Final ITS Ok

184
1

Transcript of Final ITS Ok

  • 1

  • 2

    Lucrarea 1. ARHITECTURI ITS I STUDII DE CAZ ALE ACESTORA

    1.1 Introducere

    Arhitectura ITS specific schimbul de informaii i managementul controlului pe diferite niveluri, aa cum este prezentat n modelul multinivel din figura 1. Exist mai multe modaliti de definire a acestor niveluri. Managerii din domeniul transporturilor au nevoie de mai multe informaii privind arhitectura sistemului referitoare la nivelurile superioare (nivelurile 2 i 3), care sunt orientate spre organizarea sistemului. Nivelurile inferioare sunt orientate spre proiectarea i ingineria detaliat a sistemului. Nivelul 3 al arhitecturii trebuie s reflecte constrngerile din lumea real care opereaz asupra organizaiilor de transport i cerinele privind proprietile sistemului, precum interoperabilitatea dintre organizaia implicat i mediu totodat i controlul informaiei furnizate de organizaia respectiv. Aceasta mai poate evidenia locul i momentul cnd trebuie modificate sau schimbate structurile organizaionale existente n scopul furnizrii de servicii ITS. Nivelul 3 al arhitecturii stabilete cadrul de lucru pentru nivelul 2 al arhitecturii ITS. Nivelul 2 al arhitecturii ITS prezint proprietile sistemelor care opereaz ntr-o singur organizaie i ia n considerare caracteristicile existente i viitoare ale sistemului. Structurile existente privind responsabilitile n cadrul organizaiei i sistemele ITS care funcioneaz pe baza acestora pot fi obiectul unor modificri considerabile n timp.

    Reea de organizaii

    (Proprieti de interoperabilitate)

    O organizaie

    (Proprietile sistemului)

    Structura sistemului

    (Subsistemele sistemului)

    Structura sistemului

    (Componentele subsistemului)

    Nivelul 3

    Nivelul 2

    Nivelul 1

    Nivelul 0

    Figura 1 Model multinivel al arhitecturii ITS

  • 3

    Nivelul 1 al arhitecturii ITS este orientat, n primul rnd, spre proiectarea sistemului. La acest nivel, este definit structura sistemului, funciile ITS sunt grupate pentru implementare i sistemul informaional este descompus logic n subsisteme n scopul de a fi proiectate la nivelul 0. Sunt alese tehnologii specifice care vor fi indicate doar la nivelul 0. Nivelurile 1-3 ale arhitecturii ITS sunt independente de tehnologie fiind relativ stabile n raport cu modificrile tehnologice.

    1.2 Cerine utilizator

    Primul pas n elaborarea arhitecturii ITS este selectarea i acordarea de prioriti serviciilor utilizator. n procesul de dezvoltare a arhitecturii trebuie s fie implicai, pe baz de consens, toi utilizatorii, furnizorii de servicii, utilizatorii de servicii i alte grupuri de ageni economici int, ceea ce este foarte important pentru dezvoltarea i operarea cu succes pe termen lung a sistemelor de tip ITS. Consensul este orientat spre determinarea cerinelor funcionale i specificarea unui concept de operare, care descrie cine furnizeaz i cine primete un anumit serviciu/anumite servicii ITS, precum i relaiile sau interaciunile dintre furnizori, n scopul sprijinirii livrrii serviciului. Fiecare grup de interese are propriile sale obiective politice, care sunt legate de obiectivele mai generale de mbuntire a siguranei, eficienei, calitii mediului i altele. Urmrind principiul prezentat n figura 2, fiecare grup de interese analizeaz propriile obiective politice i definete serviciul/ serviciile ITS care sprijin obiectivele politice definite.

    Conducerile executive ale diferitelor organizaii implicate n dezvoltarea i

    utilizarea ITS trebuie s contientizeze activitile care vor avea loc n sistem, ce roluri se ateapt s joace i ce interaciuni trebuie s aib loc pentru a fi livrate serviciile

    Scopurile politice (Siguran, eficien, mediu etc.)

    Figura 2 Politica de selectare a serviciilor ITS

    Serviciile care susin politica

    Serviciile din cadrul domeniului propriu

    Servicii utilizator (furnizate total sau parial n cadrul domeniului propriu)

    Servicii utilizator comune selectate

  • 4

    ITS. O soluie de operare poate conine relaii de acest gen. Figura 3 prezint grafic interaciunile la nivel nalt dintre trei centre de management i poliie, pentru oferirea unui management al transportului multimodal i a serviciilor de urgen. Figura reliefeaz necesitatea de a se avea n vedere att sistemele organizaiilor de sine stttoare (nivelul 2), ct i interoperabilitatea multiorganizaional (nivelul 3). Aceste tipuri de diagrame pot fi utilizate pentru a se descrie scopul i natura fiecrei interfee indicate.

    Din momentul n care au fost alese serviciile ITS, soluia de operare poate fi specificat pn la cel mai mic detaliu, lund n considerare responsabilitile privind furnizarea acestor servicii. Figura 4 prezint legturile dintre entitile aflate n interaciune. Sunt evideniate dou sisteme avansate de management al traficului, unul pentru autostrzi, iar cellalt pentru traficul urban. Aceast diagram specific existena unor centre de informare n transport care s transmit informaii privind transportul multimodal ctre

    Centru de

    management

    al traficului

    Centru de

    management

    al urgenelor

    Centru de

    management

    al

    tranzitului

    Poliie

    Autobuze Transbordare ntre

    trenuri

    Gar

    Semnale

    Detectare

    CCTV HAR VMS

    Vehicule de urgen

    Figura 3. Schia unei arhitecturi ITS

    Legend CCTV Televiziune cu circuit nchis (Closed Circuit Television) HAR Informaii radio pentru autostrzi (Highway Advisory Radio) VMS Panou cu mesaje variabile (Variable Message Sign)

  • 5

    utilizatorii finali prin intermediul a doi furnizori de servicii de informare (ISP 1 i ISP2). Aceti furnizori de servicii de informare aparin probabil sectorului privat i pot furniza utilizatorilor finali informaii pentru cltori, informaii meteorologice, rezervri de bilete i alte servicii.

    1.3 Tipuri de arhitecturi ITS

    Arhitectura ITS reunete elementele izolate i discrete de cunotine astfel nct s creeze un model i s identifice relaiile i diferenele reprezentnd o baz pentru aciunile urmtoare de realizare a ITS.1

    1 http://www.iteris.com/itsarch/html/menu/hypertext.htm

    ATMS

    ATIS

    APTS

    CVO

    EMS

    TIC

    ISP 1

    ISP 2

    Legend ATMS Sistem avansat de management al traficului (Advanced Traffic Management System) APTS Sistem avansat pentru transportul public (Advanced Public Transport System)

    CVO Sistem pentru operarea vehiculelor comerciale (Commercial Vehicle Operation) EMS Sistem de management al urgenelor (Emergecy Management System) ISP Furnizor de servicii de informare (Information Service Provider)

    TIC Centru de informare n transport (Transport Information Centre)

    Figura 4. Relaii conceptuale pentru furnizarea de servicii de ctre ITS

  • 6

    1.3.1 Arhitectura funcional

    La cel mai nalt nivel de prezentare al unei arhitecturi funcionale aceasta este format dintr-un numr de domenii funcionale. Fiecare domeniu este identificat printr-un nume i un numr. Funcionalitatea fiecrui domeniu este prezentat prin funcii. Exist dou tipuri de funcii i anume:

    Funcii de nivel nalt Pentru o nelegere mai uoar a funcionalitii acestor funcii, acestea sunt

    divizate n sub-funcii. Unele dintre acestea pot fi la rndul lor funcii de nivel nalt avnd un oarecare grad de complexitate sau funcii de nivel inferior propriu-zise, aa cum se prezint n continuare. Funciile de nivel nalt rareori satisfac direct necesitile utilizatorilor prin ele nsele, dar ntotdeauna satisfac aceste necesiti prin intermediul funciilor de nivel inferior ce le compun.

    Funcii de nivel inferior La fel ca i domeniile funcionale, fiecare funcie are propriul nume. Acest nume

    este o expresie a ceea ce face i conine un verb n denumire. Astfel, o funcie cu numele administreaz vehiculele de urgen va oferi acea funcionalitate ce permite managementul operrii vehiculelor de urgen.

    Domeniile funcionale sau funciile de nivel nalt pot include depozite de date (baze de date). Ele sunt folosite pentru a pstra datele utilizate de mai multe funcii de nivel nalt dintr-un domeniu sau de funciile de nivel inferior dintr-o funcie de nivel nalt.

    Fiecare depozit de date va avea facilitile de management corespunztoare ca de exemplu controlul citirii/scrierii, crearea jurnalelor, salvarea de siguran etc. Aceste faciliti trebuie totodat s acopere toate necesitile de comunicaie, mai ales dac baza de date este folosit de funcii pe care arhitectura fizic le-a plasat n alt loc. n multe cazuri, fluxurile de date care cer ca datele s fie furnizate de depozitele de date sau care confirm c datele au fost scrise n baza de date, nu sunt vizibile, dei se presupune c aceste fluxuri exist i sunt folosite.

    nlnuirea funciilor se face prin intermediul fluxurilor de date. Acestea permit transmiterea datelor de la o funcie la alta, la sau de la depozitele de date, la sau de la terminale. Terminalul reprezint interfaa dintre arhitectur i mediul exterior asigurnd fluxul de date de la mediul exterior spre arhitectura sistemului i de la aceasta ctre

    Figura 5. Arhitectura ITS din perspectiva serviciilor i legturilor dintre componente

  • 7

    mediul exterior. Un terminal poate fi o entitate uman, un sistem sau o entitate fizic de la care pot fi obinute date, cum ar fi starea vremii sau starea drumului.

    1.3.2 Arhitectura logic Arhitectura logic face parte din domeniul nivelului 1 reprezentat n figura

    Model multinivel al arhitecturii ITS. Arhitectura logic prezint procesele i fluxul informaional dintre procese. n dezvoltarea arhitecturii logice sunt examinate aspectele comune din cerinele funcionale ale diferitelor servicii utilizator, astfel nct cerinele comune pot fi grupate n acelai set de procese.

    n figura 6 este prezentat ca exemplu o arhitectur logic de nivel nalt. Sgeile indic direciile fluxului de date care sunt necesare pentru a efectua serviciile selectate. Cercurile reprezint grupuri de procese care sunt prezentate mult mai detaliat pe nivelurile inferioare ale arhitecturii logice. Pe nivelurile cele mai de jos, cercurile descriu prelucrarea de date i algoritmul necesare pentru detectarea automat a incidentelor.

    n arhitectura logic grupurile de procese prezentate prin cercuri nu implic nici o alocare a responsabilitilor organizaionale, dar ele indic faptul c funcia specificat trebuie s fie efectuat i s interacioneze cu alte funcii. Rolul important al arhitecturii logice este s descrie modul n care sistemul trateaz anomaliile.

