ZigBee技术的交通应用综述

ZigBee技术的交通应用综述

卢红丽张萌萌

山东交通学院山东省济南市250300

摘要：目前私家车保有量的急剧增加，道路安全规划建设的进程却没有同步跟进，这将必然导致在今后的道路交通事故发生量的增加。为了能有效地去避免事故的发生，提高交通通行效率，加强交通管理机制，智能交通系统技术正在快速的发展着。而ZigBee其具有的众多优点，在智能交通系统中有着广泛的应用。本文介绍了ZigBee的基本概念及其性能，同时概述ZigBee技术在交通领域中的应用。讨论ZigBee技术在交通应用过程中存在问题以及对ZigBee技术的展望。

关键词：ZigBee；智能交通；短距离无线通信

1ZigBee的基本概念及其性能

1.1ZigBee的基本概念

ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术，是一种低速短距离传输的无线网络协议。ZigBee协议从下到上分别为物理层（PHY）、媒体访问控制层（MAC）、传输层（TL）、网络层（NWK）、应用层（APL）等。

1.2ZigBee的性能

①低功耗。在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作6～24个月，甚至更长，这是ZigBee的突出优势。②低成本。通过大幅简化协议，降低了对通信控制器的要求，而且ZigBee免协议专利费。③低速率。ZigBee工作在20～250kbps的速率，分别提供250kbps（2.4GHz）、40kbps（915MHz）和20kbps（868MHz）的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。④近距离。传输范围一般介于10～100m之间，在增加发射功率后，亦可增加到1～3km，这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力，传输距离将可以更远。⑤短时延。ZigBee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。当然还具有高容量、高安全、免执照频段等性能，所以ZigBee可归为低速率的短距离无线通信技术。

2ZigBee技术在交通领域中的应用

2.1智能交通系统

不同路段的交通灯、电子测试器、电子眼等交通指挥和监控设备由ZigBee节点和ZigBee基站组了一个本地控制网络，ZigBee基站通过以太网、光纤等有线链路与交通控制中心连接，从而实现了交通指挥设备的网络一体化管理功能。通过制定不同的交通信号控制方案可实现交通控制机的多时段、多相位、感应控制等功能。在应急情况下交通控制中心可通过人工干预的方式实施交通管制。此外，交通控制中心还可以通过无线网络获取电子测速器、电子眼等设备的信息以对违章车辆实施跟踪和监控。ZigBee技术在交通管理系统的应用在很大程度上降低了施工难度，节约了成本。

2.2短距离无线通信

无线智能交通系统中，在道路的合适位置交叉放置大量RFD和FFD节点，这些节点的编号与其放置的地理位置相对应，并输入监控主机数据库。其中RFD节点可提供该道路的基本情况（如所处位置、单向还是双向），并能实时采集交通状况（如事故、塞车等）。数据的采集可以采用有线或无线传输的方案。车辆中可配备FFD，根据需要可以向邻近的节点接收和发送数据，也可作为其他节点间通信的路由设备。这样每个车载终端可以通过这种网络查询到开往目的地的途中各路段的交通情况，同时监控中心也可以监控车辆的行驶状况。

2.3公交车路协同技术

利用公交车路协同系统可以实现公交车的优先放行。交通信号控制器可以估算出公交车辆到达交叉口的时间，计算出公交车辆在路口是否需要给予优先，然后选择适当的优先控制策略，通过调整绿信比来优先放行公交车辆。交通信号控制器的改造包括：1、车辆无线通讯终端节点。2、交叉路口交通信号控制器上集成无线网关。3、用于公交车辆定位的终端节点。通过在公交车辆上安装支持ZigBee的无线传感器终端节点可以实现公交优先的功能。当临近路口时，车载ZigBee无线终端节点进行公交车辆信息广播，路边部署的电子站牌作为汇聚节点，两者通过无线通信方式组成无线传感器网络，无线传感器网络获得信息后，公交车辆定位的终端节点对其跟踪获取信息并汇聚到无线传感器网络网关节点上，通过内部连接最后信息传送给交通信号控制器，进行相应的优先处理。

3ZigBee技术在交通应用过程中存在问题以及对ZigBee技术的展望

3.1ZigBee技术在交通应用过程中存在问题

Zigbee的核心技术之一，是动态组网和动态路由，即Zigbee网络考虑了网络中的节点增减变化，网络中的每个节点相隔一定时间，需要通过无线信号交流的方式重新组网，并在每一次将信息从一个节点发送到另一个节点时，需要扫描各种可能的路径，从最短的路经尝试起，这就涉及到无线网络的管理问题。而这些，都需要占用大量的带宽资源，并增加数据传输的时延。特别是随着网络节点数目的增加和中转次数增多。因而，尽管Zigbee的射频传输速率是250kbps，但经过多次中转后的实际可用速率将大大降低，同时数据传输时延也将大大增加，无线网络管理也就变得越麻烦。这也就是目前Zigbee网络在数据传输时的主要问题。另外，由于Zigbee中的每一个节点，都参与自动组网和动态路由的工作，因而每个网络节点的单片机也就相对复杂一些，成本自然也就高一些。

3.2在交通领域中ZigBee技术的展望

ZigBee技术在ZigBee联盟的推动下，结合其他无线技术，可以实现无所不在的网络。它不仅在工业、农业、军事等传统领域有具有巨大的运用价值，在未来其应用可以涉及到人类日常生活和社会生产活动的所有领域，尤其是在交通领域有大的开发应用空间。由于各方面的制约，ZigBee技术的大规模商业应用还有待时日，但已经展示出了非凡的应用价值，相信随着相关技术的发展和推进，一定会得到更大的应用。但是，我们还应该清楚的认识到，基于ZigBee技术的无线网络才刚刚开始发展，它的技术、应用都还远谈不上成熟，目前应该抓住机遇，加大投入力度，推动整个交通领域的智能化发展。

4结语

智能化交通是未来发展的方向，是当今交通领域的热点问题，所包含的内容和范围很广，ZigBee技术在我国智能交通的建设领域还处于探索阶段。随着其技术的不断发展和完善，车辆及交通管理控制的智能化程度进一步加强，交通问题一定会得到很好的解决。采用基于ZigBee技术的微功率无线网络，在摆脱繁杂冗余的线路的情况下，实现了对车辆和道路远程数据采集与监控。根据交通系统的应用环境，从无线路由和灵活组网的角度出发设计无线网络，作为对于现有的交通控制系统的扩展，提高整个信息系统的可扩展性以及信息采集的灵活性。

参考文献：

[1]王宝英，蔡雪梅基于ZigBee技术的智能交通网络研究重庆邮电大学学报2007.12.15

[2]胡子轩浅谈ZigBee技术在智能交通系统中的应用内蒙古科技与经济2014.06.30

[3]罗亮红基于ZigBee的车路协同关键技术研究华南理工大学2010.06.01