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ZigBee蜂窩網(wǎng)絡(luò)智能交通控制系統(tǒng)無線通信方案

作者: 時(shí)間:2011-04-07 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

一、應(yīng)用需求

現(xiàn)代城市的發(fā)展,隨著城市車輛的增加,人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào),已成為交通管理部門所面臨的重要問題。城市交通是面向全市的交通數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、交通信號(hào)燈控制與交通誘導(dǎo)的計(jì)算機(jī),它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控系統(tǒng)中重要的組成部份,主要用于城市道路交通控制與管理,對(duì)提高城市道路的通行能力、緩和城市交通擁擠起著重要作用。

城市道路的暢通采用有效的控制措施,最大限度地提高道路的使用效率是城市道路交通控制的重要內(nèi)容。 城市道路交通控制主要是對(duì)交通信號(hào)的控制,道路交通信號(hào)燈是城市道路網(wǎng)中的主要控制設(shè)施。交通信號(hào)燈存在,它們就會(huì)或多或少地影響交通網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率,因此信號(hào)燈必須以最優(yōu)控制策略存在,以減小道路網(wǎng)絡(luò)中所有車輛的行程的時(shí)間,必須要有一個(gè)系統(tǒng)來達(dá)到城市道路的最大暢通。信號(hào)的管理模式就是集中管理,分級(jí)控制,充分利用現(xiàn)有通信和控制技術(shù),按實(shí)際交通現(xiàn)狀先進(jìn)行單個(gè)交叉路口的自適應(yīng)協(xié)調(diào),然后是主干線的協(xié)調(diào)控制,實(shí)現(xiàn)分布式協(xié)調(diào)的分級(jí)控制,最終達(dá)到區(qū)域控制的系統(tǒng)最優(yōu)。

二、Zigbee技術(shù)簡介

zigbee是一種無線連接技術(shù)的商業(yè)化命名,該無線連接技術(shù)主要解決低成本、低功耗、低復(fù)雜度、低傳輸速率、近距離的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

標(biāo)準(zhǔn)基于802.15.4協(xié)議棧而建立,具備了強(qiáng)大的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)功能,它支持三種主要的自組織無線網(wǎng)絡(luò)類型,即星型結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(Mesh)和簇狀結(jié)構(gòu)(Cluster tree),特別是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),具有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)健壯性和系統(tǒng)可靠性。

星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信
中心節(jié)點(diǎn)為ZIGBEE協(xié)調(diào)器,終端節(jié)點(diǎn)為ZIGBEE終端設(shè)備
所有數(shù)據(jù)經(jīng)過中心節(jié)點(diǎn)
適合圓形分散、距離較近的傳感器聯(lián)網(wǎng)


MESH網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

系統(tǒng)采用多跳式路由通信
網(wǎng)絡(luò)容量很大
可以跨越很大的物理空間,適合距離較遠(yuǎn)比較分散的結(jié)構(gòu)


MESH網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的功能,網(wǎng)絡(luò)的所有實(shí)體只有要通信范圍之內(nèi),都可以互相通信,如果沒有直接通路,還可以通過“多級(jí)跳”的方式來通信;該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還可以組成極為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò);除此之外,網(wǎng)絡(luò)還具備自組織、自愈功能。

四、Zigbee技術(shù)特點(diǎn)

通信可靠

系統(tǒng)采用了CSMA-CA的碰撞避免機(jī)制,避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突;采用完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制,保證信息傳輸?shù)目煽啃裕?/P>

網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈能力強(qiáng)

zigbee的自組織功能:無需人工干預(yù),網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能感知其他節(jié)點(diǎn)的存在,并確定連接關(guān)系,組成結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò);

zigbee自愈功能:增加、刪除或移動(dòng)節(jié)點(diǎn),節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障等等,網(wǎng)絡(luò)都能夠自我修復(fù)無需人工干預(yù),保證整個(gè)系統(tǒng)仍然能正常工作。

成本低廉

設(shè)備的復(fù)雜程度低,且Zigbee協(xié)議是免專利費(fèi)的,這些可以有效地降低設(shè)備成本;Zigbee的工作頻段靈活,為免執(zhí)照頻段的2.4GHz,就是沒有使用費(fèi)的無線通信。

網(wǎng)絡(luò)容量大

一個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以容納最多254個(gè)從設(shè)備和一個(gè)主設(shè)備,一個(gè)區(qū)域內(nèi)可以同時(shí)存在200多個(gè)網(wǎng)絡(luò)。

