英语原文共 6 页
基于物联网协议和新兴技术的智能停车系统
Luca Mainetti, Luigi Patrono, Maria Laura Stefanizzi, Roberto Vergallo意大利Salento Lecce创新工程大学系
摘要
实现可持续的移动性是所谓的智能城市愿景的主要目标之一，智能停车系统的发展是一个关键方面。为此，本文提出了一种基于RFID，WSN, NFC,云和移动等不同技术联合使用的智能停车系统。它能够实时收集环境参数和关于停车位占用状态的信息,并通过使用定制的软件应用程序将驾驶员引导到最近的空置停车位。最后- -个利用基于NFC的电子钱包系统，允许用户支付停车费。此外，安装在云平台上的定制软件应用程序能够管理警报事件(例如，不当使用预留空间或购买时间到期)。在这种情况下，它会通过Android移动应用程序及时通知交通警察，该移动应用程序是针对所考虑的方案设计的。
关键字-智能停车;智慧城市;云;无线传感器网络;移动。
i.介绍
最近关于物联网(loT) 概念的声明促进了许多应用的开发，这些应用涉及许多不同的领域，例如家庭和工业自动化，医疗保健，智能电网，汽车和许多其他领域[1]。其中，物联网概念在城市情景中的应用越来越有意义，因为它响应了许多国家政府在公共服务管理中采用信息和通信技术(ICT) 的强烈要求，以实现所谓的智慧城市[2][3]。从这个角度来看，物联网可以为智能移动设计做出重大贡献，能够满足用户在传输网络效率和社会可持续性方面的要求。
事实上，实现可持续的移动性是智慧城市愿景中最具挑战性的目标之--，其中，停车区域的最佳管理是一个基本方面。正如[4]中强调的那样，据估计,城市市区每日交通拥堵的30%是由停放车辆的车辆引起的。此外，由于缺乏停车位而使一些司机经常使用为有特殊需要的人保留的停车位，例如残疾人。这不仅会给寻找停车位的司机造成浪费时间和燃料，还会增加空气污染和驾驶员的挫败感。这些考虑表明，新智能停车系统的开发能够更好地管理城市停车场并执行道路交通问题。在所有支持物联网的技术中,超高频(UHF)射频识别(RFID)和无线传感器网络(WSN) 代表了开发创新停车系统的两个最有希望的候选者。RFID 是一种低成本，低功耗技术，主要由被动设备，命名标签组成，能够在读取器产生的电磁场供电时传输数据。虽然标签的长寿命使得该技术非常适合各种应用场景的开发，但是它们的缩小的操作范围(即高达10米)限制了RFID解决方案在相当小的区域内进行物体识别和跟踪的使用[ 5]。相反，无线传感器网络是小型低成本设备的自组织网络，它们以多跳方式进行通信，以提供监视和控制功能[6] [7]。WSN节目通常集成IEEE 802.15.4 [8]无线电，可实现高
达100米的室外通信范围(单跳)。 这些考虑允许断言RFID和WSN代表两种互补技术，其物理集成可能为广泛的创新应用提供新的视角[9] [10]。
为了统一管理这种RFID-WSN集成设备，提倡采用广泛认可的标准。物联网中最常用的通信协议之一是约束应用协议(CoAP)[11]。其主要目标是提供对物理资源的轻量级访问，以满足嵌入式设备的有限功能。具体而言，根据REpresentational State Transfer (REST) 范例，CoAP允许传感器节点运行嵌入式Web服务，通过它可以轻松地操纵其资源。此外，RESTstyle物联网系统的开发实现了与云服务的无缝互操作，从而保证了可扩展解决方案的实施，可以轻松地与复杂的智能城市基础设施集成。
考虑到这些因素,可以设计和开发能够减少交通拥堵并提高市民生活质量的智能停车系统。该系统不仅应该能够将用户带到空置的停车场，还应该允许交通管理部门充分监控预留停车位的状态。用户自动支付占用停车位的能力可能代表一个重要特征，因为它允许用户处理单个应用程序，同时，它将使交通管理部门能够对付费进行实时检查停车费。最后，设计的系统应易于扩展，并与完整的智能城市基础设施无缝互操作。
