论文部分内容阅读
停车问题已经成为世界范围内每个大中型城市普遍面临的社会问题,为此学术界和工业界已经展开了很多研究和开发,目的是找到一个更好、更智能的停车管理机制。随着无线传感器网络技术的迅猛发展,再加上无线应用技术对于智能停车的诸多优势,基于无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)的停车诱导信息系统(1The Parking Guidance and Information System, PGIS)研究已经成为了解决城市停车问题的一个热门方向。目前,基于WSN的PGIS系统研究大都集中在系统架构的分层实现、提高系统的吞吐量以及降低系统的丢包率等方面,而关于底层数据收集网络无线通信协议、系统能耗和网络可靠性方面的研究则相对较少。本文结合停车诱导信息系统关键技术、无线传感器网络技术以及成熟的无线地磁传感技术,对室内停车场的底层数据收集网络通信协议进行了深入地研究,并设计实现了一种基于无线地磁节点的停车诱导信息系统原型。本论文的主要工作可总结为以下两点:(1)提出一种适用于室内停车场的数据收集协议P-CTP (Parking Collection Tree Protocol)。该协议是基于汇聚树协议CTP (Collection Tree Protocol)的一种改进:在保证无线数据传输高可靠性的前提下,最小化无线传感器网络数据传输的能量消耗,最大化系统的生命周期,从而满足停车场应用低功耗、高可靠的要求。本文不仅详细介绍了P-CTP协议的基本原理,而且设计并实现了协议的各个模块,包括链路估计器、路由引擎和转发引擎。同时,我们基于TinyOS操作系统,采用nesC语言,在CTP协议软件架构的基础上编程实现了P-CTP协议,并通过无线地磁节点的多组对比实验来验证P-CTP协议的性能和有效性。实验结果表明,P-CTP协议的多项性能指标(能量消耗、丢包率、网络延时等)均能满足停车场应用的需求。(2)设计并实现了一种基于无线地磁节点的停车诱导信息系统原型,以帮助用户快速找到合适的停车位。该系统原型支持停车位监测、停车场远程管理以及停车诱导服务等功能,利用无线地磁节点监测停车位状态,并通过无线传感器网络和有线局域网相结合的方式传输数据。总体来说,本系统原型共包含四种类型的节点(监测节点、中继节点、汇聚节点和引导节点)和一个信息管理控制中心,每种类型的节点在系统中扮演不同的角色,不同类型的节点/控制中心之间通过直接/间接的方式进行通信。本文通过两方面的原型系统实验来评估系统性能:一方面通过车位状态监测实验对无线地磁节点的磁场强度性能和车位监测程序的有效性进行测试和分析;另一方面通过原型系统对比实验评估系统的性能,主要包括丢包率和网络延时,并与PMS原型系统进行比较,实验结果表明,本系统原型的性能是优于PMS系统的。