基于无线传感器网络的停车场管理系统外文翻译资料

 2022-06-16 21:31:40

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基于无线传感器网络的停车场管理系统

摘要 介绍一种基于无线传感器网络的停车管理系统。该系统由大量的停车位监控节点组成，

几个导向节点，一个汇聚节点和一个管理站。所有节点交换信息，通过无线通信相互配合。停车管理的原型系统已经实施和初步测试结果表明该系统的性能系统可以满足应用的要求。

关键词 无线传感器网络，应用，停车管理，停车引导

1介绍

无线传感器网络通常由大量低成本的传感器节点组成。传感器部署在感应区域。这些节点可以感知，采样和处理从他们收集的信息环境。它们形成一个专门的网络来交换信息并将数据传输到远程服务器采用跳频方式。无线传感器网络可应用于诸如军事等许多领域环境监测，城市交通控制，仓库管理，智能家居等。

本文介绍了一种基于无线传感器网络的停车管理系统，与传统的基于RS-485总线的停车管理系统相比，该系统在部署和维护方面具有多项优势。此外，目前大多数停车管理系统 在公园的入口和出口控制，而他们不处理停车位的管理或车辆的引导。尽管一些停车管理系统选择无现金停车支付方案以提高效率，但他们忽略了驾驶员快速安全地停车的要求。驾驶员可以在不停车的情况下进入停车场，但是 可能花费更多的时间寻找空闲的停车位。但是，利用节点的感知能力，基于无线传感器网络的停车管理系统能够监视和控制整个房间的空间。

在我们开发的停车管理系统中，在停车场中部署了一个传感器网络。安装了三种传感器节点，即停车位监控节点，停车管理节点和汇聚节点。监控节点安装在每个停车场附近 空间来检测其占用状态。引导节点控制LED显示在道路的拐弯处，帮助驾驶员找到空闲停车位。节点负责收集整个网络的数据，并将数据传送到管理站，这些节点设置在这些节点的监控室中，通过无线信道进行通信，并自组织 进入一个网络， 根据托尔多夫结构以及每个停车位的占用状态，管理站计算出指导信息并将其传送给适当的指导节点。

第二部分介绍了停车场管理系统的体系结构。第三部分对本系统的传感器网络技术进行了详细的介绍。第四部分介绍了本系统的机理。 指导制度。第5节，我们给出了管理站的软件框架。然后，我们给出了一些初步的测试结果，并分析了系统的性能，最后我们在第7节总结。

2系统架构

我们系统中停车场的出入口类似于传统的停车场屏幕在入口处告诉剩余闲置停车位的数量。一个管理站，其中运行停车管理软件。设置在监控室。无线传感器网络中停车场包含三种传感器节点，即监控节点，引导节点和接收器在每个停车位上或旁边部署监控节点。部署导向节点。在道路的主要转向处。另外，汇聚节点在监控室中我们系统中的无线传感器网络如图1所示。

图1停车管理系统内部无线传感器网络概述

停车管理系统中设备的功能如下

1）监控节点

Tl监控节点用超声波传感器检测停车位的状态或通过射频通讯模块接收消息，并接收来自管理人员的命令站进行时间同步，调试，工作状态报告等一些程序

等等。

2）导引节点

配备有RF通信模块和显示模块。引导节点接收指导来自管理站的信息并将其显示在LED显示屏上。这可以提供帮助指导车辆以更少的时间找到空闲的停车位，并且还可以传送报告消息并接收监视节点等命令。

3）宿节点

汇聚节点收集停车状态报告并将其交付给管理站。 它充当无线传感器网络和外部网络之间的网关。在我们的系统中，汇聚节点通过RS-232接口直接连接到管理站。

4）管理站

管理站负责管理和维护整个系统的处理从汇节点收到的数据，计入停车费，并显示必要的信息监控站。管理站将停车位指导消息发送到指导节点并更新

在停车场入口处及时显示。当系统正在运行时，所有传感器节点都会自动为数据形成树形拓扑监控节点检查停车位是否可用，并发送报告消息逐跳跳转到汇聚节点。汇聚节点收集报告消息并传递它们到管理站，然后用户可以获得整个停车场的视觉状态信息他的监视器屏幕上显示了很多信息。管理站计算出用于指导的指导信息节点和d通过汇聚节点发送指导消息给m。指导节点将收到

消息并显示指导性指示。当一个新的停车场停在停车位时，监控节点会发现停车位在短时间内占用空间并向汇聚节点发送报告消息。其他节点上通往汇聚节点的路径将尽快转发消息。收到报告后，汇节点将通知管理站的变化。因此，管理站

