面向智能交通實時信號的無線傳輸網絡架構的研究

劉增新

（西京學院，陜西西安，710123）

面向智能交通實時信號的無線傳輸網絡架構的研究

劉增新

（西京學院，陜西西安，710123）

本文在分析無線傳感器網絡的基礎上對多數的公路交通信號控制、交通環境信息采集等方面的問題進行了研究，指出了蜂窩式組織網絡的不足。提出了無線傳感器網絡的架設方案，為我國的交通智能化出謀劃策。

無線傳感器網絡；ZigBee；智能交通節點設計方案

0 引言

智能交通主要有兩個部分組成,分別是交通信息的采集與傳輸系統、交通控制與誘導系統。在交通系統中運用無線傳感網絡技術可以有效的提高交通系統對交通信息的收集與處理，有效的增加交通系統對交通的檢測與管理效率。無線傳感器網絡系統的組成較為復雜，一般主要有信息采集輸入系統、策略控制系統、輸出執行系統、系統間的信息數據傳輸與通信系統等。各部分間的工作按照嚴格的數據編程進行，在進行相關的信息采集輸入后通過與策略控制系統的預先設定目標進行對比，采用科學的計算方法選擇出最佳方案，在系統做出反應后將反應結果輸出到整個執行系統，通過系統的快速反應達到交通管理的目的。

1 國內外的智能交通無線傳輸研究狀況

目前國外的關于無線傳感網絡在交通系統的運用的研究具有多個主要代表，其中最具代表性的主要有(1)由美國馬薩諸塞大學研究建立的UMass Diesel Net智能公交系統。這一套系統主要由公交車節點與Throw boxes組成，在交通網絡的連通性上具有很好的實踐效果；(2)加州大學的ATMIS項目與哈佛大學的City Sense項目也都是國外在無線傳感網絡方面比較具有代表性的研究。(3)在瑞典發展出了利用太陽能進行供電的無線傳感器網絡，主要用在對公路情況進行探測與預測，為車輛通行提供路況支持。

隨著經濟發展和交通發展的要求，我國也進行了諸多的研究，在這些研究中比較突出的有(1)武漢理工大學的關于無線傳感器網絡在火車車廂中的研究運用。這一套無線傳感器網絡主要用于對火車車廂的環境監測。(2)中科院沈陽自動化研究所的無線傳感器網絡在高速公路的監控與調度中的運用。這一套系統主要是根據預先設定的算法對公路的路況進行實時的檢測和預測。在此基礎上這套系統還演變出了新的公路圖像監視系統。這些技術的研究與運用一方面提高了交通調度的效率，另一方面也有效的降低了交通的發生率。

雖然目前國內在相關方面的研究機構和研究成果不少，但是這些研究多處于理論研究，對系統的應用于實踐研究顯得不足。在少數的幾個大城市的試點運用也還限于有線電纜，對無限傳感器網絡的運用于系統搭建還有很長的一段路要走。除此之外，在無線傳感器網絡的專用線路的搭建上也還跟不上實際的研究需求，大多都是與公共網絡共用，搭建智能交通系統的積極性還有待提高。筆者在此基礎上進行的關于無線傳感器網絡系統的設計旨在為國內的智能交通系統的搭建提供一個可行的建議。

2 系統體系架構

本文的研究思路是在公路交通的應用場景的基礎上進行無線傳感器網絡的搭建。

本文的研究系統是一種交通無線通信系統，在系統性的基礎上具有無線傳感器網絡的一般特點既范圍廣、規模大、密度高等。同時該系統還具有較強的自我組織能力與較高的系統協調性和數據分析融合能力。為了對方案的成本進行控制，本系統在基站的基礎上還采用與公共通信網絡相結合的方式對公共交通與交通路口進行有效的控制。以上的處理是在系統完成對信息的收集之后傳輸給數據處理中心進行分析后進行的。除此之外交通信息中心也可以將部分的權限下放到部分居民之中，是數據的傳輸具有多樣性，方便在出現不同的交通情況時進行快速有效的反應。

