基于車載自組網(wǎng)模式的小車互聯(lián)應(yīng)用技術(shù)開發(fā)介紹課件

本課題對智能小車的硬件系統(tǒng)、車載自組網(wǎng)絡(luò)、多傳感器數(shù)據(jù)融合以及GPS定位等相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一種基于車載自組網(wǎng)絡(luò)模式的智能小車的監(jiān)控導(dǎo)航系統(tǒng)。項(xiàng)目簡介院第1頁/共31頁本課題對智能小車的硬件系統(tǒng)、車載自組1研究背景總體設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)總結(jié)&致謝介紹內(nèi)容院第2頁/共31頁研究背景介紹內(nèi)容院第2頁/共31頁2研究背景總體設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)總結(jié)&致謝介紹內(nèi)容院第3頁/共31頁研究背景介紹內(nèi)容院第3頁/共31頁3

目前，關(guān)于移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的研究已成為機(jī)器人學(xué)領(lǐng)域一個(gè)充滿活力、具有挑戰(zhàn)性的前沿發(fā)展方向。但是，在國內(nèi)并沒有哪個(gè)大學(xué)或組織側(cè)重于研究智能移動(dòng)機(jī)器人間的通信。尤其在汽車行業(yè)越來越智能化的今天，把我們已有的導(dǎo)航機(jī)器人、視覺導(dǎo)航系統(tǒng)等等，通過無線自組網(wǎng)應(yīng)用到汽車通信領(lǐng)域顯得尤為重要。移動(dòng)自組網(wǎng)(mobileAdHocnetworks，MANET)是一種不依賴任何基礎(chǔ)設(shè)施、可隨時(shí)隨地組建、無中心和自組織的特殊無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。開發(fā)這樣一種網(wǎng)絡(luò)就需要Ad-Hoc技術(shù)和當(dāng)今國際研究熱點(diǎn)——802.11p協(xié)議。車載自組網(wǎng)研究背景院第4頁/共31頁目前，關(guān)于移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的研究已成為41.AdHoc網(wǎng)絡(luò)不依賴基礎(chǔ)設(shè)施、獨(dú)立組網(wǎng)和抗毀性強(qiáng)等優(yōu)良特性，使得它在車載通信系統(tǒng)中具有良好的應(yīng)用前景。2.車載自組網(wǎng)(vehicularAdHocnetworks，VANET)，也稱為車間通信(inter-vehiclecommunication，IVC)，是在配備無線網(wǎng)絡(luò)接口的汽車以及路邊站(road-sideunit，RSU)之間形成的一種無中心移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)。.