  • 8

    Plat

    electronic

    Managementul

    vehiculelor

    comerciale

    Monitorizarea

    i controlul

    vehiculului

    Asisten pentru conductorii vehiculelor i

    pentru cltori

    Managementul

    urgenelor

    Planificarea,

    dezvoltarea i implementarea

    sistemului de

    planificare

    Managementul

    tranzitului

    Managementul

    traficului

    Instituii

    financiare

    Vehicul

    comercial

    Vehicul

    Conductori de

    vehicule i cltori

    Planuri de transport

    Tranzit

    Trafic

    Telecomunicaii de urgen

    Plat

    Cerere de rut

    Informaii de rut

    Cereri de plat

    Planificarea

    tranzitului

    Cereri de

    tranzit Informaii

    despre rut

    Rspuns la urgene

    Anunarea urgenelor

    Informaii referitoare la

    incidente

    Informaii de

    planificare

    Informaii

    de urgen

    Informaii

    de trafic

    Informaii de

    planificare

    Anunarea

    incidentului

    Starea

    vehiculului

    Informaii de control al

    traficului

    Cereri de

    prioritate

    Informaii

    de trafic

    Informaii de

    planificare

    Cereri

    informaii de planificare

    Figura 6. O arhitectur logic naional ITS

  • 9

    1.3.3 Arhitectura fizic Arhitectura fizic, orientat pe proiectarea sistemului, distribuie procesele

    definite de arhitectura logic a subsistemelor fizice, pe baza specificaiilor proceselor funcionale i a locului unde trebuie efectuate funciile. Arhitectura fizic distribuie procesele n subsisteme fizice, lund n considerare responsabilitile instituionale. O schem de nivel nalt a unei arhitecturi fizice naionale este prezentat n figura 6.

    Interfeele dintre cele patru subsisteme ale arhitecturii fizice sunt indicate n figur. Fluxul de date dintre subsisteme se efectueaz prin intermediul celor trei tipuri de mijloace de comunicare.

    Fiecare ar sau regiune trebuie s stabileasc propriile sale necesiti i cerine utilizator n momentul nceperii elaborrii unei arhitecturi ITS naionale sau regionale. Anumite cerine locale pot diferi de la o ar la alta.

    O arhitectur fizic definete i descrie modul n care componentele arhitecturii funcionale pot fi grupate, pentru a forma entiti fizice. Principalele caracteristici ale acestor entiti sunt, n primul rnd, faptul c ele furnizeaz unul sau mai multe dintre serviciile ce sunt cerute de ctre necesitile utilizatorilor iar, n al doilea rnd, faptul c ele pot fi create. Acest proces de creare poate implica entiti fizice, cum ar fi structuri amplasate pe drum i diferite forme de echipamente, entiti care nu sunt fizice, cum ar fi software-ul, sau combinaii ale celor dou. n arhitectura fizic ITS aceste entiti fizice sunt numite sisteme etalon.

    Toate sistemele etalon pot fi compuse din dou sau mai multe subsisteme. Un subsistem execut una sau mai multe sarcini definite i poate fi oferit ca un produs comercial. Fiecare subsistem poate fi compus din una sau mai multe pri ale arhitecturii funcionale (funcii i depozite de date) i poate comunica cu alte subsisteme i cu unul sau mai multe terminale. Aceste comunicaii pot fi furnizate prin folosirea fluxurilor fizice de date.

  • 10

    Acces la informaii

    personale

    Suport pentru

    informarea de la

    distan a

    cltorilor

    Comunicaii fr fir

    Com

    un

    icai

    i d

    e la

    veh

    icu

    l la

    veh

    icu

    l

    Com

    un

    icai

    i f

    r f

    ir

    Pe

    ari

    e re

    du

    s

    Comunicaii prin Internet

    Pla

    nif

    icar

    e

    Man

    agem

    entu

    l tr

    afic

    ulu

    i

    Man

    agem

    entu

    l tr

    anzi

    tulu

    i

    Man

    agem

    entu

    l m

    rfi

    i i

    a f

    lote

    i

    Ad

    min

    istr

    area

    tax

    elo

    r

    Ad

    min

    istr

    area

    veh

    icu

    lelo

    r co

    mer

    cial

    e

    Man

    agem

    entu

    l em

    isii

    lor

    Man

    agem

    entu

    l u

    rgen

    elo

    r

    Fu

    rniz

    or

    de

    serv

    icii

    de

    info

    rma

    ii

    Vehicul

    Tranzit

    Comercial

    Urgen

    Autostrad

    Colectarea taxelor

    Managementul parcrilor

    Controlul vehiculelor comerciale

    Subsistemele cu acces de la distan Subsistemele centrului de management

    Subsistemele vehiculului Subsistemele referitoare la drum

    Figura 7. O arhitectur fizic naional ITS

  • 11

    1.3.4 Arhitectura organizaional Responsabilitatea pentru implementarea sistemelor ITS trebuie s fie mprit

    ntre diferite organizaii i ntre diferite departamente de management din cadrul acestor organizaii, n funcie de scopuri i cerine. Arhitecturile logice i fizice trebuie s fie transpuse ntr-o arhitectur organizaional care este relevant pentru nivelul local. Arhitectura organizaional este utilizat pentru dezvoltarea i explicarea responsabilitilor i a interaciunilor funcionale dintre organizaii publice, private sau parteneriate public/privat. Arhitectura organizaional este dezvoltat prin asigurarea entitilor locale din arhitectura logic a unui model organizaional.

    Modelul de referin european GERDIEN (date generale referitoare la drumurile europene i reeaua de schimb a informaiilor) este un model organizaional care subliniaz dimensiunea grafic, artnd unde este furnizat efectiv un serviciu ITS. Impactul dintre componentele organizaionale este prezentat prin legturi.

    Figura 8, care conine modelul de referin GERDIEN, reprezint nivelurile domeniilor geografice. Intenia este de a se indica cu claritate zona de aciune pentru fiecare funcie sau serviciu ITS, din punct de vedere al nivelului geografic. Din momentul n care acest lucru este clar trebuie s reias limpede cum este necesar s interacioneze dou sisteme de management. n exemplul dat n figura 8, dou sisteme vecine de management al autostrzii au conexiuni la nivelul superior pentru dirijarea traficului pe distane mari; la nivelul inferior urmtor, dou regiuni nvecinate colaboreaz pentru dirijarea traficului vizitatorilor dintr-o regiune care particip la evenimente care au loc n cealalt regiune. Din momentul n care au fost luate decizii la acest nivel, aceste decizii pot fi transformate n comenzi n interiorul fiecrei regiuni, influennd nivelurile lor inferioare corespunztoare, ceea ce nu necesit comunicaii directe ntre ele.

    Modelul organizaional prezentat n figura de mai jos poate fi extins pentru a include relaii conceptuale, sistemul de management al traficului urban (UTMS Urban Traffic Management System) i sistemul de management al urgenelor.

    n figura2 9, sunt reprezentate patru sisteme de management sub form de stive, cu interaciunile asociate. Modelul organizaional orientat geografic prezint localizarea, mrimea impactului i interaciunile dintre organizaii pe nivelurile geografice specifice.

    2 sursa: Rijkswaterstaat Departamentul transporturilor din Olanda

  • 12

    ar / Stat

    Regiune

    District

    Magistral

    Legtur

    Seciune

    Punct

    ar / Stat

    Regiune

    District

    Magistral

    Legtur

    Seciune

    Punct

    Trafic pe

    distane lungi

    Trafic in caz de

    evenimente

    speciale

    ATMS pentru autostrad ATMS pentru autostrad

    Figura 8. Un model geografic ierarhic

    REGIUNE

    REEA

    SECIUNE

    PUNCT

    REGIUNE

    REEA

    SECIUNE

    PUNCT

    NAIUNE REGIUNE

    REEA

    SECIUNE

    PUNCT

    NAIUNE

    REGIUNE

    REEA

    SECIUNE

    PUNCT

    NAIUNE

    Ora

    UTMS

    Stratul B

    Autostrad ATMS

    Stratul A

    Autostrad ATMS

    EMS

    Modelul de referin

    GERDIEN

    Legend UTMS Sistem de management al traficului urban (Urban Traffic Management System) ATMS Sistem avansat de management al traficului (Advanced Traffic Management System)

    EMS Sistem de management al urgenelor (Emergecy Management System)

    Figura 9. Un model organizaional pentru ITS

  • 13

    1.3.5 Arhitectura de referin Arhitectura de referin a sistemului de control i informare n transporturi este

    o arhitectur orientat pe obiect pentru sistemele de tip ITS, dezvoltat de Organizaia Internaional de Standardizare Comitetul tehnic 204 (ISO TC 204) pentru utilizare la nivel internaional. n momentul n care grupul de lucru a iniiat acest proiect, mai multe ri dezvoltaser deja arhitecturi ITS, ceea ce poate conduce la standarde i implementri incompatibile.

    Arhitectura de referin TICS (Transport Information and Control System Sistem de control i informare n transporturi) a ISO se bazeaz pe intrri de la toate arhitecturile regionale, n special arhitectura naional a Statelor Unite (US National Architecture), marele proiect japonez (Japanese Grand Design) i arhitecturi elaborate n cadrul proiectelor CEN (Comitee Europeen de Normalisation Comitetul European de Standardizare) i DRIVE n Europa.

    Obiectivul este facilitarea dezvoltrii armonioase i interoperabile, la nivel internaional, a ITS prin intermediul unei arhitecturi de referin comune. Deoarece aceast arhitectur este o arhitectur de referin de baz ea nu poate fi utilizat la nivel de detaliu atunci cnd se face referire la documentele de intrare, cum poate fi utilizat arhitectura naional a Statelor Unite. Ea nu intenioneaz s nlocuiasc arhitecturile regionale, ci mai curnd s promoveze, la nivel internaional armonizarea eforturilor care se depun privind arhitectura i standardizarea. Arhitectura de referin este compatibil cu arhitecturile regionale existente dezvoltate cu metodologii alternative.

    Arhitectura de referin TICS este un model al sistemului informatic i al relaiilor sale care sprijin managementul i executarea resurselor de transport rutier ntr-un mediu integrat. A fost aleas o abordare orientat pe obiect bazat pe tendinele actuale ale tehnologiei informaiei. Arhitectura de referin TICS este conceput pe baza modelrii vizuale a sistemelor orientate pe obiect i bazat pe componentele specificate n limbajul unificat de modelare (UML Unified Modelling Language).

  • 14

    Vehicul

    Financiar

    Organizaie de

    conformitate

    Operarea

    vehiculului

    Siguran

    Plat

    electronic

    Marf i

    flot

    Managementul

    traficului

    Informarea

    cltorilor

    Transport

    public

    Urgene

    Utilizator

    Operator

    Furnizor de

    servicii

    Furnizor de

    informaii

    Sursa datelor

    de localizare

    Infrastructura

    Figura 10. Caz de utilizare la nivel nalt a arhitecturii de referin TICS

  • 15

    1.4. Arhitecturi ITS la nivel naional

    Scopul central al realizrii cu succes a unui ITS la nivel naional este stabilirea unei

    arhitecturi ITS unificate. Dac arhitectura este proiectat cu minuiozitate, ea va asigura dezvoltarea unui sistem compatibil la nivel naional, care s conecteze toate modurile de transport. Arhitectura ncurajeaz realizarea de standarde naionale, pentru a promova cltoriile ntre orae i micarea mrfurilor la nivel naional, mpiedicnd n acelai timp zonele locale sau regionale s dezvolte implementri ITS incompatibile. Arhitectura naional ITS permite agenilor economici int s adopte elemente ITS ntr-o manier i ntr-un cadru de timp ales de ei, permind ca aceste elemente s fie livrate de mai muli furnizori i servind ca baz pentru standarde care pot reduce eforturile depuse de grupurile de ageni economici int ce pot accelera procesul de introducere a produselor i serviciilor ITS i pot reduce riscurile ntmpinate de sectorul privat n dezvoltarea acestor produse i servicii.