3 方案詳細分析

3.1 傳輸網絡拓撲方案分析

一般來說，無線傳感器網絡具有較多形式的支持系統，目前主要有星形網、集群樹狀網、網狀網。無線傳感器網絡主要架設在各個公路交通的路口等地，實時監測和預測交通的情況和預測路況信息，在這些節點收集到所需的信息后通過傳感網絡將信息傳輸到一個大的匯集點再經由匯集點傳輸到系統的數據處理中心進行數據的處理。在分層分布式結構中，其兩個主要組成系統分別是無線傳感器網絡層與區域管理層。兩個層級的主要任務分別是網絡層完成對交通信息的收集與處理，并將收集與處理的信息通過專用的網絡傳輸到相應的節點，在經由節點匯集到任務管理中心進行進一步的處理與反應；區域管理層則主要負責接收下級節點傳輸來的信息與數據、傳輸用戶的命令與其他相關信息，并在處理后將處理信息結果傳輸到用戶終端進行下一步的數據信息處理。

3.2 無線傳感網頻段選擇

在ISM中，470～510MHz是國家規定的儀表類專用頻段，相對干擾較少，2.4G頻段有Wifi、藍牙等干擾，在居民小區尤其不適用，且城市內樓宇密集，無線覆蓋區遮擋較為嚴重，而470～510MHz的繞射穿透力要好于2.4GHz頻段。另外，433.05～434.79MHz為民用通用頻段，無線發射功率上限為10dbm，主要用于無線數傳電臺，無線對講機等設備，470～510MHz無線發射功率上限為50mw（18dbm），遠大于433.05～434.79MHz，可以覆蓋更大的區域。因此，可以選擇470～510MHz作為智能交通系統無線傳感器網絡的使用頻段。

3.3 無線傳感網協議的選擇

MAC層和多樣的物理層是在IEEE80211514ISO和OSI模式下定義的。ZigBee聯盟制定了MAC層以上協議，主要由高層應用規范、應用匯聚層、網絡層、數據鏈路層和物理層組成。ZigBee很好的利用了IEEE80211514定義的物理特性優點，在其基礎上額外研發了網絡及應用軟件，80211514工作組的工作是制定PHY和MAC層標準，后者的工作室開發網絡層和應用層。基于循環冗余校驗（CRC）的數據包完整性檢查功能，支持鑒權和認證，采用AES-128的加密算法，各個應用可以靈活確定其安全屬性。ZigBee協議在網絡應用上由于距離的限制，只能選擇3.2頻段。可以在現有的頻段上參照ZigBee協議架構的優點，在此基礎上開發新的協議。

3.4 數據匯總傳輸方式方案選擇

根據調查及技術現狀，一般來說目前國內交通網絡系統的無線傳感器網絡的中繼站搭建的可選擇方式主要有以下幾種:3G通信網絡、D-SCDMA、WCDMA、CDMA2000等。

4 結語

本文在對智能交通系統的現狀進行研究分析后提出了無線網絡系統的架設方案，此架設方案綜合了當下智能交通系統中存在的不足和優點。

[1]李碩，李文鋒， 陳維克.無線傳感器網絡在智能交通系統中的應用研究[J].機械與電子，2010（4）：14-16.

[2]高毓峰，宗容，余江，羅健.基于無線傳感器網絡的智能電網網絡架構[A].信息通信，2013（8），3-5.

Research on wireless transmission network architecture for real time traffic signal

Liu Zengxin
（Xijing University，Xi'an Shaanxi，710123）

In this paper, the problems of the majority of highway traffic signal control and traffic environment information collection are studied based on the analysis of the wireless sensor network, and the shortcomings of the cellular organization network are pointed out. This paper puts forward the erection scheme of wireless sensor network, and makes suggestions for China's traffic intelligentization.

wireless sensor network; ZigBee; intelligent traffic node design