将重新计算导航信息并将其发送到适当的指导节点。

3 停车监控节点

3.1硬件架构

图2显示了左侧传感器节点和实际照片的硬件体系结构在右边。用于停车位监控的传感器节点是配备的微型设备微处理器，无线通信模块和用于检测的传感器。微处理器它是一款工作在7.3728 M Hz系统时钟并具有128K的8位MCU字节在系统可编程flas h memory.a 4K字节RAM和一个4K字节EEPROM上芯片。该处理器提供三个接口，分别是SPI，ADC和GPIO，并将其用于与CC1000，超声波传感器和温度传感器分别进行通信。传感器节点也是支持标准的并行和串行通信接口，因此我们可以使用并行接口用于节点编程和串行接口进行调试。无线通信模块我们使用iS CC1000t。它是一款低功耗射频模块，可以提供19.2Kbps的通信速度的曼彻斯特编码数据。传感模块由超声波传感器和温度组成。

3.2软件架构

传感器节点中的软件基于Tin，一种广泛使用的传感器操作系统网络由UCB开发。图3显示了整个SO软件体系结构两层，即应用层和系统层。应用层有一系列模块如车辆检测，数据采集，路由和时间同步等，以提供必要的服务用于停车位监控。系统层包含用于应用程序的一些支持模块如MAC控制，数据调度和转发，本地调试等。提取的意义一些形成系统层的功能是这些模块可以移植到其他不同的应用程序中容易。

3.2.1车辆检测模块

车辆检测模块的功能是读取超声波传感器的测量结果，并以某些算法提供停车位的占用信息。同时，该模块维护一个状态机以了解并记录标杆的状态切换事件指示器。 基于超声波的距离测量的主要原理是记录发送超声波信号和接收其回波之间的时间间隔，然后计算传感器节点与障碍物之间的距离。 由于外部温度对精度有很大影响我们使用一个温度传感器来给出一些反馈。当车辆检测模块发现一个状态转换事件时，它定期执行一个检查算法，并将结果报告给管理站。

3.2.2路由模块

路由协议模块为所有节点提供多跳数据传输机制网络将数据传输到管理站。我们设计了一种新颖的路由协议可以构建一个基于聚类的数据聚合树来达到这个目的。它有两个主要步骤，拓扑结构和数据传输。

图4给出了一个选择我们路由协议的网络例子。拓扑结构 - 通过广播一个包含的拓扑结构构建命令，从汇聚节点开始节点ID.hop计数字段，汇聚节点和父节点ID。每个节点将调整其父节点节点以及它自己的跳数，当接收到这个命令，然后再转发它。这样，命令可以扩展到整个网络以形成一个分层结构拓扑。

在拓扑构建过程中，我们鼓励相邻节点选择相同的节点节点作为它们的父节点。这种机制将使得拓扑不仅仅是一个以sink为根的tre，而是也是一个基于群集的网络，对数据聚合和其他应用程序非常有用。 如如图4所示，实体节点扮演簇首的角色，大多数节点成为Ieaf节点。

随着外部环境的变化或Iink故障，如果父节点与其子节点之间发生链路故障，则会导致节点断裂网络，这将导致数据传输的严重延迟。我们使用主动检查机制保证节点及其父母的可靠链路质量。无论何时链路质量下降在我们称之为持久的阈值以下，子节点将通过广播a来重新选择父节点消息寻求帮助。然而，父节点将广泛地投出通知消息以迫使其小孩 - 当其残余能量降低到阈值以下时，重新选择阈值是为了确保父节点可以作为Iear节点工作足够长的时间。

在建立拓扑之后，子节点将传感数据发送到它的父节点会逐跳转发到管理站。传感器节点会报告两种类型的数据。它们是紧急数据和周期性数据。紧急数据是状态变化的即时报告的停车位，定期数据是国家的定期报告实时处理，紧急数据将尽快转发到管理站，但是周期性数据将与集群头部的其他数据汇总在一起以减少数据整个传感器网络的交通负担。

3.2.3数据汇总模块

数据聚合模块的用途是将几个短包组装成一个长包分组来减少网络的传输负担。

数据聚合会带来更多延迟在数据传输这样的数据包，这需要被聚合，是一些非紧急包，如定期检测数据，远程调试等数据和拓扑报告数据。数据聚合模块有一个缓冲器这对于任何类型的纸币都足够大了网络和定时器来控制发送时间

计时器的长度与进入的第一个数据包有关缓冲，数据包越长，越短等待时间会是。如果缓冲器之前已定时器会触发聚合数据包立即发送并且定时器将被重置。

图5给出了具体的操作过程数据聚合模块。

3.2.4时间同步模块

时间同步模块为传感器节点提供标准的系统时间并保持它所有传感器节点之间都是同步的，它从管理中获得标准时间并将其广播到网络中的所有节点。由于绝对时间在中毫无意义。系统时间应视为相对时间。

