基于V2X和ZigBee通信的智能交通信号灯系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术请求保护一种基于V2X和ZigBee通信的智能交通信号灯系统及其控制方法，其用于交叉路口车辆通行引导。该系统以路侧单元(RSU)、各组交通信号灯、边缘计算(MEC)服务器和通用强制遥控器为基础，实现了MEC根据其数据库中历史的车道级车辆统计数据和绿波带通行引导策略，RSU根据当前路口各车道中车辆的实时分布数据，对该路口各组交通信号灯进行双级动态配时和自动控制；在必要时，在通用强制遥控器中输入某路口ZigBee网络ID向该路口RSU请求该系统，RSU在向MEC在线验证该设备后，允许其加入该系统的ZigBee网络，进而使其对该系统进行强制控制。本发明专利技术简化了传统交通信号灯的布线方式，提高了配时方案的合理性和强制控制的安全性。

Intelligent Traffic Light System Based on V2X and ZigBee Communication and Its Control Method

The invention requests the protection of an intelligent traffic light system based on V2X and ZigBee communication and its control method, which is used for guiding vehicles at intersections. Based on the roadside unit (RSU), traffic lights, edge computing (MEC) servers and general compulsory remote controller, the system realizes MEC's two-stage dynamic timing and automation for each group of traffic lights at the intersection according to the historical vehicle statistics and green-wave band traffic guidance strategy in its database. RSU carries out two-stage dynamic timing and automation for each group of traffic lights at the intersection according to the real-time distribution data of vehicles in each lane of the current intersection. Control; When necessary, input the ZigBee network ID of a certain intersection in the general compulsory remote control to request the system from the RSU of the intersection. After the RSU verifies the device online to MEC, it allows it to join the ZigBee network of the system, and then makes it compulsory control of the system. The invention simplifies the routing mode of the traditional traffic signal lamp, and improves the rationality of the timing scheme and the safety of compulsory control.

【技术实现步骤摘要】
基于V2X和ZigBee通信的智能交通信号灯系统及其控制方法
本专利技术属于智能交通以及车联网
，涉及一种基于V2X和ZigBee通信的智能交通信号灯系统及其控制方法。
技术介绍
现阶段，智能交通的实现主要依赖两个方面：实时交通状态信息的采集，应用相关的控制策略。其中，智能交通的控制策略主要是通过控制各交叉路口的交通信号灯发挥作用，而现有的交通信号灯存在布线复杂，导致安装和维护某交叉路口交通信号灯的用时长的问题；并且，交通信号灯的配时方案一般是固定不变的或者配时方案更新周期过长的问题，不能根据实时的交通状态进行合理的动态改变，从而导致交通管理和控制的效率低的问题。随着无线通信的发展，交通信号灯及其控制系统中复杂的布线可以使用相关的无线通信方式进行替换，从而达到安装和维护简单便捷的目的。在无线通信技术中，ZigBee通信技术具有近距离、低功耗、低成本，以及其网络具有自组织和低复杂度的特点，因而被广泛应用于无线传感器网络中。ZigBee通信是基于IEEE802.15.4，工作在2.4～2.485GHz频段；其可靠通信传输范围在10～100米之间，在增加发射功率后，最大可扩展至300米左右，因而在一个交叉路口中ZigBee网络可以满足交通信号灯的控制需要。另外，ZigBee自组织网络支持星型、树型和网状网等多种网络拓扑结构，因而可以根据不同的应用场景灵活采用不同的网络拓扑结构。在实际交叉路口可以采用星型网络拓扑结构，使RSU更加便捷地控制各组交通信号灯。具体可由RSU设备通过ZigBee通信模块建立自组织网络，其他具有ZigBee通信功能的设备后续加入该网络。此外，ZigBee设备组成的自组织网络具有灵活的增加和减少某个ZigBee设备的功能。因此，相比其他短距离无线通信方式，ZigBee设备更加适合作为交叉路口的交通信号灯系统的无线网络。而在智能交通
