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品质连接创(chuang)造(zao)价值
ZigBee用於城市公共交通信息係統
來源:本站
2022-12-15 17:42:39
隨著中國經(jing)濟實力和科技水(shui)平的提高,交通業發展迅速,汽車已越來越深入到人們的日(ri)常生活之中,車輛的驟(zhou)增引發了(liao)一係列社會問題:交通堵塞、停車困難、交通事(shi)故頻發,因此,車輛的安全駕(jia)駛(shi)、交通管理和車輛問的信息交換(如自動刹車信息、危險告警、碰撞告警、位置信息、速度信息)等日(ri)益引起人們的關注。基於此,智能交通及車輛無線通信網絡等概念(nian)應運(yun)而生。把道路、車輛等凡與交通有關的所有一切都歸為一體。通過綜(zong)合運(yun)用信息通信技術、電子技術以及其他的科學技術,把它(ta)們聯係起來提高交通運(yun)輸(shu)的效率。稱之為智能交通係統(Intelligent Transportation System),簡稱ITS。
隨著ITS的發展。開始出現了(liao)以GPS配合控製中心的智能公交係統:在公交車上安裝(zhuang)GPS。為控製中心提供車輛位置信息:控製中心再通過有線網絡或GPRS網絡反饋到電子站牌。顯示(shi)車輛到達的信息這樣的係統雖可以提供車輛位置信息,但是仍存在一些(xie)不足,如誤差較大、成本較高、係統複雜、易受破壞等。而采用ZigBee無線模塊傳感網絡技術將在一定程度上解決(jue)以上問題。具有較強的可行性和優越性。近年來ZigBee數傳在工業控製、工業無線定位、家庭網絡、汽車自動化、樓宇自動化、消費電子、醫用設備控製等多個領域具有廣泛的應用前景。相信在不遠的將來,ZigBee數傳技術將越來越多地應用於生活中。並(bing)將極(ji)大地改(gai)善人們的生活。
2 ZigBee技術簡介
2.1 ZigBee概述
ZigBee技術是由ZigBee聯盟(Allianee)所主導的,以國際電子電機工程協會(IEEE)無線個人區(qu)域網(LRWPAN)工作組的一項(xiang)無線標準--IEEE 802.15.4為基礎的。滿(man)足低速無線傳感器網絡應用需求的首個完整的標準化安全協議棧(zhan)。ZigBee不僅具備IEEE 802.15.4關於無線物理層規定的全部優點:低功耗、低成本、低複雜度,同(tong)時又增加了(liao)邏輯(ji)網絡、網絡安全性和應用架(jia)構。是一個全方位的、具備ZigBee聯盟提供的多種應用的不同(tong)描述的協議。
ZigBee數傳模塊具有一些(xie)非(fei)常適合用於無線傳感器網絡的特點。其優點有:
1.低功耗。在低耗電待機模式下。2節5號幹電池(chi)可支(zhi)持1個節點工作6~24個月甚至(zhi)更長(chang)。這是ZigBee數傳模塊的突出優勢。
2.低速率ZigBee無線模塊工作在20~250kbps的較低速率,分別提供250kbps(工作於2.4GHz頻率)、40kbps(工作於915MHz頻率)、20kbps(工作於868MHz頻率)的原始數據(ju)吞吐(tu)率。完全可以滿(man)足低速率傳輸(shu)數據(ju)的應用需求。
3.近距離。傳輸(shu)範圍一般介於10~lOOm之間。在增加RF發射功率後,亦可增加到1-3km。如果通過路由和節點間通信的接力。傳輸(shu)距離可以更遠,但將提高ZigBee無線模塊的功耗為代價。
4.短時延。ZigBee數傳模塊的響(xiang)應速度較快(kuai),一般從(cong)睡眠轉(zhuan)人工作狀態隻需15ms。節點連接進入網絡隻需30ms。進一步節省了(liao)能量消耗。
