一種車輛分層控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種車輛分層控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及控制方法，其特征在于，包括:車載節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)層：包括一組移動(dòng)的車載節(jié)點(diǎn)，相鄰的車載節(jié)點(diǎn)間能夠相互通信，每個(gè)車載節(jié)點(diǎn)都具備采集車輛信息、收發(fā)車輛信息及轉(zhuǎn)發(fā)車輛信息的功能；中轉(zhuǎn)及監(jiān)控節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)層：包括一組監(jiān)控節(jié)點(diǎn)和中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)和中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)都能夠和相鄰的車載節(jié)點(diǎn)通信，每個(gè)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)都能夠采集道路信息、收發(fā)車輛信息及轉(zhuǎn)發(fā)車輛信息；分區(qū)服務(wù)器：組建分區(qū)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)分區(qū)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的各個(gè)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)、中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)和車載節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理，并將接收的各個(gè)節(jié)點(diǎn)傳送的數(shù)據(jù)傳送到總服務(wù)器；總服務(wù)器：完成車輛信息數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理、實(shí)時(shí)更新車輛的運(yùn)行狀態(tài)，為車輛提供路徑導(dǎo)航和路況通報(bào)信息。
【專利說(shuō)明】一種車輛分層控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及控制方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種面向局部無(wú)線自組織結(jié)合宏觀的路況指引調(diào)控融合的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，針對(duì)目前車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中遇到的實(shí)際問(wèn)題，提出一種車輛分層控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]2010年10月28日，中國(guó)國(guó)際物聯(lián)網(wǎng)(傳感網(wǎng))博覽會(huì)暨中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)大會(huì)在無(wú)錫開(kāi)幕。博覽會(huì)以“感知科技、感知未來(lái)”為主題。這次大會(huì)指出“車聯(lián)網(wǎng)”將形成巨大的新興產(chǎn)業(yè)。IBM、思科、中國(guó)科學(xué)院、北京郵電大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域具有一定研究能力的機(jī)構(gòu)與企業(yè)參與了這次大會(huì)。其中鄔賀銓院士指出了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在各行各業(yè)的應(yīng)用，包括在智能交通中的應(yīng)用，即車聯(lián)網(wǎng)，是未來(lái)信息通信、環(huán)保、節(jié)能、安全等發(fā)展的融合性技術(shù)。
[0003]但作為物聯(lián)網(wǎng)在智能交通領(lǐng)域中的全新應(yīng)用，車聯(lián)網(wǎng)當(dāng)前尚沒(méi)有一種適用的體系架構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)控制體系。
[0004]受限于當(dāng)前普遍應(yīng)用的車輛通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，目前智能交通系統(tǒng)依賴于預(yù)先部署的基礎(chǔ)設(shè)施，用于傳播與位置相關(guān)信息的通信過(guò)程一般要橫跨幾個(gè)有線、無(wú)線通信系統(tǒng)。在多數(shù)的情況下，通過(guò)基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男畔⒃?，信息發(fā)送與接收的實(shí)際距離只有幾百米遠(yuǎn)，導(dǎo)致橫跨多個(gè)基礎(chǔ)通信系統(tǒng)進(jìn)行的信息傳送過(guò)程是低效的，而且基礎(chǔ)設(shè)施的投入也極其昂貴。因此，架構(gòu)具備短距離通信能力的車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，有利于以更直接的方式幫助信息的產(chǎn)生、傳播和消費(fèi)，提高信 息傳送的效率和降低傳送成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種車輛分層控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及控制方法，以解決目前車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用遇到的設(shè)備和數(shù)據(jù)格式傳輸可靠性差、實(shí)時(shí)事件識(shí)別和響應(yīng)速度低等系列問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的:
一種車輛分層控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，包括:
車載節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)層:包括一組移動(dòng)的車載節(jié)點(diǎn)，相鄰的車載節(jié)點(diǎn)間能夠相互通信，每個(gè)車載節(jié)點(diǎn)都具備采集車輛信息、收發(fā)車輛信息及轉(zhuǎn)發(fā)車輛信息的功能；
中轉(zhuǎn)及監(jiān)控節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)層:包括一組監(jiān)控節(jié)點(diǎn)和中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)和中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)都能夠和相鄰的車載節(jié)點(diǎn)通信，每個(gè)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)都能夠采集道路信息、收發(fā)車輛信息及轉(zhuǎn)發(fā)車輛信息；每個(gè)中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)都能夠收發(fā)車輛信息及轉(zhuǎn)發(fā)車輛信息；
分區(qū)服務(wù)器:組建分區(qū)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)分區(qū)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的各個(gè)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)、中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)和車載節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理，并將接收的各個(gè)節(jié)點(diǎn)傳送的數(shù)據(jù)傳送到總服務(wù)器；
總服務(wù)器:完成車輛信息數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理、實(shí)時(shí)更新車輛的運(yùn)行狀態(tài)，為車輛提供路徑導(dǎo)航和路況通報(bào)信息；接收各個(gè)分區(qū)服務(wù)器發(fā)送的信息，實(shí)現(xiàn)各個(gè)網(wǎng)絡(luò)層內(nèi)的信息共孚。[0007]作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述車載節(jié)點(diǎn)包括:
車載信息采集單元:負(fù)責(zé)采集車輛的車況信息，包括胎壓，油量，實(shí)時(shí)速度可以反映車輛狀態(tài)的各類信息以及車輛前進(jìn)路線傳送到車載MCU ；
車載MCU:對(duì)車載信息采集單元采集的信息以及車載通信單元接收的信息進(jìn)行分析處理，對(duì)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)包完整性檢查和加密；
車載通信單元:完成車載節(jié)點(diǎn)與外界的通信工作；
車載存儲(chǔ)單元:存儲(chǔ)車載信息采集單元采集的各項(xiàng)信息以及車載MCU分析處理后的數(shù)據(jù)信息。
[0008]作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述監(jiān)控節(jié)點(diǎn)包括:
監(jiān)控信息采集單元:通過(guò)各類傳感器采集道路實(shí)時(shí)路況，包括車流量和事故檢測(cè)信
息；
監(jiān)控MCU:對(duì)監(jiān)控信息采集單元采集的信息以及監(jiān)控通信單元接收的信息進(jìn)行分析處理，對(duì)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)包完整性檢查和加密；
監(jiān)控預(yù)處理單元:將監(jiān)控信息采集單元采集到的各類原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以便濾除無(wú)用信息，并對(duì)預(yù)處理后的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)包完整性檢查和加密；
監(jiān)控通信單元:完成監(jiān)控節(jié)點(diǎn)與外界的聯(lián)絡(luò)；
監(jiān)控存儲(chǔ)單元:存儲(chǔ)監(jiān)控信息采集單元采集的各項(xiàng)信息以及預(yù)處理分析處理后的數(shù)據(jù)信息。
[0009]作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)包括:
中轉(zhuǎn)檢測(cè)單元:完成數(shù)據(jù)的完整性檢查和修復(fù)。
[0010]中轉(zhuǎn)通信單元:完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。
[0011]作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述車載節(jié)點(diǎn)為ZigBee終端節(jié)點(diǎn)，所述中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)和監(jiān)控節(jié)點(diǎn)采用ZigBee路由器節(jié)點(diǎn)，所述分區(qū)服務(wù)器為ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。
[0012]一種車輛分層控制方法，其特征在于，包括如下步驟:
(O車載節(jié)點(diǎn)采集自身的車輛信息發(fā)送到臨近的監(jiān)控節(jié)點(diǎn)或者中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)，由中轉(zhuǎn)及監(jiān)控節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)層內(nèi)的節(jié)點(diǎn)逐級(jí)上傳到分區(qū)服務(wù)器；
