博士生,fumengruo 21cn. com.高速公路收费系统通信服务器的设计与实现付孟若 吴今培 张其善（北京航空航天大学电子信息工程学院,北京100083摘要:高速公路收费系统通信服务器是高速公路收费系统数据传输的枢纽.重点介绍了高速公路收费系统通信服务器软件的设计、实现方法和特点. 通信服务器使用按优先级分发报文的通信协议，支持多用户的并发通信.为了实现 数据共享的集中控制，通信服务器采用客户 n服务器的模式.使用多线程的编程技 术，满足了对通信服务器实时性的要求.目前，该软件已通过了验收，在广深高速 公路上运

2、行良好.关键词:通信软件；协议（通信；网络软件；并发通信中图分类号：U 412. 36+6. 1; TP 393. 09文献标识码:A文章编号：100125965（20030720624203De sig n and impleme ntati on of on highway toll (School of E , of Aeron autics and Astro nautics , Beijing 100083, Chi nan Server mtoll connection system is the center of data transmission. The de 2sign

3、, of com muni cati on server were in troduced. Based on desig ned protocol support packets , com muni cati on server excha nges data con curre ntly with end 2users. Clie nt odel was utilized to meet the need of centralized control of sharing data. Multithreadprogramming technique was used to fulfill

4、 requirement of real 2time. The system w orks satis factorily at G uan gzhou 2She nzhe n highway.K ey words :com muni cati on s oftware ; protocol (com muni catio n ; netw ork s oftwares ; con curre nt com muni cati on我国是当今世界上公路建设速度最快的国家目前已通车高速公路收费系统普遍采用人工收费，计算机管理”随着高速公路路网的发展和计算机网络、通信等高新技术的发展，在区域或省内

5、实行联 网收费，是当前智能交通系统（ITS发展的趋势.高速公路收费系统一般分为3级： 收费车道、收费站、收费管理中心收费管理中心负责管 理各个收费站，收费站 管理各个车道，收费中心与 收费站通过同步数字网 S DH （Synchronous Digital Hierardly快速传递数据，收费站通过局域网对收费车道实施监控并获得相关的收 费信息收费数据在车道形成，经过收费站上报到中心各种系统配置及参数表由 中心下发到收费站，再由收费站下发到各个车道.为了连接高速公路收费管理中心和收费站、收费车道，分发收费数据和监控 数据，需要开发高速公路收费系统通信服务器主要解决各级管理部门之间的网络 互连、

6、监控报文的可靠实时分发和其它类型报文的可靠分发.通过该通信服务器, 可以获得各个收费车道设备的实时状态信息，并可下发打开车道、关闭车道、强制下班等控制报文和其它业务参数表本文主要讨论该通信服务器的设计（功能、通信协议和实现（开发手段、软件结构和特点1系统设计通信服务器是高速公路收费系统通信的桥2003年7月第29卷第7期北京航空航天大学学报Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics July2003V ol. 29 N o 17梁,通过它可以实现各级系统之间的数据通信和信息交换1功能实时接收和发送监控报文；根据数据

7、的 优先级，接收和发送其它各种类 型的报文；支持文件传输；通信链路的维护和侦测当链路中断 并恢复后， 支持自动重连；具有简单网管功能，可以维护各个通信节点2通信协议通信服务器为各个客户端提供 TCP n IP的接口 1.由于报文不是按照FIFO （先进先出的原则进行传送，因此通信服务器使用一个应用层的通信协议，来调度和分配优先级不同的报文.按照协议的定义，报文被分为5部分（见图1 .目的地址源地址优先级数据校验图1 报文结构报文按类型分为监控报文和数据报文.监控报文的优先级别最高，数据报文的优先级次之，普通文件的优先级最低.网络 通信中断时，器缓存未上传的数据，.优先级划分的原则是：在同类报文

8、中，不需确认的监控报文或实时数据报文 的优先级最高，其次才是需要确认的监控报文或非 实时数据报文.2 实 现2. 1开发手段在Win dows 2000平台上有大量的系统服务类 型作为分布式计算手段除了直 接使用 Windows提供的 Wins ock服务外，Windows 2000还有命名管 道（pipe、远 程过程调用（RPC、分布式组件对象 模型（DC OM、消息队列（MS M Q等名目繁 多的分布式软件开发手段 RPC ,DC OM都是为专门的系 统功能而设定的，在通信 服务器以数据传输为主 的情况下，使用它们只能增加系统开销 MS MQ虽然很适 用于开发传输数据的中转中心，但它使用了

9、过多的中间层系统调用，导致效率太低 会成为 系统的瓶颈.因此最佳的选择就是直接对 Wins ock （Windows S ocket接口进 行开发，虽然编程复杂，但可以获得最好的性能2.2. 2软件结构高速公路收费系统采用客户n服务器的模式1.其中通信服务器是服务器端与它相连的其它应用系统是客户端，其模型如图2所示.客户n服务器模式就是以服务器为中心实现数据共享的集中控制客户端只要与通信服务器间建立一条 连接，就可以与所有其它的客户端通信.客户n服务器模式实 际上包含了 2个程序，一个运行在服 务器端，另一个运行在客户端.客户端与服务 器端建立可靠的、面向连接的服务.服务器首先启动，建立一个套

