面向智能交通实时信号的无线传输网络架构的研究

刘增新

（西京学院，陕西西安，710123）

面向智能交通实时信号的无线传输网络架构的研究

刘增新

（西京学院，陕西西安，710123）

本文在分析无线传感器网络的基础上对多数的公路交通信号控制、交通环境信息采集等方面的问题进行了研究，指出了蜂窝式组织网络的不足。提出了无线传感器网络的架设方案，为我国的交通智能化出谋划策。

无线传感器网络；ZigBee；智能交通节点设计方案

0 引言

智能交通主要有两个部分组成,分别是交通信息的采集与传输系统、交通控制与诱导系统。在交通系统中运用无线传感网络技术可以有效的提高交通系统对交通信息的收集与处理，有效的增加交通系统对交通的检测与管理效率。无线传感器网络系统的组成较为复杂，一般主要有信息采集输入系统、策略控制系统、输出执行系统、系统间的信息数据传输与通信系统等。各部分间的工作按照严格的数据编程进行，在进行相关的信息采集输入后通过与策略控制系统的预先设定目标进行对比，采用科学的计算方法选择出最佳方案，在系统做出反应后将反应结果输出到整个执行系统，通过系统的快速反应达到交通管理的目的。

1 国内外的智能交通无线传输研究状况

目前国外的关于无线传感网络在交通系统的运用的研究具有多个主要代表，其中最具代表性的主要有(1)由美国马萨诸塞大学研究建立的UMass Diesel Net智能公交系统。这一套系统主要由公交车节点与Throw boxes组成，在交通网络的连通性上具有很好的实践效果；(2)加州大学的ATMIS项目与哈佛大学的City Sense项目也都是国外在无线传感网络方面比较具有代表性的研究。(3)在瑞典发展出了利用太阳能进行供电的无线传感器网络，主要用在对公路情况进行探测与预测，为车辆通行提供路况支持。

随着经济发展和交通发展的要求，我国也进行了诸多的研究，在这些研究中比较突出的有(1)武汉理工大学的关于无线传感器网络在火车车厢中的研究运用。这一套无线传感器网络主要用于对火车车厢的环境监测。(2)中科院沈阳自动化研究所的无线传感器网络在高速公路的监控与调度中的运用。这一套系统主要是根据预先设定的算法对公路的路况进行实时的检测和预测。在此基础上这套系统还演变出了新的公路图像监视系统。这些技术的研究与运用一方面提高了交通调度的效率，另一方面也有效的降低了交通的发生率。

虽然目前国内在相关方面的研究机构和研究成果不少，但是这些研究多处于理论研究，对系统的应用于实践研究显得不足。在少数的几个大城市的试点运用也还限于有线电缆，对无限传感器网络的运用于系统搭建还有很长的一段路要走。除此之外，在无线传感器网络的专用线路的搭建上也还跟不上实际的研究需求，大多都是与公共网络共用，搭建智能交通系统的积极性还有待提高。笔者在此基础上进行的关于无线传感器网络系统的设计旨在为国内的智能交通系统的搭建提供一个可行的建议。

2 系统体系架构

本文的研究思路是在公路交通的应用场景的基础上进行无线传感器网络的搭建。

本文的研究系统是一种交通无线通信系统，在系统性的基础上具有无线传感器网络的一般特点既范围广、规模大、密度高等。同时该系统还具有较强的自我组织能力与较高的系统协调性和数据分析融合能力。为了对方案的成本进行控制，本系统在基站的基础上还采用与公共通信网络相结合的方式对公共交通与交通路口进行有效的控制。以上的处理是在系统完成对信息的收集之后传输给数据处理中心进行分析后进行的。除此之外交通信息中心也可以将部分的权限下放到部分居民之中，是数据的传输具有多样性，方便在出现不同的交通情况时进行快速有效的反应。

3 方案详细分析

3.1 传输网络拓扑方案分析

一般来说，无线传感器网络具有较多形式的支持系统，目前主要有星形网、集群树状网、网状网。无线传感器网络主要架设在各个公路交通的路口等地，实时监测和预测交通的情况和预测路况信息，在这些节点收集到所需的信息后通过传感网络将信息传输到一个大的汇集点再经由汇集点传输到系统的数据处理中心进行数据的处理。在分层分布式结构中，其两个主要组成系统分别是无线传感器网络层与区域管理层。两个层级的主要任务分别是网络层完成对交通信息的收集与处理，并将收集与处理的信息通过专用的网络传输到相应的节点，在经由节点汇集到任务管理中心进行进一步的处理与反应；区域管理层则主要负责接收下级节点传输来的信息与数据、传输用户的命令与其他相关信息，并在处理后将处理信息结果传输到用户终端进行下一步的数据信息处理。

3.2 无线传感网频段选择

在ISM中，470～510MHz是国家规定的仪表类专用频段，相对干扰较少，2.4G频段有Wifi、蓝牙等干扰，在居民小区尤其不适用，且城市内楼宇密集，无线覆盖区遮挡较为严重，而470～510MHz的绕射穿透力要好于2.4GHz频段。另外，433.05～434.79MHz为民用通用频段，无线发射功率上限为10dbm，主要用于无线数传电台，无线对讲机等设备，470～510MHz无线发射功率上限为50mw（18dbm），远大于433.05～434.79MHz，可以覆盖更大的区域。因此，可以选择470～510MHz作为智能交通系统无线传感器网络的使用频段。

3.3 无线传感网协议的选择

MAC层和多样的物理层是在IEEE80211514ISO和OSI模式下定义的。ZigBee联盟制定了MAC层以上协议，主要由高层应用规范、应用汇聚层、网络层、数据链路层和物理层组成。ZigBee很好的利用了IEEE80211514定义的物理特性优点，在其基础上额外研发了网络及应用软件，80211514工作组的工作是制定PHY和MAC层标准，后者的工作室开发网络层和应用层。基于循环冗余校验（CRC）的数据包完整性检查功能，支持鉴权和认证，采用AES-128的加密算法，各个应用可以灵活确定其安全属性。ZigBee协议在网络应用上由于距离的限制，只能选择3.2频段。可以在现有的频段上参照ZigBee协议架构的优点，在此基础上开发新的协议。

3.4 数据汇总传输方式方案选择

根据调查及技术现状，一般来说目前国内交通网络系统的无线传感器网络的中继站搭建的可选择方式主要有以下几种:3G通信网络、D-SCDMA、WCDMA、CDMA2000等。

4 结语

本文在对智能交通系统的现状进行研究分析后提出了无线网络系统的架设方案，此架设方案综合了当下智能交通系统中存在的不足和优点。

[1]李硕，李文锋， 陈维克.无线传感器网络在智能交通系统中的应用研究[J].机械与电子，2010（4）：14-16.

[2]高毓峰，宗容，余江，罗健.基于无线传感器网络的智能电网网络架构[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