智能交通系統(tǒng)IC卡的設(shè)計

1、摘摘 要要 隨著經(jīng)濟的發(fā)展，城市化、汽車化的加快，要求采用現(xiàn)代化的管理方法來 實現(xiàn)交通管理，這樣就引起了對智能交通系統(tǒng)（its）的研究。its 將先進的電 子技術(shù)、信息技術(shù)(it)、人工智能(ai)、地理信息(gis)、計算機技術(shù)、通信、 傳感器技術(shù)和系統(tǒng)工程技術(shù)集成運用于地面運輸?shù)膶嶋H需求，建立起全方位、 實時、準(zhǔn)確、高效的地面運輸系統(tǒng)。its 能夠改善混亂的交通狀況，減少擁堵， 提高運輸效率，并提高交通的安全性。在整個 its 系統(tǒng)中，車輛流量檢測系統(tǒng) 有著很重要的地位。其中，視頻檢測方法比檢測線圈、電視監(jiān)控、微波檢測方 法更優(yōu)越更靈活，并且結(jié)合了數(shù)字圖像處理技術(shù)，得到越來越廣泛的重視和運

2、 用。 本論文詳細討論了數(shù)字圖像處理技術(shù)在智能交通中的研究與應(yīng)用，包括對 車 輛的檢測、車輛流量統(tǒng)計子系統(tǒng)、紅綠燈的優(yōu)化控制子系統(tǒng)，其中車輛的檢測 是 its 的核心部分，是 its 的基礎(chǔ)。同時也具體介紹了系統(tǒng)得硬件和軟件組成， 并且對系統(tǒng)以后的改進也作了一些討論。 關(guān)鍵詞：智能交通系統(tǒng)，智能交通 ic 卡收費系統(tǒng)的研究背景及發(fā)展方向, 短程無線通信技術(shù)的組成及其特點,差錯控制系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成及工作流程。 abstract modern management methods are needed to administer traffic on account of the economi

3、cal development and the speedup of urbanization and motorization, which begets the research on intelligent transportation system-its. with advanced teletronical technology, information technology, artificial intelligence, geographic information system, computer processing, communication, sensor tech

4、nology and system project technology, its establishs transportation system on all orientation, real-time acoup sur and efficaciously, which develop disorder traffic, reduce traffic jam,impove transportation efficacious and safety. real-time traffic flow plays an very important role in its.currently,

5、 magnetic loop detectors are often used to count vehicles passing over them.vision-based video monitoring systems offer larger set of traffic parameters such as vehicle flow, lane changes, etc., can be measured.cameras are much less disruptive to install than loop detectors.associative digital image

6、 processing technology,vision-based video monitioring systems are attached importance and applied. in this paper, an digital image technology used for its is discussed in details,including vehicle measeurement, vehicle flow statistic subsystem, lamp control subsystem and taking image subsystem viola

7、ting the regulations. thereinto, vehicle measurement is core and base of its. the hardware buildup and software buildup are also presented.in addition，we disscuss the future betterment. keywords: intelligent transportation system, intelligent transportation ic card charge system research background

8、and development direction ,short-range wireless communication technology and the characteristics of the composition ,error control system and the software system structure and the working process. 目錄 第第 1 章章概述概述.1 1.1交通現(xiàn)狀及系統(tǒng)可行性分析.1 1.2智能交通系統(tǒng)的概念.2 1.3智能交通系統(tǒng)產(chǎn)生及其背景.2 第第 2 章章智能交通智能交通 ic 卡收費系統(tǒng)的研究背景及其功能描述

9、卡收費系統(tǒng)的研究背景及其功能描述.3 2.1系統(tǒng)背景及其需求.3 2.2系統(tǒng)功能描述.3 第第 3 章章系統(tǒng)功能設(shè)計系統(tǒng)功能設(shè)計.6 3.1發(fā)卡系統(tǒng)功能設(shè)計.6 3.2交通 mis 功能設(shè)計（含 pos 機）.6 第第 4 章章系統(tǒng)功能詳細描述系統(tǒng)功能詳細描述.6 4.1發(fā)卡子系統(tǒng).5 4.2秩序子系統(tǒng).5 4.3 宣教子系統(tǒng).5 第第 5 章章短程無線通訊的組成與特點短程無線通訊的組成與特點.6 5.1藍牙技術(shù).4 5.2wi-fi技術(shù).5 5.3irda 技術(shù).5 5.4nfc 技術(shù).5 5.5zigbee技術(shù).4 5.6uwb 技術(shù).5 第第 6 章章差錯控制系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的組成及控制流

10、程差錯控制系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的組成及控制流程.6 6.1差錯系統(tǒng)的組成及其工作原理.6 6.2差錯的分類及應(yīng)付傳輸差錯的辦法.6 6.3本章小結(jié).7 結(jié)結(jié)論論.8 參考文獻參考文獻.9 致致謝謝 .1010 第 1 章概述 目前，我國絕大多數(shù)的城市（地區(qū)） ，對機動車駕駛員數(shù)量的急劇膨脹，道 路交通情況的復(fù)雜化，車輛性能、類型的更新發(fā)展，實際上傳統(tǒng)的管理方法已 經(jīng)不能滿足管理工作的需要。 這主要體現(xiàn)在以下方面： 違章、事故的記錄數(shù)據(jù)量龐大，而且實時性、隨機性大，因而無法迅速 完整的記錄在案。各區(qū)、縣中隊的數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)計與分析工作量龐大，以手工方 法根本無法滿足交通管理工作的現(xiàn)代化、高效率的要求。 處