解决上述问题的若干工作已经在文献中提出，但它们都没有提供灵活且可扩展的解决方案。在[12]中，配备有光传感器的WSN节点用于检测室内区域中每个停车场的状态，并将检索到的信息报告给Web服务器。该信息还使用Wi-Fi网络发送到中央服务器，并通过移动电话使驱动程序可访问。[13]提出了一种新的基于预订的智能停车系统，它不仅向驾驶员广播实时停车信息，还提供预订服务。在[14]中，作者提出使用RFID 技术来管理街道停车位。同样在这种情况下，所提出的解决方案允许用户保留所需的停车位。在我们之前的工作[15]中，UHF RFID标签已用于识别未经授权占用预留停车位，而已建议采用无线传感器设备来检测停车位的状态。[16]中介绍了一种复杂的智能停车系统。它基于使用定制的基于云的基础架构，能够管理传感器设备检索的信息。城市交通问题也引起了工业界的广泛关注，市场.上已有许多商用智能停车系统。例如，Park Smart [17]是一种新的停车系统，它使用光学技术来检测停放的车辆。SmartCom [181使 用红外和HF RFID技术的混合来检测汽车的存在并允许交通代理验证停车许可。西门子集成智能停车解决方案[19]代表了一个更复杂的系统，能够根据存储的数据评估免费停车位概率。它使用雷达技术来检测汽车的存在。Kiunsys[20]是一个完整的意大利解决方案，其中还包括公园预订功能和基于RFID的限制区域门禁控制系统。但是，值得注意的是，大多数引用的解决方案都是基于专有标准或过时技术的使用。相反，在城市场景中采用基于物联网的通信标准是一个关键方面，因为它允许开发创新系统，可以在一个完整的智能城市基础设施中轻松扩展和集成。
为了解决这些问题，在这项工作中，提出并讨论了一种新颖的loTaware智能停车系统(SPS)。通过利用共同使用不同但互补的技术和标准(如RFID, WSN, NFC,移动，6LoWPAN和CoAP)提供的潜力，它能够保证为停车位的自动监控和管理提供创新服务..据作者所知，所提出的系统是基于多种异构物联网技术的无缝集成，首次尝试提供灵活且可扩展的解决方案。设计的SPS能够通过集成UHF RFID Class-1 Generation-2 的6LoWPAN节点组成的超低功率混合传感网络(HSN) 实时收集环境参数和停车位占用状态信息。(Gen2) 功能。系统通过使用定制的软件应用程序将驾驶员引导到最近的空置停车位。为了简化大量数据的存储和分析，将检索到的信息传递到云平台，高级监控应用程序通过一组Representational存储和分析，将检索到的信息传递到云平台，高级监控应用程序通过一组RepresentationalState Transfer (REST) Web服务轻松访问它们。设计的移动应用程序允许用户支付占用的停车位，#39;利用作者以前的工作IDA- Pay [21] [22]。在当前这项工作中提出的IDA- Pay修订版充分利用了移动邻近支付(MPP)的增长趋势，其中意大利50%以上的手机将在2017年获得NFC功能。此外，如果使用不当在预留空间或购买时间到期时，设计的系统还能够及时通知配备有连接到小型便携式UHF RFID读取器的智能手机的交通警察。最后，SPS 允许检索和存储有关环境条件的重要数据，这些数据可以很容易地被操纵以向公民或研究人员提供有用的信息，从而实现智能城市基础设施。
本文的其余部分安排如下。第II 部分概述了体系结构设计。第II节介绍了该系统的更详细说明。结束语见第八节。
ii.系统架构设计
设计的SPS已根据图1所示的体系结构生效。如图所示，它由四个主要部分组成:(1)以下的混合传感网络(HSN)， (2) 物联网智能网关，( 3)云平台，以及(4) 用于数据可视化和管理的用户界面。此外，已经报告了支付网络(5) 的完整性，即使其发展显然不在我们的工作中。
HSN由集成的RFID-WSN 6LoWPAN网络组成，该网络由三种类型的节点组成: (i)6LowPAN边界路由器(6LBR)， (i) 6LowPAN 路由器(6LR), 以及(ii) 6LowPAN 路由器，读取器(6LRR)。 根据6LoWPAN标准，6LBR负责通过将6LowPAN数据包转换为IPv6数据包来连接网络，反之亦然，6LR描述了一个能够提供转发和路由功能的节点，而6LRR定义为6LR与RFID阅读器连接。设计的系统假定配备有光传感器的6LR放置在每个停车场上以检测汽车的存在，而6LRR节点放置在靠近为具有特殊授权的人保留的停车位附近的杆上。实际上，在建议系统中，6LRR节点用于检查只有标有特殊RFID标签的授权汽车占用预留的停车位。将来，配备特殊RFID标签的车牌可用于存储有关汽车及其所有者的大量信息，以及对受损人员的特别许可或在交通限制区域授予访问权限。
检索到的信息被传送到物联网智能网关，其一方面直接与HSN连接，另一方面通过3G通信接口与因特网连接。网关扮演6LBR的角色，实现HSN节点和远程用户之间的通信。反过来，网关允许与云平台进行RESTful通信。
