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无线传感器网络在智能交通系统中应用

 智能交通体系(ITS)运用在城市交通中首要体现在微观的交通讯息搜集、交通操控和诱导等方面,经过进步对交通讯息的有用运用和办理来进步交通体系的效 率,首要是由信息搜集输入、战略操控、输出履行、各子体系间数据传输与通讯等子体系组成。信息搜集子体系经过传感器搜集车辆和路面信息,战略操控子体系根 据设定的方针(如通行量最大、或均匀候车时刻最短等)运用核算方法(例如含糊操控、遗传算法等)核算出最佳计划,并输出操控信号给履行子体系(一般是交通 信号操控器),以引导和操控车辆的通行,抵达预设的方针。 

  无线传感器网络是一种交融短程无线通讯技能、微电子传感器、嵌入式体系的新技能,逐步被用于智能交通体系等需求 数据搜集与检测的相关范畴。依据IEEE 802.15.4规范的ZigBee技能,具有以下杰出特性:①功耗低,2节一般5号电池可支撑一个节点作业6~24个月;②组网才能强,网络最多可达个 节点,并支撑树状、星状、网状等多种组网方法;③传输间隔远,两节点室外传输间隔可达几百米,在添加发射功率后可达几千米;④可靠性高,具有多级安全模 式;⑤本钱低,敞开的简化ZigBee协议栈,作业在2.4GHz免执照的ISM频段。

  无线传感器网络具有优秀特性,可认为智能交通体系的信息搜集供给一种有用手法,能够监测路口各个方向上的车辆, 依据监测成果,改进简化、改进信号操控算法,进步交通功率。无线传感器网络能够运用于履行子体系中的操控子体系和引导子体系等方面。例如能够运用该技能改 进信号操控器,完结智能公交体系的公交优先功用。

  用于ITS的无线传感器网络构建

  如图1所示,在无线传感器网络结构中,装置路途两旁的会聚节点组成一个自组织的多跳网状Mesh根底网络构架, 交通讯息搜集专用的传感器终端节点与每个接近的会聚节点组成星型网络进行通讯,终究的数据将被会聚到网关节点上。网关节点能够作为一个模块装置在穿插路口 的交通讯号操控器内,经过信号操控器的专有网络,将所搜集到的数据发送到交管中心作进一步处理。

  在无线传感器网络布置中,会聚节点能够装置在路旁边立柱、横杠等交通设施上,网关节点能够集成再穿插路口的交通讯 号操控器内,专用传感器终端节点能够填埋在路面下或许装置在路旁边,路途上的运动车辆也能够装置传感器节点动态参加传感器网络。

无线传感器网络在智能交通系统中应用

图1 用于智能交通讯息搜集的无线传感器网络结构

  选用无线传感器网络进行交通讯息搜集

  在交通讯息收会集,终端节点可选用非触摸式地磁传感器来守时搜集和感知区域内车辆的速度、车距等信息。当车辆进 入传感器的监控规模后,终端节点经过磁力传感器来搜集车辆的行进速度等重要信息,并将信息传送给下一个守时醒来的节点。当下一个节点感应到该车辆时,结合 车辆在两个传感器节点间的行进时刻估量,就可预算出车辆的均匀速度。多个终端节点将各自搜集并开始处理后的信息经过会聚节点会聚到网关节点,进行数据融 合,取得路途车流量与车辆行使速度等信息,从而为路*通讯号操控供给准确的输入信息。经过给终端节点装置温湿度、光照度、气体检测等多种传感器,还能够进 行路面情况、能见度、车辆尾气污染等检测。

无线传感器网络在智能交通系统中应用

图2 用于交通讯息搜集的无线传感器网络布置

  无线传感器网络在ITS中的运用

  完结智能公交体系中的公交优先功用需求对现有交通讯号操控器进行改造。经过添加传感器等辅佐设备,交通讯号操控 器能够预算出公交车辆抵达穿插路口的时刻(游览时刻),核算出公交车辆在路口是否需求给予优先(可挑选乘客数量作为优先权重),然后挑选适宜的优先操控策 略,经过调整绿信比来优先放行公交车辆。交通讯号操控器的改造包含:

  ①车载无线通讯终端节点;

  ②穿插路*通讯号操控器上集成无线网关;

  ③用于公交车辆定位的终端节点;

  ④经过构建依据ZigBee的无线传感器网络能够完结上述功用。

  当要接近路口时,车载ZigBee无线终端节点进行公交车辆信息播送,路旁边布置的无线传感器网络获取信息后,公 交车辆定位的终端节点对其盯梢获取信息并会聚到无线传感器网络网关节点上,经过内部衔接最终信息传送给交通讯号操控器,进行相应的优先处理。