11、罰的效率偏低，隨著時代節(jié)奏的加快，駕駛員的時間觀念越來越強。 對違章及事故的處理，要求高效率、高速度，而傳統(tǒng)的方法已不能滿足這一日 益增長的需求。 對駕駛員的檔案、違章、事故等數(shù)據(jù)的管理媒介多數(shù)采用紙張表格的傳 統(tǒng)方式。耗時費力，而且統(tǒng)計匯總工作量非常之大。 出錯率高，人工干預(yù)的成份太大，給徇私舞弊者等不良風(fēng)氣造成了可乘 之機。 缺乏科學(xué)的數(shù)據(jù)依據(jù)，因而無法為城市的交通設(shè)施和有效管理方法和實 施提供有力的決策支持。 難于實現(xiàn)多功能綜合性管理工作。 1.1 可行性分析 1.1.1 社會基礎(chǔ) 該系統(tǒng)的建立，是一項社會系統(tǒng)工程，它不僅是提高交通管理水平的一項 重大舉措，同時也對提高駕駛員整體素質(zhì)極其

12、遵紀(jì)守法的意識也具有十分重要 的意義。該系統(tǒng)的投入運行不僅涉及交通管理部門和每位駕駛員，同時社會上 的每位市民也必然十分關(guān)注此項目的開展，因此該項目的運行需要整個社會對 其認(rèn)可。 對此，我們對廣大的駕駛員進行了廣泛的調(diào)查，由于系統(tǒng)的基本載體 為 ic 卡，具有較大的存儲空間，每位駕駛員駕車時都必須攜帶此卡，也即每位 駕駛員的行駛檔案隨身攜帶。因此可直接持卡接收處罰并且保證處罰公正、迅 速、準(zhǔn)確。節(jié)省了駕駛員接收處理的時間，深受駕駛員歡迎。 由于該項目的運行，使得駕駛員十分注意遵守交通規(guī)則，這樣從整體上講， 使得整個城市的交通秩序井然有序。這也和每位公民的切身利益息息相關(guān)。因 此必將得到社會的普

13、遍贊同。 系統(tǒng)投入運行后，從事交通管理的干警可以從繁瑣的事務(wù)性工作中解脫出 來。它們利用利用世界上先進的設(shè)備、工具進行業(yè)務(wù)處理，手續(xù)簡捷方便。在 處理違章事故時，值勤交警無須用大量的精力去記憶相應(yīng)的法規(guī)及條例，而僅 僅只是在手持式違章處理器上敲幾個按鍵，違章處理器便會執(zhí)行根據(jù)國家和地 方有關(guān)法規(guī)及條例而由公安交通部門編制的軟件程序，實現(xiàn)現(xiàn)場自動記錄和處 理，整個過程快速、簡便，同時又避免了值勤交警與駕駛員之間發(fā)生直接沖突 的可能性，這極大的方便了干警值勤、執(zhí)法。充分體現(xiàn)了先進的科學(xué)技術(shù)的優(yōu) 越性。因此該項目必將會得到廣大干警的歡迎。 1.1.2 技術(shù)分析 該項目采用了 ic 卡技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)

14、技術(shù)、計算機通訊技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)。 這些技術(shù)發(fā)展至今已經(jīng)是成熟的應(yīng)用科學(xué)。如計算機網(wǎng)絡(luò)、通訊、數(shù)據(jù)庫原理 等已在全國各行業(yè)得以廣泛應(yīng)用，具有普遍的基礎(chǔ)。而且，各省交通管理部門 的一些業(yè)務(wù)有許多已使用了上述技術(shù)手段，并取得了一定成績。 ic 卡是由一塊集成電路芯片（ic 卡）微縮封裝在 pvc 卡片上，它雖然是近 幾年來出現(xiàn)的新型科技成果。但就其本身的應(yīng)用技術(shù)來說，仍屬于計算機數(shù)據(jù) 處理的范疇，其數(shù)據(jù)讀寫操作簡便，且保密性能強。 就系統(tǒng)中涉及的技術(shù)來講，不存在不可愈越的難點。關(guān)鍵在于如何使之與 交通管理的業(yè)務(wù)相結(jié)合，形成一個完善、可靠的人-機系統(tǒng)。 1.1.3 投資分析 此項目就投資來講，應(yīng)該說

15、是一個比較大的投資項目，要一次性調(diào)撥如此 龐大的資金支持此系統(tǒng)，就目前我國的資金現(xiàn)狀來說比較困難。因為此項目在 投入運行之前要組織一些國外設(shè)備的進口，還有一部分設(shè)備及大量 ic 卡要進行 組織生產(chǎn)，而且還需投資入大量的工程技術(shù)人員進行軟件開發(fā)、系統(tǒng)調(diào)試、人 員培訓(xùn)。系統(tǒng)的運行和維護也需要一定資金做保證。針對這種情況，實施該項 目我們可以多途徑的吸收資金，盡量利用合作的形式，引進外來資金，首先保 證在短時間內(nèi)使系統(tǒng)投入使用，然后通過發(fā)行卡片回收資金的辦法，來解決整 個工程的資金問 的經(jīng)濟效益，以便將來更好的造福于人民，造福于社會。 基于上述分析，我們參照一些發(fā)達國家的經(jīng)驗，針對我國駕駛員管理的現(xiàn)

