CN101816022B - 检测预定区域内的运动车辆的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

系统允许可靠地自动检测运动车辆，并且有利的是，还允许识别运动车辆。提供将安装在待检测的运动车辆上的一个WPAN节点装置(VN)(有利地是ZigBee节点装置)，和将安装在例如地面上的三个WPAN节点装置(N1、N2、N3)(有利地是三个ZigBee节点装置)。所述三个WPAN节点装置之一(N1)具有宽的无线电覆盖区域(A1)，并充当车辆WPAN节点装置(VN)的“激发器”，所述三个WPAN节点装置中的另一个(N3)具有宽的无线电覆盖区域(A3)，并充当车辆WPAN节点装置(VN)的“父”节点，所述三个WPAN节点装置中的再一个(N2)具有窄的无线电覆盖区域(A2)，并充当车辆WPAN节点装置的“检测器”。三个无线电覆盖区域(A1、A2、A3)的大小和位置被确定为使得待检测的运动车辆在进入“父”节点的区域(A3)之前和进入“检测器”的区域(A2)之前进入“激发器”的区域(A1)。在检测之后，系统把信息发送给存在于用户移动电话终端中的第四WPAN节点装置。

Description

检测预定区域内的运动车辆的方法和系统
技术领域
本发明涉及检测预定区域内的运动车辆的系统和方法。
背景技术
在现代交通控制系统中，越来越要求具有能够完成各种任务，比如测速、通行检查(尤其是城市通行许可政策检查)、停车收费、通行费交纳等的自动系统。
多数对车辆的检查是由公职人员人工完成的；在测速和通行检查的情况下，是借助与计算机系统连接的一个或多个摄影机完成的，所述计算机系统通过适当的算法来自动识别车辆牌照并检查规定(例如，限速、许可政策等)。即使计算机化的系统也总是需要人工检查，因为识别算法的可靠性有限。
根据EP737603，已知一种识别被盗车辆的方法和设备；识别过程包括为每个车辆配备无需电源(即无源)工作的电子牌照；电子牌照可使信息以能够被来自读取装置的电磁波读取的方式写在所述电子牌照上；当被照射时，电子牌照产生包含记录信息的信号，所述记录信息可包括序列号；序列号信息可被锁定在电子牌照中，但可存在其它能够被修改的信息；这可包括车辆的登记号码和保险公司的名称；该信息可被向电子牌照询问所保存的信息的枪式读取装置读取。
根据US5083200，已知一种识别运动物体，尤其是车辆的方法，和实现该方法的系统；每当物体沿预定的运动轴在预定的识别区内运动时，所述方法包括几个步骤；所述步骤周期性地获取该物体在预定视场中的图像，检查该视场中的图像背景的性质，以获得无所述物体时的背景基准信息，结合背景基准信息处理所获取的图像，以便从中提取穿过该视场的物体的轮廓；这种方法和对应的系统尤其可用于高速公路收费站，并且可用于需要车辆识别的任何其它应用。
根据US5319962，已知一种用于识别车辆和设备特征的装置；用于识别车辆特征的装置主要包括电子存储器电路，所述电子存储器电路被固定在车辆上，并且能够被与车辆连接的外部设备读取；该存储器被集成在诊断插座的一段接触件支撑物之中或之上，所述一段接触件支撑物可与诊断插座分离；根据电子信用卡和数据卡的技术和生产已知，膜形芯片(film-chip)膜式电路的一部分可非常有利地被用于该用途；电子存储器在车辆的生产过程中在工厂进行初始写入，从而反映车辆的原始设备特征。在安装或修改车辆的特殊设备的情况下，可由装置以电气方式修改或更新该存储器的内容。
还已知以安装在收费站的无线电接收机(电力网供电)和安装在车辆上的无线电发射机(电池供电)为基础的自动收费系统(在意大利称为“Telepass”)；借助专用的无线电通信协议，当车辆通过收费站时，车辆身份从发射机被传送给接收机，并且对应的账单被发送给车辆所有者。
发明内容
