基于无线传感器网络的道路与车辆管理系统和方法

1、一种基于无线传感器网络的道路与车辆管理系统，其特征在于： 网络系统由车载移动节点(A.0、A.1、A.2、A.3、A.4、A.5)、埋入地基的 路基监测传感器节点(B.0、B.1)、路边固定传感器节点(C.0、C.1、C.2、 C.3、C.4)、监控基站(D.0、D.1、D.2)和远程服务器组成，包括路基信息 获取星状网络、车辆管理星状网络、链式无线传感器网络和有线网络四 种网络结构，远程服务器通过有线网络、监控基站、链式无线传感器网 络、路边固定节点、车辆管理星状网络、车载移动节点、路基监测星状 网络、路基监测节点对车辆和道路实时的直接的网络化监控和管理。
2、根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的道路与车辆管理系 统，其特征在于：路基监测传感器节点包括中央处理单元、存贮器、实 时时钟、硬件ID、电源管理单元、天线、无线通信单元、测量路基参数 传感器及相应信号处理电路，中央处理单元、存贮器、实时时钟、硬件ID 连接于测量路基参数传感器及相应信号处理电路和无线通信单元，路基 监测节点定期采集路基信息，将路基信息发送到路边固定节点，在非工 作期间，路基监测节点处于休眠状态。
3、根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的道路与车辆管理系 统，其特征在于：车载移动节点安装在车辆上，该节点由中央处理单元、 存贮器、实时时钟、硬件ID、电源管理单元、天线、无线通信单元、语 音提示单元和节点与车辆电子系统的通信接口组成，中央处理单元、存 贮器、实时时钟、硬件ID连接于语音提示单元、车辆电子系统的通信接 口和无线通信单元，车载移动节点通过车辆电子系统获取车速、剩余油 量和驾驶员状态参数，然后把获取的车辆信息和电子牌照发送给路边固 定节点，通过路边固定节点组建的链式无线传感器网络发送到监控基站， 再由监控基站发送到远程服务器，车载移动节点接收路边固定节点发送 的地理位置信息和前方路段气象、路况以及交通法规信息，通过语音提 示单元提醒驾驶员，提示信息也可以通过移动节点和车辆电子系统的通 信接口传送到车辆电子系统，电子系统将信息显示在液晶屏上提醒驾驶 员
4、根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的道路与车辆管理系 统，其特征在于：路边固定传感器节点包括中央处理单元、存贮器、实 时时钟、硬件ID、电源管理单元、天线、无线通信单元、测量气象信息 的温度、湿度、压力和雾气传感器及其相应信号处理电路，中央处理单 元、存贮器、实时时钟、硬件ID连接于雾气传感器及其相应信号处理电 路、无线通信单元，路边固定节点和监控基站构成链式无线传感器网络， 将固定节点采集的气象信息和来自路基监测节点的路基信息和车载移动 节点的车辆信息发送到监控基站，通过有线网络传至远程服务器。
5、根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的道路与车辆管理系 统，其特征在于：监控基站由中央处理单元、存储器、电源管理单元、 天线、无线通信单元和有线网络通信接口组成，中央处理单元、存储器 连接于有线网络通信接口、无线通信单元，监控基站采用无线与有线通 信相结合的方式，作为链式无线传感器网络的信宿节点汇聚路边固定节 点发送的信息，通过有线网络发送至远程服务器，经过远程服务器处理 后，将处理信息通过网络系统发送到车载移动节点。
6、一种基于无线传感器网络的道路与车辆管理系统的方法，其特征 在于：道路与车辆管理系统从总体上有四种网络组成：以路边固定节点 为主节点，路基监测节点为从节点的路基信息获取星状网络，负责采集 路基信息；以路边固定节点为主节点，车载移动节点为从节点的车辆管 理星状网络，负责接收经过固定节点的车辆信息，并向车辆发送气象、 路况以及交通法规信息；以监控基站为信宿节点，路边固定节点为信源 节点的链式无线传感器网络，负责接收路边固定节点发送的信息和将远 程服务器的处理信息反馈给路边固定节点；监控基站通过有线网络将收 集的信息传输到远程服务器，远程服务器将处理信息通过监控基站发送 到路边固定节点，系统方法包括路基监测节点与路边固定节点的交互方 法、车载移动节点与路边固定节点的交互方法、车辆自动防盗报警方法、 车辆自动跟踪方法、不停车自动收取过路费方法、不停车自动收取过桥 费方法、自动收取停车费用方法，路基监测节点与路边固定节点的交互方 法和车载移动节点与路边固定节点的交互方法是道路与车辆管理系统基 本实现单元，系统运行的总流程，其具体步骤如下：
