ZigBee蜂窩網(wǎng)絡(luò)智能交通控制系統(tǒng)無(wú)線通信方案
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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(wèn)題。城市交通控制系統(tǒng)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)控制系統(tǒng)，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)智能交通系統(tǒng)來(lái)達(dá)到城市道路的最大暢通。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(jiǎn)介
zigbee是一種無(wú)線連接技術(shù)的商業(yè)化命名，該無(wú)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。
ZigBee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(wú)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(guò)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(guò)“多級(jí)跳”的方式來(lái)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(wú)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(wú)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(wú)線通信。
網(wǎng)絡(luò)容量大
一個(gè)ZigBee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)ZigBee網(wǎng)絡(luò)。
五、基于ZigBee技術(shù)的智能交通控制系統(tǒng)解決方案
5.1 ZigBee無(wú)線太陽(yáng)能交通信號(hào)控制系統(tǒng)
新型的太陽(yáng)能無(wú)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(yáng)能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電能供電，通過(guò)交通燈柱頂端的太陽(yáng)能電池板來(lái)進(jìn)行聚集和儲(chǔ)存太陽(yáng)能，然后通過(guò)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(wú)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(lái)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(wèn)題。
采用ZIGBEE和太陽(yáng)能結(jié)合的無(wú)線控制系統(tǒng)，無(wú)須挖路布設(shè)控制線路，各設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)無(wú)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(lái)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(wú)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(wú)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(wú)須挖路布設(shè)控制線路，各設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)無(wú)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(lái)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(lái)許多麻煩，從而大大減少了設(shè)備購(gòu)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(wú)線頻率是國(guó)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(wú)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(wú)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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