    Baza arhitecturii ITS o reprezint setul de 32 servicii utilizator, definit de ISO3. Serviciile utilizator reprezint un spectru larg de servicii, incluznd sisteme avansate pentru vehicule, managementul transportului i servicii de plat electronic. Obiectivul programului naional pentru dezvoltarea unei arhitecturi ITS este unificarea i organizarea serviciilor utilizator i promovarea standardelor care asigur aceeai funcionare a sistemului n ntreaga ar.

    Arhitectura ITS naional furnizeaz o structur comun pentru proiectarea sistemelor de tip ITS. Ea definete cadrul n care se pot dezvolta diferitele moduri de abordare ale proiectrii sistemelor ITS, fiecare dintre acestea fiind realizat pentru rezolvarea necesitilor regionale specifice, meninnd n acelai timp beneficiile unei arhitecturi comune n cadrul sistemelor actuale ct i a celor planificate.

    Arhitectura ITS naional definete funciile (de exemplu, controlul semnalelor de trafic, managementul autostrzilor sau managementul incidentelor) ce trebuie s fie ndeplinite de ctre componente sau subsisteme, locul n care se gsesc aceste funcii (de exemplu, la marginea drumului, n centrul de management al traficului sau n vehicul), interfeele i fluxurile de informaii dintre subsisteme, precum i cerinele de comunicaii pentru fluxurile de informaii (de exemplu, comunicaii prin cablu sau radio).

    Arhitectura ITS naional poate aduce beneficii pe termen scurt economisirea de timp i bani n dezvoltarea unui proiect, de la faza de concepere pn la implementarea acestuia, deoarece:

    furnizeaz un punct de pornire pentru dezvoltarea cerinelor funcionale i a specificaiilor sistemului;

    realizeaz corelaia ntre necesiti i probleme pentru serviciile ce trebuie s fie efectuate, prin aceasta asigurnd, pentru un proiect, posibilitatea de urmrire a necesitilor generale de transport;

    furnizeaz o perspectiv pentru identificarea serviciilor i funcionalitilor care nu au fost luate n considerare iniial, necesare n mod curent i care sunt posibile. Astfel, se furnizeaz o list a capacitilor viitoare, ce pot fi planificate de acum, ca o anticipare a necesitilor viitoare (de exemplu, se poate planifica, pentru un furnizor de informaii, distribuirea informaiilor de trafic sau de alt tip de diveri abonai);

    3 ISO International Organization for Standardization (www.iso.org)

  • 16

    ilustreaz eficiena ce poate fi ctigat prin eliminarea implementrilor redundante de funcii similare;

    ofer o list extins a organizaiilor de transport (prin realizarea corelaiei dintre funciile pe care le execut acestea, cu numele subsistemelor corespunztoare din arhitectura ITS naional) cu care ar trebui s discute o organizaie, n timpul planificrii iniiale a unei implementri;

    definete tipul de informaii ce trebuie partajate de aceste organizaii. Organizaia poate folosi aceste informaii ca o list de verificare n planificarea proiectului i n discuiile cu celelalte grupuri int, pentru a arta cum pot participa acestea la partajarea informaiilor;

    reprezint un bun punct de plecare sau model pentru dezvoltarea arhitecturii care va direciona strategia de desfurare a unui anumit proiect. Pornind de la arhitectura ITS naional se pot nltura funciile i fluxurile de informaii ce nu sunt potrivite i apoi se pot include modificri sau suplimentri, pentru satisfacerea cerinelor i consideraiilor specifice locale;

    identific interfeele i schimburile de date ce trebuie s fie incluse (de exemplu schimburi de date ntre subsistemele de management al traficului i cele amplasate de-a lungul drumului);

    ajut la reducerea necesitii unor schimburi costisitoare ntr-o faz trzie a procesului de proiectare i implementare;

    furnizeaz estimri aproximative ale costurilor pentru un spectru larg de echipamente i servicii ITS, ce pot fi folosite la calcularea costurilor iniiale ale proiectului;

    furnizeaz o verificare a produsului de ctre contractorul proiectrii (dac contractorului i se cere s demonstreze folosirea arhitecturii ITS i relaia dintre aceasta i proiectarea oferit).

    Utilizarea arhitecturii ITS naionale i standardelor ITS va furniza, de asemenea, mari beneficii pe termen lung. Acestea vor aduce un ctig att la nivel naional, ct i regional i anume:

    Interoperabilitate Arhitectura ITS naional specific standardele care sunt necesare pentru

    asigurarea interoperabilitii i componentele crora li se adreseaz; de regul aceste componente sunt de tip interfa ntre componente de tipul prelucrare, memorare date, comunicare, mediu extern.

    Soluiile inovatoare utilizate n definirea arhitecturii pot contribui la dezvoltarea standardelor existente suport pentru asigurarea interoperabilitii ntre componentele sau ntre sisteme. Utilizarea interfeelor standard va asigura, la nivel naional i regional, interoperabilitatea i interschimbabilitatea sistemelor i dispozitivelor utilizate n managementul cltorilor prin intermediul sistemelor ITS.

    Competiie mai bun Prin solicitarea utilizrii de standarde deschise, se va putea rspunde cerinelor

    arhitecturii de ctre mai muli vnztori/furnizori care respect standardele. Totodat, pot fi obinute sprijin i actualizri din mai multe surse, evitndu-se problema blocrii la o singur surs, implicnd creterea competiiei.

    Posibilitatea de extindere viitoare Prin proiectarea ntr-un cadru comun i utilizarea unor standarde deschise, se poate

    crea un mediu care integreaz sistemele ITS vechi cu sistemele ITS noi i se permite adugarea unor funcii noi, atunci cnd acest lucru este dorit sau este necesar.

  • 17

    Costuri mai mici Costurile de termen lung ale dezvoltrii se vor diminua prin economiile fcute

    datorit echipamentului i produselor ITS gata fabricate i a competiiei dintre mai muli furnizori.

    Integrare mai bun ntr-un sistem de transport Natura deschis i structura arhitecturii naionale ITS i utilizarea unor componente

    care s respecte standardele vor facilita integrarea componentelor complexe ale managementului traficului cu componentele altor sisteme de tip ITS. O integrare mai bun a sistemelor proprii diverselor organizaii va permite o partajare efectiv a informaiei i o utilizare mai eficient a resurselor.

    n Lucrarea 13 este prezentat n detaliu un model de concepie a arhitecturilor ITS pentru o platform integrat de management al resurselor infrastructurii de semnalizare rutier.

    1.5 Exerciii practice

    1. Realizai un concept de arhitectur ITS la nivel naional pentru transportul rutier

    i explicai paii efectuai. 2. Realizai un model matematic al relaiilor din figura 6. 3. Discutai implicaiile figurii 10 n transportul urban. 4. Alctuii un studiu al arhitecturilor ITS din Europa, Asia i Australia. 5. Dai exemple de echipamente ce pot realiza funciile prezentate n figura 7.

  • 18

    Lucrarea 2. ARHITECTURI I TOPOLOGII ETHERNET N ITS

    2.1. Introducere

    Pentru a micora congestia pe osele i a salva viei, departamentele de transport

    trebuie s investigheze soluii care s se axeze pe ideea de a face autostrzile i oselele mai inteligente. Prin utilizarea sistemelor inteligente de transport (ITS), cercettorii din domeniu sunt capabili s monitorizeze i s reacioneze la problemele fluxului de trafic, s rspund prin comunicaii rapide la situaii de urgen, s ofere o mai bun informare a cltorilor n privina problemele de trafic i eficientizarea traficului utiliznd aparate automate de colectare a taxelor ce se percep pentru accesul la anumite tronsoane de trafic. Aplicaiile de reea sunt critice pentru succesul soluiilor ITS i cer abilitatea de a manevra multiple tipuri de date i cerine de performane. Conform definiiei Cisco Systems Ethernet se refer la o familie de produse destinate reelelor locale de date ce funcioneaz sub incidena standardului IEEE 802.3 care definete protocolul cunoscut sub denumirea CSMA/CD 4 . Ethernet este o tehnologie inteligent i n ceea ce privete raportul cost/eficien, dispune de band nalt i ntrunete cerinele realizrii unei infrastructuri utile de reea ITS. Cerinele de performan ale reelelor sistemelor inteligente de transport sunt ntr-o cretere vertiginoas. Multe proiecte ITS noi utilizeaz monitorizarea video, care duce la creterea limii de band la cerere, de la mii la zeci de mii de milioane de bii pe secund. Datele care au o importan critic coexist pe aceeai reea cu date de monitorizare cu prioritate sczut, crend necesitatea optimizrii limii de band. Este studiat accesul de tip wireless (fr fir) spre a fi implementat n interseciile oraului. Informaia este furnizat utilizatorilor finali, incluznd i celor de pe Internet, aprnd astfel necesitatea de a partiiona logic reeaua i de a ridica nivelul securitii. Reelele tradiionale sunt dezvoltate pentru a susine aceste cerine, utiliznd fibra optic, tehnologia wireless, cost minim pentru puncte finale, i arhitecturi scalabile. Protocolul de control al transmisiei/protocolul Internet (TCP/IP) reprezint o soluie excelent de tip end-to-end (capt la capt) pentru a ntlni aceste cerine, i ca rezultat, Ethernet se dezvolt ca o arhitectur de baz a multor reele ITS. Infrastructurile de reea din transporturi sunt, din punct de vedere istoric, o colecie de nenumrate reele tradiionale. Aceste reele sunt stabile i fiabile, dar de multe ori duc lips de o generalizare la scar economic pentru a furniza cerinele de performan a soluiilor ITS actuale. O prim prioritate a mbuntirii reelei este de a oferi o infrastructur construit pe o singur tehnologie scalabil, bazat pe standarde. Ethernet este standardul de reea cel mai cunoscut pe plan mondial i este deci evident luat n considerare. Acest standard este predominant n aproape toate reelele pe plan mondial, fiind foarte bun n ceea ce privete costul efectiv (datorit faptului ca se cumpr milioane de conexiuni pe lun), i este uor de ntreinut i de exploatat. Ca atare, aceasta este tehnologia ce trebuie aleas de generaiile urmtoare ale reelelor ITS.

    4 Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect

  • 19

    Aducerea tehnologiei la o singur linie comun n infrastructura reelelor ITS este o convergen normal, completat cu faptul c reeaua corporaiilor a fost dezvoltat cu un deceniu n urm i se mut rapid ctre alte aplicaii complexe actuale. Fabricanii (industria Ethernet) telecomunicaiilor (metro Ethernet) i reelele ITS migreaz ctre Ethernet ca o tehnologie de baz.

    2.2. Arhitectura de comunicaie

    O arhitectur de comunicaie definete i descrie mijloacele care asigur schimbul de informaii dintre diferitele pri ale sistemului. Acest schimb de informaii este realizat folosind fluxurile fizice de date descrise n arhitectura fizic. Arhitectura de comunicaie definete i descrie mijloacele prin care sunt realizate fluxurile fizice de date pentru unele dintre sistemele etalon din arhitectura fizic ITS.