申请人注意到关于检测和识别系统的现有技术解决方案存在不同的几个缺点：
-需要处理照片或视频，处理算法复杂并且不是特别可靠，
-在交换信息方面不灵活，
-在应用方面不灵活，
-不使用标准通信协议。
根据上面的考虑因素，需要一种允许可靠地并且可能全自动地检测运动车辆的系统。
该检测系统还应是运动车辆或其驾驶员或所有者的识别系统。
该检测系统应具有各种各样的应用，包括但不限于车辆通行检查，以及车辆测速和车辆通行费和/或停车费交纳。
该检测系统应与待检测车辆的速度无关地(在一定的限度内)可靠工作。
尤其应对于车辆携带的任何装置极大地降低功耗，从而所述装置能够由电池供电，并保证在不进行维护的情况下具有较长的寿命。
为了达到上述目的，申请人设想在待检测的运动车辆上安装一个WPAN节点装置(有利地，ZigBee节点装置)，并在例如地面上安装属于一个WPAN网络的三个WPAN节点装置(有利地，三个ZigBee节点装置)。
多年以来，WPAN[无线个域网]网络已为人所知；PAN[个域网]网络可被定义为在一个人附近的多个装置之间进行通信的计算机网络；WPAN网络是使用无线短距离通信技术，比如蓝牙的PAN网络；可有利地用于实现WPAN网络的通信技术是ZigBee。
三个固定WPAN节点装置之一具有宽的无线电覆盖区域，并充当车辆WPAN节点装置的“激发器”，三个固定WPAN节点装置中的另一个节点装置具有宽的无线电覆盖区域，并充当车辆WPAN节点装置的“父”节点，三个固定节点装置中的再一个节点装置具有窄的无线电覆盖区域，并充当车辆WPAN节点装置的“检测器”；在该上下文中，“激发器”是指使运动装置为检测作好准备的固定装置，“检测器”是指执行运动装置的检测的固定装置。确定所述三个无线电覆盖区域的大小和位置，使得待检测的运动车辆在进入“父”节点的区域之前和进入“检测器”的区域之前进入“激发器”的区域。
按照本发明，“激发器”以两种不同的方式对检测车辆作出了贡献：它允许车辆WPAN节点装置在检测之前及时地加入WPAN网络，或者它使车辆WPAN节点装置减小其间歇工作周期，即更频繁地醒来，以便在检测之前及时地醒来。
有利的是，车辆WPAN节点装置包含间歇工作以省电的收发机和电池；但是，该装置可适用于保持连续工作，并且有利地，这是在检测期间和在检测前的某一时间进行的，和/或在检测之前及时地改变间歇工作的周期(或者“唤醒周期”)。相反，固定WPAN节点装置将通常包含总是连续工作的相应收发机。
按照本发明，运动车辆的检测至少对应于窄覆盖的固定WPAN节点装置对来自车辆WPAN节点装置的信息，尤其是车辆识别信息的接收，和/或窄覆盖的第二固定WPAN节点装置对来自车辆传感器，尤其是光学传感器或磁传感器的车辆检测信号的接收。
检测是通过WPAN网络通信进行的；由于这种标准通信，信息的交换极其灵活，这也导致了应用的灵活性。
本发明并不排除由于运动车辆的检测，拍摄被检测的运动车辆的照片；在一些应用中，这可能是法律要求的。
注意，按照本发明的系统可实质上包括许多WPAN节点装置：一个运动WPAN节点装置和至少三个固定WPAN节点装置。有利地，所述三个固定WPAN节点装置之间的通信完全是无线类型的通信，并且可以是直接的无线通信，或者是通过例如一个或多个WPAN节点装置的间接无线通信。对于安装来说，这极为有用和有利。
另外，注意，按照本发明的系统可与固定或移动的其它电信网络连接，以便交换信息，例如与车辆的检测有关的信息。
最后，注意，按照本发明的系统还可用于向车辆和/或向车辆内的用户，尤其是其驾驶员提供(交通、停车或商用)信息。
一种向用户提供信息的有利方式是借助车辆WPAN节点装置和与用户移动电话终端连接或者集成到用户移动电话终端内的WPAN节点装置之间的WPAN通信；一种有利的可能性是具有用户识别模块的移动电话，所述用户识别模块具有集成的ZigBee接口。
附图说明
