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论文之车辆传感器网络说明

发布时间:2014-11-27   |  所属分类:车辆:论文发表  |  浏览:  |  加入收藏

  摘要:通过车载传感器设备,车辆节点能够感知两大类的信息:车辆内和车辆外的信息。车辆内的信息包括车辆运行的内在状态、汽车的位置、速度等;车辆外的信息主要是环境信息,包括温度、湿度、大气指数,以及行驶路途中的信息包括交通流量、路面状况等。除了传感器设备外,驾驶员其实也是一种高智能的“传感器”,通过对所见所闻,能感知复杂事件,如检测交通事故、行车危险等重要的事件。每个车辆传感器节点感知不同区域、不同时刻的数据,这些感知数据能为大量的应用提供宝贵的数据支持。车辆传感器网络具有广阔的应用背景,典型的应用包括行车安全[1]、交通流量管理[2]和城市监测[3]等。

  关键词:论文,网络,传感器,车辆,研究,节点,数据,无线

  作为一种特殊的无线传感器网络,车辆传感器网络具有自己的独特性,这决定了许多传统的无线传感器网络的解决方案不能适用于车辆传感器网络,需要开展新的研究,进行新的优化设计。

  本文综述车辆传感器网络,比较讨论车辆传感器网络的特征,讨论由其带来的设计上的挑战,最后介绍车辆传感器网络中关键技术的研究进展以及几种典型的应用。

  1 车辆传感器网络体系结构

  如图1所示,车辆传感器网络由移动车辆节点与固定的路侧基础设施组成。通过车载无线通信设备,车辆节点具有无线通信能力。当两个车辆节点处于无线通信范围内时,能够建立通信链路实现数据交换。同时,路侧固定的基础设施也部署无线通信设备,在车辆经过时能同路侧的无线通信设备实现相互通信。路侧的基础设施通常连接Internet,所以车辆通过与路侧设施的连接,能够实现在移动中连接Internet。

  在无线车辆传感器网络中,无线通信技术占有重要的地位,决定了车辆节点的通信方式与通信能力。无线通信技术的快速发展,为车辆传感器网络的无线通信提供了多种技术选择,包括已在无线局域网中广泛使用的Wi-Fi技术,还有美国联邦通信委员会(FCC)制订的专用短程通信标准(DSRC)。DSRC工作在5.9 GHz波段,拥有约75 MHz的带宽,专用于车辆与车辆、车辆与路侧的无线通信。

  在单个车辆内,可根据应用的需要集成多种传感器设备,感知不同种类的环境数据。典型的感知设备包括全球定位系统接收终端,能够实时地获取车辆所处的地理位置与行驶速度信息;加速传感器能够提供车辆瞬时的加速度信息;视频摄像机能够拍摄车辆附近的视频画面与图像信息;环境传感器能够感知环境指标信息,如温湿度、一氧化碳含量等。其他的传感器还有车辆内状态传感器,提供发动机温度、剩余油量等信息。佩戴在驾驶员身上的生物传感器,能够提供驾驶员生理状态等信息。

  车辆传感器节点的体系结构如图2所示。车辆传感器节点由车辆的供电系统提供电力,节点的核心是嵌入式处理器,通过总线与外设接口,连接各种感知器件。无线通信模块实现节点同其他车辆节点,或路侧设施的无线通信能力。车载的存储设备为车辆节点提供本地数据储存手段。

  传统的无线传感器网络技术可运用于单个车辆节点内,将多个小传感器节点分布于车辆的不同部位,感知不同的数据,通过小规模的无线传感器网络技术,将感知数据集中到车辆网关节点。

  2 车辆传感器网络的特征与面对的挑战

  车辆传感器网络技术建立在无线传感器网络技术之上,利用了无线传感器网络的研究成果,同时却又展示了自身的独特性,使得仅靠无线传感器网络的现有技术,无法完全解决车辆传感器网络中出现的新挑战。同无线传感器网络相比较,车辆传感器网络具有明显的新的特征。

  (1)车辆传感器节点具有更充裕的资源

  嵌入式的处理节点具有更强的计算能力,车载的存储设备提供了较大的存储能力。更重要的是,整个节点系统有持续的电力供应,而不像传统的无线传感器网络中那样,节点仅仅靠电池的有限电力供电。这说明能源有效性不是车辆无线传感器网络的研究重点,而其他方面,如传输时延、系统吞吐率,成为系统设计中更重要的性能指标。

  (2)车辆节点具有很高的移动性

  车辆传感器节点的高速移动特性决定了车辆传感器网络的拓扑结构会快速变化,两个节点间的通信时间很短暂。而传统的无线传感器网络中节点一般都是静态的,网络的拓扑结构具有较好的稳定性。

  (3)车辆节点的移动具有局限性

  车辆节点只能在路网上行驶,而不具有任意的移动能力,因而车辆的运动具有一定程度的可预知性。

  (4)车辆传感器网络中节点分布非常不均匀

  车辆节点的分布状况收多个因素的影响,包括道路网络的拓扑结构、地理位置、驾驶员的驾驶习惯等。由于节点分布的不均匀,网络的连通状况差异很大,在节点分布稀疏的地方,节点可能不存在直接的邻居。

  (5)车辆节点的感知数据取决于车辆的移动轨迹

  车辆传感器节点在车辆行驶过程中感知数据,采集得到的数据与行驶轨迹密切相关。而车辆的主用目的是交通,而不是感知数据,因而一般不会主动改变车辆行驶路线来达到特定的数据感知目的。

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