16、 狀及部分法規(guī)、文件進行了認(rèn)真的分析，涉及了機動車駕駛員 ic 卡管理系統(tǒng) ，該系統(tǒng)以 ic 卡為基本流動數(shù)據(jù)載體和基本信息單元，采用 先進的計算機網(wǎng) 絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、ic 卡技術(shù)，使得對駕駛員的管理形成了一個 完整的動態(tài)實時的人機系統(tǒng)，它必將對交通管理工作的現(xiàn)代化起到極大的推動 作用。 1.2 智能交通系統(tǒng)的概念 intelligent transportation systems，its 智能交通系統(tǒng)的前身是智能車輛 道路系統(tǒng)（intelligent vehicle highway system,ivhs）智能交通系統(tǒng)將先進的信 息技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)、電子傳感技術(shù)、電子控

17、制技術(shù)以及計算機處理技 術(shù)等有效地集成運用于整個交通運輸管理體系，而建立起的一種在大范圍內(nèi)、 全方位發(fā)揮作用的，實時、準(zhǔn)確、高效的綜合運輸和管理系統(tǒng)。 1.2.1 智能交通系統(tǒng)產(chǎn)生及其背景 隨著經(jīng)濟全球化與科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，交通運輸作為社會經(jīng)濟生活 的一個重要方面，對保證社會經(jīng)濟體系的正常運轉(zhuǎn)發(fā)揮著重要的作用，已經(jīng)成 為人們生活中不可缺少的重要組成部分。近20年來，世界各國先后建立四通八 達的交通運輸網(wǎng)絡(luò)，但交通工具的增長速度遠遠高于道路和其他交通設(shè)施的增 長，因此隨之引起交通擁堵、交通事故、環(huán)境污染、能源短缺等問題已經(jīng)成為 世界各國面臨的共同的問題，也造成了巨大的物質(zhì)與經(jīng)濟損失。如美國

18、德州運 輸研究所研究美國39個主要城市，估算美國每年因交通阻塞而造成的經(jīng)濟損失 約為410億美元，12個最大城市每年的損失均超過10億美元；預(yù)測到2020年，因 事故造成的經(jīng)濟損失每年將超過1500億美元。但單純依靠修建道路與交通設(shè)施 和采用傳統(tǒng)的管理方式來解決交通問題，不僅成本昂貴、環(huán)境污染嚴(yán)重，而且 其緩解交通擁堵、提高交通運輸效果也非常有限。為此在30多年前人們就提出 了智能交通系統(tǒng)的概念，但對智能交通系統(tǒng)或智能運輸系統(tǒng)（intelligent transportationsystems,its）進行系統(tǒng)的研究始于20世紀(jì)80年代，從1994年起， 智能交通系統(tǒng)這一術(shù)語得到全世界的廣泛承

19、認(rèn)。its 是將駕駛員、交通工具和 道路、環(huán)境三位一體來考慮。廣義上 its 應(yīng)包括交通系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計、實施 與運營管理的智能化；而狹義上 its 則主要是指交通運輸管理和組織的智能化。 其實質(zhì)就是采用現(xiàn)代高新技術(shù)對傳統(tǒng)的交通運輸系統(tǒng)進行改造而形成一種新型 現(xiàn)代交通系統(tǒng)。也就是說，its 就是將先進的信息技術(shù)、傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)通信 技術(shù)、自動控制技術(shù)、運籌學(xué)、圖像分析技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)以及人工智能等有 效地綜合運用于整個交通管理系統(tǒng)。在系統(tǒng)工程綜合集成的總體思路指導(dǎo)下， 建立起一種在大范圍內(nèi)全方位發(fā)揮作用的實時、準(zhǔn)確、高效的運輸綜合體系1 23。its 智能化的特征體現(xiàn)在：原理上是基于知識體系；

20、系統(tǒng)功能上應(yīng)至 少具有判斷能力、推理能力和學(xué)習(xí)能力、并應(yīng)有輔助決策的作用；結(jié)構(gòu)上應(yīng)由 機器感知、機器學(xué)習(xí)、機器識別及知識庫等部分組成。當(dāng)然，its 并不意味著 交通系統(tǒng)完全智能化。在組織或控制交通系統(tǒng)時，只是希望系統(tǒng)運行秩序化， 即盡可能達到高度組織化的程度，利用計算機和其他設(shè)備部分地替代交通主體 人，完成部分預(yù)測、處理和決策，在交通系統(tǒng)管理中更重要的還是人參與。 its 的發(fā)展將推動運輸進入信息時代，是21世紀(jì)現(xiàn)代交通運輸系統(tǒng)的發(fā)展方向。 只有將“人和物的運載和運輸”和“信息的運載和運輸”融為一體，充分利用 信息技術(shù)的最新成果，挖掘信息資源的最大潛力，才能大幅度提高運輸效率和 服務(wù)質(zhì)量，滿足

21、日益增長的社會需求。 1.2.1.1智能交通系統(tǒng)的發(fā)展 早在20世紀(jì)60年代，美國就開始進行智能交通系統(tǒng)的先驅(qū)性研究，即電子 路徑誘導(dǎo)系統(tǒng)研究（electronic route guidance system,ergs） 。80年代中期加利 福尼亞交通部門研究的 pathfinder 系統(tǒng)獲得成功，加速了智能交通系統(tǒng)的 發(fā)展。此后，美國進行“智能化車輛道路系統(tǒng)”（intelligent vehicle- highwaysystem,ivhs）方面的研究；1990年美國運輸部成立了智能化車輛道路 系統(tǒng)組織；1991年美國國會通過了“綜合地面運輸效率法案”，發(fā)展經(jīng)濟上有效、 環(huán)境上友好的國家級綜合