(2)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)采集路況信息發(fā)送到臨近的上一級(jí)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)或者中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)，由中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)逐級(jí)上傳到分區(qū)服務(wù)器；
(3)分區(qū)服務(wù)器管理網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的車載節(jié)點(diǎn)、監(jiān)控節(jié)點(diǎn)和中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)，將接收的車載節(jié)點(diǎn)、監(jiān)控節(jié)點(diǎn)和中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給總服務(wù)器；
(4)總服務(wù)器根據(jù)接收到的車輛信息和路況信息進(jìn)行分析處理后，生成路徑導(dǎo)航信息和路況通報(bào)信息，并將生成的信息在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)廣播。
[0013]作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述步驟(3)的生成路徑導(dǎo)航信息包括如下步驟:
(1)根據(jù)道路擁塞狀況、路徑長(zhǎng)度以及道路標(biāo)準(zhǔn)和等級(jí)生成路段動(dòng)態(tài)時(shí)間權(quán)值；
(2)將路段動(dòng)態(tài)時(shí)間權(quán)值作為最短路徑算法的權(quán)值，計(jì)算出最短路徑，并將最短路徑在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)逐級(jí)傳送到對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:本發(fā)明通過(guò)柵格狀的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將智能性由總服務(wù)器分散到各區(qū)域分服務(wù)器及監(jiān)控節(jié)點(diǎn)中；依據(jù)本發(fā)明的車輛分層控制的網(wǎng)絡(luò)體系，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實(shí)效性，這種方法保證了車聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)交換的實(shí)時(shí)性的要求，網(wǎng)絡(luò)具有良好的伸縮性和自我構(gòu)建性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
[0016]圖2為本發(fā)明ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖3為本發(fā)明的ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層的架構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0019]參見(jiàn)圖1-圖3，本發(fā)明公開(kāi)了一種車輛分層控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括:
車載節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)層:包括一組移動(dòng)的車載節(jié)點(diǎn)，相鄰的車載節(jié)點(diǎn)間能夠相互通信，每個(gè)車載節(jié)點(diǎn)都具備采集車輛信息、收發(fā)車輛信息及轉(zhuǎn)發(fā)車輛信息的功能；
中轉(zhuǎn)及監(jiān)控節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)層:包括一組監(jiān)控節(jié)點(diǎn)和中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)都能夠采集道路信息、收發(fā)車輛信息及轉(zhuǎn)發(fā)車輛信息；每個(gè)中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)都能夠收發(fā)車輛信息及轉(zhuǎn)發(fā)車輛信息；
分區(qū)服務(wù)器:完成車輛信息數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理、實(shí)時(shí)更新車輛的運(yùn)行狀態(tài)，為車輛提供路徑導(dǎo)航和路況通報(bào)信息；
總服務(wù)器:接收各個(gè)分區(qū)服務(wù)器發(fā)送的消息，實(shí)現(xiàn)各個(gè)網(wǎng)絡(luò)層內(nèi)的信息共享。
[0020]所述車載節(jié)點(diǎn)包括:
車載信息采集單元:負(fù)責(zé)采集車輛的車況信息，包括胎壓，油量，實(shí)時(shí)速度可以反映車輛狀態(tài)的各類信息以及車輛前進(jìn)路線傳送到車載MCU ；
車載MCU:對(duì)車載信息采集單元采集的信息以及車載通信單元接收的信息進(jìn)行分析處理，對(duì)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)包完整性檢查和加密；
車載通信單元:完成車載節(jié)點(diǎn)與外界的通信工作；
車載存儲(chǔ)單元:存儲(chǔ)車載信息采集單元采集的各項(xiàng)信息以及車載MCU分析處理后的數(shù)據(jù)信息。
[0021]所述監(jiān)控節(jié)點(diǎn)包括:
監(jiān)控信息采集單元:通過(guò)各類傳感器采集道路實(shí)時(shí)路況，包括車流量和事故檢測(cè)信
息；
監(jiān)控MCU:對(duì)監(jiān)控信息采集單元采集的信息以及監(jiān)控通信單元接收的信息進(jìn)行分析處理，對(duì)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)包完整性檢查和加密；