Sink节点负责启动时间同步过程。链接节点获取将来自管理站的系统时间记录为参考时间并设置计数器滴答回到零它计数流向和参考时间的滴答以获得其当前值时间。当它广播时间同步数据包（SYNC数据包）时，它将时间戳记写入SYNC数据包。当它的一个邻居节点接收到SYNC数据包时，邻居节点经验对于时间戳的补偿并将记录作为自己的参考然后它使用与用于扩散SYNC数据包的汇聚节点相同的机制主机。这种机制将保证传感器网络中节点的唯一起点。

如果某个节点在上述过程中未能收到任何SYNC数据包，则会广播一个请求以获得帮助。任何具有同步时间的邻居节点都会发回一个包含该答复的答复正确的时间。这将有助于节点同步到网络。

3.2.5 MAC

MAC机制是基于Tiny实现。这种MAC机制是。当发生碰撞时，基于d的权重具有随机后退。MAC模块是被执行的MAC协议的状态机的实现通过SPI和ADC接口的中断，只有当MCU发生SPI中断时才会发生与CC1000模块交换一个字节并且只有在通道时才会发生ADC中断检测完成。如果通道清零，则需要发送一些信息。状态机即可准备发送第一个字节，或等待下一个信道检测的随机时间频道是否清晰是由RSSI获得的信号决定的，应该更进一步按某些公式计算。

4停车指导

4.1引导节点的硬件体系结构

图6给出了引导节点的硬件结构。除了LED驱动器模块和拆卸感应模块，与建筑物中的监控节点相同。

4.2源路由方案

引导节点通过利用源路由从管理站获取引导消息指导节点向其发送一条消息，用于定期维护源路由父节点与监控节点一起选择。该消息包括源路由字段它只包含引导节点自己的ID。接收到消息后，父节点将自己的ID添加到源路由字段中并将消息传递到它的父节点。因此，维护消息将沿着路由树上行传递到汇聚节点，并且将会记录它经过的所有节点。因此，汇聚节点将知道沿路径上的所有节点当它收到维护消息时从它自己到引导节点。一旦某个节点上了源路由路径改变其父节点。它向汇聚节点发送更新消息以报告事件。接收节点将擦除陈旧的路由并记录新的路由。

当汇聚节点需要向引导节点发送一个特定引导空间的引导消息时，它将包含最新的源路由信息的消息传递给消息传递。消息将传递到引导节点的下游。在传输过程中，节点 接收到该消息的消息在将消息发送到下一跳保存之前将从消息的源路由字段中移除它自己的ID通信。

4.3指导信息

根据管理区域的部署路线，指导节点将管理区域划分为几个部分。管理站负责计算每个部分都有空闲停车位

图7显示了一个管理区域的例子，该区域由最靠近该指导节点的指导节点划分

入口。在这个例子中，十六个停车区和九个引导节点处于同等地位导游节点A位于入口附近。位于十字路口，节点A划分整个停车位分为四个管理区域，这些管理区域由虚线包围并标记为1显然，在四个方向上空闲停车位的显示是不同的。例如，在节点A的向上方向上显示的数字是人工老化设备1和2中的空闲空间的总和，但左方向的数字只是左侧道路两侧的空闲空间总和。

5管理站软件

图8显示了管理站的软件框架。框架中的模块如下

1）消息代理

消息代理模块通过建立套接字连接与上层模块进行通信，因此上层模块可以作为远程计算机上的独立应用程序运行。消息代理使用RS-232接口连接汇聚节点，并从中收集数据。一旦其他模块建立与消息代理的连接，他们将首先注册数据它们处理的类型。消息代理模块将从汇聚节点接收到的数据进行分段和分派

数据段到注册他们对特定数据类型的兴趣的模块。另一方面手，消息代理还接收来自其他模块的命令，并将其注入传感器网络。

2）控制台

控制台模块为控制传感器网络的调试提供了一种便捷的方法调用向网络发送多种控制命令，分析并显示消息从传感器网络收集，并计算系统测试的实时统计信息并进行评估。

3）日志管理

日志管理模块为其他模块提供日志接口。信息记录包括停车管理系统的运行时事件和统计数据41路由监视器路由监控模块监控整个无线传感器网络的拓扑状态。当路由状态改变时，节点将发送带有时间戳的改变消息到汇聚节点。路由监控模块将处理这些消息并及时更新拓扑 - 显示。该由路由监视器提供的附加信息包括链路质量，节点和邻居的位置eac h传感器节点的关系等。

5）停车监控/指导系统

停车监视器收集所有停车状态消息，包括定期消息和紧急消息它记录每个停车位的当前状态，并显示整个停车位的状态引导系统模块计算停车场空闲停车空间的数量区域和d将指导消息发送到指导节点。

6）停车拓扑控制

停车拓扑控制模块提供GUI以生成用于停车的拓扑图根据停车场的建筑平面图管理并映射所有传感器节点停放在剧情中的空间。

7）配置

所有模块都需要自己的配置。配置模块提供了一个友好的GUI生成，修改和分配这些配置。<!--

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