22、地面運輸系統(tǒng)，以提高客運和貨運的運輸效率。1992 年，由美國運輸部、聯(lián)邦顧問委員會和全國智能交通協(xié)會聯(lián)合制定了“智能交通 系統(tǒng)”發(fā)展戰(zhàn)略計劃；1993年，美國 dot（運輸部）正式啟動了 its 體系框架 開發(fā)計劃，目的是要開發(fā)一個經(jīng)過詳細規(guī)劃的國家 its 體系框架。1994年 ivhs 更名為 its america(intelligent transportation society of america)。 歐洲 its 的發(fā)展早在1969年，歐共體委員會就提出要在其成員國之間開展與交 通控制相關(guān)的電子技術(shù)研究與開發(fā)工作。1985年，在法國的積極倡導(dǎo)和推動下， 歐洲開始了一項名為“由

23、里卡”（eureka）的高新科技研究與開發(fā)計劃，制定了 包括交通技術(shù)在內(nèi)的九大重點研究領(lǐng)域，包括以車輛的研究開發(fā)為主體的 prometheus 研究計劃和以道路基礎(chǔ)設(shè)施開發(fā)為主體的 drive 研究計劃。 “由 里卡”最初在交通領(lǐng)域共設(shè)置了46個項目，旨在開發(fā)新型交通系統(tǒng)，改造陳舊的 交通設(shè)施、減少交通環(huán)境污染并提高交通運輸安全。1986年，以奔馳為主的歐 洲11家汽車公司進行了民間主導(dǎo)的 prometheus（programme for european traffic with highest efficiency and unprecedented safety）研究計劃，確定了四個 基

24、礎(chǔ)研究領(lǐng)域和三個應(yīng)用研究領(lǐng)域。prometheus 計劃取得了巨大的成功并 于 1994結(jié)束。隨后在1995年，歐洲又開始一項新的研究計劃 promote（programme for mobility in transportation in europe） ，該計劃的主要 目的是實現(xiàn)道路交通管理系統(tǒng)和安全系統(tǒng)。同時，歐洲還實施了以歐盟各個成 員國政府為主導(dǎo)的 drive（dedicated road infrastructure for vehicle safety in europe）研究計 劃，其目標(biāo)是通過對道路交通與環(huán)境相互關(guān)系的研究，提高道路交通的安全性 和運輸效率。 在日本，197

25、3年，以通產(chǎn)省為主開發(fā)的“汽車綜合（交通）控制系統(tǒng)” （cacs:comprehensive automobile(traffic)control system）被認(rèn)為是日本最早的 its 項目，當(dāng)時在世界上處于領(lǐng)先地位；從1984年開始，建設(shè)省主持開發(fā)了“路 車間通信系統(tǒng)”（racs:road/automobile communication system）;從1987年開 始， 日本警察廳支持開發(fā)“先進的車輛交通信息與通信系統(tǒng)” （amtics:advancedmobile traffic information或著眼于功能的擴充性;或符合 某些單一應(yīng)用的特別要求;或建立競爭技術(shù)的差異化等

26、。但是沒有一種技術(shù)可以 完美到足以滿足所有的需求。 5.1 藍牙技術(shù) bluetooth)技術(shù)是近幾年出現(xiàn)的，廣受業(yè)界關(guān)注的近距無線連接技術(shù)。它是 一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，它以低成本的短距離無線連接為 基礎(chǔ)，可為固定的或移動的終端設(shè)備提供廉價的接入服務(wù)。 藍牙技術(shù)是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，其實質(zhì)內(nèi)容是為固定 設(shè)備或移動設(shè)備之間的通信環(huán)境建立通用的近距無線接口，將通信技術(shù)與計算 機技術(shù)進一步結(jié)合起來，使各種設(shè)備在沒有電線或電纜相互連接的情況下，能 在近距離范圍內(nèi)實現(xiàn)相互通信或操作。其傳輸頻段為全球公眾通用的 2.4ghz ism 頻段，提供 1mbps 的傳輸速率

27、和 10m 的傳輸距離。 藍牙技術(shù)誕生于 1994 年，ericsson 當(dāng)時決定開發(fā)一種低功耗、低成本的無 線接口，以建立手機及其附件間的通信。該技術(shù)還陸續(xù)獲得 pc 行業(yè)業(yè)界巨頭 的支持。1998 年，藍牙技術(shù)協(xié)議由 ericsson、ibm、intel、nokia、toshiba 等 5 家公司達成一致。 藍牙協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)版本為 802.15.1，由藍牙小組(sig)負責(zé)開發(fā)。802.15.1 的 最初標(biāo)準(zhǔn)基于藍牙 1.1 實現(xiàn)，后者已構(gòu)建到現(xiàn)行很多藍牙設(shè)備中。新版 802.15.1a 基本等同于藍牙 1.2 標(biāo)準(zhǔn)，具備一定的 qos 特性，并完整保持后向兼 容性。 但藍牙技術(shù)遭遇了最大的