監(jiān)控預(yù)處理單元:將監(jiān)控信息采集單元采集到的各類原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以便濾除噪音信息，并對(duì)預(yù)處理后的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)包完整性檢查和加密；
監(jiān)控通信單元:完成監(jiān)控節(jié)點(diǎn)與外界的聯(lián)絡(luò)；
監(jiān)控存儲(chǔ)單元:存儲(chǔ)監(jiān)控信息采集單元采集的各項(xiàng)信息以及預(yù)處理分析處理后的數(shù)據(jù)信息。
[0022]所述中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)包括:
中轉(zhuǎn)檢測(cè)單元:完成數(shù)據(jù)的完整性檢查和修復(fù)。[0023]中轉(zhuǎn)通信單元:完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。
[0024]本發(fā)明還公開(kāi)了一種車輛分層控制方法，其特征在于，包括如下步驟:
(1)車載節(jié)點(diǎn)采集自身的車輛信息發(fā)送到臨近的監(jiān)控節(jié)點(diǎn)或者中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)，中轉(zhuǎn)及監(jiān)控節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)層內(nèi)的節(jié)點(diǎn)逐級(jí)上傳到分區(qū)服務(wù)器；
(2)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)采集路況信息發(fā)送到臨近的上一級(jí)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)或者中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)，由中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)逐級(jí)上傳到分區(qū)服務(wù)器；
(3)分區(qū)服務(wù)器根據(jù)接收到的車輛信息和路況信息進(jìn)行分析處理后，生成路徑導(dǎo)航信息和路況通報(bào)信息，并將生成的信息在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)廣播。
[0025]所述步驟(3)的生成路徑導(dǎo)航信息包括如下步驟:
(1)根據(jù)道路擁塞狀況、路徑長(zhǎng)度以及道路標(biāo)準(zhǔn)和等級(jí)生成路段動(dòng)態(tài)時(shí)間權(quán)值；
(2)將路段動(dòng)態(tài)時(shí)間權(quán)值作為最短路徑算法的權(quán)值，計(jì)算出最短路徑，并將最短路徑在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)逐級(jí)傳送到對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)。
[0026]本發(fā)明的工作流程為:車載節(jié)點(diǎn)、中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)和監(jiān)控節(jié)點(diǎn)間采用網(wǎng)狀連接，其中每個(gè)無(wú)線節(jié)點(diǎn)不僅可以收/發(fā)信息，還可以自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)信息到網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)。由于每個(gè)節(jié)點(diǎn)的智能化，所以不管網(wǎng)絡(luò)中任何一個(gè)車載節(jié)點(diǎn)、中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)或者監(jiān)控節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，附近的車載節(jié)點(diǎn)、中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)或者監(jiān)控節(jié)點(diǎn)會(huì)自動(dòng)代替該節(jié)點(diǎn)繼續(xù)進(jìn)行信息的傳輸和轉(zhuǎn)發(fā)，從而大大提高了系統(tǒng)的可靠性。
[0027]系統(tǒng)采用的鏈路為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使每個(gè)節(jié)點(diǎn)可使用的鏈路數(shù)增加，并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)均具有選路功能，從而減輕業(yè)務(wù)執(zhí)行時(shí)發(fā)生沖突的可能性，提高了響應(yīng)速度。在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)多次“短跳”來(lái)傳遞數(shù)據(jù)，從而獲得更高帶寬，來(lái)降低數(shù)據(jù)丟失的干擾和其他因素的出現(xiàn)。
[0028]本系統(tǒng)中，如果需要增加覆蓋區(qū)域或者在已有區(qū)域增加覆蓋密度，只需向已有網(wǎng)絡(luò)中添加節(jié)點(diǎn)，接通節(jié)點(diǎn)的電源，然后進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置，即可開(kāi)始運(yùn)行。因此網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有更好的伸縮性。
[0029]本系統(tǒng)中，原不屬于該網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，一旦工作后，其就能收聽(tīng)臨近節(jié)點(diǎn)。如果其找到了一個(gè)或者若干個(gè)，就會(huì)要求加入該網(wǎng)絡(luò)，在滿足準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)時(shí)可以獲得加入。因此網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)具有良好的自我構(gòu)建性。