结合附图，根据下面的详细说明，本发明将变得更明显，其中：
图1示意性地示出了按照本发明的系统的体系架构，
图2示意性地示出了图1的系统中的固定WPAN节点装置的覆盖区域的不同的可能布置，
图3示意性地示出了按照本发明的车辆识别装置的体系架构，
图4示意性地示出了图3的装置内的一种可能的应用组织，
图5示意性地示出了按照本发明的第一实施例的图1的系统内的通信的流程，
图6示意性地示出了按照本发明的第二实施例的图1的系统内的通信的流程，
图7示意性地示出了通过与用户移动终端交互，图1的系统的扩展体系架构。
应理解，下面的说明和附图不应被解释成对本发明的限制，而仅仅是对本发明的举例说明。
下面将描述本发明的两个实施例。在这两个实施例中，使用ZigBee技术来实现有利于本发明的WPAN网络。
具体实施方式
体系架构的概要
图1的系统的体系架构包括覆盖较宽的第一区域A1的第一固定ZigBee节点装置N1，覆盖较窄的第二区域A2的第二固定ZigBee节点装置N2，覆盖较宽的第三区域A3的第三固定ZigBee节点装置N3，和由运动车辆携带，从而也是运动的车辆ZigBee节点装置VN。节点N1、N2和N3属于同一网络，并通过有线和/或无线连接和直接和/或间接连接被双向连接在一起；节点N2还与固定或者移动的外部电信网络NTWK连接；总之，通常来说，使用由ZigBee技术提供的无线连通性(参见节点N1和N3之间，以及节点N2和N3之间的带箭头的虚线)。
节点VN能够与ZigBee网络的节点，具体地说，与节点N1、N2和N3建立无线ZigBee双向通信(参见带箭头的虚线)。
在图1中，沿其运动方向，在三个不同位置示出了携带ZigBee节点装置的同一车辆(图中车辆的运动是从右到左)。
图1的系统还包括被定位和配置成检测区域A2内的车辆的光学传感器S；传感器S，具体地讲，通过有线连接与节点N2连接(图中未示出该连接)。
车辆携带在下面被称为“ZigBee标签”(被引用为ZTAG)的车辆识别装置，所述车辆识别装置实质上由车辆ZigBee节点装置VN构成。装置ZTAG能够容易地安装在车辆的挡风玻璃上，或者安装在车辆仪表板上方。
图2示意性地示出了图1的系统中的固定WPAN节点装置N1、N2和N3的覆盖区域的不同的可能布置。请注意这些区域具有三维延伸，但由于本发明所考虑的车辆沿着现有道路行驶的事实，因此只考虑一个维度；具体地讲，为了简单起见，图2涉及的是直线道路的情况，不过这不是对本发明的限制。
图2A示出了携带ZigBee节点装置VN并沿着直线道路从右向左行驶的车辆；图2B、图2C和图2D表示相对于该道路的区域A1、A2和A3；在所有这三种情况下，沿着该道路从右向左行驶的任何车辆首先进入区域A1(可被称为“激发区”)，随后进入区域A3，最后进入区域A2(可被称为“检测区”)。
参见图3，通过ZigBee无线电芯片TR、ZigBee天线TA和嵌入例如闪速和RAM存储器的微控制器TM来实现装置ZTAG；闪速存储器可保存标签(例如，车辆和/或其所有者的标签)的固件和永久数据，而RAM存储器保存易失性数据。在微控制器TM上运行的固件实现ZigBee协议栈以及标签应用；前面列举的硬件资源通常足以满足固件复杂性，然而，如果需要的话，可用其它组件，比如存储器和另外的微控制器来扩大装置ZTAG。装置ZTAG由电池TB供电。在一般的应用中，使用不可再充电电池，然而，装置ZTAG的特殊实现可基于可再充电电池。这种情况下，装置ZTAG还包括允许从外部电源对电池充电，包括稳压(如果需要的话)的电池管理电路BM。
装置ZTAG不能从外部复位或者重新编程，从而避免了用户篡改其功能；它只能在装配过程中被编程；这同样适用于保存在ZTAG装置中的永久数据。