28、障礙是過于昂貴。突出表現(xiàn)在芯片大小和價格難 以下調(diào)、抗干擾能力不強、傳輸距離太短、信息安全問題等等。這就使得許多 用戶不愿意花大價錢來購買這種無線設(shè)備。因此，業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，藍牙的市場 前景取決于藍牙價格和基于藍牙的應(yīng)用是否能達到一定的規(guī)模。 5.2 wi-fi 技術(shù) wi-fi(wireless fidelity,無線高保真)也是一種無線通信協(xié)議，正式名稱是 ieee802.11b，與藍牙一樣，同屬于短距離無線通信技術(shù)。wi-fi 速率最高可達 11mb/s。雖然在數(shù)據(jù)安全性方面比藍牙技術(shù)要差一些，但在電波的覆蓋范圍方 面卻略勝一籌，可達 100 m 左右。 wi-fi 是以太網(wǎng)的一種無線擴展

29、，理論上只要用戶位于一個接入點四周的 一定區(qū)域內(nèi)，就能以最高約 11mb/s 的速度接入 web。但實際上，如果有多個 用戶同時通過一個點接入，帶寬被多個用戶分享，wi-fi 的連接速度一般將只 有幾百 kb/s 的信號不受墻壁阻隔，但在建筑物內(nèi)的有效傳輸距離小于戶外。 wlan 未來最具潛力的應(yīng)用將主要在 soho、家庭無線網(wǎng)絡(luò)以及不便安裝 電纜的建筑物或場所。目前這一技術(shù)的用戶主要來自機場、酒店、商場等公共 熱點場所。wi-fi 技術(shù)可將 wi-fi 與基于 xml 或 java 的 web 服務(wù)融合起來， 可以大幅度減少企業(yè)的成本。例如企業(yè)選擇在每一層樓或每一個部門配備 802.11b

30、的接入點，而不是采用電纜線把整幢建筑物連接起來。這樣一來，可以 節(jié)省大量鋪設(shè)電纜所需花費的資金。 最初的 ieee802.11 規(guī)范是在 1997 年提出的，稱為 802.11b，主要目的是提 供 wlan 接入，也是目前 wlan 的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它的工作頻率也是 2.4ghz，與無繩電話、藍牙等許多不需頻率使用許可證的無線設(shè)備共享同一頻 段。隨著 wi-fi 協(xié)議新版本如 802.11a 和 802.11g 的先后推出，wi-fi 的應(yīng)用將 越來越廣泛。速度更快的 802.11g 使用與 802.11b 相同的正交頻分多路復(fù)用調(diào)制 技術(shù)。它工作在 2.4ghz 頻段，速率達 54mb/s。

31、根據(jù)最近國際消費電子產(chǎn)品的 發(fā)展趨勢判斷，802.11g 將有可能被大多數(shù)無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品制造商選擇作為產(chǎn)品標(biāo) 準(zhǔn)。 微軟推出的桌面操作系統(tǒng) windowsxp 和嵌入式操作系統(tǒng) windowsce，都 包含了對 wi-fi 的支持。其中，windowsce 同時還包含對 wi-fi 的競爭對手藍 牙等其它無線通信技術(shù)的支持。由于投資 802.11b 的費用降低，許多廠商介入 這一領(lǐng)域。intel 推出了集成 wlan 技術(shù)的筆記本電腦芯片組，不用外接無線網(wǎng) 卡，就可實現(xiàn)無線上網(wǎng)。 5.3 irda 技術(shù) 紅外線數(shù)據(jù)協(xié)會 irda(infrared data association)成立于 199

32、3 年。起初，采 用 irda 標(biāo)準(zhǔn)的無線設(shè)備僅能在 1m 范圍內(nèi)以 115.2 kb/s 速率傳輸數(shù)據(jù)，很快發(fā) 展到 4mb/s 以及 16mb /s 的速率。 irda 是一種利用紅外線進行點對點通信的技術(shù)，是第一個實現(xiàn)無線個人局 域網(wǎng)(pan)的技術(shù)。目前它的軟硬件技術(shù)都很成熟，在小型移動設(shè)備，如 pda、 手機上廣泛使用。事實上，當(dāng)今每一個出廠的 pda 及許多手機、筆記本電腦、 打印機等產(chǎn)品都支持 irda。 irda 的主要優(yōu)點是無需申請頻率的使用權(quán)，因而紅外通信成本低廉。并且 還具有移動通信所需的體積小、功耗低、連接方便、簡單易用的特點。此外， 紅外線發(fā)射角度較小，傳輸上安全性高

33、。 irda 的不足在于它是一種視距傳輸，兩個相互通信的設(shè)備之間必須對準(zhǔn)，中間 不能被其它物體阻隔，因而該技術(shù)只能用于 2 臺(非多臺)設(shè)備之間的連接。而 藍牙就沒有此限制，且不受墻壁的阻隔。irda 目前的研究方向是如何解決視距 傳輸問題及提高數(shù)據(jù)傳輸率。 5.4 nfc 技術(shù) nfc(near field communication，近距離無線傳輸)是由 philips、nokia 和 sony 主推的一種類似于 rfid(非接觸式射頻識別)的短距離無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 和 rfid 不同，nfc 采用了雙向的識別和連接。在 20cm 距離內(nèi)工作于 13.56mhz 頻率范圍。 nfc 最初

