ZigBee蜂窝网络智能交通控制系统无线通信方案

关键词：Zigbee蜂窝网络、无线通信、智能交通、信号控制 

               

一、应用需求

现代城市的发展，随着城市车辆的增加，人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门所面临的重要问题。城市交通控制系统是面向全市的交通数据监测、交通信号灯控制与交通诱导的计算机控制系统，它是现代城市交通监控系统中重要的组成部份，主要用于城市道路交通控制与管理，对提高城市道路的通行能力、缓和城市交通拥挤起着重要作用。

城市道路的畅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内容。 城市道路交通控制主要是对交通信号的控制，道路交通信号灯是城市道路网中的主要控制设施。交通信号灯存在，它们就会或多或少地影响交通网络的运行效率，因此信号灯必须以最优控制策略存在，以减小道路网络中所有车辆的行程的时间，必须要有一个智能交通系统来达到城市道路的最大畅通。智能交通信号控制系统的管理模式就是集中管理，分级控制，充分利用现有通信和控制技术，按实际交通现状先进行单个交叉路口的自适应协调，然后是主干线的协调控制，实现分布式协调的分级控制，最终达到区域控制的系统最优。

二、Zigbee技术简介 

zigbee是一种无线连接技术的商业化命名，该无线连接技术主要解决低成本、低功耗、低复杂度、低传输速率、近距离的设备联网应用。 

 ZigBee标准基于802.15.4协议栈而建立，具备了强大的设备联网功能，它支持三种主要的自组织无线网络类型，即星型结构、网状结构(Mesh)和簇状结构(Cluster tree)，特别是网状结构，具有很强的网络健壮性和系统可靠性。



图一  ZIGBEE星型网络结构

星型网络结构特点

  支持点对点、点对多点通信
  中心节点为ZIGBEE协调器，终端节点为ZIGBEE终端设备
  所有数据经过中心节点
  适合圆形分散、距离较近的传感器联网


 MESH网状网络结构特点

  系统采用多跳式路由通信
  网络容量很大
  可以跨越很大的物理空间，适合距离较远比较分散的结构


     MESH网状网络拓扑结构的网络具有强大的功能，网络的所有实体只有要通信范围之内，都可以互相通信，如果没有直接通路，还可以通过“多级跳”的方式来通信；该拓扑结构还可以组成极为复杂的网络；除此之外，网络还具备自组织、自愈功能。

 

四、Zigbee技术特点

通信可靠

系统采用了CSMA－CA的碰撞避免机制，避免了发送数据时的竞争和冲突；采用完全确认的数据传输机制，保证信息传输的可靠性；

网络的自组织、自愈能力强

zigbee的自组织功能：无需人工干预，网络节点能感知其他节点的存在，并确定连接关系，组成结构化的网络； 

zigbee自愈功能：增加、删除或移动节点，节点发生故障等等，网络都能够自我修复无需人工干预，保证整个系统仍然能正常工作。

成本低廉

设备的复杂程度低，且Zigbee协议是免专利费的，这些可以有效地降低设备成本；Zigbee的工作频段灵活，为免执照频段的2.4GHz，就是没有使用费的无线通信。

网络容量大

一个ZigBee网络可以容纳最多254个从设备和一个主设备，一个区域内可以同时存在200多个ZigBee网络。

五、基于ZigBee技术的智能交通控制系统解决方案

5.1 ZigBee无线太阳能交通信号控制系统

新型的太阳能无线交通控制系统集结了交通管理、交通控制、绿色能源等全新的理念与技术，采用太阳能代替传统的电能供电，通过交通灯柱顶端的太阳能电池板来进行聚集和储存太阳能，然后通过zigbee主控制器向同一交通岗的各组交通灯发射控制信号，达到无线同步控制运行的效果。


  现有的红绿灯控制系统在铺设时其控制线路必须专门挖道布线，给整个交通调度带来很大的不便。费用相应较高，日后的维护保养也十分不便。而传统的有线方式面临着布线困难，维护不易，成本较高等问题。

  采用ZIGBEE和太阳能结合的无线控制系统，无须挖路布设控制线路，各设备之间实现无线自动组网连接，既降低了系统安装成本，更重要的是避免了传统安装方式对交通干扰所带来的经济损失。随时可以施工。而且，也避免了由于城市快速发展，道路拓展等变化对原有预埋管线的干扰。由于系统没有控制线路，避免了恶意破坏，大大减少了维护成本。



5.2 ZigBee无线交通信号远程控制系统

  智能交通信号控制系统的管理模式就是集中管理，分级控制，充分利用现有设施，按实际交通现状先进行单个交叉路口的自适应协调，然后是主干线的协调控制，实现分布式协调的分级控制，最终达到区域控制的系统最优。交警指挥调度系统可与交通信号自动控制系统集成，实时采集路口的车辆的流量；在GIS地图显示各路口的交通状况、红绿灯状态等相关交通信息；根据实际需要修改、配置道口机的参数，对信号自动控制系统道口机实现远程控制。
 


基于ZIGBEE无线网络平台的智能红绿灯控制系统，系统具有以下几个特点：

l       无须挖路布设控制线路，各设备之间实现无线自动组网连接，既降低了系统安装成本，更重要的是避免了传统安装方式对交通干扰所带来的经济损失。随时可以施工。而且，也避免了由于城市快速发展，道路拓展等变化对原有预埋管线的干扰。由于系统没有地面控制箱和控制线路，避免了恶意破坏，大大减少了维护成本；

l       由于系统没有地面控制箱和控制线路，避免了恶意破坏；而且，整个控制系统的各个模块具有高集成度，高可靠性和低功耗，低成本，体积小等优点，维护保养十分方便，只需更换相应节点即可，避免了传统控制线路本身带来许多麻烦，从而大大减少了设备购置成本，建设安装成本和系统维护成本；

l       卓越的物理性能，整个网络所使用的无线频率是国际通用的免费频段(2.4-2.48Ghz ISM)， 传输的方式是抗干扰能力强的直序扩频方式（DSSS），特别适合在干扰较大的环境中使用；

l       网络的自组织、自愈能力强，zigbee的自组织功能：无需人工干预，网络节点能够感知其他节点的存在，并确定连接关系，组成结构化的网络；zigbee自愈功能：增加或者删除一个节点，节点位置发生变动，节点发生故障等等，网络都能够自我修复，并对网络拓扑结构进行相应地调整，无需人工干预，保证整个系统仍然能正常工作。 



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