基于物联网的智能交通系统网关研究与实现.doc

基于物联网的智能交通系统网关研究与实现研究方向：羞运焦丕统垄迨皇玉绫遭焦堇丕申请学位级别： 长春理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，基于物联网的智能交通系统网关研究与实现是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。长春理工大学学位论文版权使用授权书丝世年玉月丛日 物联网，智能交通系统网关， 琲瑃琲 瓼， 目录一 智能交通系统网关部署算法 课题研究背景及意义用物联网技术实现了交通运输的智能化。网关是实现系统中各种网络的互联互通的关键设备，能够有效解决智能交通感知目前，传统网关技术相对成熟，但针对应用于国内外发展现状，拍畋惶岢觯澜绺鞴破鹆薎研究和开发热 发工作【。随后西欧国家相继制定了“欧洲高效安全交通系统计划”和“保障车辆安全的欧洲道路基础设施计划軪保灿喔龉摇多个单位参与这个两个计划，投入经费多达亿欧元。目前，远程信息处理技术已经在欧洲得到全面应用和开发，同时构建了专门的无线数据网络，用以实现交通管理、电子收费、车载导航功能。 的功能。分析了网关的功能需求，并根据需求设计了网关的总体架构。 应用层的主要功能包括对交通感知网络采集的交通数据进行处理分析与应用，支持各种智能交通服务。应用层的用户应用服务类型就目前而言大致可以分为政府应用类示范系统、社会应用类示范系统，以及行业、企业应用类示范系统等，典型的应用包括智能交通控制系统、动态交通信息服务系统、智能电子收费系统、公共交通控制系统与智能汽车等。基于物联网的智能交通系统体系结构如图所示。 图智能交通系统体系结构环境监测区域大量部署的传感器节点和若干数据汇聚节点构成，这些传感器节点集成了传感器、嵌入式处理器、无线收发器等，具有交通信息采集、数据处理、数据转发等功能。能够通过无线通信和自组织方式形成网络，对检测区域内的环境数据或者交通对象进行监测和处理，并将监测到的数据和信息上传汇聚节点，协定完成指定的监测任务。协议栈如图所示。 图正标准协议栈标准。二者结合构成了的标准协议栈。标准协议栈逻辑链路控制子层数据链路 物理层 网络层、网络接口层组成【的四层模型如图所示。应用层 表数据报文有效载荷智能交通无线传感器网络与电信网络的互联融合智能交通无线传感器网络与电信网络的互联融合，是指通过将应用于智能交通领域的无线传感器网络连接到现有的电信网络上，利用电信网络对无线传感器网络的业务进行监控、管理、扩展。无线传感器网络通过网关连接电信网络的接入网、核心网、 传感器节点 无线传感器网络是一种智能网络信息系统，具有信息采集、处理、传输功能，非常适合智能交通领域应用，但是由于无线传感器网络通信范围和服务范围都受到了限三种：覆盖策略、网关策略、无线网状网策吲】。覆盖策略主要是通过修改无线传感器网络或者的协议栈实现，根据覆盖方 栈需要被部署在主机上，无形中增加了网络开销。以通过两种方式连接这两种网络，一是作为转发节点，如果两个网络终端要完成数据交换，则必须向代理服务器注册相关信息，代理只负责转发两种网络之间的数据；另一种是作为网络节点，主动收集无线传感器网络数据。当用户向代理查询时，代理首先与收集的数据进行匹配，如果匹配成功则发送相关数据，否则，重新访问无线传感器网络，收集相关数据后在发送。时延自适应策略是通过一种基于链路恢复的网关部署策略简述 基于物联网的智能交通系统网关概述嗬胛尴叽、等。交通无线传感器网络对外接入技术包括分组无线服务瓹基于物联网的智能交通系统会应用到不同的通信技术标准，不同的技术标准往往使用不同通信协议。因此，就导致通信网络的异构，不同网络之间通信受到限制。那么，作为网关应具备将交通无线传感器网络发送公共网络的数据封装成适合于公共网络传输的数据格式，同时能够将来自公共网络的数据转换为交通感知网络可识别的标准数据格式。 