    Descrierea i definirea acestor mijloace de realizare a fluxurilor fizice de date implic dou elemente complementare. Primul element este asigurarea mijloacelor ce permit ca datele s fie transferate de la un punct la altul i sigurana c modul n care aceste date sunt transferate este corespunztor pentru sistem n ceea ce privete costul, alterarea informaiei i ntrzierea ei. Cu alte cuvinte, problema este descrierea i definirea canalelor de informaii ce sunt necesare pentru transferul informaiilor. Al doilea element este obinerea siguranei c informaia transmis de la un capt al canalului de informaii este interpretat fr erori la cellalt capt, de recepie, al canalului.

    Arhitectura de comunicaii trebuie s rmn, pe ct este posibil, independent de tehnologie. Pentru realizarea acestui obiectiv, metodologia propus n cele ce urmeaz este caracterizarea i analizarea fluxurilor fizice de date ale celor mai reprezentative sisteme etalon din arhitectura fizic ITS, pentru a fi satisfcute cele mai reprezentative necesiti de comunicaie ale diferitelor interfee ale sistemului.

    Descrierea acestor necesiti tipice de comunicaii este prima int a arhitecturii de comunicaie. Tehnologiile de comunicaie se schimb ntr-un ritm att de rapid nct nu este posibil oferirea unei arhitecturi bazate pe tehnologie care s fie valabil pe termen lung. Alegerea modului de comunicaie este deseori fcut prin procese complexe i dup diferite etape de analiz. De fapt, alegerea modului de comunicaie are, de cele mai multe ori, un mare impact asupra sistemului i asupra eficienei acestuia. n proiectarea unei arhitecturi de comunicaie trebuie avute n vedere cteva probleme importante.

    Primul aspect este satisfacerea necesitilor sistemului ntr-o msur ct mai mare. Al doilea aspect este includerea efectiv a soluiei de comunicaie considerate ntr-

    un sistem existent. ntrebrile ce se pun sunt: Cum s se integreze soluiile de comunicaie ntr-un cadru existent de

    comunicaie? Cum s se obin evoluia acestui cadru existent sau cum s fie el nlocuit? Un ultim aspect, la fel de important, l constituie problema costurilor. Costurile sunt

    legate de achiziia soluiei, de migrarea de la o soluie veche la una nou, de punerea n practic a soluiei i de nlocuirea soluiei. Aceste costuri trebuie s fie avute n vedere nu numai din punct de vedere al materialelor i serviciilor, ci i din punct de vedere al personalului implicat n toate aceste faze. Acest aspect este, de asemenea, foarte strns legat de alegerile privind implementarea.

    Standarde referitoare la comunicaie sunt folosite de sistemele de tip ITS. Recent, a avut loc o cretere exploziv n utilizarea comunicaiilor i n alte sectoare, de exemplu n comerul electronic. Sistemele de tip ITS nu trebuie s-i mai dezvolte propriile standarde de comunicaie, cu excepia cazurilor n care este sigur folosirea unei infrastructuri proprii

  • 20

    (private). Dac se dorete utilizarea unor reele de comunicaii deja existente (ca de exemplu, folosirea n comun a liniilor de telecomunicaii) atunci trebuie utilizate standarde stabilite la nivel internaional.

    Folosirea reelelor de comunicaii existente poate fi privit i ca o economie, deoarece scutete pe proprietarii de sisteme de tip ITS i/sau pe operatorii ITS de sarcina de a furniza i ntreine reele proprii. Cteodat, aceste economii pot fi semnificative, deoarece ncrcarea canalului de comunicaie (limea benzii) impus de date traficului ITS este mai mic dect cea impus de ali utilizatori. Condiia este, aa cum a fost menionat mai sus, ca ITS s foloseasc standardele elaborate de ctre cei ce folosesc limile cele mai mari de band.

    2.3 Accelerarea introducerii noilor concepte arhitecturale

    O privire mai atent la necesitile reelelor actuale ITS fac ca beneficiile implementrii ITS s fie clare. Infrastructurile ITS, pentru a se cala pe serviciile actuale, cer urmtoarele: - universalitate (standarde comune) administratorii de reea sunt interesai n

    dezvoltarea unei singure tehnologii de baz pentru infrastructura de reea. Ethernet este cel mai recunoscut standard din ziua de azi i este de asemenea o soluie confortabil pentru muli administratori de reea ITS.

    - band larg i optim aplicaiilor monitorizarea video devine un element important al unei reele ITS. n mod ideal, managerii de proiecte pot furniza o capacitate de monitorizare peste sute sau chiar mii de locaii. O soluie de codare digital de tip voce-peste-IP necesit fluxuri de date de dimensiuni de 500 kbps pn la 6 Mbps. Infrastructurile Fast Ethernet i Gigabit Ethernet permit o scalabilitate n ceea ce priveste costul i eficacitatea pentru a se atinge aceste nevoi.

    - scalabilitate i disponibilitate reelele ITS trebuie s fie rezistente, elastice i maleabile. Reeaua trebuie s fie capabil s rspund la salve de date neateptate n trafic sau la distrugerea unei componente ce o alctuiete i de a recupera rapid un eveniment de ntrerupere a unei legturi. Reeaua trebuie s se acomodeze cu nevoilor viitoare i s fie apt de a scala de la zeci pn la sute sau mii de dispozitive finale fr a fi necesar o eventual revizuire major.

    - securitatea reelei o reea ITS bine administrat poate transmite date valoroase pentru muli utilizatori finali. Poliia i departamentele de pompieri pot utiliza datele ITS pentru rspunsuri de urgen i monitorizare. Staiile locale TV pot utiliza fluxurile video pentru a transmite ca broadcast condiiile de trafic. Navetitii vor avea acces la condiiile de trafic prin Internet. Pentru a furniza aceste servicii fr a compromite informaiile sensibile sau fcnd reeaua susceptibil la ameninri este esenial securitatea acesteia. Figura 11 arat o infrastructur ITS capt-la-capt bazat pe IP. n exemplul

    prezentat, Ethernet este utilizat ca tehnologie backbone 5 conectnd centrul pentru operaiunile de trafic, traficul din intersecii, circuitele nchise TV tradiionale (CCTV) peste reelele de mod de transfer asincron (ATM) i datele livrate ctre Internet.

    5 Backbone artera principal ce conecteaz reele de date ntre ele. Termen asementor cu magistral (bus), firul

    principal ce conecteaz noduri

  • 21

    Figura 11. O infrastructur ITS de tip Ethernet

    6

    2.4 Ethernet inteligent cheia ctre sistemele ITS Ethernet scalabile.

    Conductorii de proiecte ITS ar trebui s fie ateni atunci cnd aleg produsele Ethernet deoarece acestea adaug o inteligen vital reelelor lor. Ethernet deine numeroase avantaje atunci cnd sunt utilizate peste tehnologiile tradiionale care exist n reelele ITS actuale. Este important de tiut, ca o parantez, c nu toate soluiile Ethernet se aseamn. O reea ITS efectiv necesit beneficiile inteligenei Ethernet, acestea reprezentnd o serie de trsturi care permit infrastructurii de reea s poat atinge propriile cerine ale serviciilor de date. Ce se nelege prin inteligen? n mod specific, o soluie Ethernet ar trebui s furnizeze servicii adiionale care s aib ca rezultat funcionare, management i de securitate la standarde nalte a reelei. n privina mediilor ITS, aceste servicii inteligente ar trebui s includ:

    6 Cisco Systems, Inc, Ethernet in Intelligent Transportation System Applications: Intelligence is Essential,

    http://www.cisco.com/

  • 22

    suport multicast cu imprimarea trsturilor IGMP7 Protocolul multicast de grup pentru Internet (IGMP) definete regulile utilizate pentru a livra traficul multicast, cum ar fi cel video, peste o reea IP. Imprimarea (intercorelarea) IGMP este o caracteristic a unui switch (comutator) Ethernet care previne traficul multicast s contacteze dispozitivele care nu cer acest trafic. Fr aceast caracteristic, celelalte echipamente amplasate pe aceeai reea cu echipamentul video vor experimenta un flood constant nedorit de date de benzi ridicate.

    n exemplul de mai jos din figura 12 este configurat un dulap de echipament amplasat n apropierea oselei cu un automat de trafic, camera video cu decodor i un terminal server pentru senzorii de contorizare a traficului. Un switch Ethernet inteligent este utilizat ca interfa cu reeaua. Automatul de trafic i dispozitivul de contorizare furnizeaz date pe lime de band ngust napoi spre centrul de control al traficului prin switch n timp ce echipamentele ce efectueaz decodarea furnizeaz fluxuri video de band nalt. Fr imprimarea IGMP, switch -ul va trimite mai departe tot traficul multicast, sau video, ctre celelalte porturi ale sale. Activitatea ar putea neca celelalte echipamente cu datele primite i totodat a altera posibilitatea acestora de a-i trimite propriile informaii. Problema devine critic n configuraii ce utilizeaz camere multiple.

    Figura 12. Fr control de multicast traficul video va flood-a celelalte dispozitive.

    8

    Cu serviciul de imprimare IGMP activat, switch -ul st n ateptare pentru a capta

    datele ce intr n echipament (snooping), cutnd n acelai timp dispozitivele care cer n mod specific informaiile multicast. Switch -ul va trimite mai departe informaiile video numai acestor dispozitive. Figura 12 arat cum un switch inteligent protejeaz dispozitivele dintr-un cabinet de flood-area video.

    7 Internet Group Multicast Protocol

    8 Ibidem

  • 23

    Figura 13. Controlul prin snooping IGMP previne flood-area video.

    9

    Calitatea serviciului (QoS) o reea Ethernet ITS poate transmite o varietate de tipuri de date de la informaie de monitorizare de maxim urgen pan la alerte a accidentelor (misiuni critice) ce necesit lime de band intensiv pentru video. Reeaua trebuie s fie capabil s fac diferena ntre mai multe tipuri de trafic i s aleag gradul de prioritate pentru fiecare dintre ele. Mecanismul QoS rspunde de acest aspect. Acesta se asigur c ntreg traficul a primit banda cerut, prioritatea i ntrzierea i deci reeaua permite aciuni eficiente i rapide.