步骤S6-1：整个网络部署后，系统启动；
步骤S6-2：启动路基信息获取星状网络，路边固定节点(C.0)和其无线 覆盖范围内的路基监测节点(B.0、B.1)构成星状网络；
步骤S6-3：路基监测节点(B.0、B.1)定时检测路基状况，把信息发送 到路边固定节点(C.0)，在非工作期间，路基监测节点(B.0、B.1)处于休眠 状态；
步骤S64：路边固定节点(C.0、C.1、C.2、C.3、C.4)定时采集温度、 湿度、气压和雾气气象参数；
步骤S6-5：启动以监控基站(D.0)为信宿节点，路边固定节点(C.0、 C.1、C.2、C.3、C.4)为信源节点的链式无线传感器网络，将路边固定节 点获取的信息传送到监控基站(D.0)，再通过有线网络传输到远程服务器；
步骤S6-6：远程服务器综合处理接收的信息，将有用信息通过监控基 站(D.0)发送到相关的路边固定节点(C.0、C.1、C.2、C.3、C.4)；
步骤S6-7：车载移动节点(A.0、A.1、A.2、A.3、A.4、A.5)进入路边 固定节点无线覆盖范围后，加入以固定节点(C.0)为主节点的车辆管理星 状网络；
步骤S6-8：车载移动节点(A.0、A.1、A.2、A.3、A.4、A.5)通过车辆 电子系统获取车速、剩余油量和驾驶员状态参数，然后把获取的信息和 车辆的电子牌照发送给路边固定节点(C.0)；
步骤S6-9：同时路边固定节点(C.0)将前方路段的气象、路况和交通 法规信息以及本路段的地理位置信息发送给车载移动节点(A.0、A.1、 A.2、A.3、A.4、A.5)，移动节点接收信息后提醒驾驶人员；
步骤S6-10：路边固定节点(C.0、C.1、C.2、C.3、C.4)将获取的移动 节点信息通过链式无线传感器网络传送到监控基站(D.0)，再通过有线网 络传输到远程服务器，远程服务器记录移动节点的信息，对车辆的行程 进行跟踪；
步骤S6-11：远程服务器根据车载移动节点的运行速度以及所处的地 理位置判断本地的交通拥塞情况，作为前方路况信息反馈给后面的车辆。
7、根据权利要求6所述的基于无线传感器网络的道路与车辆管理系 统的方法，其特征在于：路基监测节点与路边固定节点的交互方法，以 路边固定节点为主节点，路基监测节点为从节点的路基信息获取星状网 络，负责定期采集路况信息发送到路边固定节点，路基监测节点与路边 固定节点的交互方法，其具体步骤如下：
步骤S7-1：在路基信息获取星状网络运行前，先启动整个系统，尤其 是路边固定节点(C.0、C.1、C.2、C.3、C.4)和监控基站(D.0)组成的链式 传感器网络，监控基站和远程服务器要处于预备接收数据状态；
步骤S7-2：路边固定节点(C.0)发送HELLO关联信息，搜寻固定节 点无线范围内的路基监测节点，组建以固定节点(C.0)为主节点的路基监 测星状网络；
步骤S7-3：路基监测节点(B.0、B.1)接收到固定节点(C.0)发出的 HELLO关联信息；
步骤S7-4：路基监测节点(B.0、B.1)获取信道；
步骤S7-5：发送关联确认信息，这表明路基信息获取网络的正式构 建；
步骤S7-6：启动路基监测节点(B.0、B.1)进入正常工作状态，路基监 测节点根据工作与休眠状态的时间调度循环，定时检测和采集路面状况 数据；
步骤S7-7：路基监测节点采集到路况信息后，获取信道；
步骤S7-8：将采集的信息发送到主节点(C.0)；
步骤S7-9：主节点(C.0)在接收到路基监测节点发送的路况信息后， 给一个确认信息，路标节点在收到确认信息后，进入休眠状态；
步骤S7-10：路基监测节点经过休眠后，重新进入工作状态；
步骤S7-11：完成一次完整地数据采集、发送、确认后，重新进入休 眠状态。