五、基于ZigBee技術(shù)的控制系統(tǒng)解決方案

5.1 ZigBee無線太陽能交通信號(hào)控制系統(tǒng)

新型的太陽能無線交通控制系統(tǒng)集結(jié)了交通管理、交通控制、綠色能源等全新的理念與技術(shù),采用太陽能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電能供電,通過交通燈柱頂端的太陽能電池板來進(jìn)行聚集和儲(chǔ)存太陽能,然后通過zigbee主控制器向同一交通崗的各組交通燈發(fā)射控制信號(hào),達(dá)到無線同步控制運(yùn)行的效果。


現(xiàn)有的紅綠燈控制系統(tǒng)在鋪設(shè)時(shí)其控制線路必須專門挖道布線,給整個(gè)交通調(diào)度帶來很大的不便。費(fèi)用相應(yīng)較高,日后的維護(hù)保養(yǎng)也十分不便。而傳統(tǒng)的有線方式面臨著布線困難,維護(hù)不易,成本較高等問題。

采用ZIGBEE和太陽能結(jié)合的無線控制系統(tǒng),無須挖路布設(shè)控制線路,各設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)無線自動(dòng)組網(wǎng)連接,既降低了系統(tǒng)安裝成本,更重要的是避免了傳統(tǒng)安裝方式對(duì)交通干擾所帶來的經(jīng)濟(jì)損失。隨時(shí)可以施工。而且,也避免了由于城市快速發(fā)展,道路拓展等變化對(duì)原有預(yù)埋管線的干擾。由于系統(tǒng)沒有控制線路,避免了惡意破壞,大大減少了維護(hù)成本。


5.2 ZigBee無線交通信號(hào)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)的管理模式就是集中管理,分級(jí)控制,充分利用現(xiàn)有設(shè)施,按實(shí)際交通現(xiàn)狀先進(jìn)行單個(gè)交叉路口的自適應(yīng)協(xié)調(diào),然后是主干線的協(xié)調(diào)控制,實(shí)現(xiàn)分布式協(xié)調(diào)的分級(jí)控制,最終達(dá)到區(qū)域控制的系統(tǒng)最優(yōu)。交警指揮調(diào)度系統(tǒng)可與交通信號(hào)自動(dòng)控制系統(tǒng)集成,實(shí)時(shí)采集路口的車輛的流量;在GIS地圖顯示各路口的交通狀況、紅綠燈狀態(tài)等相關(guān)交通信息;根據(jù)實(shí)際需要修改、配置道口機(jī)的參數(shù),對(duì)信號(hào)自動(dòng)控制系統(tǒng)道口機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。


基于ZIGBEE無線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的智能紅綠燈控制系統(tǒng),系統(tǒng)具有以下幾個(gè)特點(diǎn):

無須挖路布設(shè)控制線路,各設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)無線自動(dòng)組網(wǎng)連接,既降低了系統(tǒng)安裝成本,更重要的是避免了傳統(tǒng)安裝方式對(duì)交通干擾所帶來的經(jīng)濟(jì)損失。隨時(shí)可以施工。而且,也避免了由于城市快速發(fā)展,道路拓展等變化對(duì)原有預(yù)埋管線的干擾。由于系統(tǒng)沒有地面控制箱和控制線路,避免了惡意破壞,大大減少了維護(hù)成本;

由于系統(tǒng)沒有地面控制箱和控制線路,避免了惡意破壞;而且,整個(gè)控制系統(tǒng)的各個(gè)模塊具有高集成度,高可靠性和低功耗,低成本,體積小等優(yōu)點(diǎn),維護(hù)保養(yǎng)十分方便,只需更換相應(yīng)節(jié)點(diǎn)即可,避免了傳統(tǒng)控制線路本身帶來許多麻煩,從而大大減少了設(shè)備購置成本,建設(shè)安裝成本和系統(tǒng)維護(hù)成本;

卓越的物理性能,整個(gè)網(wǎng)絡(luò)所使用的無線頻率是國際通用的免費(fèi)頻段(2.4-2.48Ghz ISM), 傳輸?shù)姆绞绞强垢蓴_能力強(qiáng)的直序擴(kuò)頻方式(DSSS),特別適合在干擾較大的環(huán)境中使用;

網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈能力強(qiáng),zigbee的自組織功能:無需人工干預(yù),網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能夠感知其他節(jié)點(diǎn)的存在,并確定連接關(guān)系,組成結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò);zigbee自愈功能:增加或者刪除一個(gè)節(jié)點(diǎn),節(jié)點(diǎn)位置發(fā)生變動(dòng),節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障等等,網(wǎng)絡(luò)都能夠自我修復(fù),并對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)地調(diào)整,無需人工干預(yù),保證整個(gè)系統(tǒng)仍然能正常工作。

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