最后一个模块配备以下不同模块: (i)数据存储模块，负责存储感测数据; (ii) 设备管理模块，负责控制和管理传感器; (ii) 虚拟卡管理模块，旨在管理付款; (iv) 管理应用程序(MA)，能够执行业务逻辑。当MA意识到已经占用预留停车位时，它检查是否已经由负责控制该特定保留空间的6LRR节点读取新标签，并且在这种情况下，它验证汽车的授权。如果不正确使用预留空间或停车收据到期，MA 会利用推送通知(PN) 通知最近的交通警察。
还采用了REST范例，以便从用户轻松访问收集的数据。为此，开发了两种不同的移动应用程序，称为TrafficApp和DriverApp。更详细地说，在设计的系统中，交通警察配备了连接到便携式RFID阅读器并运行TrafficApp的智能手机。通过此应用程序，交通警察可以直接与放置在汽车上的标签进行交互，并检查他们的权限或检索存储在云中的信息。TrafficCopApp允许运营商发出罚款并更新RFID标签的内存内容，并提供重要信息以提醒(例如，上次检查的日期和时间，授权到期的信息等)。DriverApp允许驾驶员找到给定区域内的可用停车位，获取到所选停车位的正确方向，支付停车费，检查剩余停车时间并在购买时间到期时接收通知。按照我们之前的一项名为IDA- Pay的工作的脚步，我们避免了用户收取硬币以支付到期停车费的痛苦。前IDA-Pay版本使用NFC对等(P2P) 工作模式将支付凭
取硬币以支付到期停车费的痛苦。前IDA-Pay版本使用NFC对等(P2P) 工作模式将支付凭证(例如加密的信用卡信息，支付金额)转移到销售点(POS)。 新版本的IDA- Pay架构利用了最近从VISA和MasterCard批准的基于云的标记化功能[23] [24]。这种方法属于Android的主机卡仿真(HCE)技术的范围，通过该技术，支持NFC的移动电话可以模拟从云发送的虚拟(标记化)支付卡。作为IDA-Pay 第一版的关键优势，新的移动钱包符合现有的POS基础设施。在iOs方面，支付功能由Apple Pay服务处理，Apple 服务是一项云服务。
iii.系统细节
在以下小节中，提供了关于SPS的软件架构的主要实现细节。
- Hybrid传感网络
为了开发所有HSN组件以及集成的6LRR节点，使用了Advanticsys [25]的XM1000传感器板。具体而言，6LRR是通过UART接口将Sensor ID Discovery GateUHF[26]读卡器与XM1000传感器板互连而实现的。
此外，为了开发可扩展的解决方案，在复杂的智能城市架构中可以轻松扩展，已经开发了基于CoAP消息的REST请求/响应范例。CoAP设计类似于HTTP，因为它提供了两个端点之间的请求/响应模型交互，并包括Web的关键概念，例如URI和媒体类型。CoAP还提供了一种资源观察机制，允许客户端在其先前订阅的资源状态发生变化时接收通知。
在所提出的架构中可以识别三种不同类型的资源: (i)检测传感器，(i) 环境传感器，以及(ii)RFID相关资源。6LR设备暴露光源，用于识别汽车的存在(例如coap : // [aaa:: 1] / detection / light)。 6LRR节点配备了几个能够监测环境参数
的传感器，因此，它们暴露了CoAP环境传感器资源(例如coap : // [aaaa :: 2] /ambient / light和coap : // [aaa:: 2] /环境/温度)。然而，这种类型的节点还配备有RFID读取器，这允许它们也暴露RFID相关资源(coap : // [aaaa :: 3] / RFID /reader)。最后一个表示在6L RR RFID 范围内读取的标签的聚合信息。通过这种方式，可以使用CoAP方法从Internet 中的任何位置单独访问每个资源。
为了简化所提出的解决方案的开发，我们利用了[27]中提出的实现，其中用于Contiki的低功率REST引擎Erbium (Er) 已经扩展到通过条件观察模块支持条件观察。这种实现已经适应了我们的硬件。具体地,在所提出的解决方案中，6LR节点嵌入用于监视停车场的占用状态的光传感器。如果其值超出指定范围，则可能表示汽车存在。使用条件观察方法只允许在违反严重阈值时通知客户端应用程序。让我们观察一下，本文的目的是证明所提出的架构的可行性，而找到最好的汽车检测方法超出了这项工作的范围。
B.智能网关
智能网关代表了设计架构的重要元素。它作为HSN和云平台之间的桥梁。通过将配备Raspian操作系统的Rasperry Pi 2 Model B板[28]连接到6LowPAN边界路由器来实现。该网关还配备了GPRS
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