3.VANET作為智能交通系統(tǒng)(intelligenttransportationsystem，ITS)的核心部分，通過車間或車與RSU之間無線多跳通信，可以為司機(jī)提供及時(shí)報(bào)警和路況等信息，還可以通過路邊站接入互聯(lián)網(wǎng)，方便司機(jī)或乘客獲取天氣、交通流量、商店購物或網(wǎng)絡(luò)娛樂等信息，從而有利于合理選擇行車路線，避免交通堵塞，增加行車過程的舒適度，具有廣泛的商業(yè)應(yīng)用前景。Ad-Hoc&VANET院第5頁/共31頁1.AdHoc網(wǎng)絡(luò)不依賴基礎(chǔ)設(shè)施、獨(dú)立組網(wǎng)和抗毀性51.近年來汽車網(wǎng)絡(luò)越來越受到人們的關(guān)注，聯(lián)邦通信委員會為了提高高速公路上的安全和效率，針對汽車通信的特殊環(huán)境出爐IEEE80211p標(biāo)準(zhǔn)。利用無線通信標(biāo)準(zhǔn)DSRC實(shí)現(xiàn)路邊到汽車和汽車到汽車的公共安全和私人活動(dòng)通信的短距離的通信服務(wù)。2.車載環(huán)境無線接入(WAVE)被視為下一代專用短距通信(DSRC)技術(shù)，能夠提供高速的車到車(V2V)和車到中心臺(V2I)數(shù)據(jù)傳輸，主要可以用于智能交通系統(tǒng)(ITS)，車輛安全服務(wù)以及車上因特網(wǎng)接入。IEEE802.11p&WAVA院第6頁/共31頁1.近年來汽車網(wǎng)絡(luò)越來越受到人們的關(guān)注，聯(lián)邦通信委員會6IEEE802.11p的價(jià)值和意義車輛自組網(wǎng)（802.11p協(xié)議）與傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)相比較：車輛高速行駛；信道快速衰落；多普勒效應(yīng)嚴(yán)重；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓斓忍卣?。院?頁/共31頁IEEE802.11p的價(jià)值和意義車輛自組網(wǎng)（802.117各種車載無線網(wǎng)的比較DSRCWi-FiCellularWMiax延時(shí)<50msSecondsSeconds/移動(dòng)性>60m/h<5m/h>60m/h>60m/h通信距離<1000m<100m<10km<15km數(shù)據(jù)傳輸率3~27Mb/s6~54Mb/s<2Mb/s1~32Mb/s通信帶寬10MHz20MHz<3MHz<10MHz通信頻段5.86~5.925GHz2.4GHz,5.2GHz800MHz1.9GHz2.5GHzIEEE標(biāo)準(zhǔn)802.11P(WAVE)802.11aN/A802.16e院第8頁/共31頁各種車載無線網(wǎng)的比較DSRCWi-FiCellularWMi8IEEE802.11p的研究是基于IEEE802.11解決汽車網(wǎng)絡(luò)的方案。由于設(shè)計(jì)的IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)在靈活性上很差，所以IEEE802.l1p標(biāo)準(zhǔn)主要是解決快速連接高頻率切換問題和新的安全問題。從技術(shù)上來看，它對IEEE802.11進(jìn)行了多項(xiàng)針對汽車這樣的特殊環(huán)境的改進(jìn)，如：熱點(diǎn)間切換更先進(jìn)更支持移動(dòng)環(huán)境增強(qiáng)了安全性加強(qiáng)了身份認(rèn)證等等IEEE802.11p的特點(diǎn)院第9頁/共31頁IEEE802.11p的研究是基于IEEE802.11解決9VANET網(wǎng)絡(luò)的基本架構(gòu)主要有兩大類：（1）節(jié)點(diǎn)(車輛)和中心的V2I結(jié)構(gòu)（2）節(jié)點(diǎn)(車輛)和節(jié)點(diǎn)(車輛)間的AdHoc結(jié)構(gòu)IEEE802.11p網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)院第10頁/共31頁VANET網(wǎng)絡(luò)的基本架構(gòu)主要有兩大類：IEEE802.11p10IEEE802.11p網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)院方案示意圖第11頁/共31頁IEEE802.11p網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)院方案示意圖第11頁/共31頁11VANET的應(yīng)用也主要分為兩大類：（1）安全應(yīng)用

事故現(xiàn)場預(yù)警；十字路口；擁塞的道路；（2）提供增值業(yè)務(wù)internet連接；P2P應(yīng)用。IEEE802.11p的應(yīng)用院第12頁/共31頁VANET的應(yīng)用也主要分為兩大類：IEEE802.11p的應(yīng)12研究背景總體設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)總結(jié)&致謝介紹內(nèi)容院第13頁/共31頁研究背景介紹內(nèi)容院第13頁/共31頁13