[0030]本系統(tǒng)中，當(dāng)監(jiān)控設(shè)備監(jiān)控到網(wǎng)絡(luò)中任一車輛發(fā)生故障或故障車輛本身均可向臨近節(jié)點(diǎn)發(fā)出信息，在分區(qū)服務(wù)器接收到信息后會(huì)向網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)發(fā)出信息，來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)配救護(hù)車輛前往救援，其他車輛遠(yuǎn)離該節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障的路段，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中資源最佳配比。
[0031]如圖1所示，本系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)類型分為中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)，監(jiān)控節(jié)點(diǎn)及車載節(jié)點(diǎn)并且通過(guò)車輛分層控制網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的實(shí)時(shí)性。其中車載節(jié)點(diǎn)為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)每輛車上面的節(jié)點(diǎn)，安裝在道路的各種傳感器組成監(jiān)控節(jié)點(diǎn)，中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)為固定在道路兩邊的節(jié)點(diǎn)。中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)、監(jiān)控節(jié)點(diǎn)和車載節(jié)點(diǎn)間采用網(wǎng)狀連接，其中每個(gè)無(wú)線節(jié)點(diǎn)不僅可以收/發(fā)信息，還可以自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)信息到網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)。
[0032]車輛分層控制網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)中第一層為車載傳感器網(wǎng)絡(luò)，第二層為各個(gè)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)和道路兩側(cè)中轉(zhuǎn)接點(diǎn)組成的信息交互網(wǎng)絡(luò)及其控制的城路道路的紅綠燈及提示屏，第三層為各區(qū)域分服務(wù)器組成的網(wǎng)絡(luò)，第四層為城市總服務(wù)器。
[0033]現(xiàn)給出本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例，以Zigbee網(wǎng)絡(luò)為一種實(shí)現(xiàn)方式，其系統(tǒng)可簡(jiǎn)化為:
1.數(shù)據(jù)通信傳輸網(wǎng)絡(luò)，相當(dāng)于車載節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)層、中轉(zhuǎn)及監(jiān)控節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)層和分區(qū)服務(wù)器組成的網(wǎng)絡(luò)。
[0034]在本單元中Zigbee負(fù)責(zé)各類數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收，為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和降低單一模塊損壞對(duì)整體網(wǎng)絡(luò)的影響(自組網(wǎng)的穩(wěn)定性)，采用MESH網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由一個(gè) Zigbee 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(Coordinator)和 η 個(gè) Zigbee 路由器(Rounter)、Zigbee 終端(Enddevice)構(gòu)成,其中，所述車載節(jié)點(diǎn)為ZigBee終端節(jié)點(diǎn)，所述中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)和監(jiān)控節(jié)點(diǎn)為ZigBee路由器節(jié)點(diǎn)，所述分區(qū)服務(wù)器為ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。系統(tǒng)實(shí)時(shí)通信的整體框架如圖 2, Zigbee 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(Coordinator)和 η 個(gè) Zigbee 路由器(Rounter)、Zigbee 終端(Enddevice)采用的Zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層的架構(gòu)如圖3。
[0035]本單元為了數(shù)據(jù)安全性，ZigBee終端、ZigBee路由器和ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器均采用基于循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能，支持鑒權(quán)和認(rèn)證，采用了 AES - 128的加密算法。最終動(dòng)態(tài)組網(wǎng)后，可以實(shí)現(xiàn)各模塊通過(guò)UART進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送與接收。
[0036]2交通誘導(dǎo)數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，相當(dāng)于總服務(wù)器
2.1總體設(shè)計(jì)