中，车联网(V2X)通信方式主要是为了解决智能交通系统中车辆与其他成员之间的高可靠和低时延的信息传输问题，主要包括V2I(Vehicle-to-Infrastructure)、V2V(Vehicle-to-Vehicle)、V2P(Vehicle-to-Pedestrian)和V2N(Vehicle-to-Network)。并且，V2X通信是即将到来的第5代移动通信(5G)标准中重要的组成部分，因此现在交通信号灯系统应该包含V2X通信方式，以适应智能交通的发展。此外，现有的交通信号灯控制系统主要是使用较大的交通信号控制机作为主控单元，对某个交叉路口所有交通信号灯通过有线通信的方式进行控制，因而在安装和维护时，需要花费大量时间进行线路排查，影响安装和维护的效率。并且，由于这种交通信号控制机一般安放在交叉路口的路边，其不仅占用有限的道路空间，而且容易遭到人为的破坏。
技术实现思路
本专利技术旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种基于V2X和ZigBee通信的智能交通信号灯系统及控制方法。本专利技术的技术方案如下：一种基于V2X和ZigBee通信的智能交通信号灯系统，其包括：作为主控单元的路侧单元RSU、若干组交通信号灯设备、MEC边缘计算服务器及通用强制遥控器，所述路侧单元RSU包括V2X通信模块、蜂窝通信模块以及ZigBee通信模块；所述交通信号灯设备包括ZigBee通信模块和LED显示模块；所述通用强制遥控器包括ZigBee通信模块、按键模块和显示模块；其中，所述路侧单元RSU的ZigBee通信模块与交通信号灯设备的ZigBee通信模块相连接并通信，所述路侧单元RSU的V2X通信模块与车辆端V2X通信模块相连接并通信，所述路侧单元RSU的蜂窝通信模块通过蜂窝通信基站与MEC边缘计算服务器相连接并通信，其中所述路侧单元RSU(1)用于建立ZigBee网络，并通过ZigBee通信对当前交叉路口各组交通信号灯进行实时控制；交通信号灯设备用于加入路侧单元RSU建立的ZigBee网络，以接收其控制命令并执行；MEC边缘计算服务器用于根据其数据库中的历史不同时段各车道内的车辆分布数据，制定每个路口的交通信号灯的24小时制的配时方案；通用强制遥控器用于在必要时强制控制某交叉路口交通信号灯。进一步的，所述路侧单元RSU安装在交叉路口信号灯灯杆上，所述路侧单元RSU的ZigBee通信模块使用地区内唯一的ZigBee网络ID，建立星型ZigBee网络，其中RSU作为ZigBee网络中的协调器，各组交通信号灯作为ZigBee网络的终端节点，借助唯一的ZigBee网络ID加入当前路口的RSU创建的ZigBee网络，从而与主控设备RSU进行数据交互。进一步的，所述边缘计算MEC服务器用于在每日固定时间，根据数据库中某一交叉路口的历史不同时段车道级车辆分布数据，以及涉及该交叉路口的绿波带通行控制策略，制定每个交叉路口的各组交通信号灯设备的24小时制的配时方案，并在每日0点向各交叉路口的RSU设备发送相应的配时方案。进一步的，所述通用强制遥控器用于通过在按键模块中输入当前交叉路口交通信号灯系统的ZigBee网络ID，向主控单元RSU发送包含要请求控制的交通信号灯系统的ZigBee网络ID和该设备的全球唯一的32位MAC地址的请求消息，在收到RSU的返回的控制结果消息后，在显示模块中显示结果；若是同意的结果，则表示该通用强制遥控器已加入当前路口的RSU创建的局域ZigBee网络，通过其控制按键对当前交叉路口交通信号灯系统进行实时控制；实现对所有具有该智能系统的各交叉路口的交通信号灯的实时强制控制。进一步的，所述路侧单元RSU是智能交通信号灯系统的核心控制设备，其主要负责建立当前交叉路口的ZigBee局域加密的星型网络，在该网络中担任协调器的角色，使该路口中具有ZigBee通信功能的交通信号灯设备作为ZigBee网络中的终端设备加入该网络；同时，RSU参考MEC服务器下发的当前路口交通信号灯的24小时配时方案，以及进入当前交叉路口所有车道中车辆的实时分布情况，制定对当前交叉路口各组交通信号灯设备每个周期的配时方案，通过向所在的ZigBee局域网络内所有终端设备广播的方式，将配时方案下发给当前交叉路口内各组交通信号灯设备。进一步的，所述路侧单元RSU在收到某个通用强制遥控器的请求控制当前交通信号灯系统时，路侧单元RSU首先根据请求消息中该设备要请求控制的交通信号灯系统的ZigBee网络ID来确认是否是请求控制RSU所在的交叉路口信号灯系统，若是，则借助请求消息中的通用强制遥控器的MAC地址，通过移动蜂窝通信网络向MEC服务器在线验证该设备是否存在于通用强制要控制器的白名单中，若存在，则向该RSU返回验证成功的结果，RSU收到验证成功后，允许请求设备加入当前的ZigBee网络，并停止对该交通信号灯系统的自动控制，转为该通用强制遥控器的实时强制控制；如果两个判断条件有一个不成立，RSU将向请求设备返回请求控制失败的结果。一种所述系统的控制方法，其包括以下步骤：边缘计算MEC服务器制定路口的各组交通信号灯的24小时制的配时方案，并借助移动蜂窝通信将配时方案发送到该路口的路侧单元RSU中；RSU借助V2X通信实时地获取所有进入当前交叉路口的车道中车辆的分布情况，制定下一周期对各交通信号灯的控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于V2X和ZigBee通信的智能交通信号灯系统，其特征在于，包括：作为主控单元的路侧单元RSU(1)、若干组交通信号灯设备(2)、MEC边缘计算服务器(3)及通用强制遥控器(4)，所述路侧单元RSU(1)包括V2X通信模块(5)、蜂窝通信模块(6)以及ZigBee通信模块(7)；所述交通信号灯设备(2)包括ZigBee通信模块(7)和LED显示模块(8)；所述通用强制遥控器(4)包括ZigBee通信模块(7)、按键模块(9)和显示模块(10)；其中，所述路侧单元RSU(1)的ZigBee通信模块(7)与交通信号灯设备(2)的ZigBee通信模块(7)相连接并通信，所述路侧单元RSU(1)的V2X通信模块(5)与车辆终端的V2X通信模块相连接并通信，所述路侧单元RSU(1)的蜂窝通信模块(6)通过蜂窝通信基站与MEC边缘计算服务器(3)相连接并通信，其中所述路侧单元RSU(1)用于建立ZigBee网络，并通过ZigBee通信对当前交叉路口各组交通信号灯进行实时控制；交通信号灯设备(2)用于加入路侧单元RSU(1)建立的ZigBee网络，以接收其控制命令并执行；MEC边缘计算服务器(3)用于根据其数据库中的历史不同时段各车道内的车辆分布数据，制定每个路口的交通信号灯的24小时制的配时方案；通用强制遥控器(4)用于在必要时强制控制某交叉路口交通信号灯。...

