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车位检测数据无线网络传输低功耗与可维护性开发

日期:2020-12-30 19:28 作者:上海论文网 编辑:若诗 点击次数:77
销售价格:150 论文编号:el2020122421005821254 论文字数:4201 所属栏目:计算机论文
论文地区:中国 论文语种:中文 论文用途:硕士毕业论文 Master Thesis

本文是计算机论文,本文通过分析无线传感器可维护性影响因素,提出了一种系统的可维护性评估方法。以评估结果作为系统设计阶段的参考,提高性能的可维护性,降低系统搭建后的维护成本。系统搭建之后需要快速排除可能出现的故障保证系统的正常运行。

本文是计算机论文,可维护性不仅是无线传感器网络的前期设计指标,同时也是维持系统后期正常运行的重要监测依据,对无线传感器网络的设计、部署、运行、维护各个阶段都有着重要意义。为了方便系统的维护,本文开发了一种无线传感器网络检测器。通过网络分析客户端分析检测器捕捉到的数据包,快速定位网络故障点与故障类型,提高系统的维护效率。经过对系统性能的主要参数进行测试,结果表明本文设计的车位检测系统功能完整,节点生命周期长,通信质量良好,传输可靠性高,系统具有良好的可维护性。本文所设计的车位检测系统还有很多功能可以继续优化。在上位机信息管理软件方面可以加入车位预定,自动计费等功能,满足用户多样化的需求,提高停车场的管理效率。

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第1章绪论

 

在目前的市场上,车位管理系统主要可分为道闸式和车位检测引导式两种[4]。道闸式车位管理系统通过条形码机器来统计停车场进入和驶出的车辆数,其主要的特点为设计简单,使用方便,建设费用低,目前在市场上占主导地位。这种管理模式只能统计停车场空余车位的数量,对于具体的停车位占用状况不得而知。已经在停车场的司机需要绕行停车场寻找合适的车位,对于那些还在路上徘徊寻找空闲车位的司机没有有效的帮助。地下停车场一般采取封闭式管理,传统的道闸式车位管理系统尚有很好的应用场景。对于大量的路边停车位,道闸式车位管理系统无法进行有效的管理。引导式车位管理系统主要是通过特定的传感器技术检测每个车位的占用状态,并将车位状态信息传送到后台进行统计,从而减少司机寻找车位的时间。近几年许多引导式车位检测方案已经被采用,旨在解决停车难问题。目前大部分系统都是采用无线传感器网络[5]来实现,无线传感器网络是由部署在检测区域内大量廉价的微型传感器节点组成,通过无线通信的方式形成的一个动态、分布式、多跳的、自组织的网络系统,结构如图1-1所示。

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第2章无线车位检测系统总体设计

 

2.1系统结构车位检测系统的总体结构和主要功能
如上所述,下面从具体的技术要点进行详细阐述。首先介绍车位检测方法以及所用到的传感设备。然后介绍车位检测系统的网络结构及组网通信协议。最后介绍上位机信息管理软件:无线传感器网络车位监测演示系统。在目前的市场上,道闸式车位管理系统应用广泛,主要通过条形码机器来统计停车场进入和驶出的车辆数。其主要的特点为设计简单,使用方便,建设费用低,目前在市场上占主导地位。但是这种车位管理系统局限于封闭的停车场,对于大量的路边停车位无法进行有效管理。在此背景下,本文提出了一种基于无线传感器网络的车位检测系统。无线传感器网络节点一般由电池供电,能量非常有限,一旦耗尽很难对节点进行电池更换。低功耗是无线传感器网络设计的重要研究对象。对于车位检测系统而言,节点需要密封浅埋入地下使用,一经布设基本只能等到报废处理才能更换节点。使用年限一般要求3年以上,因此对能耗的性能要求很高。

 

2.2车位检测方法
本文采取Java语言和MySQL数据库开发了一款无线传感器网络车位监测演示系统。本系统依据地下停车场平面结构图作为主显示页面,页面中红色圆圈和绿色圆圈代表该车位的占用状态。红色表示该车位有车,绿色表示该车位空闲。停车场管理人员可以根据页面状态清楚的掌握停车场车位占用情况。每个节点都具有多种显示状态方便网络的监测,可以显示节点编号、数据量、丢包率、信号强度、磁场强度、车位状态和传输路径等信息。在实际使用过程中,无线传感器网络车位监测演示系统不仅能够提供当前的停车状况,还可以调取节点的历史记录信息供开发者更好的分析系统阶段性的运行状况。通过调取节点的传感器数值历史记录,可以及时检验车位检测算法的准确性。通过查看节点的丢包率、信号强度,开发者可以及时了解无线通信网络的性能。上位机信息管理软件界面如图2-8所示。