为了降低功耗，装置ZTAG上运行的应用被配置成周期性地使该装置进入“待机模式”或“睡眠模式”，并周期性地使该装置“醒来”，即退出“待机模式”或“睡眠模式”；这尤其适用于ZigBee无线电芯片TR及其主要对功耗负责的收发机；在待机阶段，装置ZTAG的功耗，尤其是其无线电收发机的功耗变成几微安，从而节约电池；这样，该装置和收发机具有由“间歇周期”或“待机周期”或“唤醒周期”为特征的间歇操作。
装置ZTAG周期性地退出该模式，寻找要加入的ZigBee网络，即，它执行“网络轮询”。如果它找到一个网络，则启动装置应用；否则，该装置返回待机模式。必须按照电池容量、应用要求和预期的装置寿命(在不更换电池或对电池充电的情况下)来设定网络轮询周期和待机阶段持续时间。
装置ZTAG被配置成ZigBee终端装置或者ZigBee路由器；在第二种情况下，该装置被配置成不允许与之相关联(后面将说明这种特征的使用)。
为了提供不同的特征和服务，可用不同的固件应用来对ZTAG装置编程。按照ZigBee技术，每个固件应用使用被称为端点的通信实体。所有ZTAG装置端点，以及希望与ZTAG装置通信的其它装置上的应用使用唯一的ZTAG应用简档。在本发明的本实施例中，每个ZTAG装置端点使用两个不同的群集，第一个群集用于输入通信，第二个群集用于输出通信。希望与ZTAG装置通信的装置必须实现具有与ZTAG装置输出群集匹配的输入群集和与ZTAG装置输入群集匹配的输出群集的应用。
图4中示出了典型的装置应用组织；ZTAG装置提供三个应用和对应的三个端点EPX、EPY和EPZ；端点EPX使用ClusterOut＝A和ClusterIn＝B；端点EPY使用ClusterOut＝C和ClusterIn＝D；端点EPZ使用ClusterOut＝E和ClusterIn＝F。三个其它装置DEV-1、DEV-2和DEV-3的三个应用希望与ZTAG装置的三个应用进行通信；三个外部装置的三个应用的端点在图中被标记为EP-1、EP-2和EP-3。为了通过适当和专用的信道进行通信，装置DEV-1的端点EP-1使用ClusterIn＝A和ClusterOut＝B；装置DEV-2的端点EP-2使用ClusterIn＝C和ClusterOut＝D；装置DEV-3的端点EP-3使用ClusterIn＝E和ClusterOut＝F。
上面描述的ZTAG装置的主要用途是检测和/或识别车辆，以便对运动车辆进行某些种类的检查，例如对城市进入道路的通行检查。
在许多城市中，通行管制是以尾气排放的周期性检查为基础的；只有其排放低于某些极限值的那些车辆才被允许在市区通行；按照现有技术，通常通过贴在挡风玻璃上的非电子标签来识别这些车辆；这种方法不允许任何自动控制。
ZTAG装置能够代替例如这种非电子标签。
为了实现上述目的，ZTAG装置可保存与最近的尾气排放检查有关的信息；此外，它能够保存与车辆相关的能够被用于改进的通行控制政策的其它信息(例如，车辆的大小，发动机的规格，车辆是汽油车还是柴油车等)。
通行检查由嵌入有ZigBee节点装置(通常包括微控制器、无线电芯片和天线)的固定电子装置来完成；在图1的情况下，这种装置是节点N2，可被称为“检测器”。图1的例子中的固定节点装置N2，以及图1的例子中的运动节点装置VN被设计为成为同一ZigBee网络的一部分，从而进行通信。
图1的例子中的该相同的固定装置N2也能够通过公共电信网络(固定的和/或移动的)通信，因此可用作ZigBee网络和电信网络之间的网关；这可允许发射，例如传送数据给专用服务器，和接收网关本身的重新配置信息(例如新的通行政策)，如果需要的话。
由于法律规定，可为能够拍摄例如违规车辆的图片的摄影机系统提供或关联“检测器”节点；事实上，当查找违规车辆的所有者时，这些图片可被用作法律证据。
在图1的实施例中，当车辆从“检测器”节点2下面通过时，“检测器”节点N2与车辆上的节点VN通信，并且如果需要的话，拍摄图片；拍摄图片的需要源自节点N2和VN之间的通信；更具体地说，节点N2从车辆上的节点VN接收用于判决是否要拍摄图片的信息。