【技术特征摘要】
1.一种基于V2X和ZigBee通信的智能交通信号灯系统，其特征在于，包括：作为主控单元的路侧单元RSU(1)、若干组交通信号灯设备(2)、MEC边缘计算服务器(3)及通用强制遥控器(4)，所述路侧单元RSU(1)包括V2X通信模块(5)、蜂窝通信模块(6)以及ZigBee通信模块(7)；所述交通信号灯设备(2)包括ZigBee通信模块(7)和LED显示模块(8)；所述通用强制遥控器(4)包括ZigBee通信模块(7)、按键模块(9)和显示模块(10)；其中，所述路侧单元RSU(1)的ZigBee通信模块(7)与交通信号灯设备(2)的ZigBee通信模块(7)相连接并通信，所述路侧单元RSU(1)的V2X通信模块(5)与车辆终端的V2X通信模块相连接并通信，所述路侧单元RSU(1)的蜂窝通信模块(6)通过蜂窝通信基站与MEC边缘计算服务器(3)相连接并通信，其中所述路侧单元RSU(1)用于建立ZigBee网络，并通过ZigBee通信对当前交叉路口各组交通信号灯进行实时控制；交通信号灯设备(2)用于加入路侧单元RSU(1)建立的ZigBee网络，以接收其控制命令并执行；MEC边缘计算服务器(3)用于根据其数据库中的历史不同时段各车道内的车辆分布数据，制定每个路口的交通信号灯的24小时制的配时方案；通用强制遥控器(4)用于在必要时强制控制某交叉路口交通信号灯。2.根据权利要求1所述的基于V2X和ZigBee通信的智能交通信号灯系统，其特征在于，所述路侧单元RSU安装在交叉路口信号灯灯杆上，所述路侧单元RSU的ZigBee通信模块使用地区内唯一的ZigBee网络ID，建立星型ZigBee网络，其中RSU作为ZigBee网络中的协调器，各组交通信号灯作为ZigBee网络的终端节点，借助唯一的ZigBee网络ID加入当前路口的RSU创建的ZigBee网络，从而与主控设备RSU进行数据交互。3.根据权利要求1所述的基于V2X和ZigBee通信的智能交通信号灯系统，其特征在于，所述边缘计算服务器(3)用于在每日固定时间，根据数据库中某一交叉路口的历史不同时段车道级车辆分布数据，以及涉及该交叉路口的绿波带通行控制策略，制定每个交叉路口的各组交通信号灯设备的24小时制的配时方案，并在每日0点向各交叉路口的RSU设备发送相应的配时方案。4.根据权利要求1所述的基于V2X和ZigBee通信的智能交通信号灯系统，其特征在于，所述通用强制遥控器(4)用于通过在按键模块中输入当前交叉路口交通信号灯系统的ZigBee网络ID，向主控单元RSU发送包含要请求控制的交通信号灯系统的ZigBee网络ID和该设备的全球唯一的32位MAC地址的请求消息，在收到RSU的返回的控制结果消息后，在显示模块中显示结果；若是同意的结果，则表示该通用强制遥控器已加入当前路口的RSU创建的局域ZigBee网络，通过其控制按键对当前交叉路口交通信号灯系统进行实时控制；实现对所有具有该智能系统的各交叉路口的交通信号灯的实时强制控制。5.根据权利要求1所述的基于V2X和ZigBee通信的智能交通信号灯系统，其特征在于，所述路侧单元RSU(1)是智能交通信号灯系统的核心控制设备，其主要负责建立当前交叉路口...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋建春，李玉环，白杰文，张号，曾素华，文方波，杨允新，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50