本系統(tǒng)采用以S3C2440為核心，增添其他外圍功能模塊，如雙電源模塊、紅外探測模塊、顯示模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、無線收發(fā)模塊、GPS定位模塊等，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)可以組建車載自組網(wǎng)、具有人車交互和車車互操作的多功能智能小車。系統(tǒng)總體描述院第14頁/共31頁系統(tǒng)總體描述院第14頁/共31頁14系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)院第15頁/共31頁系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)院第15頁/共31頁15小車能夠自主行走并較好的識別障礙物。2.小車可以解析主機(jī)下發(fā)的指令，作出相應(yīng)的工作。3.小車之間可以通信并進(jìn)行互操作4.通過在小車上安裝攝像頭，實(shí)現(xiàn)視頻采集及無線傳輸。5.PC端接收無線流媒體數(shù)據(jù)并能夠播放。系統(tǒng)功能介紹院第16頁/共31頁小車能夠自主行走并較好的識別障礙物。系統(tǒng)功能介紹院第16頁/166.一臺小車可以接收另臺小車的流媒體數(shù)據(jù)并能夠播放。7.小車裝備GPS模塊，可以實(shí)時(shí)定位，并將定位數(shù)據(jù)傳個(gè)PC。8.設(shè)計(jì)PC電子地圖軟件，并接收小車的實(shí)時(shí)定位信息以顯示小車實(shí)時(shí)位置。系統(tǒng)功能介紹院第17頁/共31頁6.一臺小車可以接收另臺小車的流媒體數(shù)據(jù)并能夠播放。系統(tǒng)功17系統(tǒng)開發(fā)流程圖院第18頁/共31頁系統(tǒng)開發(fā)流程圖院第18頁/共31頁18研究背景總體設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)總結(jié)&致謝介紹內(nèi)容院第19頁/共31頁研究背景介紹內(nèi)容院第19頁/共31頁19硬件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)院第20頁/共31頁硬件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)院第20頁/共31頁20軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)院第21頁/共31頁軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)院第21頁/共31頁21軟件工作流程院第22頁/共31頁軟件工作流程院第22頁/共31頁22控制系統(tǒng)院第23頁/共31頁控制系統(tǒng)院第23頁/共31頁23視頻采集處理系統(tǒng)院視頻數(shù)據(jù)壓縮編碼過程：第24頁/共31頁視頻采集處理系統(tǒng)院視頻數(shù)據(jù)壓縮編碼過程：第24頁/共31頁24命令接收執(zhí)行系統(tǒng)院第25頁/共31頁命令接收執(zhí)行系統(tǒng)院第25頁/共31頁25實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)院第26頁/共31頁實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)院第26頁/共31頁26研究背景總體設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)總結(jié)&致謝介紹內(nèi)容院第27頁/共31頁研究背景介紹內(nèi)容院第27頁/共31頁27實(shí)際生產(chǎn)工作量，包括：a.所有程序約3千多行源代碼；b.閱讀書籍，學(xué)習(xí)知識，探索方法花去了很多的時(shí)間。c.自己的任務(wù)，并且通過交流分享給了其他組員。d.主要活動(dòng)如下：總結(jié)1院第28頁/共31頁實(shí)際生產(chǎn)工作量，包括：總結(jié)1院第28頁/共31頁28e.安排這些活動(dòng)的最終目的：第一，是為了完成工程實(shí)踐這一任務(wù)；第二，是為了讓每位組員在這接近5個(gè)月的時(shí)間中，沒有人閑下來；第三，是為了讓所有組員通過該工程實(shí)踐學(xué)習(xí)到各種編程實(shí)踐的知識。各組員都很好的完成了自己的任務(wù)，并且通過交流分享給了其他組。對產(chǎn)品質(zhì)量的評價(jià)

此小車具有高度自主性、高智能、低功耗且價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，其將在智能樓宇、醫(yī)院、商場、圖書館等場所有廣泛的應(yīng)用前景。

同時(shí)，該系統(tǒng)也是也是一個(gè)研究車載自組網(wǎng)的應(yīng)用和協(xié)議開發(fā)的平臺?？偨Y(jié)2院第29頁/共31頁e.安排這些活動(dòng)的最終目的：總結(jié)2院第29頁/共31頁29問題分析智能性不夠強(qiáng)，可在智能識別和算法做進(jìn)一步研究，并增加相應(yīng)傳感器作為輔助；小車的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)存在缺陷，加強(qiáng)對運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和對攝像頭的控制，向工業(yè)產(chǎn)品邁進(jìn)，如搜救機(jī)器人；增加人機(jī)交互功能，智能娛樂產(chǎn)品；增強(qiáng)控制系統(tǒng)健壯性，開發(fā)真正的智能無人駕駛系統(tǒng)。總結(jié)3院第30頁/共31頁問題分析總結(jié)3院第30頁/共31頁30感謝您的欣賞！第31頁/共31頁感謝您的欣賞！第31頁/共31頁31

本課題對智能小車的硬件系統(tǒng)、車載自組網(wǎng)絡(luò)、多傳感器數(shù)據(jù)融合以及GPS定位等相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一種基于車載自組網(wǎng)絡(luò)模式的智能小車的監(jiān)控導(dǎo)航系統(tǒng)。項(xiàng)目簡介院第1頁/共31頁本課題對智能小車的硬件系統(tǒng)、車載自組32研究背景總體設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)總結(jié)&致謝介紹內(nèi)容院第2頁/共31頁研究背景介紹內(nèi)容院第2頁/共31頁33研究背景總體設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)總結(jié)&致謝介紹內(nèi)容院第3頁/共31頁研究背景介紹內(nèi)容院第3頁/共31頁34

