基于WSN的公交車輛信息采集系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)價(jià)方法

葉紹楓

【摘 要】原有的公交實(shí)時(shí)信息采集技術(shù)因其定位能力有限且費(fèi)用較高，因此提出了WSN技術(shù)在公交車輛信息采集系統(tǒng)中的應(yīng)用，論文針對(duì)公交車輛信息采集需求與系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提出了基于WSN的公交車輛信息采集網(wǎng)絡(luò)性能的評(píng)價(jià)方法。

【Abstract】Due to the limited positioning capability and high cost of the original public transportation real-time data collection technology， we put forward the application of WSN technology in the public transportation data collection system. In this paper， in view of the demand and system design of the public transportation data collection， it puts forward the evaluation method of the network performance of the public transportation data collection based on WSN.

【關(guān)鍵詞】WSN；公交系統(tǒng)；信息采集

【Keywords】WSN；public transportation system；information collection

【中圖分類號(hào)】U491； TP391.9 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）10-0171-02

1 引言

無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，也稱WSN，它是通過(guò)無(wú)線通信方式形成的一個(gè)自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是由監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)所組成，具有信息采集和傳輸兩大功能。文中通過(guò)建立WSN公交信息采集和傳輸模型，對(duì)WSN的公交信息采集系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)整體性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 公交實(shí)時(shí)信息采集

城市公共交通是一種隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)，它可以根據(jù)客流量、實(shí)際路況和天氣變化而不斷發(fā)生變化，因此對(duì)于信息反饋的要求是十分高的，如果信息不能及時(shí)的反饋或是反饋的信息無(wú)效，就會(huì)使得調(diào)度員無(wú)法對(duì)其進(jìn)行有效的調(diào)度和指揮工作，有效的管理需要基于強(qiáng)大的信息平臺(tái)，公交實(shí)時(shí)信息必須要使用先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)來(lái)進(jìn)行采集，而對(duì)于非實(shí)時(shí)性信息，則可以通過(guò)后期的整理，人工錄入即可[1]。

2.1 客流數(shù)據(jù)采集技術(shù)

目前常用的一種客戶量統(tǒng)計(jì)手段是公交IC卡，公交卡的使用較為方便，對(duì)于乘客上下車時(shí)間和站點(diǎn)問(wèn)題，則是需要將IC卡的數(shù)據(jù)接口進(jìn)行設(shè)計(jì)，才可以獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的處理，可以獲得客流量對(duì)時(shí)間變化的情況，也可以獲得公交滿載率、平均運(yùn)距等一系列的數(shù)據(jù)指標(biāo)。

APC是乘客自動(dòng)技術(shù)系統(tǒng)，這一系統(tǒng)的使用可以自動(dòng)收集乘客的上下車時(shí)間及地點(diǎn)，它是將自動(dòng)定位技術(shù)應(yīng)用在車輛上，有效地對(duì)車輛進(jìn)行定位，能夠?qū)崟r(shí)傳遞客流信息，通過(guò)這一系統(tǒng)的使用，可以獲得更多的數(shù)據(jù)，它也是智能公交系統(tǒng)發(fā)展的一項(xiàng)技術(shù)，但是此系統(tǒng)不可單獨(dú)使用，需要其他系統(tǒng)的配合，由于其成本較高，不常應(yīng)用在實(shí)踐中。

智能公交IC卡在我國(guó)的應(yīng)用較為廣泛，但是其也存在一定的缺陷，它不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信息采集的功能，如果想要獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，還需要借助先進(jìn)的技術(shù)手段，如無(wú)線信息傳輸技術(shù)。

2.2 車輛自動(dòng)定位技術(shù)

一般車輛的位置、速度等信息都是可以通過(guò)定位技術(shù)來(lái)獲取的，可以通過(guò)相關(guān)技術(shù)將電子線路進(jìn)行標(biāo)識(shí)，公交車將設(shè)備之間進(jìn)行信息轉(zhuǎn)化即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位。信息轉(zhuǎn)換的方式有兩種，一種是將自身的信號(hào)發(fā)送到該車輛，車輛通過(guò)計(jì)算，向管理中心發(fā)送信息，另一種是利用車輛本身的專用新簽，當(dāng)他們通過(guò)信標(biāo)時(shí)，車輛可以將自身的信標(biāo)發(fā)送過(guò)路邊信標(biāo)，由信標(biāo)向管理中心發(fā)送信息。這項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)已發(fā)展的較為成熟，但是由于其設(shè)備相對(duì)固定，會(huì)耗費(fèi)大量的安裝和維護(hù)成本[2]。