这是通过在节点N2上安装覆盖该节点本身下方的较窄(最好很窄)区域，即图1和2的例子中的A2的定向天线来实现的。有利的是，无线电区域覆盖的尺寸是按照典型的车辆大小(例如，从1米到5米，通常为2或3米)来确定的。
当车辆进入节点N2的无线电覆盖区域A2时，应当立即建立与VN节点的通信。例如，这可通过在路面安装能够检测通过的车辆的固定传感器，即图1的例子中的S(例如，光电传感器或磁传感器)来实现。传感器S与节点N2连接，当检测到车辆通过时，从传感器S向节点N2发送车辆检测信号，所述车辆检测信号被节点N2接收，节点N2试图与车辆上的节点VN建立通信。
由于无线电覆盖区域A2很窄，因此车辆在节点N2下方所花费的通过时间很短。让x表示节点N2的无线电覆盖区域的长度(单位：米)，v表示车辆的速度(单位：km/h)。通过下面的公式来获得在节点N2之下所花的时间t(单位：ms)
t＝(x/v)＊3,6
例如，在一般情况下，当x＝3m，v＝70km/h时，t等于154ms。
这要求包含车辆WPAN节点装置的车辆检测装置频繁地轮询WPAN网络，即，轮询固定WPAN节点装置；因此，“间歇周期”会很短，这会导致车辆检测装置的功耗较高，电池寿命短。此外，这样短的通过时间不允许运动车辆的ZigBee节点装置VN成功加入“检测器”固定ZigBee节点装置N2，并与其进行通信(通常ZigBee关联时间约为500ms)。
由于这些原因，本发明提出使用充当“激发器”的另一个固定WPAN(在图1的例子中，ZigBee)节点装置；在图1的例子中，“激发器”固定节点装置是ZigBee节点装置N1。节点装置N1相对于待检测的运动车辆的运动方向被安装在节点装置N2的上游；运动方向通常是道路，例如，城市道路。
节点装置N1具有宽的无线电覆盖区域A1(例如，高达80m)，并且可以配备全向天线。
“激发器”节点N1的角色是使运动节点装置VN为检测作好准备，从而“检测器”节点装置N2能成功地检测和识别运动节点装置VN。
当包含节点装置VN的ZTAG装置轮询ZigBee网络，并发现“激发器”节点装置时，它准备与ZigBee网络进行通信，并完成所有的所需操作。因此，必须考虑车辆在“激发器”节点装置下方所花费的时间、和包括轮询时间并且(在本发明的一些实施例中)可能还包括关联和脱离ZigBee网络所需的时间的应用时间ta来计算“间歇周期”ts。公式如下：
ts＝(y/v)＊3,6-ta
在图1的例子中，为了完成所需的通信，所有的节点装置(“检测器”、“激发器”和“标签”)都与同一ZigBee网络连接。
按照本发明的方法用于至少借助第一固定WPAN节点装置(即图1的例子中的ZigBee节点N1)、第二固定WPAN节点装置(即图1的例子中的ZigBee节点N2)、和第三固定WPAN节点装置(即图1的例子中的ZigBee节点N3)来检测预定区域内的运动车辆；运动车辆携带车辆WPAN节点装置(即图1的例子中的ZigBee节点VN)；节点N1、N2和N3属于同一个WPAN网络，节点VN被设计成加入该网络；节点N1覆盖宽的第一区域(图1和图2的例子中的A1)，节点N2覆盖与希望检测的预定区域相对应的窄的(或者很窄的)第二区域(图1和图2的例子中的A2)，节点N3覆盖宽的第三区域(图1和图2的例子中的A3)；确定所述第一、第二和第三区域的大小和位置，从而待检测的车辆在进入节点N3的区域A3之前和进入“检测器”N2的区域A2之前进入“激发器”N1的区域A1。
参见图1，所述方法通常包括下述步骤：
A)当车辆进入区域A1或区域A3时(取决于当车辆节点VN退出待机模式，即，当车辆节点VN醒来的时刻)，车辆节点VN通过节点N1或节点N3发现ZigBee网络，并准备通过节点N3加入ZigBee网络，