    Figura 14. Prioritile i dirijarea traficului QoS

    10

    LAN virtual (VLAN) suportul VLAN furnizeaz fiabilitate, securitatea reelei i

    izolarea prin segmentarea la nivel logic a dispozitivelor finale de pe reea. Un dispozitiv atribuit pentru un VLAN particular nu va mpri traficul cu alt dispozitiv atribuit altui VLAN. Utiliznd VLAN -uri pe o reea cu comutare, porturile de reea i dispozitivele finale nu trebuie s gestioneze traficul nedorit, mbuntind disponibilitatea. Securitatea portului i listele de control a accesului (ACL-uri). Aceast capacitate aplicat la diferite niveluri furnizeaz modularitate i securizare a filtrelor i permite administratorului de sistem s controleze accesul la informaia de la propria surs, de la destinaie i tipul de aplicaie. Accesul poate fi bazat pe parametrii fizici (de exemplu,

    9 Ibidem

    10 Ibidem

  • 24

    adresa MAC 11 ), adresa IP sau portul TCP/protocolul de datagrame a utilizatorului (TCP/UDP) (n mod esenial determinnd dac pachetul aparine unei aplicaii care ar trebuie s ruleze de pe o reea). Aceast particularitate este eficace atunci cnd sunt trimise pe reea date cu prioriti mari (de exemplu, date pentru rspunsuri urgente) alturi de date care vor fi mprite cu o comunitate vast de utilizatori finali (de exemplu, rapoarte de trafic pe Internet). Utilitatea caracteristicii Rapid Spanning Tree Protocolul Spanning Tree permite o convergen rapid a reelei n timpul unei cderi a unui circuit. Cnd apare o problem ntr-un nod de reea, un link de redundan va deveni n mod automat activ pentru a readuce reeaua n stare funcional. Reelele ce utilizeaz Rapid Spanning Tree (IEEE 802.1w) converg foarte rapid de obicei n mai puin de 1 secund. Suportul oferit de protocolul simplu de management a reelei (SNMP) SNMP pune bazele n mod vital a fiecrui sistem major de management de reea. Dispozitivele Ethernet inteligente trebuie s suporte SNMP, permind astfel s interfaeze cu un sistem de management existent sau cu sistemele de management comerciale ce pot fi disponibile la un moment dat. Creterea exponenial a traficului actual de date reprezint n esen o provocare pentru cei responsabili cu monitorizarea i managementul acestuia. Oricum, este doar una din numeroasele probleme cu care se confrunt zi de zi departamentele executive din cadrul managementului traficului. Alte provocri ar fi:

    mandate guvernamentale pentru securitate: foarte multe tunele, poduri i alte infrastructuri de transport sunt predispuse unor eventuale aciuni de tip terorist, atacarea acestor obiective de transport pot aduce adevrate dezastre i necesit ca organele statului s monitorizeze atent facilitile acestora;

    alerte de tip amber12: se promoveaz implementarea serviciului de tip alertare amber, care este definit ca un sistem special alctuit astfel nct s rspund prompt n cazul unor rpiri de copii sau luare de ostatici, pentru o recuperare rapid i o protejare a victimelor.

    rspuns la incident: studiile au artat c n intervalul de vrf al traficului exist o relaie de tip patru-la-unu pentru un accident versus congestie. Mai precis, fiecrui minut care trece pentru a ndeprta un accident de pe osea ii corespund patru minute de ntrziere pentru a repune traficul n micare.

    protecie: curarea locului unui accident ntr-un timp ct mai rapid reduce probabilitatea apariiei de accidente secundare rezultate din accidentul primar. Studiile arat c accidentele secundare pot fi adesea mai grave i necesit un interval de timp mai mare pentru curare.

    nivelurile de poluare: Statul trebuie s se supun regulilor pentru protecia mediului, acestea prevznd nivelele de poluare n aer. Implementnd soluii ITS ne putem propune ca obiectiv meninerea traficului n parametri normali.

    Toate aceste provocri necesit cereri sporite n ceea ce privete performana reelelor de comunicaii pentru sistemele ITS actuale. Implementarea de noi servicii necesit o reea care s integreze interoperabilitatea n timp real dintre ageniile pentru sigurana publicului i cele de servicii publice; optimizarea lrgimii de band permite ca datele considerate de nivel critic s coexiste n aceeai reea cu datele pentru monitorizare

    11

    MAC Media Access Control controlul accesului la mediul de comunicaie 12

    AMBER Americas Missing: Broadcast Emergency Response planul amber a fost creat n anul 1996 ca urmare a unor rpiri de persoane, cazuri n care comunicarea a solicitat difuzarea unor mesaje de alertare speciale prin intermediul posturilor de radio (www.codeamber.org).

  • 25

    considerate de nivel redus; informaii care pot fi transmise imediat ctre puncte multiple de contact; i partiionarea i securitatea reelei care permit nivelelor potrivite de informaii s fie puse la dispoziia utilizatorilor finali.

    2.5 Soluii bazate pe arhitectura ethernet

    Dei mai multe soluii ITS tradiionale se bazeaz pe sisteme proprii ale

    departamentelor de transport care au posibiliti de comunicaii minime ce impun limitri n eficiena operaional a acestora, acestea ncep s recunoasc necesitatea soluiilor reelistice, care permit o integrare rapid a soluiilor ITS variate, asociind acestora provocrile pe care le ntmpin zilnic. Soluia const ntr-o reea informaional inteligent care conecteaz sisteme disparate pentru a mbunti traficul, pentru a reduce i minimiza numrul incidentelor de pe osele i de a furniza operatorilor o viziune centralizat a sistemelor pentru autostrzi, incluznd condiiile oselelor, traficul i informaia de tranzit. Soluia trebuie s ofere operatorilor posibilitatea de a accesa informaia critic n ordinea sosirii pentru a accelera luarea de decizii, a activa diferite alarme necesare i a extinde serviciile ce le poate oferi o autostrad. Aceast reea extrem de scalabil poate fi dezvoltat n prezent cu orice tehnologie ce susine necesitile, furniznd astfel o temelie pentru viitoarele dezvoltri. Soluiile de baz trebuie s acopere trei arii importante:

    soluii avansate pentru managementul traficului soluiile de reea trebuie s permit mprirea resurselor informaionale n timp real ntre orae, regiuni i departamente cu acelea ale unor agenii ce rspund incidentelor i cu alte agenii guvernamentale. Oferind informaie n timp real acestor agenii se asigur ca acestea s poat aciona asupra informaiei i s ia decizia optim pentru o situaie anume imediat dup incident. Aceasta se poate realiza prin furnizarea unei interstructuri unificate pentru aplicaiile specializate pe supravegherea video, monitorizrii traficului i sporirii securitii. O soluie pentru supravegherea video face posibil afiarea imaginilor video culese din trafic la un centru de operare, permind managerilor s monitorizeze oselele i traficul i s ia decizii bazate pe aceste informaii n ceea ce privete fluxul de trafic. Operatorul poate localiza rapid un incident, expedind rspunsul corect i grbind recuperarea incidentului. Adugnd calitatea serviciului (QoS) se asigur ca anumite date s aib prioritate pe reea i se previne astfel ntreruperea imaginilor de supraveghere video ce ruleaz la un moment dat. QoS confer de asemenea sigurana ca aplicaiile de tip voce-peste-IP c aib o claritate bun a apelului. Soluiile de tip wireless i mobile, permit de asemenea extinderea serviciilor acolo unde fibra optic nu poate fi instalat;

    centrul de management al traficului are rolul de a colecta informaiile furnizate de sistemul ce ofer soluii avansate pentru managementul de trafic i le analizeaz pentru a le pune la dispoziia automobilitilor; odat cu acestea apare posibilitatea de a efectua o cltorie rapid i sigur pe autostrzile metropolitane utiliznd tehnologie de tip cutting-edge13, programe progresive i un sistem inteligent de distribuire a informaiei. O arhitectur bazat pe acest tip de centre vzute ca noduri de reea permite ca informaia s fie accesat de

    13

    n acord cu ultimele idei din domeniu, la zi (up-to-date). Unele echipamente de generaie noua au preluat aceast denumire i acest termen apare pe inscripia acestora.

  • 26

    primul ce rspunde unui apel, de autoritile de tranzit i tuturor celor ce pot utiliza aceeai reea.

    sistem avansat de informare a cltorului pentru a reduce congestia pe osele i a mbunti experiena cltorului este important ca acestuia s i se ofere informaia de care are nevoie, la un moment dat, pentru a lua decizii mai bune. Departamentele de transport actuale utilizeaz website -uri, serviciul de telefonie, mesaje de bord pentru a ine automobilitii conectai la informaia despre problemele din transport i la informaia ce ofer mai multe alternative.

    O reea ce ofer servicii multiple face posibil efectuarea de operaii cnd este consolidat peste o reea convergent. O soluie Ethernet pentru ITS permite departamentelor de transport s fie pregtite pentru aplicaiile viitoare, cum ar fi primirea de informaii de la vehicule, trimiterea de informaii ctre vehicule i furnizarea de fluxuri video de la locul incidentului ctre dispozitivele pe care le au la dispoziie cei ce preiau cazurile.

    2.6 Beneficii economice

    Administratorii managementului traficului au nevoie de instrumente care s le permit creterea eficienei operaionale i mbuntirea resurselor de tipul echipelor de tranzit i de intervenie i a vehiculelor de transport ce ofer siguran persoanelor.

    Soluiile Ethernet ofer urmtoarele beneficii, dup cum urmeaz: mbuntirea utilizrii resurselor soluiile Ethernet pot colecta informaia ctre

    un punct originar, transmind-o n timp real, simultan, ctre managerii de trafic i ctre personalul pentru sigurana publicului, permind operatorilor s transforme tipul managementului oselelor din reactiv n proactiv prin evaluare rapid a datelor neprelucrate, transformndu-le n funcii inteligente care s faciliteze aciuni convenabile.

    reducerea costurilor aceste soluii micoreaz costurile prin aceea c vocea, datele, securitatea i serviciile wireless converg ntr-o soluie oferit de un singur ofertant i ntr-o singur reea, reducnd costurile infrastructurii i crescnd eficiena suportului de reea.

    creterea eficienei operaionale soluiile Ethernet au o aciune facil asupra fluxului de transport, prin aceea c ofer operatorilor posibilitatea de a accesa informaie din mai multe surse, suficient de rapid pentru ca acetia s poat anticipa i rspunde condiiilor infrastructurii, congestiei n trafic i situaiilor de urgen.

    sporirea securitii i siguranei soluiile integrate de securitate a reelei i de supraveghere video bazate pe mediul Ethernet, protejeaz att premisele fizice ct i reelele pe autostrzi i centrele de management al traficului de ameninrile venite att din interior ct i din exterior, prevenind breele din securitate i ajutnd asigurarea continuitii.

    colaborare mai complex aceste soluii permit comunicaii transparente i fiabile ntre ageniile de transport i alte autoriti publice locale, de urgene i autoriti de tranzit aflate n vecintatea unei jurisdicii prin concatenarea unui sistem de reele disparate.

    oportuniti de venituri i servicii extinse soluiile Ethernet permit operatorilor din transporturi s furnizeze servicii inovatoare componentelor oselei ce au efect asupra conductorilor auto i populaiei indirect cum ar fi informaia actualizat despre condiiile drumurilor care permit oferilor s aleag o rut

  • 27

    alternativ sau s i asume un timp de ateptare. Cltorii pot de asemenea utiliza reeaua cu acces la Internet n locaii dedicate, cum ar fi sli de ateptare, restaurante i cafenele de pe marginea drumului.

    2.7 Arhitectura inteligent de tip capt-la-capt

    n cele mai multe organizaii de transport arhitectura de reea este bazat pe o varietate de soluii independente nsuite de la mai muli fabricani. De asemenea, aceste soluii au fost dezvoltate la origine pentru a se adresa unei nevoi specifice, rezultatul final a fost adesea un mediu de comunicaie disparat care nu a putut ine pasul cu schimbrile clientului i cerinele operaionale ale acestuia.