5.高容量。ZigBee無線模塊可采用星型、簇樹(shu)型和網狀型網絡結構。由一個主節點管理若(ruo)幹子節點。最多一個主節點可管理254個子節點:同(tong)時主節點還(huai)可由上一層網絡節點管理。最多可組成65000個節點的自組網。
6.高安全。ZigBee數傳模塊提供了(liao)三種級別的安全控製模式,包括(kuo)無安全設定、使用接入控製清單(dan)。防止非(fei)法(fa)獲取數據(ju)以及采用高級加密標準(AES128bits)的對稱密碼,實際應用中,可根據(ju)應用場合的安全屬性靈活采用安全模式。
7.免執照頻段。采用直(zhi)接序列擴頻在工業科學醫療(ISM)頻段,2.4GHz(全球)、915MHz(美國)。和868MHz(歐洲)。
2.2 ZigBee的結構和協議棧(zhan)模型
ZigBee支(zhi)持多種網絡拓(tuo)撲結構。最簡單(dan)的是星型網。隻用1個網絡協調器。連接多個從(cong)屬設備;另(ling)一種網絡結構是互(hu)聯的星型網,可以擴展為單(dan)個星型網或互(hu)聯2個星型網絡:第3種是網狀網,網狀網的覆蓋範圍很大,可以容納(na)上萬(wan)個節點。
相對於其他常見的無線通信標準。Zigbee協議棧(zhan)具有緊湊(cu)而且簡單(dan)的特點。而且對環境(jing)配置要求不高。隻要8bit處(chu)理器再配上4kbit ROM和64kbit RAM,就(jiu)可以滿(man)足其最低需要。完整的Zigbee協議由高層應用規範、應用彙聚層、網絡層、數據(ju)鏈(lian)路層組成。網絡層以上協議由Zigbee聯盟製定。IEEE負責物理層和鏈(lian)路層標準的製定。
2.3 ZigBee與其它(ta)技術的對比
ZigBee與其它(ta)幾(ji)種常用的無線傳輸(shu)方式性能對比如下:
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表1 Z igB ee與其它(ta)無線傳輸(shu)技術對比
2.4 ZigBee的應用場景ZigBee主要應用於距離短、數據(ju)傳輸(shu)速率不高的各種電子設備之問的信息傳遞。其目標市場主要有PC外設(鼠標、鍵盤、遊戲控製杆)、消費類電子設備(TV、VCR、CD、VCD、DVD等設備的遙(yao)控裝(zhuang)置)、家庭內智能控製(照明、煤氣計量和報警等)、玩具(電子寵物)、醫療護理(監視器和傳感器)和工業控製(監視器、傳感器和自動控製設備)等領域。通常,凡符合下列條件之一的應用,都可以考(kao)慮(lv)采用ZigBee技術。
1)設備間距較小;
2)設備成本低,傳輸(shu)數據(ju)量很小;
3)設備體積小,不允(yun)許放置較大的電源模塊;
4)無法(fa)頻繁地更換電池(chi)或反複充(chong)電;
5)需要覆蓋的範圍較大。網絡內需要容納(na)的設備較多。網絡主要用於監測或控製。
可以看出。城市交通對無線傳輸(shu)的需要符合了(liao)以上多個特點。ZigBee數據(ju)采集技術應用於城市交通完全符合。
3智能交通控製的實現
3.1係統模塊智能城市公共交通信息係統由以下幾(ji)個係統模塊組成:
1、管理後台(係統平台)
2、路段交通狀況大顯示(shi)牌(可以采用部分城市已有的現成設備。非(fei)本係統重(zhong)新設計)
3、路邊設施通信設備和顯示(shi)設備
4、車載ZigBee數據(ju)采集終端(duan)設備
5、市民手(shou)機終端(duan)應用軟件
3.2關鍵技術
1、車輛與車輛間、車輛與路邊設施的無線通信方式:ZigBee自組網絡,節省成本,降低流量。
2、路邊設施與管理後台的連接方式:通過有線LAN連接內部網絡或者借(jie)助WiFi無線通信連接,提高數據(ju)發送量以及處(chu)理及時性。
3、位置定位技術:路邊設施可采用GPS設備,車輛使用ZigBee的RSSI無線定位功能。