34、僅僅是遙控識別和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的合并，但現(xiàn)在已發(fā)展成無線連接技 術(shù)。它能快速自動地建立無線網(wǎng)絡(luò)，為蜂窩設(shè)備、藍牙設(shè)備、wi-fi 設(shè)備提供 一個“虛擬連接”，使電子設(shè)備可以在短距離范圍進行通訊。nfc 的短距離交互 大大簡化了整個認(rèn)證識別過程，使電子設(shè)備間互相訪問更直接、更安全和更清 楚，不用再聽到各種電子雜音。 nfc 通過在單一設(shè)備上組合所有的身份識別應(yīng)用和服務(wù)，幫助解決記憶多 個密碼的麻煩，同時也保證了數(shù)據(jù)的安全保護。有了 nfc，多個設(shè)備如數(shù)碼相 機、pda、機頂盒、電腦、手機等之間的無線互連，彼此交換數(shù)據(jù)或服務(wù)都將 有可能實現(xiàn)。 此外 nfc 還可以將其它類型無線通訊(如 wi-fi 和藍

35、牙)“加速”，實現(xiàn)更快 和更遠距離的數(shù)據(jù)傳輸。每個電子設(shè)備都有自己的專用應(yīng)用菜單，而 nfc 可 以創(chuàng)建快速安全的連接，而無需在眾多接口的菜單中進行選擇。與知名的藍牙 等短距離無線通訊標(biāo)準(zhǔn)不同的是，nfc 的作用距離進一步縮短且不像藍牙那樣 需要有對應(yīng)的加密設(shè)備。 同樣，構(gòu)建 wi-fi 家族無線網(wǎng)絡(luò)需要多臺具有無線網(wǎng)卡的電腦、打印機和 其它設(shè)備。除此之外，還得有一定技術(shù)的專業(yè)人員才能勝任這一工作。而 nfc 被置入接入點之后，只要將其中兩個靠近就可以實現(xiàn)交流，比配置 wi-fi 連結(jié) 容易得多。 nfc 有三種應(yīng)用類型： 設(shè)備連接。除了無線局域網(wǎng)，nfc 也可以簡化藍牙連接。比如，手提電腦

36、用戶如果想在機場上網(wǎng)，他只需要走近一個 wi-fi 熱點即可實現(xiàn)。 實時預(yù)定。比如，海報或展覽信息背后貼有特定芯片，利用含 nfc 協(xié)議的 手機或 pda，便能取得詳細信息，或是立即聯(lián)機使用信用卡進行票卷購買。而 且，這些芯片無需獨立的能源。 移動商務(wù)。飛利浦 mifare 技術(shù)支持了世界上幾個大型交通系統(tǒng)及在銀行業(yè) 為客戶提供 visa 卡等各種服務(wù)。索尼的 felica 非接觸智能卡技術(shù)產(chǎn)品在中國香 港及深圳、新加坡、日本的市場占有率非常高，主要應(yīng)用在交通及金融機構(gòu)。 總而言之，這項新技術(shù)正在改寫無線網(wǎng)絡(luò)連接的游戲規(guī)則，但 nfc 的目標(biāo) 并非是完全取代藍牙、wi-fi 等其他無線技術(shù)，而

37、是在不同的場合、不同的領(lǐng) 域起到相互補充的作用。所以如今后來居上的 nfc 發(fā)展態(tài)勢相當(dāng)迅速! 5.5 zigbee 技術(shù) zigbee 主要應(yīng)用在短距離范圍之內(nèi)并且數(shù)據(jù)傳輸速率不高的各種電子設(shè)備 之間。zigbee 名字來源于蜂群使用的賴以生存和發(fā)展的通信方式，蜜蜂通過跳 zigzag 形狀的舞蹈來分享新發(fā)現(xiàn)的食物源的位置、距離和方向等信息。 zigbee 聯(lián)盟成立于 2001 年 8 月。2002 年下半年， invensys、mitsubishi、motorola 以及 philips 半導(dǎo)體公司四大巨頭共同宣布加盟 zigbee 聯(lián)盟，以研發(fā)名為 zigbee 的下一代無線通信標(biāo)準(zhǔn)。到

38、目前為止，該聯(lián) 盟大約已有 27 家成員企業(yè)。所有這些公司都參加了負責(zé)開發(fā) zigbee 物理和媒 體控制層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的 ieee 802.15.4 工作組。 zigbee 聯(lián)盟負責(zé)制定網(wǎng)絡(luò)層以上協(xié)議。目前，標(biāo)準(zhǔn)制訂工作已完成。 zigbee 協(xié)議比藍牙、高速率個人區(qū)域網(wǎng)或 802.11x 無線局域網(wǎng)更簡單實用。 zigbee 可以說是藍牙的同族兄弟，它使用 2.4 ghz 波段，采用跳頻技術(shù)。與藍 牙相比，zigbee 更簡單、速率更慢、功率及費用也更低。它的基本速率是 250kb/s，當(dāng)降低到 28kb/s 時，傳輸范圍可擴大到 134m，并獲得更高的可靠性。 另外，它可與 254 個節(jié)點聯(lián)

39、網(wǎng)?？梢员人{牙更好地支持游戲、消費電子、儀器 和家庭自動化應(yīng)用。人們期望能在工業(yè)監(jiān)控、傳感器網(wǎng)絡(luò)、家庭監(jiān)控、安全系 統(tǒng)和玩具等領(lǐng)域拓展 zigbee 的應(yīng)用。 zigbee 技術(shù)特點主要包括以下幾個部分： 數(shù)據(jù)傳輸速率低。只有 10kb/s250kb/s，專注于低傳輸應(yīng)用。 功耗低。在低耗電待機模式下，兩節(jié)普通 5 號干電池可使用 6 個月以上。這也 是 zigbee 的支持者所一直引以為豪的獨特優(yōu)勢。 成本低。因為 zigbee 數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡單，所以大大降低了成本; 積極投入 zigbee 開發(fā)的 motorola 以及 philips，均已在 2003 年正式推出芯片， 飛利浦預(yù)