    Pe lng acestea, mai muli fabricani limiteaz calitativ expertiza de reea, necesar pentru a permite interoperabilitatea comunicaiilor utile dintre diferitele agenii care necesit acces la informaia care este transmis prin reea. Fiecare segment a fost dezvoltat pentru diferite scopuri i necesit strategii de abordare separate pentru mentenan i pentru management. Bazat pe o strategie de tip tera parte o arhitectur Ethernet permite scalabilitate, poate oferi informaie partenerilor cheie din industrie, ai departamentelor din transporturi i poate adera la standarde integrnd prin convergena datelor cu vocea n reelele existente pentru a proteja i extinde investiiile fiecrui departament din transporturi n parte.

    Serviciile sigure ale aplicaiilor de reea i inteligena inserat n informaia transmis pot conecta sistemele inteligente de transport furniznd flexibilitate i baza unui mediu receptiv bazat pe standarde deschise care permit operatorilor s acceseze informaiile vitale cu scopul de a crete oraiunile, activeaz punctele de alarm, accelereaz deciziile i extinde serviciile oferite de infrastructur i de drumuri.

    Ageniile de transporturi din zilele de azi nu i pot permite s preia riscurile unei investiii n mod semnificativ datorit fluctuaiilor bugetelor proprii, a limitrilor de spaii fizice i a investiiilor considerabile pe care acetia le-au fcut deja n infrastructura de reea. Oricum, dac infrastructura existent const n elemente de reea IT disparate, capacitatea de a mbunti este n mod semnificativ stopat, crend urmtoarele provocri:

    protocoale de reea variate; dezvoltare i design de reea complicat i costisitor;

    aplicaii redundante; sisteme brevetate. Pentru a ajunge la beneficiile utilizrii resurselor integrate fr de piedicile care pot

    apare cnd soluiile sunt bazate pe produse oferite de la mai muli fabricani, arhitectura Ethernet permite convergena reelelor disparate ntr-o infrastructur ce posed informaie inteligent. Arhitectura unei reele Ethernet pentru managementul industriei din transporturi este o fundaie flexibil, de coeziune i receptiv care permit administratorilor s centralizeze prevederile, s dezvolte i s menin la un nivel avansat aplicaiile din transporturi.

    Aceast reea integrat suport voce, date i video, ageniile putnd susine avantajele oferite de propriile reele n timp ce vor dezvolta noi aplicaii.

    2.8. Studii de caz exerciii practice

    Soluii de securitate a reelei sunt bazate pe criptare i tunelare (tunneling),

    capt-la-capt, conexiuni de reea private peste reelele de tip tera-parte cum ar fi

  • 28

    Internet sau Extranet i furniznd software pentru protecia wireless i sisteme pentru detecia intruziunilor. Securitatea este construit pe baze hardware, permind o protecie solid prin ntreaga reea i oferind o mai bun securitate fa de soluii de sine stttoare punct produs.

    Soluii wireless soluiile de comunicaie fr fir n reelele de arie restrns (LAN) sunt integrate n mod transparent n reelele existente ca servicii wireless overlay adic servicii ce se adaug opional celor existente sau prin crearea de reele n totalitate wireless, permind mobilitate i crescnd productivitatea rapid i la un cost eficient. Soluiile wireless stabilesc standardele de implementare a serviciilor utile n transporturi la un nivel de performan nalt, securizat i uor de condus.

    Soluii de comunicaie IP un sistem vast de soluii bazate pe IP incluznd telefonia IP, comunicaii unificate, video prin IP i conferine audio, centre de contact faciliteaz o mai mare angrenare i o interaciune eficient ntre angajai, parteneri i clieni i ofer fundamentul unei colaborri viabile. Soluia de telefonie IP extinde capacitatea reelei de transport de a include serviciile de voce. Prin integrarea vocii, datelor i video, departamentele de transport pot folosi aceeai reea utilizat la supraveghere video i pentru furnizarea de servicii telefonice pe marginea oselei, soluiile de telefonie IP minimizeaz disocierea serviciilor de comunicaii n momentul apariiei unui eveniment i sporete promptitudinea pentru intervenii.

    Soluii optice de tip CWDM/DWDM multiplexarea cu diviziunea lungimii de und course/dense (CW/DWDM) folosete multiple lungimi de und de lumin pentru a transmite semnale prin fibra optic. n prezent, CW/DWDM este o component crucial a reelelor optice deoarece maximizeaz utilitatea cablelor de fibr optic instalat deja i ofer posibilitatea ca serviciile noi s poat fi uor i rapid oferite (absorbit) pe pia peste infrastructura existent. Un sistem de tip arhitectur deschis permite unei varieti semnificative de dispozitive s fie conectate, incluznd terminalele SONET, switch -uri ATM i routere IP. Tehnologia CWDM este bazat pe aceleai concepte WDM ca tehnologia DWDM. Cele dou tehnologii difer n principal de spaiile lungimilor de und, numerele de canale i abilitatea de a amplifica semnalele n spaiul optic.

    Routere pentru acces mobil Optimizarea aplicaiilor pe vehicule devine o soluie de pionierat a felului n care vor comunica ageniile i de a mpri informaiile pe reelele wireless. Routerele pentru acces mobil proiectate pentru conectivitatea always-on, faciliteaz mobilitatea tuturor reelelor i implicit a dispozitivelor de comunicaie aflate n vehiculele n tranzit cum ar fi camioanele, vehiculele de urgen i automobilele. Pentru managerii de proiecte, reelele ITS trebuie s ndeplineasc condiii de fiabilitate, disponibilitate i securitate. n acelai timp, elementele de reea trebuie s furnizeze posibiliti de nalt inteligen care permit utilizatorilor finali s preia avantajele fluxului de informaii disponibil. Reeaua Ethernet inteligent poate satisface aceste cerine cu succes, tinznd s creeze o migraie ctre aceste platforme robuste.

    2.9 Exerciiu practic

    Pe baza informaiilor de mai sus realizai un studiu de caz pentru interseciile

    prezentate care s conin proiectarea amplasrii a dulapurilor Ethernet, astfel nct s se realizeze o infrastructur comunicaional fiabil.

  • 29

    Artai asemnrile i deosebirile dintre topologiile de mai jos, explicai ce tipuri de

    cabluri se pot utiliza pentru realizarea topologiilor, ce rol are un server in topologie etc. Sa se proiecteze tipurile de echipamente necesare, s se analizeze topologia dpdv fiabilitate/cost.

  • 30

    Lucrarea 3. IMPLEMENTAREA PROTOCOLULUI NTCIP14 I TOPOLOGII DE REEA SPECIFICE ITS

    3.1 Aspecte generale ale NTCIP

    Software-ul automatului de control al panourilor cu mesaje variabile trebuie s se

    supun cerinelor protocolului ITS pentru comunicaiile naionale din transporturi (NTCIP) i documentaiilor publicate nainte de 1 iulie 1999. Acesta trebuie s suporte urmtoarele standarde:

    1. NTCIP 1101, Simple Transportation Management Framework (STMF), n conformitate cu nivelul 1 (Simple Network Management Protocol (SNMP))

    2. NTCIP 2001, Class B Profile. Toate porturile seriale ale dispozitivelor trebuie s suporte comunicaii n concordan cu aceste standarde.

    3. NTCIP 2101, SP-PMPP/RS232 Protocolul punct la multi-punct (PMPP) 4. NTCIP 2201, NTCIP TP-Null Profilul de transport nul (TP-NULL) Software-ul controler-ului panourilor cu mesaje variabile trebuie s aib

    implementate toate obiectele de la nivel de programare pentru grupurile care sunt n conformitate cu NTCIP 1201, Global Object Definitions, i NTCIP 1203, Object Definitions for Dynamic Message Signs. Adic trebuie s fie capabil de a rula programe pentru:

    1. Configurarea VMS15; 2. Configurarea MULTI16 ; 3. Mesajul de control default; 4. Control Serviciul de control la nivel de pixel; 5. Controlul erorilor MULTI; 6. Starea panoului; 7. Erori de stare; 8. Starea erorii la nivel de pixel; 9. Starea erorii la nivel de lamp; 10. Starea erorii la nivel de ventilator; 11. Starea alimentrii cu curent electric; 12. Starea temperaturii. Software-ul automatului panourilor cu mesaje variabile trebuie s implementeze

    urmtoarele funcii ale Mark-Up Language for Transportation Information (MULTI) aa cum sunt definite n NTCIP 1203:

    1. Flash; 2. Font; 3. Linia de justificare; 4. Pagina de justificare;

    14

    National Transportation Communication for ITS Protocol 15

    Variable Message Sign 16

    Mark-Up Language for Transportation Information

  • 31

    5. Text n micare; 6. Linie nou; 7. Pagin nou; 8. Timp predefinit per pagin. 3.2 Implementare NTCIP caz practic

    Implementarea unui sistem bazat pe tehnologia reelelor de calculatoare se prezint mai jos, iar legtura fizic dintre componentele unei reele ITS se poate realiza cu fibr optic. Dispozitivele de adaptare a semnalului fac trecerea de la mediul Ethernet la echipamentele din transport. Aceast abordare ofer rspuns la ntrebarea: unde trebuie implementat Ethernet pentru VoIP 17 i VPN? Dulapurile de echipament ar putea fi amplasate pe marginea drumurilor publice.

    Figura 1. Aplicaie ITS cabinet stradal (dulap de echipament)

    18

    17

    Voice over IP voce peste Internet 18

    A Comparison of Dispersed Topologies for Ethernet, Roger Moore, RuggedCom Inc. Industrial Strength Networks,Concord Ontario Canada, 2006.

  • 32

    Figura 2 Aplicaie ITS conceptual inel fibr optic

    19

    Exemplul din figura 3 arat o arhitectur conceptual a reelelor ce pot fi dezvoltate

    pornind de la centrul de control al traficului.

    Figura 3 Aplicaie ITS cabinet stradal cu switch de nivel 3

    19

    Ibidem

  • 33

    Utilizarea unor echipamente de nivel 3 mult mai performante pot asigura transferul mrit de informaie util. Tehnologia Gigabit poate oferi suport n dezvoltarea aplicaiilor ITS.

    Figura 4. Proiectare reea ITS Gigabit concept general

    20

    Figura 5. Arhitectur ITS Gigabit cu link de agregare concept general

    21

    20

    Ibidem 21

    Ibidem

  • 34

    Se recomand utilizarea unei reele foarte bine proiectat i centralizat pentru a face fa aplicaiilor pentru controlul traficului. Fibra optic este alegerea optim deoarece este imun la zgomotele perturbatoare din mediu i poate transporta date pe distane foarte mari.

