摘要：實現了一種基于無線傳感器網絡的交通信息采集系統，采用磁阻傳感器，通過測量地磁的變化來檢測車輛信息，用無線傳感器網絡傳輸數據，該系統不需要大規模挖開路面鋪設車輛檢測器，具有安裝簡易，維修方便等優點。同時采用B／S結構實現了交通信息的管理，用戶可以在遠程終端利用瀏覽器在線監測，實時分析交通信息數據，并進行網絡監控和維護。
關鍵詞：無線傳感器網絡；交通信息；數據管理；B／S結構
0 引言
城市交通問題是世界各國的普遍性問題，智能交通系統(Intelligenee Transportation System)是解決日益嚴重的城市交通問題的有效途徑。交通信息采集系統是智能交通系統的關鍵子系統，是發展智能交通系統的基礎和交通管理智能化的前提。
目前常見的交通信息采集方式有感應線圈、紅外、視頻等。其中感應線圈是侵入式檢測(Intrusive Detection)，需要大面積的鑿開路面安裝，影響公路的使用壽命，而且在維修和更改應用的時候需要再次挖開路面，對路面的破壞很大。而紅外、視頻等屬于非侵入式檢測(Non-intrusive Detection)，安裝不用挖開地面，但是仍需鋪設大量線路，而且檢測結果受大風、雨雪等天氣影響非常大。采用無線傳感器網絡(Wireless Sensor Network，WSN)進行交通信息的采集，可以減少線路的鋪設，對路面的破壞非常小，并且測量結果基本不會受天氣影響，極大地方便了安裝和維修工作。
1 系統設計
基于無線傳感器網絡的交通信息采集系統主要由傳感器網絡、通信控制服務端、用戶端三部分組成，如圖1所示。無線傳感器網絡負責采集路面的交通信息，將數據通過以太網傳送到通信控制服務端；通信控制服務端、用戶端采用B／s模式。這種結構結合了asp．net在Web應用上的優勢，能夠實現遠程用戶使用瀏覽器在線監測、分析和處理傳感器節點數據的功能，有效組織和管理傳感器網絡監測區域采集的信息，對用戶的設置和查詢進行響應。
1．1 無線傳感器網絡結構
系統中的無線傳感器網絡采用TI公司的CC2520芯片實現，CC2520是一款2．4 GHz免授權ISM頻帶專用的第2代ZigBee／IEEE 802．15．4無線射頻收發器，有著高穩定性和低工作電壓等出色特性。傳感器網絡采用不同的網絡節點以樹形(Cluster-Tree)組網方式組成，網絡拓撲結構如圖2所示。網絡節點包括匯聚節點、路由器和采集節點，采集節點采集交通信息數據，直接發送或者經由路由器發送到匯聚節點上。
采集節點通過對地磁的測量來檢測交通信息。地磁場數值較小，約0．5×10T，可以認為地球磁場強度在一定的區域內(大約幾千米)是恒定的。當有磁性的物體通過時，會引起物體周圍磁場強度的變化，汽車可看作多個雙極性磁鐵組成的模型，引起地球磁場的擾動。汽車對地磁的干擾如圖3所示。
因此，可以利用地磁傳感器來檢測車輛通過時的磁場變化從而獲得交通流的信息。本文選用了Honeywell公司的磁阻傳感器HMC1052，該傳感器是基于磁阻效應(Magnetoresistance Effects)原理的，磁阻效應是指某些金屬或半導體的電阻值隨外加磁場變化而變化的現象。即當外部磁場發生變化時，傳感器內部的電阻也會相應的發生變化，將磁場強度轉化為電壓輸出，利用該效應，HMC1052可以測量地磁及汽車通過時對地磁的擾動。
采集節點安裝于需要測量的路段，負責采集路面的交通信息，并將數據直接或者通過路由器發送給匯聚節點。
路由節點安裝在盡量靠近在采集節點的路旁，用于轉發采集節點的數據到匯聚節點，可以根據傳輸距離的要求，采用多跳路由。同時也增強了網絡的健壯性。
匯聚節點也安裝在路旁，它負責無線網絡的啟動和建立，同時還建立網絡安全機制、網絡中的綁定等，并接收采集節點和路由節點的數據。匯聚節點還有一個以太網接口，將接收到的數據通過以太網發送到通信控制服務端。