  网络节点和网关节点的规划

  网络节点软件功用规划

  在ITS无线传感器网络的规划中,网络节点依照功用不同,需求别离进行规划。终端节点、会聚节点和网关节点的软 件功用如图3所示。终端节点装置不同的传感器用于运动车辆信息搜集和路途信息获取等。其功用完结可依照精简功用设备(RFD,Reduced Function Device)规范来完结。终端节点与会聚节点依照星型网络组网,在固守时刻点由睡觉状况醒来与会聚节点自动通讯。信息路由则交给父(会聚)节点及网络中 具有路由功用的和谐器和路由器完结,下降了节点功耗和软件完结杂乱度。会聚节点是终端节点软件功用上的扩展,完结了扩展网络及路由音讯的功用,答应更多重 点节点接入网络。可依照全功用设备(FFD,Full Function Device)规范进行规划。

无线传感器网络在智能交通系统中应用

图3 无线传感器网络节点软件功用

  网关节点是网络中所需求的和谐器,担任发动网络、装备网络成员地址、保护网络、保护节点的绑定联系表等,还担任 将所搜集的数据开始处理并交给交通讯号操控器传输到上一级信息中心,需求较多存储空间、核算及通讯才能。

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  网络节点硬件功用规划 

无线传感器网络在智能交通系统中应用

图4 传感器节点规划

无线传感器网络在智能交通系统中应用

 图5 Imote2体系结构

  ●节点规划其他考虑

  在智能交通体系专用无线传感器网络节点规划时需求如下考虑:

  ①节点低功耗规划。终端节点都是电池(可用太阳能蓄电池)供电。

  ② 节点本钱要低价。在进行大规模交通讯息搜集等布置时,节点本钱将是项目要害。

  ③节点的数据处理及存储才能。一些节点需求进行高速信息搜集而且运转辨认算法,所以需求数据处理才能。还需求考 虑在有限的空间之内存储程序、数据、以及支撑代码在线更新等功用。

  ④此外,依据不同运用场合的需求,无线传感器节点要具有不同的传感器接口,能外接不同的传感器。

  其间,能耗办理应该作为要点考虑。特别是选用32位ARM处理器外接射频芯片的解决计划,需求有用下降节点能 耗,需求在体系级软件进步一步改进能耗办理,例如优化TinyOS或嵌入式Linux电源办理功用。

  结语

  无线传感器网络技能运用与研讨得到更多重视。本文结合智能交通体系中的典型运用,评论了无线传感器网络的规划等问题。跟着技能开展与老练,无线传感器网络技能能够在智能交通体系中更多要害性场合得到运用,例如电子收费、交通安全与自动驾驶、泊车办理、交通诱导体系 等,更进一步推进智能交通体系的开展。

 ●依据TI的CC2420芯片和ARM单片机规划计划

  在规划无线传感器网络网关时,需求较强的数据处理才能,用以完结杂乱路由协议以及信息处理等。如图5所 示Crossbow的imote2节点选用了Marvell PXA271 高性能、低功耗处理器。该处理器运用动态电压调理技能,频率规模13MHz~416MHz,可作业于低电压(0.85V)低频率(13MHz)形式,具有了优秀的动态电源办理技能。此外,该处理器封装内集成三个芯片256KB SRAM,32MB FLASH以及32MB SDRAM,减小了体积。经过供给多种I/O,能够灵敏的支撑不同品种的传感器。该处理器还支撑一个MMX协处理器,进步多媒体处理才能,能够用于无线多 媒体传感器网络中的语音和图画处理。Imote2运用TI的CC2420 ZigBee射频芯片,支撑2.4GHz 、16通道250kb/s数据传输,发送功率-24~0dBm。有用通讯间隔是30米,能够经过SMA接口外接天线来添加传输间隔。  

       现有较多的无线传感网解决计划,包含各芯片产商推出的单片机外接射频芯片和集成射频、微处理器的单芯片等。在节点规划中较常选用的ZigBee射频芯片有 Atmel的AT86RF230、TI的CC2420、Freescale的MC1319x和MC1320x、Microchip的MRF24J40等。 此外,芯片产商推出了单芯片解决计划,如TI CC2430延用了CC2420 芯片的架构,在单个芯片上整合了ZigBee 射频前端、内存和微操控器;Freescale的MC1321x/MC1322x和Jennic的JN5121/JN513x单芯片解决计划等。

  ●依据Atmel的AT86RF230射频芯片和AVR单片机规划计划

  典型的终端节点和会聚节点规划如图4所示,选用Atmel的8位RISC结构低功耗 ATMegal1281V MCU作为体系操控中心。选用512 KB 的AT45DB041D作为外部程序存储器。射频模块运用Atmel的支撑ZigBee协议的AT86RF230,RF功率抵达3dBm,室外传输间隔可 达300米以上节点的扩展接口可衔接模仿输入、数字I/O、I2C、SPI和UART接口,这些扩展接口使其易于与传感器及其它外设衔接,例如外接光度、 温温度、气压、声、地磁和加速度等传感器。


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