本服務(wù)器主要是完成數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理、誘導(dǎo)方案制定、誘導(dǎo)信息發(fā)布控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。
[0037]本服務(wù)器分為兩層:
1.Zigbee通訊層:使用計(jì)算機(jī)串口外接ZIGBEE模塊實(shí)現(xiàn)與Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的通信。服務(wù)端程序采用Windows的多線程+異步10機(jī)制，相較于單純的多線程設(shè)計(jì)，更好的結(jié)合了 Windows操作系統(tǒng)的特點(diǎn)，可以承載大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互。該層將收到的數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單處理后提交給數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)層。
[0038]2.數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)層:實(shí)時(shí)更新車輛的運(yùn)行狀態(tài)，為車輛提供信息，包括路徑導(dǎo)航，路況通報(bào)等。
[0039]2.2路徑導(dǎo)航采用Dijkstra算法
傳統(tǒng)Dijkstra算法中，單純將路徑的長(zhǎng)度作為權(quán)值，用作求最短路徑。在此基礎(chǔ)上，我們將路況信息融入到算法中，參照路徑長(zhǎng)度與實(shí)時(shí)路況動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)更新權(quán)值，從而得到最佳路徑。
[0040]2.3路段動(dòng)態(tài)時(shí)間權(quán)值的確定
通過(guò)對(duì)各種類型交通流量的分析和研究，可以簡(jiǎn)單歸納出城市路線選擇主要影響因
素:
1、道路擁塞狀況
2、路徑長(zhǎng)度
3、道路標(biāo)準(zhǔn)和等級(jí)
通過(guò)對(duì)各種類型交通流量的分析和研究，可以簡(jiǎn)單地把城市道路分為三種狀態(tài):
阻塞狀態(tài):處于這種狀態(tài)的道路，各種車輛不管性能有多大差距，在該路段的行程時(shí)間都被認(rèn)為無(wú)限期的。
[0041]繁忙狀態(tài):對(duì)于繁忙狀態(tài)的道路，各種車輛在該類型路段上的行程時(shí)間跟時(shí)段有著緊密關(guān)聯(lián)(如很多城市一到上下班時(shí)間就容易堵車)，所以對(duì)這種狀態(tài)的路段按照車輛的多少和形式速度來(lái)確定行程時(shí)間；
空閑狀態(tài):處于這種狀態(tài)的路段行程時(shí)間主要考慮道路自身的狀況如路寬、路面質(zhì)量、限速等，同時(shí)也考慮車的性能，不同的車輛在同一道路上的行程時(shí)間是不同的。
[0042]針對(duì)這三種不同的狀態(tài)以及路徑長(zhǎng)度、道路標(biāo)準(zhǔn)和等級(jí)，確定不同的路段動(dòng)態(tài)時(shí)間權(quán)值。
[0043]服務(wù)器尋得路徑后，計(jì)算出車輛的行駛建議，交由Zigbee通訊層送達(dá)對(duì)應(yīng)的車載節(jié)點(diǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種車輛分層控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，包括: 車載節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)層:包括一組移動(dòng)的車載節(jié)點(diǎn)，相鄰的車載節(jié)點(diǎn)間能夠相互通信，每個(gè)車載節(jié)點(diǎn)都具備采集車輛信息、收發(fā)車輛信息及轉(zhuǎn)發(fā)車輛信息的功能； 中轉(zhuǎn)及監(jiān)控節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)層:包括一組監(jiān)控節(jié)點(diǎn)和中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)和中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)都能夠和相鄰的車載節(jié)點(diǎn)通信，每個(gè)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)都能夠采集道路信息、收發(fā)車輛信息及轉(zhuǎn)發(fā)車輛信息；每個(gè)中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)都能夠收發(fā)車輛信息及轉(zhuǎn)發(fā)車輛信息； 分區(qū)服務(wù)器:組建分區(qū)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)分區(qū)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的各個(gè)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)、中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)和車載節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理，并將接收的各個(gè)節(jié)點(diǎn)傳送的數(shù)據(jù)傳送到總服務(wù)器； 總服務(wù)器:完成車輛信息數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理、實(shí)時(shí)更新車輛的運(yùn)行狀態(tài)，為車輛提供路徑導(dǎo)航和路況通報(bào)信息；接收各個(gè)分區(qū)服務(wù)器發(fā)送的信息，實(shí)現(xiàn)各個(gè)網(wǎng)絡(luò)層內(nèi)的信息共享。