40、估，應(yīng)用于主機端的芯片成本和其它終端產(chǎn)品的成本比藍牙更具價格 競爭力。 網(wǎng)絡(luò)容量大。每個 zigbee 網(wǎng)絡(luò)最多可支持 255 個設(shè)備，也就是說每個 zigbee 設(shè)備可以與另外 254 臺設(shè)備相連接。 有效范圍小。有效覆蓋范圍 1075m 之間，具體依據(jù)實際發(fā)射功率的大小 和各種不同的應(yīng)用模式而定，基本上能夠覆蓋普通的家庭或辦公室環(huán)境。 工作頻段靈活。使用的頻段分別為 2.4ghz、868mhz(歐洲)及 915mhz(美 國)，均為免執(zhí)照頻段。 根據(jù) zigbee 聯(lián)盟目前的設(shè)想，zigbee 的目標(biāo)市場主要有 pc 外設(shè)(鼠標(biāo)、 鍵盤、游戲操控桿)、消費類電子設(shè)備(tv、vcr、cd、

41、vcd、dvd 等設(shè)備上 的遙控裝置)、家庭內(nèi)智能控制(照明、煤氣計量控制及報警等)、玩具(電子寵物) 、醫(yī)護(監(jiān)視器和傳感器)、工控(監(jiān)視器、傳感器和自動控制設(shè)備)等非常廣闊的 領(lǐng)域。 5.6 uwb 技術(shù)技術(shù) 超寬帶技術(shù) uwb(ultra wideband)是一種無線載波通信技術(shù)，它不采用正 弦載波，而是利用納秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，因此其所占的頻譜范圍 很寬。 uwb 可在非常寬的帶寬上傳輸信號，美國 fcc 對 uwb 的規(guī)定為： 在 3.110.6ghz 頻段中占用 500mhz 以上的帶寬。由于 uwb 可以利用低功耗、 低復(fù)雜度發(fā)射/接收機實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，在近年來得到了

42、迅速發(fā)展。它在非常 寬的頻譜范圍內(nèi)采用低功率脈沖傳送數(shù)據(jù)而不會對常規(guī)窄帶無線通信系統(tǒng)造成 大的干擾，并可充分利用頻譜資源?；?uwb 技術(shù)而構(gòu)建的高速率數(shù)據(jù)收發(fā) 機有著廣泛的用途。 uwb 技術(shù)具有系統(tǒng)復(fù)雜度低，發(fā)射信號功率譜密度低， 對信道衰落不敏感，低截獲能力，定位精度高等優(yōu)點，尤其適用于室內(nèi)等密集 多徑場所的高速無線接入，非常適于建立一個高效的無線局域網(wǎng)或無線個域網(wǎng) (wpan)。 uwb 主要應(yīng)用在小范圍、高分辨率、能夠穿透墻壁、地面和身體的雷達和 圖像系統(tǒng)中。除此之外，這種新技術(shù)適用于對速率要求非常高(大于 100 mb/s) 的 lans 或 pans。 uwb 最具特色的應(yīng)用將

43、是視頻消費娛樂方面的無線個人局域網(wǎng)(pans)。 現(xiàn)有的無線通信方式，802.11b 和藍牙的速率太慢，不適合傳輸視頻數(shù)據(jù);54 mb/s 速率的 802.11a 標(biāo)準(zhǔn)可以處理視頻數(shù)據(jù)，但費用昂貴。而 uwb 有可能在 10 m 范圍內(nèi)，支持高達 110 mb/s 的數(shù)據(jù)傳輸率，不需要壓縮數(shù)據(jù)，可以快速、 簡單、經(jīng)濟地完成視頻數(shù)據(jù)處理。 具有一定相容性和高速、低成本、低功耗的優(yōu)點使得 uwb 較適合家庭無 線消費市場的需求：uwb 尤其適合近距離內(nèi)高速傳送大量多媒體數(shù)據(jù)以及可以 穿透障礙物的突出優(yōu)點，讓很多商業(yè)公司將其看作是一種很有前途的無線通信 技術(shù)，應(yīng)用于諸如將視頻信號從機頂盒無線傳送到數(shù)

44、字電視等家庭場合。當(dāng)然， uwb 未來的前途還要取決于各種無線方案的技術(shù)發(fā)展、成本、用戶使用習(xí)慣和 市場成熟度等多方面的因素。 5.7 小結(jié) 無論你看到的或正在使用的通訊方式是什么，雖然每一種無線技術(shù)將遇到它們 自身的特殊任務(wù)，并且人們在各個地方使用不同的技術(shù)，但是它們將有可能配 合工作。對于企業(yè)來說，繞過主要的無線通信運營商可以節(jié)約可觀的成本。從 長遠來看，企業(yè)應(yīng)密切關(guān)注各種無線通信技術(shù)的發(fā)展，選擇最適合自己需要的 一種標(biāo)準(zhǔn)。 第第 6 6 章章 差錯控制系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成及工作流程差錯控制系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成及工作流程 6.16.1 差錯控制系統(tǒng)的組成及其作用原理差錯控制系統(tǒng)的組成及其作用原