10、接口，并把它和 本机的网络地址绑定 起来，然后使套接口做好侦听的准备，这时就可以等待接收数 据了.客户端在建立套接口后，就可以与服务器建立连接了 .连接一旦建立后，服 务器和客户端就可以通过套接口发送和接收数据了.事实上，服务器和客户端的程序并不是对称的.客户端的程序不停地向服务器发出请求，服务器侦听 套接口，根 据客户端的请求做出响应，所以它们之.图2 客户n服务器模型广深高速公路收费系统通信服务器包含通信 模块、链路控制模块、报文处 理模块和用户管理模 块这些模块之间的关系如图3所示.图3 通信服务器的结构通信模块根据报文的优先级，可靠地发送和 接收报文，并支持报文的静态路由链路控制模块监

11、测网络连接是否正常如果不正常则通知主线程设置网络不正 常标识，同时定时检查网络通信是否正常如果网络连接恢复 正常，则通知主线程 可以进行数据传输.报文处理模块负责报文的处理，主要包括提 取报文所需的原始数据，并根据报 文的定义格式，封装和拆封报文.用户管理模块主要完成与通信服务器连接的客户端的管理，管理的内容包括授权客户端连接526第7期付孟若等：高速公路收费系统通信服务器的设计与实现通信，客户端的名称一地址表格的维护，各通信节点通信状态的显示和管理 以及在必要的时候，可以强制断开与通信节点的通信连接等.由于每个客户端都需要与通信服务器建立 tcp n ip连接,为了提高软件代码的 重用性和加

12、速 应用系统的开发,利用Windows平台的ActiveX技术将客户端的通 信代码封装成一个OCX控件,这样通信服务器和客户端的OCX就构成了一个基 于TCP n IP的实时分发技术的客户 n服务器模式.这种实时的分发技术能够在不 同的模块间提供透 明的通信手段，开发层次在OSI 7层网络模型的 应用层上.2. 3 特点1多个客户端的实时、并发通信根据需求，通信服务器需要与多达30个的客户端建立连接，这样要解决处理各个节点数据的延时问题通信服务器建立了 30个逻辑通信链路 健立并打开30个套接口 ,与请求通信的客户端相连,来解决服 务 器调度客户端并发通信的问题，每个逻辑通信 链路都分别使用5

13、12个字节的缓冲 区以满足客户端的实时、2时,使用了 .I启动丸时躍一个接收线程，分别处理报文的发送和接收发送线程和接收线程需要协同工 作.通信服务器使用 同步事件（WS AEventSelect来同步数据,防止发送 线程和接 收线程在读取数据缓冲区时发生冲突3差错控制采用连续ARQ （自动重复请求 方式.客户端可以一次发送多个数据 报文，通信服务器接收到报文、解析后发回一个应答，对一次传 输进行确认这 样可以避免客户端每次发送一个 数据报文,都需要等待通信服务器的应答 ACK （Ack no wledgeme nt ,从而提高了信道的利用率和传输效率.4确认应答机制根据设计的通信协议，并不能

14、保证发送的报文都被通信服务 器可靠地接收为了保证数据传输的可靠性，通信服务器设计了可靠的确认应答机 制客户端在发送数据报文 后,就等待服务器的应答（ACK报文.如果在规定的时 间内，客户端没有收到服务器的应答，则重新发送未正确接收的数据，同时重发次 数增加一次.如果重发次数超过了规定的次数 M,就丢弃该数据报文，同时启动通 信链路检测线程，检查通信链 路的状况，如图4所示.图4 通信链路检测线程的流程5数据转发机制通信服务器对接收到的报文进行分析如果报文的目的地址不是本地，就通过全线地址表对目标地址进行路由，然后通知发 送线程，从指定的端口转发.2, 所,.如果需要增，可以编辑全线地址表，加入

15、通信节点地址和名称即可3 结束语使用多线程的编程技术开发的、支持并发通信的通信服务器，在广深高速公 路系统升级改造 过程中，经过了系统联合调试和实际运行的考验，并运行良好采 用ActiveX技术开发的OCX控件，加速了应用软件的开发,提高了代码的重用性. 实践证明，它可以满足实时性和多用户并发通信的 要求.参考文献（R efere nces1 Leon R E. W orld of internet:A client 2server architecture and thenew gen erati on of in formatio n serversJ.O nli ne and CDROM Re2view ,1994,18（5 :2792842 哈蒙德.计算机局域网性能分析M.钟嘉强译.北京：人民邮电出版社,1991Hamm ond. Performa nee an alysis for com puter LANsM.T ran slated by Zhong Jiaqia ng. Beiji ng :People' s P ost and TreCaCommiPublishi ng H ouse ,1991(i nChin es