B)之后，当车辆进入区域A3时，车辆节点VN通过节点N3加入ZigBee网络，
C)之后，当车辆进入区域A2时，车辆节点VN向节点N2发送信息，
D)之后，车辆节点VN通过节点N3离开ZigBee网络。
所述预定区域，即区域A2内的运动车辆的检测可仅对应于节点N2对所述信息的接收(步骤C)。
另外，在步骤C发送的信息可包括车辆识别信息和/或其它车辆信息(包括例如车辆所有者的身份)；在这种情况下，所述预定区域，即区域A2内的运动车辆的检测可另外对应于节点N2对所述车辆信息的接收，因此它是带有电子自动识别的检测。
车辆节点VN通常使用具有间歇操作的收发机来与ZigBee网络的其它ZigBee节点装置进行通信。
如果设置传感器(图1的例子中的S)来检测区域A2内的车辆，并且如果该传感器与节点N2连接，以便把车辆检测信号发送给节点N2，则所述预定区域(即区域A2)内的运动车辆的检测可另外对应于节点N2对来自传感器的车辆检测信号的接收。
该传感器可被用于确定拍摄车辆的照片的准确时刻。
可替换地或另外地，传感器S可被用于以信号向节点N2通知用无线电(over the air)把例如请求“车辆数据”的“广播请求”传送给节点VN的最佳时间。
在图1的系统中，第三固定ZigBee节点装置N3在节点N1和节点N2之间的通信是无线类型并且经过节点N3的情况下还充当“中继段(hop)”节点。
注意，按照图1的布置(图1的布置是当在实际环境中安装按照本发明的系统时的典型情况)，节点N2的窄覆盖区域不会覆盖节点N1，甚至节点N1的宽覆盖区域也不会覆盖节点N2；因此，在节点N1和N2之间不可能存在直接无线电通信。
为了在节点N1和N2之间实现无线电通信，使用了节点N3；节点N3位于既被节点N1又被节点N2覆盖的位置，例如在节点N2下面的位置；节点N3优选地通过例如全向天线而具有较宽的无线电覆盖区域。如果有必要，则可使用多于一个节点，以允许“激发器”节点和“检测器”节点之间的无线电通信；这取决于安装按照本发明的系统的地理情况。
图1中，ZigBee网络的各个节点之间的双向无线通信用带箭头的虚线表示。
图1的系统体系架构可用于实现本发明的两个不同实施例。
第一实施例
图5示意性地示出了按照本发明的第一实施例的图1的系统内的通信的流程。
在图5中，沿其运动方向在四个不同的位置示出了携带ZigBee节点装置的同一车辆(图中该车辆的运动是从右到左)。
按照该第一实施例，通过经“激发器”节点N1“预先加入”ZigBee网络，车辆节点VN准备好通过节点N3加入ZigBee网络。所述“预先加入”要求与网络的关联，并且是一个冗长的过程(该过程在检测之前及时完成)，而“重新加入”不需要关联，因此较为快速。
“激发器”节点，即节点N1被配置成ZigBee协调器，而“检测器”节点，即节点N2和“中继段”节点，即节点N3被配置成路由器。“标签”节点，即运动车辆上的节点VN也被配置成路由器。门(gate)WPAN网络使用预定的无线电信道(“门无线电信道”)来允许ZigBee“标签”节点在单个信道上进行ZigBee网络扫描，从而节约时间。由于网络容量有限，因此“标签”节点在与“检测器”节点进行通信之后离开网络，以便为其它运动车辆上的其它“标签”节点释放网络资源是很重要的。
所产生的应用流程如下(参考图5中的附图标记)-在下面将使用ZigBee术语：
1：“标签”节点周期性地退出待机模式并寻找网络；这是通过在门无线电信道上发送“信标请求”来完成的；如果例如在15ms内没有答复，则“标签”节点假设不存在网络，并返回待机模式。
2：按照“标签”节点VN在门区(gate zone)中的位置，“中继段”节点N3和“激发器”N1，或它们中的一个向“标签”节点VN发送“信标答复”。
3：按照已知的ZigBee机制，“标签”节点选择要加入的装置，并执行关联过程。