45、理 差錯控制系統(tǒng)的組成及其作用原理如圖。 圖 6-1 差錯控制 圖中虛線內(nèi)的部分就是數(shù)字通信中的差錯控制系統(tǒng)。當(dāng)沒有差錯控制時， 信源輸出的數(shù)字（也稱符號或碼元）序列將直接送住 信道。由于信道中存 在干擾，信道的輸出將發(fā)生差錯。數(shù)字在傳輸中發(fā)生差錯的概率（誤碼率） 是傳輸準(zhǔn)確性的一個主要指標(biāo)。在數(shù)字通信中信道給定以后，如果誤碼率不 能滿足要求,就要采取差錯控制。按具體實現(xiàn)方法的不同 ,差錯控制可以分 為前向糾錯法、反饋重傳法和混合法三種類型。 差錯控制 前向糾錯法 差錯控制系統(tǒng)只包含信道編碼器和譯碼器。從信源輸出的 數(shù)字序列在信道編碼器中被編碼 (見信道編碼),然后送往信道。由于信道編 碼器使

46、用的是糾錯碼，譯碼器可以糾正傳輸中帶來的大部分差錯而使信宿得 到比較正確的序列。 反饋重傳法 只利用檢錯碼以發(fā)現(xiàn)傳輸中帶來的差錯，同時在發(fā)現(xiàn)差錯 以后通過反向信道通知發(fā)信端重新傳輸相應(yīng)的一組數(shù)字，以此來提高傳輸?shù)?準(zhǔn)確性。根據(jù)重傳控制方法的不同，反饋重傳法還可以分成若干種實現(xiàn)方式。 其中最簡單的一種稱為等待重傳方式。采用這種方式時發(fā)信端每送出一組數(shù) 字就停下來等待收信端的回答。這時信道譯碼器如未發(fā)現(xiàn)差錯便通過收信端 重傳控制器和反向信道向發(fā)信端發(fā)出表示正確的回答。發(fā)信端收到后通過發(fā) 信端重傳控制器控制信源傳輸下一組數(shù)字，否則信源會重新傳輸原先那組數(shù) 字。 上述兩種方法的主要差別是： 前向糾錯不

47、需要反向信道，而反饋重傳 必須有反向信道。 前向糾錯利用糾錯碼，而反饋重傳利用檢錯碼。一般來 講，糾錯碼的實現(xiàn)比較復(fù)雜，可糾正的差錯少，而檢錯碼的實現(xiàn)比較容易， 可發(fā)現(xiàn)的差錯也多。 前向糾錯帶來的消息延遲是固定的，傳輸消息的速率 也是固定的，而反饋重傳中的消息延遲和消息的傳輸速率都會隨重傳頻度的 變化而變化。 前向糾錯不要求對信源控制，而反饋重傳要求信源可控。 經(jīng)前向糾錯的被傳消息的準(zhǔn)確性仍然會隨著信道干擾的變化而發(fā)生很大變 化，而經(jīng)反饋重傳的被傳消息的準(zhǔn)確性比較穩(wěn)定，一般不隨干擾的變化而變 化。因此，兩者的適用場合很不相同。 混合法 在信道干擾較大時，單用反饋重傳會因不斷重傳而使消息的傳 輸

48、速率下降過多，而僅用前向糾錯又不能保證足夠的準(zhǔn)確性，這時兩者兼用 比較有利，這就是混合法。此法所用的信道編碼是一種既能糾正部分差錯又 能發(fā)現(xiàn)大部分差錯的碼。信道譯碼器首先糾正那些可以糾正的差錯，只對那 些不能糾正但能發(fā)現(xiàn)的差錯才要求重傳，這會大大降低重傳的次數(shù)。同時， 由于碼的檢錯能力很強，最后得到的數(shù)字消息的準(zhǔn)確性是比較高的。 差錯控制已經(jīng)成功地應(yīng)用于 衛(wèi)星通信和數(shù)據(jù)通信。在衛(wèi)星通信中一般 用卷積碼或級連碼進行前向糾錯，而在數(shù)據(jù)通信中一般用 分組碼進行反饋 重傳。此外，差錯控制技術(shù)也廣泛應(yīng)用于計算機，其具體實現(xiàn)方法大致有兩 種：利用糾錯碼由硬件自動糾正產(chǎn)生的差錯； 利用檢錯碼在發(fā)現(xiàn)差錯 后通

49、過指令的重復(fù)執(zhí)行或程序的部分返回以消除差錯。 6.1.1 差錯分類 通信過程中的 差錯大致可分為兩類：一類是由熱噪聲引起的隨機錯誤 ;另 一類是由沖突噪聲引起的突發(fā)錯誤。突發(fā)性錯誤影晌局部，而隨機性錯誤影 響全局。 6.1.2 應(yīng)付傳輸差錯的辦法 肯定應(yīng)答。接收器對收到的幀校驗無誤后送回肯定應(yīng)答信號 ack，發(fā)送器收到肯定應(yīng)答信號后可繼續(xù)發(fā)送后續(xù)幀。 否定應(yīng)答重發(fā)。接收器收到一個幀后經(jīng)較驗發(fā)現(xiàn)錯誤，則送回一個否 定應(yīng)答信號 nak。發(fā)送器必須重新發(fā)送出錯幀。 超時重發(fā)。發(fā)送器發(fā)送一個幀時就開始計時。在一定時間間隔內(nèi)沒有 收到關(guān)于該幀的應(yīng)答信號，則認(rèn)為該幀丟失并重新發(fā)送。 自動請示重發(fā) arq 和前向