广域网接入层感知网接入层电信网络，适用于非固定、可移动环境的通信网络。 感知网络以及接收来自交通感知网络的数据。基于物联网的智能交通系统网关总体框架根据上述智能通系统网关的功能需求和层次模型进行总体设计，网关核心处理模本章小结 度胧紸处理器选型以及最小系统设计适合恶劣环境应用。供电电压为，同时具有不同省电模式保证低功耗应用的要求。最小系统电路原理图如图所示。 图 图内部结构图模块电路原理图 的和相连。模块电路采用单端子非平衡天线，的晶振电路，应用于模块在非常低的睡眠电流消耗和精确唤醒时间状态下图模块功能框图线发射。模块硬件电路原理图如图所示。 图模块硬件电路原理图分别连接控制器的管脚。理图如图所示。甠；工凡图接口电路原理图 总线方式使用、，呓惺萃拧总线方式相比于图卡存储器接口电路原理图以太网隔离变压器，集成了插座，且具有信号耦合、电压隔离、阻抗藕偷刂淇缃右桓的偏置电阻。以太网接口电路原理图如图所示： 匿埯鞠：一图騎显示屏驱动及接口电路原理图本章小结 络控制较为简单。但是，在这种网络中距离汇聚节点较远的节点将数据发送到汇聚节点就需要消耗更多的能量，因此相比那些距离较近的节点更快的耗尽能量而停止工作。而且，网络中的业务会随着网络的不断扩大迅速增加，这将使的各节点在向同一汇聚节点发送数据时，发生传输碰撞，进一步增加能量消耗和网络延时。在多跳网络中，传感节点通过一个或者多个节点将数据发送到汇聚节点。每个中间节点需要进行路由选择和沿着多跳路径发送数据。中间节点可以进行数据融合降低数据的冗余，提高能量的利用率。多跳网络更适合无线网络通信。表网络数据包类型及功能 网络数据包类型包，用于查询指定地址的设备是否存在用于从机应答查询包甉用于设备退出用于主机响应设备退出；包类型玎；校验和 在对模块读写操作之前首先要对其进行硬件初始化，初始化函数 图网关主机节点软件流程图 、网络节点地址管理函数、广募辶送缟璞傅慕巧瓹文件包含文件主要包含发送数据包函数和接收数据包函数送数据包记录函数，负责记录包发送和接收情况。文件主要包含主机地址管韊表函数现了网关节点组网协议，文件的组织关系如图所示。 瓹： 图从机接入网络的软件流程图 孕一一一一一一綬一一一一一一一一甶畂 一【卜一图组网过程 口遽荨跫浚每，籧癳【猀哂狝一籢一【一猀工】为，由此看见，该节点成功加入了网络。7湓创胧褂酶呒禖语言编剪。但保留了网络层和传输层必须使用的协议，如口疘綝舢等，保证了 层和应用层使用，避免了数据的拷贝，有效的节省了空间和时间。因此，经过编译后网卡驱动，硬件层提供给底层的调用函内部时钟事件是通过芷诩剖鼻模敝芷诩剖贝螅扛鯰连接就会调用议时钟设置，将网关处理器的定时器设置为榈亩笔敝印协议栈参数配；猄； 木，；函数瓿闪藆噐协议定时时钟的设定，函数完成了网卡初始化。初始化完毕后，进行以太网连接以及网络的创建，这些工作全部完成 ；相应的事件处理。数据交换过程：构建好的网页内容，发送到用户机浏览器上。这样用户就可以通过网页实现对网络节点控制。网关收到如表所示的以太网数据包时，首先从帧结构中提取出数据的有效载荷，然后分析出用户控制命令，通过查找网络节点路由表获取节点路由后，将用户数据封装成如表所示的标准网络数据包，最后通过网关模块发送到网络中。号节点发送命令数据卦冻痰锹伎刂埔趁嫒缤所示。网关 ；：醒痝，醒，痯篒：鞺篢接收到咆，端口为。接收到咆，端口为。痷】：猶，：縁 骸!【日猑一9】誛誚一鮮一“ ：海痺图号节点串口接收数据结果 在第二章我们介绍了无线传感器网络接入接电信网络的接入机制，这里采用第一 际是对网关处理器串口的配置。模块驱动程序如下：猧甎；瓽猄猄；菸怀位， 网络与网络通信流程利用网络的一个节点发送数据，网关收到该节点数据后，通过 固猶卜币还籢日卜网络节点发送数据 号J技嗵齷发送区设量发送区设置启用文件数据擐机服务器接收网络数据结果能够实现网络与网络通信。智能交通系统网关部署算法智能交通系统无线传感器网络模型何将网关部署在智能交通无线