目前，關(guān)于移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的研究已成為機(jī)器人學(xué)領(lǐng)域一個(gè)充滿活力、具有挑戰(zhàn)性的前沿發(fā)展方向。但是，在國內(nèi)并沒有哪個(gè)大學(xué)或組織側(cè)重于研究智能移動(dòng)機(jī)器人間的通信。尤其在汽車行業(yè)越來越智能化的今天，把我們已有的導(dǎo)航機(jī)器人、視覺導(dǎo)航系統(tǒng)等等，通過無線自組網(wǎng)應(yīng)用到汽車通信領(lǐng)域顯得尤為重要。移動(dòng)自組網(wǎng)(mobileAdHocnetworks，MANET)是一種不依賴任何基礎(chǔ)設(shè)施、可隨時(shí)隨地組建、無中心和自組織的特殊無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。開發(fā)這樣一種網(wǎng)絡(luò)就需要Ad-Hoc技術(shù)和當(dāng)今國際研究熱點(diǎn)——802.11p協(xié)議。車載自組網(wǎng)研究背景院第4頁/共31頁目前，關(guān)于移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的研究已成為351.AdHoc網(wǎng)絡(luò)不依賴基礎(chǔ)設(shè)施、獨(dú)立組網(wǎng)和抗毀性強(qiáng)等優(yōu)良特性，使得它在車載通信系統(tǒng)中具有良好的應(yīng)用前景。2.車載自組網(wǎng)(vehicularAdHocnetworks，VANET)，也稱為車間通信(inter-vehiclecommunication，IVC)，是在配備無線網(wǎng)絡(luò)接口的汽車以及路邊站(road-sideunit，RSU)之間形成的一種無中心移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)。.

3.VANET作為智能交通系統(tǒng)(intelligenttransportationsystem，ITS)的核心部分，通過車間或車與RSU之間無線多跳通信，可以為司機(jī)提供及時(shí)報(bào)警和路況等信息，還可以通過路邊站接入互聯(lián)網(wǎng)，方便司機(jī)或乘客獲取天氣、交通流量、商店購物或網(wǎng)絡(luò)娛樂等信息，從而有利于合理選擇行車路線，避免交通堵塞，增加行車過程的舒適度，具有廣泛的商業(yè)應(yīng)用前景。Ad-Hoc&VANET院第5頁/共31頁1.AdHoc網(wǎng)絡(luò)不依賴基礎(chǔ)設(shè)施、獨(dú)立組網(wǎng)和抗毀性361.近年來汽車網(wǎng)絡(luò)越來越受到人們的關(guān)注，聯(lián)邦通信委員會為了提高高速公路上的安全和效率，針對汽車通信的特殊環(huán)境出爐IEEE80211p標(biāo)準(zhǔn)。利用無線通信標(biāo)準(zhǔn)DSRC實(shí)現(xiàn)路邊到汽車和汽車到汽車的公共安全和私人活動(dòng)通信的短距離的通信服務(wù)。2.車載環(huán)境無線接入(WAVE)被視為下一代專用短距通信(DSRC)技術(shù)，能夠提供高速的車到車(V2V)和車到中心臺(V2I)數(shù)據(jù)傳輸，主要可以用于智能交通系統(tǒng)(ITS)，車輛安全服務(wù)以及車上因特網(wǎng)接入。IEEE802.11p&WAVA院第6頁/共31頁1.近年來汽車網(wǎng)絡(luò)越來越受到人們的關(guān)注，聯(lián)邦通信委員會37IEEE802.11p的價(jià)值和意義車輛自組網(wǎng)（802.11p協(xié)議）與傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)相比較：車輛高速行駛；信道快速衰落；多普勒效應(yīng)嚴(yán)重；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓斓忍卣?。院?頁/共31頁IEEE802.11p的價(jià)值和意義車輛自組網(wǎng)（802.1138各種車載無線網(wǎng)的比較DSRCWi-FiCellularWMiax延時(shí)<50msSecondsSeconds/移動(dòng)性>60m/h<5m/h>60m/h>60m/h通信距離<1000m<100m<10km<15km數(shù)據(jù)傳輸率3~27Mb/s6~54Mb/s<2Mb/s1~32Mb/s通信帶寬10MHz20MHz<3MHz<10MHz通信頻段5.86~5.925GHz2.4GHz,5.2GHz800MHz1.9GHz2.5GHzIEEE標(biāo)準(zhǔn)802.11P(WAVE)802.11aN/A802.16e院第8頁/共31頁各種車載無線網(wǎng)的比較DSRCWi-FiCellularWMi39IEEE802.11p的研究是基于IEEE802.11解決汽車網(wǎng)絡(luò)的方案。由于設(shè)計(jì)的IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)在靈活性上很差，所以IEEE802.l1p標(biāo)準(zhǔn)主要是解決快速連接高頻率切換問題和新的安全問題。從技術(shù)上來看，它對IEEE802.11進(jìn)行了多項(xiàng)針對汽車這樣的特殊環(huán)境的改進(jìn)，如：熱點(diǎn)間切換更先進(jìn)更支持移動(dòng)環(huán)境增強(qiáng)了安全性加強(qiáng)了身份認(rèn)證等等IEEE802.11p的特點(diǎn)院第9頁/共31頁IEEE802.11p的研究是基于IEEE802.11解決40VANET網(wǎng)絡(luò)的基本架構(gòu)主要有兩大類：（1）節(jié)點(diǎn)(車輛)和中心的V2I結(jié)構(gòu)（2）節(jié)點(diǎn)(車輛)和節(jié)點(diǎn)(車輛)間的AdHoc結(jié)構(gòu)IEEE802.11p網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)院第10頁/共31頁VANET網(wǎng)絡(luò)的基本架構(gòu)主要有兩大類：IEEE802.11p41IEEE802.11p網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)院方案示意圖第11頁/共31頁IEEE802.11p網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)院方案示意圖第11頁/共31頁42VANET的應(yīng)用也主要分為兩大類：（1）安全應(yīng)用