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第3章无线车位检测系统的低功耗设计............................................21
3.1低功耗节点设计...........................................................................................21
3.2低功耗数据传输方法...................................................................................22
3.3数据重传方法...............................................................................................26
第4章无线车位检测系统的可维护性研究........................................33
4.1无线车位检测可维护性分析.......................................................................33
4.2可维护性影响因素.......................................................................................34
4.3可维护性评估模型.......................................................................................36
第5章无线车位检测系统测试............................................................49
5.1系统功能测试...............................................................................................49
5.2系统通信测试...............................................................................................52
5.3系统功耗测试...............................................................................................55
5.4系统可维护性实验.......................................................................................57

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第5章无线车位检测系统测试

 

5.1系统功能测试
车位检测系统主要有车位检测节点、路由节点、Sink节点、GPRS模块和上位机信息管理软件组成。基于LoRa的星型车位检测系统硬件如图5-3所示,左上角为车位检测节点,左下角为测试所用的模具,右边为Sink节点。基于Si4438的自组织分簇网络的硬件组成如图5-4所示,左上角为车位检测节点,左下角为测试所用的模具及电池,右上角为簇头节点,右下角为Sink节点所用的模具。图5-5为网络状态分析界面,可以监视网络的状态变化、数据流动情况以及网络上传输的数据等信息。本次测试节点的物理ID为D01,网络ID为16。物理ID指的是节点布设在停车场的具体位置,网络ID为Sink节点分配的ID。16号节点布设完成后,启动节点进行初始化,初始化完成检测车位状态为空,然后启动射频模块进行数据包传输,seqno=2表示节点发送的第2个数据包。Sink节点收到车位状态数据包后回复ACK数据包,图中网络ID:1为Sink节点回复的ACK数据包,上位机收到数据显示16号节点为绿色(无车)。此时车位状态发生变化,节点发送seqno=3数据包,上位机收到数据显示16号节点为红色(有车)。上位机车位状态显示从无车变为有车如图5-6所示。
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5.2无线通信测试
在车位检测系统中,LoRa星型网络采取SX1276射频模块作为无线通信模块,工作频率为915Mhz。自组织分簇网络采取Si4438射频模块作为无线通信模块,工作频率为433Mhz。无线通信模块的质量主要由发射功率、接收灵敏度、天线性能、通信距离等评价指标决定。最大输出功率是指发射机在一个射频周期内供给传输线的平均功率,反应射频模块的信号发射能力。接收灵敏度指的是在规定的测试频率和调制方法下,当接收机误码率小于或者等于规定值时,接收机天线端口的输入信号功率的大小,反应模块接收弱信号的能力。模块的主要性能测试如下。(1)发射功率测试。LoRa采用扩频调制模式,所以发射功率在FSK模式下测试更为准确。SX1276和Si4438射频模块分别开启FSK模式,设置频谱分析仪的频率(FREQ)、扫描带宽(SPAN)、幅度(AMPTD)等参数并设置追踪最大功率。实际测的SX1276和Si4438射频模块发射功率如图5-7、5-8所示。
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第6章结束语
本文提出了一种低功耗数据传输方法。该方法主要包括周期性唤醒、变速率采集和时间驱动机制。通过该方法有效的降低了节点的功耗提高了使用寿命。为了保证数据传输的可靠性,降低射频模块的功耗。对于基于LoRa的星型网络车位检测系统,本文提出了基于CSMA的随机退避重传方法。对于基于自组织分簇网络车位检测系统,本文提出了基于TDMA的数据传输及重传方法。无线传感器网络的工作环境一般比较恶劣,以及受到节点硬件设计、无线通信等因素影响会导致系统会出现各种故障且不易维护进而导致系统不能正常运行。因此,无线传感器网络的维护工作至关重要。为了增强系统的可维护性,在系统搭建之前需要对其可维护性进行评估。在停车场还可以加入灯控引导系统配合车位检测系统使用,指示用户更快的找到车位。在有可能的条件下可以将车位检测系统接入交通信息网,形成大规模停车引导系统,并结合大数据等技术全面分析城市停车状况,从而缓解因为寻找车位所造成的交通拥堵状况。
参考文献(略)
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