8、根据权利要求6所述的基于无线传感器网络的道路与车辆管理系 统的方法，其特征在于：车载移动节点与路边固定节点的交互方法，以 路边固定节点为主节点，车载移动节点为从节点的车辆管理星状网络， 负责接收经过固定节点的车辆信息，并向车辆发送前方路段的气象、路 况和交通法规信息以及本路段的地理位置信息，车载移动节点与路边固 定节点的交互方法，其具体实施步骤如下：
步骤S8-1：在车辆管理星状网络运行前，先启动整个系统，尤其是路 边固定节点(C.0、C.1、C.2、C.3、C.4)和监控基站(D.0)组成的链式传感 器网络，监控基站和远程服务器要处于准备接收数据的状态；
步骤S8-2：车载移动节点(A.0)获取信道；
步骤S8-3：车载移动节点(A.0)获取信道后发送HELLO关联请求信 息，试图加入以路边固定节点(C.0)为主节点的车辆管理星状网络；
步骤S8-4：车载移动节点(A.0)进入路边固定节点(C.0)的无线覆盖范 围；
步骤S8-5：固定节点(C.0)收到车载移动节点(A.0)的关联请求信息；
步骤S8-6：固定节点(C.0)获取信道，发送关联确认信息到车载移动 节点，这表明车辆管理网络的正式构建；
步骤S8-7：车载移动节点收到关联确认信息后，获取信道；
步骤S8-8：车载移动节点把车速、剩余油量、驾驶员状态和车辆的电 子牌照发送给路边固定节点(C.0)；
步骤S8-9：路边固定节点(C.0)获取信道；
步骤S8-10：路边固定节点(C.0)将来自远程服务器的前方路段气象、 路况和交通法规信息以及本路段地理位置信息发送给车载移动节点 (A.0)；
步骤S8-11：车载移动节点接收到固定节点(C.0)的信息后，使驾驶人 员行车更加方便快捷。
9、根据权利要求6所述的基于无线传感器网络的道路与车辆管理系 统的方法，其特征在于：远程服务器通过有线网络、监控基站、链式无 线传感器网络、路边固定节点、车辆管理星状网络、车载移动节点对车 辆实时的直接的监控和管理，利用这套管理系统可以实现不停车自动收 取过路费，具体实施步骤如下：
步骤S9-1：在高速路口两端安装固定节点(C.0、C.10)，这两个节点 通过监控基站与远程服务器连接；
步骤S9-2：先启动整个系统，尤其是路边固定节点和监控基站构建的 链式传感器网络，监控基站和远程服务器要处于准备接收数据的状态；
步骤S9-3：车载移动节点(A.0)获取信道；
步骤S9-4：当车载移动节点(A.0)获取信道后发送HELLO关联请求 信息，试图加入以路边固定节点为主节点的车辆管理星状网络；
步骤S9-5：车载移动节点(A.0)进入路边固定节点(C.0)的无线覆盖范 围；
步骤S9-6：路边固定节点(C.0)收到车载移动节点(A.0)的关联请求信 息；
步骤S9-7：路边固定节点(C.0)获取信道，发送关联确认信息到车载 移动节点，这表明车载移动节点加入到路边固定节点(C.0)为主节点的车 辆管理星状网络；
步骤S9-8：车载移动节点收到关联确认信息后，获取信道；
步骤S9-9：车载移动节点把车辆的电子牌照发送给路边固定节点 (C.0)；
步骤S9-10：路边固定节点(C.0)将接收的车辆的电子牌照发送到远程 服务器，远程服务器给予信息记录，表明该车辆从这里经过；
步骤S9-11：车载移动节点(A.0)进入路边固定节点(C.10)的无线覆盖 范围；
步骤S9-12：车载移动节点(A.0)重复上述步骤，加入以固定节点(C.10) 为主节点的车辆管理星状网络，并把车辆的电子牌照发送给远程服务器， 远程服务器给予信息记录；
步骤S9-13：远程服务器根据前后两次记录的车载移动节点(A.0)的地 理位置信息和车辆编号，计算该车辆应交纳费用，从车辆使用者的银行 账户扣除。
10、根据权利要求6所述的基于无线传感器网络的道路与车辆管理 系统的方法，其特征在于：远程服务器通过有线网络、监控基站、链式 无线传感器网络、路边固定节点、车辆管理星状网络、车载移动节点对 车辆进行实时的直接的监控和管理，利用这套管理系统可以实现不停车 自动收取过桥费，具体实施步骤如下：
步骤S10-1：在收费桥中间安装固定节点(C.0)，节点通过监控基站与 远程服务器连接；
步骤S10-2：先启动整个系统，尤其是路边固定节点和监控基站构建 的链式传感器网络，监控基站和远程服务器要处于准备接收数据的状态；
步骤S10-3：车载移动节点(A.0)获取信道；
步骤S10-4：当车载移动节点(A.0)获取信道后发送HELLO关联请求 信息，试图加入以路边固定节点为主节点的车辆管理星状网络；