事故現(xiàn)場預(yù)警；十字路口；擁塞的道路；（2）提供增值業(yè)務(wù)internet連接；P2P應(yīng)用。IEEE802.11p的應(yīng)用院第12頁/共31頁VANET的應(yīng)用也主要分為兩大類：IEEE802.11p的應(yīng)43研究背景總體設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)總結(jié)&致謝介紹內(nèi)容院第13頁/共31頁研究背景介紹內(nèi)容院第13頁/共31頁44

本系統(tǒng)采用以S3C2440為核心，增添其他外圍功能模塊，如雙電源模塊、紅外探測模塊、顯示模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、無線收發(fā)模塊、GPS定位模塊等，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)可以組建車載自組網(wǎng)、具有人車交互和車車互操作的多功能智能小車。系統(tǒng)總體描述院第14頁/共31頁系統(tǒng)總體描述院第14頁/共31頁45系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)院第15頁/共31頁系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)院第15頁/共31頁46小車能夠自主行走并較好的識別障礙物。2.小車可以解析主機(jī)下發(fā)的指令，作出相應(yīng)的工作。3.小車之間可以通信并進(jìn)行互操作4.通過在小車上安裝攝像頭，實(shí)現(xiàn)視頻采集及無線傳輸。5.PC端接收無線流媒體數(shù)據(jù)并能夠播放。系統(tǒng)功能介紹院第16頁/共31頁小車能夠自主行走并較好的識別障礙物。系統(tǒng)功能介紹院第16頁/476.一臺小車可以接收另臺小車的流媒體數(shù)據(jù)并能夠播放。7.小車裝備GPS模塊，可以實(shí)時(shí)定位，并將定位數(shù)據(jù)傳個(gè)PC。8.設(shè)計(jì)PC電子地圖軟件，并接收小車的實(shí)時(shí)定位信息以顯示小車實(shí)時(shí)位置。系統(tǒng)功能介紹院第17頁/共31頁6.一臺小車可以接收另臺小車的流媒體數(shù)據(jù)并能夠播放。系統(tǒng)功48系統(tǒng)開發(fā)流程圖院第18頁/共31頁系統(tǒng)開發(fā)流程圖院第18頁/共31頁49研究背景總體設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)總結(jié)&致謝介紹內(nèi)容院第19頁/共31頁研究背景介紹內(nèi)容院第19頁/共31頁50硬件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)院第20頁/共31頁硬件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)院第20頁/共31頁51軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)院第21頁/共31頁軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)院第21頁/共31頁52軟件工作流程院第22頁/共31頁軟件工作流程院第22頁/共31頁53控制系統(tǒng)院第23頁/共31頁控制系統(tǒng)院第23頁/共31頁54視頻采集處理