    3.3 Proiectarea unei topologii orientat pe conexiune studiu de caz

    Tendina pentru automatizare i control al reelelor n transporturi este aceea de a

    utiliza Ethernet ca nivel fizic. Aceast decizie formeaz o matrice i un mecanism cu prghii bine definite ntre echipamentele de reea i dispozitivele specifice industriei transporturilor. Cu toate acestea, dezvoltarea unei reele Ethernet n timp real ntr-un spaiu dispersat geografic presupune numeroase provocri. n momentul n care distana dintre staiile unui mijloc de transport este considerat la nivel de kilometri, reeaua este considerat la nivel logic un LAN, dar fizic nu este deloc de tip local. Costurile cablrii pot fi semnificative ntr-o astfel de reea; proiectarea unei topologii ce minimizeaz costurile de implementare i definesc o reea robust devine din ce n ce mai dificil. 22 Alegerea unei topologii de reea corespunztoare are ca scop:

    - s elimine conceptul de single point of failure (dac exist o eroare pe reea ntregul sistem de calculatoare s nu fie dezactivat echivalentul unei structuri fiabilistice de tip serie) pentru ntreaga reea;

    - s elimine single point of failure la nivel de echipament; - s furnizeze timp de rspuns deterministic punct la punct; - s minimizeze ntrzierea punct la punct; - s maximizeze banda disponibil pentru fiecare staie; - s poat accesa uplink23-ul pentru a avea acces la facilitile managementului

    central; - s reduc managementul de reea; - s minimizeze costurile cablrilor.

    22

    Ibidem; 23

    Uplink aici n sensul de acces la bazele de date i la informaiile centrului de comand.

  • 35

    Figura 6 Legenda pentru diagramele de topologie

    24

    Pentru redundan logic este necesar explicitarea protocolului Spanning tree. O

    reea Ethernet nu trebuie s aib inele nchise n topologie (bucl25). O bucl local rezult n momentul n care un broadcast storm26 produce o circulaie a cadrelor n reea astfel nct acestea slbesc eficiena reelei, circulnd n cerc nchis i fcnd imposibil utilizarea acelei interstructuri27. STP permite reelei s aib inele fizice n alctuire, dar previne traficul s circule ntre aceste inele, blocnd legturile la nivel logic. Ca un switch28 s suporte STP trebuie avut n vedere c aceasta implic existena unui soft de management i cost ridicat pentru acel echipament. Switch-urile cu management vin n general cu numeroase caliti adiionale cum ar fi:

    - interfa n linia de comand pentru a putea configura dispozitivul via telnet sau RS 232;

    - configurare per port; - SNMP; - statistici RMON Ethernet; - VLAN (802.1Q), prioritizarea cozilor de ateptare (802.1P). STP are doi parametri principali care trebuie configurai pentru fiecare switch din

    reea, acetia fiind: prioritatea la nivel de port i prioritatea la nivel de bridge29. Switch -ul cu cea mai mic prioritate de bridge devine root bridge n reea. Root

    bridge-ul reprezint centrul logic al reelei i nu este amplasat obligatoriu n centrul fizic al reelei. Dac ne imaginm un copac ntors invers root bridge-ul este baza acestuia. Root bridge-ul se poate schimba n timp, n momentul n care un switch este schimbat sau nu mai este funcional. Scopul principal al STP este de a verifica faptul c numai un switch

    24

    Ibidem 25

    Loop aici se refer la legtura dintre backbone i echipamentele de pe teren, iar aceasta nu trebuie s aib inele logice n alctuire. 26

    Termen utilizat pentru situaia n care apar transmisii simultane de date. 27

    Termen nou introdus pentru a defini stratul intermediar dintre infrastructur i suprastructur 28

    Element de comutaie de nivel 2 OSI. 29

    Element de comutaie de nivel 2 OSI care are 2 porturi Ethernet i mparte o reea n domenii de coliziune.

  • 36

    este responsabil cu transmisia traficului din direcia root bridge-ului ctre orice link dat. Dac ntr-un anumit moment este activ doar o anumit cale dat de la root ctre un link atunci nu va exista nici un inel logic n topologie. Switch -ul responsabil cu transmiterea traficului de-a lungul unei legturi este denumit bridge-ul desemnat pentru acea legtur.

    Exist 3 tipuri de porturi pentru un switch desemnat: un port desemnat este acela care transmite trafic de la root la o legtur; un port root ofer conexiune cu bridge root -ul;

    toate celelalte porturi sunt inactive sau oprite de ctre STP. Protocolul STP determin porturile root i cele desemnate prin criterii de

    determinare a cii cu cel mai mic cost (bazndu-se pe viteza legturii) pn la bridge root. De reinut c prezena inelelor logice ntr-o reea nu presupune ca toate switch -urile s suporte STP. Atta timp ct cel puin un switch dintr-un inel dat suporta STP, reeaua va funciona. n transporturi este necesar ca cel puin switch -ul de backbone s suporte STP. Necesitatea ca switch-urile amplasate n staii sau intersecii s suporte STP depinde exclusiv de topologie.

    3.3.1 Topologie cu inele de tip restrns Topologia restrns cu inele const din dou staii de lucru per inel cu un singur

    switch de backbone aa cum se arat n figura de mai jos. Fiecare staie are o conexiune direct cu echipamentul de backbone i o conexiune cu un switch vecin de pe teren.

    Aceast topologie nu necesit suport STP la nivel de switch amplasat pe teren deoarece numrul maxim de hop30-uri dintre orice pereche de dispozitive este cinci (se respect astfel regula celor 5 hop-uri). Numrul de hop-uri variaz ntre trei i cinci depinznd de echipamentele ce schimb informaie la un anumit moment dat. De exemplu, ntre dispozitivul A conectat la ST1 i dispozitivul C conectat la ST39 sunt 3 hop-uri iar ntre dispozitivul A conectat la ST2 i dispozitivul C conectat la ST40 sunt cinci hop-uri.

    Banda maxim acceptat i garantat de o staie este 50 Mbps

    Figura 7 Topologie cu inele de tip restrns

    O cdere a unei singure legturi n aceast topologie se poate recupera via STP. O

    cdere a dou legturi pe un inel va izola dispozitivele din acel inel. Cderea funcional a

    30

    Un hop reprezint trecerea unui pachet de date dintr-un nod n altul al reelei.

  • 37

    backbone -ului va izola complet toate inelele. Figura de mai jos arat efectele cderilor diferitelor legturi.

    Figura 8 Topologie cu inele de tip restrns dup cderea unei legturi.

    3.3.2 Topologie cu inele mari

    Acest tip de topologie este alctuit din mai multe inele de staii foarte mari (mai mult de dou) conectate la un singur switch de backbone. Figura 11 ilustreaz topologia cu cinci staii per inel. Aceast topologie necesit suport STP din partea switch -urilor amplasate pe teren. Numrul de hop-uri variaz ntre 3 i 5 depinznd de dispozitivele care comunic. Echipamentului de backbone trebuie s i se asigure prioritatea maxim de bridge pentru ca acesta s fie switch -ul root. Acest tip de topologie va funciona i cu switch -uri fr management pentru echipamentele de teren, oricum numrul maxim de hop-uri dintre dou dispozitive ce comunic la un moment dat este 11. Aceasta poate conduce la ntrzieri neateptate i la restrngeri cantitative a benzii de trafic per staie. Banda maxim garantat per staie este n general de 33 Mbps. Ctigul principal al utilizrii acestui tip de topologie este minimizarea costurilor.

    Figura 9 Topologie cu inele mari

  • 38

    Orice cdere a unei legturi n aceast topologie se poate recupera via STP. O cdere a dou legturi pe un inel va izola dispozitivele din acel inel. Prin interstructura31 prezentat se pot implementa servicii de VoIP i VPN att timp ct echipamentele de la marginea reelei pot susine aceste tipuri de transferuri de date.

    Figura 10 Topologie cu inele de tip larg dup cderea unei legturi

    nainte ca legtura s cad, traficul de la A ST132 ctre A ST35 necesita trei

    hopuri. Dup ce legtura este dezactivat, acelai trafic necesit opt hopuri. 3.3.3 Topologia de tip mesh (fiecare cu fiecare) Topologia de tip mesh const dintr-un singur switch de backbone; fiecare staie are

    o legtur direct cu backbone -ul i o conexiune cu mai mult de un switch de teren, aa cum este reprezentat n figura 11. Conexiunile intre staii rezult ntr-o structur redundant a legturilor i sunt rutate punndu-se accent mai mult pe legturile fizice dect pe topologia n sine. Unele staii pot avea mai multe legturi fizice cu alte componente dac acest lucru este uor de realizat.

    Acest tip de topologie necesit utilizarea protocolului STP la nivel de switch amplasat pe teren, datorit numeroaselor inele ce trec prin switch -uri. Switch -ul de backbone trebuie s aib cea mai mare prioritate de bridge, pentru ca acesta s preia rolul de bridge root n reea. Legturile dintre staiile intermediare vor fi dezactivate deoarece fiecare staie este direct conectat la backbone. Cu alte cuvinte, n timpul unei operaii normale, de-a lungul reelei, tot traficul traverseaz backbone -ul i nu trece prin legturile dintre staiile intermediare.

    Topologia mesh are mai multe beneficii n ceea ce privete performana:

    31

    Termenul interstructura este folosit pentru prima dat in domeniul sistemelor inteligente de transport n cadrul referatelor de doctorat ale coautorului Grafu Florin Domnel. 32

    Switch de teren

  • 39

    - poate tolera cderile multiple de legturi; - poate tolera cderea total a backbone -ului; - banda este accesibil n totalitate de ctre staii. Dezavantajele sunt: - costuri ridicate pentru switch -urile de teren deoarece acestea trebuie s aib

    software de management i trebuie s aib patru porturi de fibr optic; - complexitatea reelei.

    Figura 11 Topologie logic mesh

    Figura 12 Topologie logic mesh dup ce s-a dezactivat o legtur

    nainte ca legtura s fie dezactivat traficul de la A ST12 ctre A ST9 necesita

    trei hop-uri. Dup ce legtura a czut, acelai trafic necesit patru hop-uri.

  • 40

    3.3.4 Topologia dual backbone

    Acest tip de topologie are dou switch -uri de backbone iar fiecare switch de teren are cte o legtur la fiecare din acestea. Avantajele topologiei duale sunt urmtoarele:

    - poate tolera dezactivarea unui backbone fr a pierde proprietile de uplink; - band maxim pentru toate switch -urile; - nu necesit management din partea switch -urilor de teren. Dezavantajele sunt: - costuri foarte mari de cablare n comparaie celelalte topologii; - necesit dou switch -uri de backbone; - cablurile de la switch -urile din teren trebuie astfel amplasate astfel nct s se

    elimine posibilitatea ca s fie dezactivate toate simultan. Deoarece nici una din topologiile menionate nu tolereaz dezactivarea switch -urilor

    de teren se pune in discuie proiectarea echipamentelor finale s se fac astfel nct acestea s aib n componen dou porturi Ethernet pentru a fi conectate la switch -uri diferite. Lund n considerare i dualitatea switch -urilor de backbone se poate ajunge la o reea foarte performant.