通常我們接觸較多的車輛定位技術(shù)應(yīng)該是GPS技術(shù)，這也是最常用的技術(shù)。一般車輛裝有的GPS，只需要讀取三顆及以上的衛(wèi)星就可進(jìn)行信號(hào)的發(fā)送，從而得出車輛所在的位置，然后將其信息傳至調(diào)度中心，由調(diào)度中心做進(jìn)一步的處理工作。目前我國(guó)城市公交中應(yīng)用較多的一種導(dǎo)航方式便是全球定位系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航以及地圖的匹配。但是這種方式的成本費(fèi)用較高。車輛自動(dòng)定位技術(shù)可以準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)車輛的定位，為實(shí)時(shí)交通提供信息。在這一基礎(chǔ)上，可以實(shí)現(xiàn)公交車輛的連續(xù)監(jiān)測(cè)工作。

2.3 道路交通流量采集

通過(guò)對(duì)道路交通狀況的掌握，可以幫助調(diào)度方案實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，利用傳感器和攝像設(shè)備來(lái)獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，掌握道路或交叉口的交通狀況，還可以利用車輛自動(dòng)定位技術(shù)對(duì)公交車的速度進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，這樣可以及時(shí)提出解決方案，避免交通擁擠現(xiàn)象。

由于公交的運(yùn)行具有一定的特殊性，這就使得信息采集工作較為困難，任何的噪音或是溫度的變化都會(huì)對(duì)其產(chǎn)生一定的影響。因此為了使得數(shù)據(jù)信息相對(duì)準(zhǔn)確且連續(xù)，在設(shè)備的選用上需要采用穩(wěn)定性高的設(shè)備。因?yàn)樾枰杉男畔⒘枯^多，需要進(jìn)行一定的設(shè)備投資，所以說(shuō)經(jīng)濟(jì)合理也是我們需要考慮的一個(gè)方面。

上述的三種信息采集的方式均存在一定程度的缺陷，因此將WSN技術(shù)應(yīng)用于公交信息采集，并基于WSN的公交車輛信息采集系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能做出評(píng)價(jià)。

3 基于WSN的公交信息采集需求與系統(tǒng)設(shè)計(jì)

如果從技術(shù)層面來(lái)考慮公交優(yōu)先的問(wèn)題，那可以將其劃分為兩個(gè)方面，一是公交專用道，二是交叉口公交優(yōu)先的信號(hào)控制。本文利用BSP來(lái)對(duì)其信息采集網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行研究。

3.1 公交優(yōu)先在交叉口的控制策略

基于公交信號(hào)優(yōu)先策略，我們?cè)谘芯恐锌梢苑譃椴煌那闆r，一是利用主動(dòng)式優(yōu)先，二是使用被動(dòng)式優(yōu)先，三是采用實(shí)時(shí)優(yōu)先控制。若是將WSN技術(shù)應(yīng)用于信號(hào)優(yōu)點(diǎn)中，則需要保證信息在采集和傳輸過(guò)程中要具備一定的完整性和可靠性。同時(shí)，還需要注意WSN在負(fù)荷方面是否可以滿足要求，且要保證數(shù)據(jù)的留存，不丟失。在公交信號(hào)優(yōu)先系統(tǒng)中利用WSN網(wǎng)絡(luò)可以提供更多的數(shù)據(jù)。

3.2 WSN 的公交信號(hào)優(yōu)先系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

通過(guò)利用WSN技術(shù)，使得信息采集工作更加高效的進(jìn)行，除此之外還對(duì)信息的傳輸有一定的促進(jìn)作用，傳統(tǒng)的WSN技術(shù)通常包括三個(gè)部分，分別是管理節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)和傳感器節(jié)點(diǎn)。

從不同的角度來(lái)考慮，有不同的功能。針對(duì)節(jié)點(diǎn)的安裝情況，可以將WSN技術(shù)分為?？空締卧?、路邊單元和車載單元。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)角度，交通信息具有一定的復(fù)雜性，因此在進(jìn)行數(shù)據(jù)收集時(shí)，一般不適用管理節(jié)點(diǎn)，由控制中心替代即可。匯聚節(jié)點(diǎn)是為了實(shí)現(xiàn)傳感器和網(wǎng)絡(luò)之間的連接，由于它對(duì)信息的處理和存儲(chǔ)能力較強(qiáng)，能夠較好的實(shí)現(xiàn)兩種協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，同時(shí)還具有監(jiān)測(cè)任務(wù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換工作。而傳感器節(jié)點(diǎn)的功能是要同時(shí)兼顧網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)終端和路由器。