步骤S10-5：车载移动节点(A.0)进入路边固定节点(C.0)的无线覆盖范 围；
步骤S10-6：路边固定节点(C.0)收到车载移动节点(A.0)的关联请求信 息；
步骤S10-7：路边固定节点(C.0)获取信道，发送关联确认信息到车载 移动节点，这表明车载移动节点加入到固定节点(C.0)为主节点的车辆管 理星状网络；
步骤S10-8：车载移动节点收到关联确认信息后，获取信道；
步骤S10-9：车载移动节点把车辆的电子牌照发送给路边固定节点 (C.0)；
步骤S10-10：路边固定节点(C.0)将接收的车辆的电子牌照信息发送 到远程服务器，远程服务器给予信息记录，表明该车辆从收费桥经过；
步骤S10-11：远程服务器从该车俩所有者的银行账户上扣除应交纳过 桥费用。
11、根据权利要求6所述的基于无线传感器网络的道路与车辆管理系 统的方法，其特征在于：远程服务器通过有线网络、监控基站、链式无 线传感器网络、路边固定节点、车辆管理星状网络、车载移动节点对车 辆进行实时的直接的监控和管理，利用这套管理系统可以实现自动收取 停车费，具体实施步骤如下：
步骤S11-1：在停车场入口处和出口处分别安装固定节点(C.0)和 (C.3)，这两个固定节点通过监控基站与远程服务器连接；
步骤S11-2：先启动整个系统，尤其是固定节点和监控基站构建的链 式传感器网络，监控基站和远程服务器要处于准备接收数据的状态；
步骤S11-3：车载移动节点(A.0)获取信道；
步骤S11-4：当车载移动节点(A.0)获取信道后发送HELLO关联请求 信息，试图加入以固定节点为主节点的车辆管理星状网络；
步骤S11-5：车载移动节点(A.0)在T0时刻进入固定节点(C.0)的无线 覆盖范围；
步骤S11-6：固定节点(C.0)收到车载移动节点(A.0)的关联请求信息；
步骤S11-7：固定节点(C.0)获取信道，发送关联确认信息到车载移动 节点，这表明车载移动节点加入到固定节点(C.0)为主节点的车辆管理星 状网络；
步骤S11-8：车载移动节点收到关联确认信息后，获取信道；
步骤S11-9：车载移动节点把车辆的电子牌照发送给固定节点(C.0)；
步骤S11-10：固定节点(C.0)将接收到的车辆的电子牌照发送到远程服 务器，远程服务器给予信息记录，表明该车辆进入停车场；
步骤S11-11：车载移动节点(A.0)在T1时刻进入固定节点(C.3)的无线 覆盖范围；
步骤S11-12：车载移动节点(A.0)重复上述步骤，加入以固定节点(C.3) 为主节点的车辆管理星状网络，并把车辆的电子牌照发送给远程服务器， 远程服务器给予信息记录，表明该车辆离开停车场；
步骤S11-13：远程服务器根据记录，计算车载移动节点(A.0)在停车场 的停留时间，得出该车辆应交纳费用，从车辆使用者的银行账户上扣除。
12、根据权利要求6所述的基于无线传感器网络的道路与车辆管理 系统的方法，其特征在于：远程服务器通过有线网络、监控基站、链式 无线传感器网络、路边固定节点、车辆管理星状网络、车载移动节点对 车辆进行实时的直接的监控和管理，无论车辆处于运行和静止状态，只 要处在路边固定节点无线覆盖内，车载移动节点利用本车辆管理系统和 远程服务器进行信息交互，远程服务器对车辆的地理位置实时记录，可 以对车辆全天候的自动跟踪，车辆被盗窃后，可以对被窃车辆进行自动 跟踪。
13、根据权利要求6所述的基于无线传感器网络的道路与车辆管理 系统的方法，其特征在于：远程服务器通过有线网络、监控基站、链式 无线传感器网络、路边固定节点、车辆管理星状网络、车载移动节点对 车辆进行实时的直接的监控和管理，利用这套管理系统可以对车辆自动 防盗报警，其具体方法如下，首先在车载移动节点上安装受控报警装置， 当车主发现车辆被窃后，联系远程服务器的监视者，报告被窃车辆的电 子牌照，监视者给远程服务器发送跟踪指令，利用本车辆管理网络，跟 踪被窃车辆，并给被窃车辆的车载移动节点发送报警指令，车载移动节 点接收到报警指令后，启动报警装置，同时移动节点给车辆电子系统发 送停车指令，车辆电子系统收到指令，启动自动停车装置强迫车辆停止。

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