基于ZIGBEE的高速公路车辆间通信技术研究

论文摘要

高速公路是一个地区或国家现代化水平的重要标志之一,近十几年来,世界各国的高速公路建设发展迅猛,高速公路的事故数也在逐年增加。最常见的事故是多车追尾相撞,并同时伴有起火、爆炸,这种事故多发生在交通量较大、车速较高、天气恶劣(雨、雪、雾)等情况下,而驾驶员的原因占主导地位。为了解决这些交通问题,一个跨越多学科的新兴研究领域——高速公路智能交通系统应运而生。基于上述原因,高速公路监控及信息通信技术的综合运用,成为利用信息技术改善交通秩序,提高高速公路利用率不可或缺的方法和手段。ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本和低复杂度的无线网络技术。本文将其应用于高速公路智能化系统中的一个重要领域——车辆间通信系统中,当车辆接近至一定范围时实现自动组网通信,有效地减少交通事故的发生,保障了道路和人身安全。本文比较多种无线通信技术的性能,分析ZigBee技术应用于高速公路车辆间通信中的优势。针对高速公路的空旷环境、车辆的快速移动性等特点,分析了ZigBee技术用于高速公路车辆间通信系统时影响其性能的主要因素:传输距离、终端移动速度(车速)、多节点组网、对向车辆信号干扰等。并对这些因素进行数学建模,分析他们对车辆间通信系统产生的影响。本文用MATLAB对上述因素的数学模型进行仿真,通过仿真曲线直观的反映了各个因素对车辆间通信系统的影响,在限定范围内均满足车辆间通信系统的要求,验证了ZigBee技术用于高速公路车辆间通信系统的可行性。本文还用NS2对该ZigBee无线网络的性能进行了仿真,对网络的分组传送率、平均点到点时延和平均接入成功率进行了分析,并提出了改进方法。最后文章基于CC2430芯片搭建实验平台,实现了车辆间ZigBee的点对点通信。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究目的和意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 ZigBee技术简介
• 1.4.1 ZigBee协议
• 1.4.2 ZigBee的特点
• 1.5 主要研究内容
• 第2章 ZigBee车辆间通信的影响因素研究
• 2.1 车辆间通信中的ZigBee通信技术
• 2.1.1 高速公路车辆间通信系统的基本需求
• 2.1.2 ZigBee与其他无线通信技术的比较
• 2.1.3 ZigBee车辆间通信性能的影响因素
• 2.2 ZigBee传输距离估算
• 2.2.1 传输距离估算建模
• 2.2.2 计算示例
• 2.3 ZigBee终端移动速度影响分析
• 2.3.1 ZigBee终端移动速度影响的数学建模
• 2.3.2 计算示例
• 2.4 ZigBee多节点组网分析
• 2.4.1 ZigBee的网络拓扑形式
• 2.4.2 ZigBee组网技术分析
• 2.5 对向车辆信号干扰分析
• 2.6 其他通信方式产生的干扰
• 2.6.1 ZigBee抗干扰特性分析
• 2.6.2 频率共存分析
• 2.7 本章小结
• 第3章 ZigBee车辆间通信的影响因素仿真
• 3.1 传输距离影响的仿真
• 3.1.1 接收功率模型仿真
• 3.1.2 路径损耗模型仿真
• 3.2 终端移动速度影响的仿真
• 3.3 对向车辆信号干扰仿真
• 3.4 本章小结
• 第4章 ZigBee网络测试与性能评估
• 4.1 仿真平台简介
• 4.1.1 网络仿真简介
• 4.1.2 NS2 仿真软件简介
• 4.2 ZigBee无线网络性能测试
• 4.2.1 仿真流程
• 4.2.2 NS2 平台上ZigBee网络仿真的关键Tcl配置
• 4.2.3 网络仿真性能分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 车辆间通信系统实验
• 5.1 实验系统功能需求分析
• 5.2 系统硬件设计
• 5.2.1 CC2430 芯片介绍
• 5.2.2 系统电路设计
• 5.3 系统软件设计
• 5.3.1 程序流图设计
• 5.3.2 主要功能函数
• 5.4 实验结果分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录车辆间点对点通信程序
• 致谢