無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用　 2011-05-30 10:17:42來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

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網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)軟件功能設(shè)計(jì)

在ITS無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)按照功能不同，需要分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。終端節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的軟件功能如圖3所示。終端節(jié)點(diǎn)安裝不同的傳感器用于運(yùn)動(dòng)車(chē)輛信息采集和道路信息獲取等。其功能實(shí)現(xiàn)可按照精簡(jiǎn)功能設(shè)備(RFD，ReducedFunctionDevice)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。終端節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)按照星型網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，在固定時(shí)間點(diǎn)由睡眠狀態(tài)醒來(lái)與匯聚節(jié)點(diǎn)主動(dòng)通訊。信息路由則交給父(匯聚)節(jié)點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)中具有路由功能的協(xié)調(diào)器和路由器完成，降低了節(jié)點(diǎn)功耗和軟件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。匯聚節(jié)點(diǎn)是終端節(jié)點(diǎn)軟件功能上的擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)及路由消息的功能，允許更多重點(diǎn)節(jié)點(diǎn)接入網(wǎng)絡(luò)?？砂凑杖δ茉O(shè)備(FFD，F(xiàn)ullFunctionDevice)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)軟件功能

網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)中所需要的協(xié)調(diào)器，負(fù)責(zé)啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、配置網(wǎng)絡(luò)成員地址、維護(hù)網(wǎng)絡(luò)、維護(hù)節(jié)點(diǎn)的綁定關(guān)系表等，還負(fù)責(zé)將所采集的數(shù)據(jù)初步處理并交付交通信號(hào)控制器傳輸?shù)缴弦患?jí)信息中心，需要較多存儲(chǔ)空間、計(jì)算及通訊能力。

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件功能設(shè)計(jì)

現(xiàn)有較多的無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)解決方案，包括各芯片產(chǎn)商推出的單片機(jī)外接射頻芯片和集成射頻、微處理器的單芯片等。在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中較常采用的ZigBee射頻芯片有Atmel的AT86RF230、TI的CC2420、Freescale的MC1319x和MC1320x、Microchip的MRF24J40等。此外，芯片產(chǎn)商推出了單芯片解決方案，如TI CC2430延用了CC2420芯片的架構(gòu)，在單個(gè)芯片上整合了ZigBee射頻前端、內(nèi)存和微控制器；Freescale的MC1321x/MC1322x和Jennic的JN5121/JN513x單芯片解決方案等。

●基于Atmel的AT86RF230射頻芯片和AVR單片機(jī)設(shè)計(jì)方案

典型的終端節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)如圖4所示，采用Atmel的8位RISC結(jié)構(gòu)低功耗ATMegal1281VMCU作為系統(tǒng)控制核心。采用512KB的AT45DB041D作為外部程序存儲(chǔ)器。射頻模塊使用Atmel的支持ZigBee協(xié)議的AT86RF230，RF功率達(dá)到3dBm，室外傳輸距離可達(dá)300米以上節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)展接口可連接模擬輸入、數(shù)字I/O、I2C、SPI和UART接口，這些擴(kuò)展接口使其易于與傳感器及其它外設(shè)連接，例如外接光度、溫溫度、氣壓、聲、地磁和加速度等傳感器。

傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

●基于TI的CC2420芯片和ARM單片機(jī)設(shè)計(jì)方案

在設(shè)計(jì)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)時(shí)，需要較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，用以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜路由協(xié)議以及信息處理等。如圖5所示Crossbow的imote2節(jié)點(diǎn)采用了MarvellPXA271高性能、低功耗處理器。該處理器使用動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)技術(shù)，頻率范圍13MHz~416MHz，可工作于低電壓(0.85V)低頻率(13MHz)模式，具備了優(yōu)良的動(dòng)態(tài)電源管理技術(shù)。此外，該處理器封裝內(nèi)集成三個(gè)芯片256KBSRAM，32MBFLASH以及32MBSDRAM，減小了體積。通過(guò)提供多種I/O，能夠靈活的支持不同種類(lèi)的傳感器。該處理器還支持一個(gè)MMX協(xié)處理器，提高多媒體處理能力，可以用于無(wú)線(xiàn)多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)中的語(yǔ)音和圖像處理。Imote2使用TI的CC2420ZigBee射頻芯片，支持2.4GHz、16通道250kb/s數(shù)據(jù)傳輸，發(fā)送功率-24～0dBm。有效通訊距離是30米，可以通過(guò)SMA接口外接天線(xiàn)來(lái)增加傳輸距離。

Imote2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

●節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)其他考慮

在智能交通系統(tǒng)專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)需要如下考慮：

①節(jié)點(diǎn)低功耗設(shè)計(jì)。終端節(jié)點(diǎn)都是電池(可用太陽(yáng)能蓄電池)供電。

②節(jié)點(diǎn)成本要低廉。在進(jìn)行大規(guī)模交通信息采集等部署時(shí)，節(jié)點(diǎn)成本將是項(xiàng)目關(guān)鍵。

③節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)能力。一些節(jié)點(diǎn)需要進(jìn)行高速信息采集并且運(yùn)行識(shí)別算法，所以需要數(shù)據(jù)處理能力。還需要考慮在有限的空間之內(nèi)存儲(chǔ)程序、數(shù)據(jù)、以及支持代碼在線(xiàn)更新等功能。

④此外，根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)合的需要，無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)要具有不同的傳感器接口，能外接不同的傳感器。

其中，能耗管理應(yīng)該作為重點(diǎn)考慮。特別是采用32位ARM處理器外接射頻芯片的解決方案，需要有效降低節(jié)點(diǎn)能耗，需要在系統(tǒng)級(jí)軟件上進(jìn)一步改善能耗管理，例如優(yōu)化TinyOS或嵌入式Linux電源管理功能。

結(jié)語(yǔ)

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用與研究得到更多關(guān)注。本文結(jié)合智能交通系統(tǒng)中的典型應(yīng)用，討論了無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)等問(wèn)題。隨著技術(shù)發(fā)展與成熟，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以在智能交通系統(tǒng)中更多關(guān)鍵性場(chǎng)合得到應(yīng)用，例如電子收費(fèi)、交通安全與自動(dòng)駕駛、停車(chē)管理、交通誘導(dǎo)系統(tǒng)等，更進(jìn)一步推動(dòng)智能交通系統(tǒng)的發(fā)展。