    Figura 13 Topologia logic dual backbone

    3.3.5 Comparaie ntre topologii O reea controlat n timp real poate fi foarte sensibil la ntrzierea comunicaiilor

    dintre dispozitivele de management ITS. La unele categorii de sisteme ITS, cum ar fi cele de management al traficului urban, ntrzierea datelor la transmisie este critic deoarece sistemele au numai un interval limitat de timp ntre momentul deteciei unui vehicul i momentul n care acesta ajunge la o intersecie unde trebuie prioritizat. n cele ce urmeaz se va calcula ntrzierea funcie de numrul de hop-uri, adic de switch-uri. Numrul de hop-uri este relevant deoarece majoritatea switch -urilor de azi sunt proiectate s funcioneze n regim de store and forward (stocheaz i trimite mai departe). Store and

  • 41

    forward const ntr-o ntrziere minim a unui timp de transfer a unui cadru per hop n timp ce ntregul cadru Ethernet este stocat de ctre switch nainte ca acesta s fie trimis ctre portul de destinaie. ntrzierea pentru un cadru de 1500 bytes este n jur de 125 s la 100 Mbps. La apariia unei congestii n LAN, fiecare switch de teren trebuie s memoreze cadre n coada de ateptare, fapt ce conduce la creterea ntrzierilor. Pentru o mai bun argumentare, presupunem c un switch de teren are o coad de ateptare nominal de opt cadre (un LAN foarte solicitat!). ntrzierea este acum de 1 ms per switch. ntrzierea ntr-o anumit direcie este deci produsul ntre numrul de switch -uri i o milisecund. n cel mai ru caz ntrzierea pentru o topologie mare cu inele este aproximativ 26 ms. Aceast ntrziere rmne totui mai mic dect timeout-ul cel mai mare al nivelurilor nalte ale protocoalelor ca cel TCP.

    Tabelul de mai jos ilustreaz avantajele relative ale topologiilor discutate mai sus. Tabelul se bazeaz pe faptul c topologiile se afl n condiii normale de funcionare, adic nici o legtur nu este dezactivat. Toate topologiile pot avea performane reduse dup o cdere a unei legturi.

    Criteriu Inele reduse

    Inele largi

    Mesh Backbone dual

    Toleran la dezactivarea unei singure legturi Da Da Da Da Toleran la dezactivarea switch -ului de backbone

    Nu Nu Da(1) Da

    Plaja de valori a switch -urilor hop-uri 3 5 3 7 3 3 Banda maxim per staie de lucru (Mbps) 50 33 100 100 Costul relativ al cablrilor (2) 1,75 1 2 3 Necesit switch -uri de teren cu management Nu Da(3) Da Nu Numrul de porturi S.M. per switch de teren 2 2 4 2 Numrul de porturi S.M. per backbone 40 16 40 80

    1. Facilitile de management prin uplink sunt pierdute. 2. Estimate pentru un model restrns ca suprafa; depinde foarte mult de aezarea geografic a staiilor de lucru. 3. Poate fi realizat cu switch-uri fr management chiar dac performanele scad.

    3.4 Exerciiu practic

    1. S se sertizeze cabluri straight i cross-over pentru conectarea echipamentelor

    de reea. S se studieze standardele T 568 A i T 568 B pentru cablurile UTP, STP. Ce tip de cablu (direct sau inversat) se foloseste pentru conectarea a dou switch-uri?

    2. S se conecteze 3 switch -uri ntr-o reea mesh. 3. S se configureze dou VLAN -uri pe un switch Catalyst 2950 i s li se atribuie

    cate 2 porturi fiecruia. Precizai care sunt setrile de conectare la consola unui router sau switch i ce tip de cablu se folosete pentru conectarea computerului la portul consol al acestuia.

    4. Comparai topologiile de reea nvate i aducei argumente cu privire la posibilitatea de aplicare a acestora n practic, precum i a avantajelor i dezavantajelor acestora.

  • 42

    5. Studiai urmtorea arhitectur de reea:

    - Ce tipuri de cabluri UTP se conecteaz ntre echipamente? - Ce tipuri de switch -uri i routere putei folosi n arhitectura de mai sus?

    6. Precizai ce echipamente din traficul urban ar fi compatibile cu soluiile Ethernet.

  • 43

    Lucrarea 4. MODELE DE TRAFIC CUPLATE I SIMULRILE AFERENTE

    4.1. Introducere

    n ultimii ani, utilizrile tehnologiilor de simulare a traficului s-au extins i n alte

    domenii, cum ar fi managementul i optimizarea traficului urban. Astzi, simularea traficului este folosit pe scar tot mai larg pentru planificarea strategiilor de ghidare pentru managementul traficului i pentru sisteme de ghidare individuale. Pentru utilizarea n aceste domenii este nevoie de modele de trafic detaliate ale marilor regiuni urbane, cu acuratee suficient precum i medii de simulare foarte performante. n prezent aceste cerine nu pot fi satisfcute numai cu ajutorul simulrii de trafic microscopice. Tendina tehnologiilor de microsimulare de a se perfeciona n domeniul acurateii modelelor ntmpin probleme legate de meninerea condiiilor de trafic i a semnalizrii n model la fel ca n realitate. Viteza de simulare las nc de dorit, n special pentru modele extinse n spaiu. Viteze mai mari de simulare pot fi realizate cu ajutorul modelelor de trafic mezoscopice i a simulrilor bazate pe automatizarea celular, datorit dinamicii de urmrire a mainilor i a simulrilor influenate de evenimente. Aproximarea controlului traficului este o combinaie binevenit pentru o simulare mai eficient. Folosirea diferitelor sisteme de simulare ntr-un model integrat are un avantaj considerabil fa de un model unic referitor la efortul de modelare i corectitudinea rezultatelor. Decisiv n acest context este opiunea granielor spaiale ntre componentele modelului (definirea sarcinilor de simulare pentru fiecare component a modelului).

    4.2. Abordri ale modelrii de trafic

    4.2.1 Modele individual-continue de trafic Creterile de performan a calculatoarelor au fcut posibil considerarea in mod individual a autovehiculelor, pentru simularea traficului. Aceste abordri sunt numite individual-continue sau microscopice. Aici starea de micare a fiecrui vehicul este calculat la momente echidistante n timp. De aceea, abordrile individual-continue mai sunt numite modele de simulare bazate pe pai. Micarea vehiculelor este descris prin ecuaii difereniale prin care se disting procesele de:

    - mers normal; - urmrire a unui autovehicul; - frnarea pn la oprire n faa unei coloane sau la culoarea roie a semaforului; - acordare a prioritii.

    Simularea fiecrui proces nu este prezentat omogen n literatur. Pentru procesul de urmrire a unui autovehicul modelul de progres reciproc introdus de Gazis n 1959 este des folosit, cu modificri variate. n acest model, acceleraia vehiculelor este calculat cu

  • 44

    ecuaia de mai jos unde acceleraia depinde de viteza celor dou autovehicule, de diferena de vitez ntre acestea i de avansul vehiculului din fa.

    1nx reprezint acceleraia, 1nx viteza, m, l exponenii greutii; a parametrul de

    sensibilitate. O alt abordare microscopic este bazat pe WIEDEMAN 1974 i 1991. Abordarea conine un model psiho-fizic de urmrire a autovehiculului privind micarea longitudinal a vehiculelor i un algoritm bazat pe reguli pentru micrile laterale. Este implementat ntr-un program numit VISSIM, introdus de FELLENDORF. Comparat cu abordrile colective continue asupra traficului, modelele individual- continue au avantajul c simuleaz i reprezentarea vizual a vehiculelor individuale i realizeaz descoperiri foarte detaliate i plauzibile asupra fenomenelor din traficul urban, innd cont de influena duratelor de semnalizare variabile i sistemelor de ghidare a traficului. Numai luarea n calcul a vehiculelor individuale permite interaciunea ntre infrastructura electronic de transport i conductorul autovehiculului. Aceast abordare face posibil studiul detaliat al efectelor msurilor colective i individuale de control i reglare a traficului. Acest avantaj are ns i o problem. Calculul ecuaiilor difereniale i al algoritmilor mai puin sofisticai pentru fiecare vehicul din reeaua de drumuri (cel puin o dat pe secund) ocup mult timp de simulare. Funcionarea on-line a acestor tipuri de modele microscopice pentru confirmarea deciziilor i optimizarea n ntreaga reea a semnalizrilor variabile n funcie de trafic sunt pe moment, n bun parte, excluse.

    4.2.2 Modele distincte dependente de densitatea traficului O metod de a evita un consum mare de timp de simulare este aceea de a elimina calculul strii de micare pentru fiecare autovehicul, la intervale regulate de timp. Aceasta se realizeaz printr-o abordare distinct, dependent de densitatea traficului, denumit i mezoscopic. n aceasta, parametrii de micare ai vehiculelor individuale sunt calculai n funcie de evenimente. Cnd un vehicul trece n urmtoarea seciune de drum i este desemnat o nou vitez, care depinde de numrul de vehicule prezente n acea seciune - conform relaiei vitez-densitate din diagrama 1 (vezi figura 1). Aceast abordare accelereaz mult simularea, deoarece timpul de sosire al vehiculelor la sfritul unei seciuni poate fi determinat n doar un pas de simulare. Executarea unui pas de simulare este indus de un eveniment cum ar fi intrarea unui vehicul ntr-o seciune nou. Abordarea n funcie de evenimente este util doar pentru simularea traficului rutier. Rezultate relativ exacte pot fi obinute pentru procese de trafic n intersecii individuale dac lungimea real a cozii de vehicule (nu numai numrul de maini n ateptare) este mai puin important. Comparat cu aceast aplicaie, simularea unei ntregi reele de trafic necesit calcularea exact a nivelului de congestie.

  • 45

    4.2.3 Automate celulare Alt grup de modele de simulare de trafic se bazeaz pe aa-numitele automate celulare, model care a fost dezvoltat la nceput pentru simularea curgerii materialelor granulare. Folosind acest principiu, Schtt a prezentat un model de simulare pentru calcularea cu mare eficien a traficului rutier. Aceast abordare mparte reeaua de drumuri n seciuni de lungimi egale. Aceste seciuni cu lungimea de 7,5 metri (lungimea medie a unui vehicul cu distana minim) ce pot fi ocupate ori de un singur, vehicul ori de nici unul. ntr-un interval de timp de o secund, vehiculele trec prin una sau mai multe seciuni, dac seciunile nu sunt ocupate. Diferitele viteze sunt simulate prin numrul de seciuni traversate. Avantajul esenial al automatelor celulare este acela c simuleaz foarte rapid, dar rezultatul simulrii este inexact. Aceast situaie devine foarte clar dac se consider c numai cteva viteze pot fi simulate, datorit discretizrii spaiale i temporale.

    4.3 Transformarea modelului 4.3.1 Procedur general Obiectivul general este acela de a reduce drastic consumul de timp al simulrii prin transformarea unui model individual continuu ntr-o descriere individual-discret ce menine o calitate acceptabil a rezultatelor simulrii, cum ar fi plauzibilitatea datelor i acurateea animaiei. Pentru aceasta este propus urmtorul procedeu:

    (1) construirea i calibrarea unui model de referin individual continuu; (2) definirea parametrilor de validare, innd cont de obiectivele simulrii; (3) rularea simulrii o dat pentru msurarea parametrilor de validare; (4) transformarea structurii modelului prin mprirea seciunilor de drum; (5) definirea parametrilor echivaleni; (6) reglarea i adaptarea parametrilor echivaleni; (7) folosirea modelului obiectiv pentru obinerea eficient a obiectivelor de simulare.

    Figura 1 descrie traiectoriile vehiculelor n cazul unui model obiectiv al unei intersecii semnalizate n continuarea unei strzi cu o singur band. Vehiculele se opresc periodic n intersecii, datorit semnalizrii rutiere. Se poate observa c viteza se schimb discontinuu (acceleraie infinit) n cadrul modelului individual discret. Discontinuitatea este cauzat de evenimente, moment cnd vehiculelor li s