3.3係統實現
目前交通信號控製係統的管理模式就(jiu)是集中管理,分級控製,充(chong)分利用現有設施,按實際交通現狀先(xian)進行單(dan)個交叉(cha)路口的自適應協調。然後是主幹線的協調控製。實現分布式協調的分級控製,最終達到區(qu)域控製的係統最優。
在智能交通係統中,不同(tong)路段的交通燈、電子測試器、電子眼等交通指(zhi)揮和監控設備由ZigBee數據(ju)采集節點和ZigBee基站組了(liao)一個本地控製網絡。ZigBee基站通過以太網、光纖等有線鏈(lian)路與交通控製中心連接。從(cong)而實現了(liao)交通指(zhi)揮設備的網絡一體化管理功能。通過製定不同(tong)的交通信號控製方案可實現交通控製機的多時段、多相位、感應控製等功能。在應急(ji)情(qing)況下交通控製中心可通過人工幹預的方式實施交通管製。此外,交通控製中心還(huai)可以通過ZigBee數據(ju)采集無線網絡獲取電子測速器、電子眼等設備的信息以對違章車輛實施跟(gen)蹤和監控。
要解決(jue)公交車運(yun)行的監測。首先(xian)要解決(jue)的是能夠及時地檢測到每(mei)一輛公交車到達各站台的準確時間並(bing)將這些(xie)信息發送到公司的監控中心。據(ju)此對駕(jia)駛(shi)員進行考(kao)核。以此達到提高各中間站點的準確率提高服務質量。我們利用ZigBee和GSM/GPRS網絡技術各自的特點建立網絡。網絡內部采用無線通信方式。ZigBee數據(ju)采集和處(chu)理網絡中的信息發送給監測平台。實現公交車到、離站時間的監測和自動準備報站問題。
具體方案是在各站台初安裝(zhuang)一台“站台監控器”。在各公交車內安裝(zhuang)一隻具有ZigBee功能的“無線識別器”站台監控器裏包含ZigBee的網絡協凋器和GSM/GPRS模塊。一方麵(mian)它(ta)接收(shou)車內的無線識別器發送的信號檢測該車的“標識號”識別到來的車輛並(bing)將該車到達的時間、車號等信息通過GSM/GPRS傳送到監控中心,另(ling)一方麵(mian)向該公交車發送自己的站台標識號。公交車根據(ju)該標識號發出報站信息。此後。站台監控器不斷(duan)檢測該車發送的無線信號的強度。當信號強度減弱到一定程度時即(ji)可認(ren)為該車已駛(shi)離本站。隨即(ji)向監控中心發出相關信息。這樣。監控中心即(ji)可準確地掌(zhang)握每(mei)輛公交車的運(yun)行情(qing)況考(kao)核其正(zheng)點率。
ZigBee網絡非(fei)常適用於該係統,每(mei)一台公交車上的無線識別器就(jiu)是一個ZigBee數據(ju)采集設備。而每(mei)一個站台上的站台監控器則是ZigBee網絡協調器。在這個係統中,每(mei)個站台監控器與到達的公交車形成一個ZigBee網絡。
4總結
采用基於ZigBee技術的微功率無線網絡。在擺(bai)脫繁雜冗餘的線路的情(qing)況下,實現了(liao)對車輛和道路遠程數據(ju)采集與監控,實現了(liao)交通信號係統的智能控製。在一定程度上緩(huan)解了(liao)城市的交通壓力。可以大膽地預測在不遠的將來。城市街道、高速公路、交通路口、信號燈、車輛檢測設備等都會安裝(zhuang)大量成本低、耗電低、具有極(ji)強組網能力的ZigBee設備。機動車輛上也會安裝(zhuang)有ZigBee設備,也應屬於有源RFID,從(cong)而組成智能ZigBee數據(ju)采集交通係統。這樣,車輛在行駛(shi)過程中的狀態、方位等都在有效的監測之中也能夠將導航、地理信息傳送給車輛。還(huai)能夠對交通係統進行調度。這不僅能夠提高行車安全減少事(shi)故的發生,還(huai)能夠有效地緩(huan)解交通壓力,減少擁擠的發生。