4 公交車輛信息采集系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)方法

4.1 OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)仿真軟件的使用，常見(jiàn)的有兩種，分別是OPNET和NS2，這兩種軟件基于的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是不同的，OPNET需要使用Windows系統(tǒng)，而NS2則需要利用UNIX系統(tǒng)。本文針對(duì)使用Windows XP的通用PC機(jī)，來(lái)對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)仿真研究。

4.2 公交車輛信息采集系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)方案設(shè)計(jì)

①仿真基本假設(shè)。一般情況下，在進(jìn)行假定時(shí)，都是將其假定為理想化的設(shè)備，忽略硬件、軟件等可以影響網(wǎng)絡(luò)性能的因素。對(duì)于無(wú)線信道模型工作，我們?cè)谶M(jìn)行分析時(shí)，需要利用全向天線，使用沒(méi)有約束力的公式來(lái)進(jìn)行傳感器節(jié)點(diǎn)的計(jì)算。而在實(shí)踐過(guò)程中，還需要將其他因素的影響考慮在內(nèi)。②仿真網(wǎng)絡(luò)模型設(shè)計(jì)。它可以實(shí)現(xiàn)多數(shù)的公交車和兩個(gè)不同的停靠站，不同?？空局g的距離一般設(shè)置為五百米，?？空局g的路邊單元設(shè)置，一般為零到四，這樣更加方便數(shù)據(jù)的發(fā)送和接受，邏輯節(jié)點(diǎn)一般設(shè)置三個(gè)單元，分別是路邊單元、車載單元和?？空尽Ｔ谖锢韺?shí)踐中這三個(gè)單元分別對(duì)應(yīng)不同的物體，無(wú)線服務(wù)器一般是和?？空締卧鄬?duì)應(yīng)，無(wú)線路由器則是和路邊單元相對(duì)應(yīng)，移動(dòng)工作站需要和車載單元相對(duì)。一般情況下，為簡(jiǎn)化仿真的程序，通常設(shè)置一個(gè)?？空緛?lái)放置。

車載單元由路邊單元將數(shù)據(jù)傳輸至停靠站單元，或是由停靠站單元直接進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收，對(duì)這兩種情況進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)性能和數(shù)據(jù)質(zhì)量的比較，選擇較為合適的方案，對(duì)于路邊單元，在方案中需要調(diào)整的內(nèi)容有三種，一是無(wú)路邊單元；二是間距在WSN通信節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)的有路邊單元；三是WSN通信節(jié)點(diǎn)范圍外的有路邊單元間距。這套方案設(shè)置是為了監(jiān)測(cè)WSN是否可以克服AVL和SVD系統(tǒng)存在的缺陷問(wèn)題。

OPNET的部分無(wú)線局域網(wǎng)作為新型的設(shè)備基礎(chǔ)，我們?cè)谘芯繒r(shí)要注意這一點(diǎn)問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上可以將現(xiàn)有的設(shè)備分為三類，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的代建工作，如移動(dòng)工作站，包含底層到應(yīng)用層的全部處理模塊；無(wú)線路由器，有一個(gè)無(wú)線接口或是多個(gè)有線接口；無(wú)線服務(wù)器，包含七層處理模塊。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)當(dāng)前公交信息采集系統(tǒng)存在的定位能力有限和費(fèi)用較高的問(wèn)題，結(jié)合新型的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)公交信息采集系統(tǒng)進(jìn)行研究，對(duì)WSN技術(shù)應(yīng)用于公交信息采集系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)價(jià)，應(yīng)用WSN技術(shù)有助于實(shí)現(xiàn)智能公交系統(tǒng)的升級(jí)和改造。

【參考文獻(xiàn)】

【1】劉靜. 云計(jì)算及WSN在車聯(lián)網(wǎng)體系設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 通信世界， 2016（4）：242-243.

【2】袁佳瑩， 石娟， 陳剛. 基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路況信息傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 電子設(shè)計(jì)工程， 2016， 24（16）：101-104.