1．2 通信控制服務端
系統將無線傳感器網絡中數據的管理和用戶的使用分離開來，通信控制服務端主要負責交通流量數據的分析、計算以及存儲等數據管理工作。通信控制服務端通過以太網接口從匯聚節點收集數據。接收到的交通信息數據中每一幀數據均包含包頭、ID號、采集數據、校驗位以及包尾。數據結構如表1所示。
通信控制服務端首先將這些原始數據進行解析、重新封裝后存入數據庫。通過對這些信息的抽象，形成了數據庫的整體邏輯結構，數據庫實體關系圖(E-R圖)如圖4所示，根據實體關系圖，轉換成SQL Server 2005中的關系模式(數據表)如表2～表4所示。
采用的是SQL Server 2005數據庫，它采用圖形化用戶界面，數據庫管理直觀，對Web技術支持，很容易地將數據庫中的數據發布到Web頁面上，非常適用于B／S體系結構。通過ADO．NET(ActiveX Data Object)訪問數據庫來實現用戶對數據庫的存儲、查詢和刪除等操作。ADO．N ET是在．NET編程環境中優先使用的數據訪問接口。它提供了平臺互用性和可伸縮的數據訪問，使用幾個對象就可以方便地訪問數據庫，例如SqlConnection對象管理與數據源的連接。SqlCommand對象與數據源交流并發送命令。使用SqlDataReader可以進行快速“向前”讀取數據，使用DataSet或者SqlDataAdapter實現進行寫入和讀取數據源。
1．3 用戶端設計
用戶端通過瀏覽器給用戶提供一個可視化的界面與數據庫交互，負責數據查詢、圖形化顯示以及監控網絡的運行情況，運行于用戶端瀏覽器的Web頁面是基于．net框架開發的，開發環境是Visual Studio 2005，結合了asp．net在Web應用上的優勢，利用多線程和模塊化思想，完成整個界面的設計，用戶只需關心自己所需要的數據，而無需關心傳感器網絡的具體實現細節。從而實現了遠程終端瀏覽器在線監測、分析和處理傳感器節點數據的功能。主要功能模塊包括實時交通參數監控、歷史數據回放統計、傳感器網絡管理、網絡用戶管理、報警通知等消息處理。用戶端的功能模塊如圖5所示。
網絡用戶管理模塊 對不同等級的用戶分配不同的權限，普通用戶不具備傳感器網絡管理、用戶管理權限，可以查詢查看數據庫中的數據。而管理員用戶可以進行新增用戶、刪除用戶、授予權限、允許用戶更改密碼等操作。
實時交通流量監控模塊 接收數據庫發送來的現場數據，以實時曲線圖的方式繪制出來，方便用戶直觀地觀察到每個采集節點的信息，從而掌握監控區域交通流量的情況。
歷史數據回放統計模塊 歷史數據模塊允許用戶選擇歷史時間范圍，查詢各個采集節點上傳的數據。還可以對歷史數據進行分析，統計路口的日、周交通流量等。
傳感器網絡管理模塊 允許用戶對設備節點進行重命名、新增、刪除操作，實時顯示網絡中的拓撲結構，同時可以顯示節點的路由狀態和鏈路信息，掌握網絡運行的整體狀態。該模塊還提供了對無線傳感器網絡節點的配置和管理，通過對這些節點的管理，用戶可以及時了解節點監控區域內的分布情況。
報警通知等消息處理模塊 當傳感器網絡出現異常，例如節點損壞，沒電等情況時將會產生一些提示、報警等消息。系統需要對這些消息進行管理，一方面將這些消息存儲到日志中，供用戶日后查詢時使用，另一方面要將這些消息及時地通知給用戶，以便用戶采取相應的措施進行處理。
用戶端界面如圖6所示。
2 結語
本文實現了一種基于無線傳感器網絡的交通信息采集系統。采用磁阻感器HMC1052檢測車輛信息，無線網絡傳輸數據，安裝和維修方便。數據管理采用B／S模式，實現遠程監控和維護、升級。使得傳感器網絡易于管理和布置，提高了無線傳感器網絡開發和維護的效率。利用多線程和模塊化技術實現了數據的收集處理，提高了數據的安全性、可靠性和一致性。通過長時間實驗證明所實現的信息采集系統運行穩定可靠，實現了設計目標。