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛分層控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于， 所述車載節(jié)點(diǎn)包括: 車載信息采集單元:負(fù)責(zé)采集車輛的車況信息，包括胎壓，油量，實(shí)時(shí)速度可以反映車輛狀態(tài)的各類信息以及車輛前進(jìn)路線傳送到車載MCU ； 車載MCU:對(duì)車載信息采集單元采集的信息以及車載通信單元接收的信息進(jìn)行分析處理，對(duì)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)包完整性檢查和加密； 車載通信單元:完成車載節(jié)點(diǎn)與外界的通信工作； 車載存儲(chǔ)單元:存儲(chǔ)車載信息采集單元采集的各項(xiàng)信息以及車載MCU分析處理后的數(shù)據(jù)信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛分層控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)控節(jié)點(diǎn)包括: 監(jiān)控信息采集單元:通過(guò)各類傳感器采集道路實(shí)時(shí)路況，包括車流量和事故檢測(cè)信息； 監(jiān)控MCU:對(duì)監(jiān)控信息采集單元采集的信息以及監(jiān)控通信單元接收的信息進(jìn)行分析處理，對(duì)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)包完整性檢查和加密； 監(jiān)控預(yù)處理單元:將監(jiān)控信息采集單元采集到的各類原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以便濾除無(wú)用信息，并對(duì)預(yù)處理后的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)包完整性檢查和加密； 監(jiān)控通信單元:完成監(jiān)控節(jié)點(diǎn)與外界的聯(lián)絡(luò)； 監(jiān)控存儲(chǔ)單元:存儲(chǔ)監(jiān)控信息采集單元采集的各項(xiàng)信息以及預(yù)處理分析處理后的數(shù)據(jù)信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛分層控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)包括: 中轉(zhuǎn)檢測(cè)單元:完成數(shù)據(jù)的完整性檢查和修復(fù)； 中轉(zhuǎn)通信單元:完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛分層控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述車載節(jié)點(diǎn)為基于ZigBee協(xié)議的終端節(jié)點(diǎn)，所述中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)和監(jiān)控節(jié)點(diǎn)采用ZigBee路由器節(jié)點(diǎn)，所述分區(qū)服務(wù)器為ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。
6.一種車輛分層控制方法，其特征在于，包括如下步驟: (O車載節(jié)點(diǎn)采集自身的車輛信息發(fā)送到臨近的監(jiān)控節(jié)點(diǎn)或者中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)，由中轉(zhuǎn)及監(jiān)控節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)層內(nèi)的節(jié)點(diǎn)逐級(jí)上傳到分區(qū)服務(wù)器；(2)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)采集路況信息發(fā)送到臨近的上一級(jí)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)或者中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)，由中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)逐級(jí)上傳到分區(qū)服務(wù)器； (3)分區(qū)服務(wù)器管理網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的車載節(jié)點(diǎn)、監(jiān)控節(jié)點(diǎn)和中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)，將接收的車載節(jié)點(diǎn)、監(jiān)控節(jié)點(diǎn)和中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給總服務(wù)器； (4)總服務(wù)器根據(jù)接收到的車輛信息和路況信息進(jìn)行分析處理后，生成路徑導(dǎo)航信息和路況通報(bào)信息，并將生成的信息在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)廣播。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的車輛分層控制方法，其特征是:所述步驟(3)的生成路徑導(dǎo)航信息包括如下步驟: (1)根據(jù)道路擁塞狀況、路徑長(zhǎng)度以及道路標(biāo)準(zhǔn)和等級(jí)生成路段動(dòng)態(tài)時(shí)間權(quán)值； (2)將路段動(dòng)態(tài)時(shí)間權(quán)值作為 最短路徑算法的權(quán)值，計(jì)算出最短路徑，并將最短路徑在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)逐級(jí)傳送到對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)。
【文檔編號(hào)】G08G1/0967GK103929476SQ201410123326
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】孫濤, 袁玉卓, 李太東, 王健, 高敏敏, 寇正 申請(qǐng)人:濟(jì)南大學(xué)