4：“标签”节点广播ZigBee end_device_announce消息，以发送其物理(MAC)地址；如果“标签”节点与“中继段”节点相关联，则流程继续执行后面的步骤10，否则流程继续执行下面的步骤5。
5：“激发器”节点向“中继段”节点N3发送具有标签MAC地址的“direct_join”请求消息；这允许作为路由器的“中继段”节点变成“标签”节点的“父”节点。
6：“激发器”节点向“标签”节点VN发送“离开请求”，以迫使“标签”节点VN离开与“激发器”节点的关联。
7：“标签”节点VN执行“离开”操作。
8：在离开网络之后，“标签”节点开始“孤儿”过程，以便在ZigBee网络中寻找其“父”节点。
9：由于“direct_join”请求，“中继段”节点N3充当标签的父节点，并响应“孤儿请求”；“标签”节点已与网络关联，并通过“中继段”节点N3快速加入到网络中(没有关联)。
10：车辆在通行传感器S附近经过，这被以信号发送给“检测器”节点N2；“检测器”节点从而发送请求标签数据的“广播请求”；以等于1的“半径”发送“广播请求”；这意味着不存在“中继段”节点(或者任何“标签”节点)对消息的重新广播；只有在“检测器”节点的覆盖区域内的“标签”节点接收到该消息。
11：“标签”节点VN用所请求的数据答复该消息。
12：“检测器”节点用涉及通行许可的相关信息向“标签”节点回送确认。
13：在该答复之后，“标签”节点向“中继段”节点发送“离开请求”以离开网络。
在步骤11之后，如果服务请求，则“检测器”节点N2能够对车辆通行进行检查，例如用于车辆通行许可。如果车辆被许可通行，则不进行任何操作；否则，“检测器”节点拍摄车辆牌照的图片。
按照第一实施例，有利的是从与节点N1关联开始到脱离ZigBee网络中的任何节点，具体地讲，节点N3为止，节点VN使其收发机保持持续工作。
第二实施例
图6示意性地示出了按照本发明的第二实施例的图1的系统内的通信的流程。
在图6中，沿其运动方向，在四个不同的位置示出了携带ZigBee节点装置的同一车辆(图中该车辆的运动是从右到左)。
按照该第二实施例，车辆节点VN通过一旦经“激发器”节点N1的答复发现了ZigBee网络，就减小“间歇周期”来作好加入ZigBee网络的准备。在这种情况下，通过节点N3“加入”ZigBee网络的操作要求与网络的关联(所述关联是较长的过程)，但在检测之前被及时完成，因为车辆节点VN非常频繁地重复关联尝试。要注意的是，如果车辆节点VN当其已在节点N3的覆盖区域A3内时醒来，则不需要减小“间歇周期”，而可立即进行关联尝试。按照该第二实施例，N1可被配置成路由器，N3可被配置成协调器。
按照该第二实施例，即使“激发器”节点N1答复车辆节点VN的“信标请求”，“激发器”节点N1也不允许与其相关联。“激发器”节点的角色只是使“标签”为检测作好准备和改变其“间歇周期”。在“标签”识别出“激发器”的存在之后，由于其信标答复，它认为它正在接近“中继段”节点N3和“检测器”节点N2(即，检测门)，从而减小其周期，以便快速关联“中继段”节点。所发生的通信流程如下(参考图6中的附图标记)：
1：“标签”节点VN周期性地退出待机模式并寻找网络；这是通过在门无线电信道上发送“信标请求”来完成的；如果例如在15ms内没有答复，则“标签”节点假设不存在网络，并返回待机模式。
2：按照“标签”节点在门区中的位置，“中继段”节点N3和“激发器”节点N1，或它们中的一个向“标签”节点发送“信标答复”。“激发器”信标答复的关联标志被设为FALSE，以便拒绝与之相关联。如果“标签”节点只检测到“激发器”信标答复，则流程进入下面的步骤3，否则流程继续执行后面的步骤5。
3：“标签”节点VN开始以高的重复频率发送周期性的“信标请求”。
4：当“标签”节点VN足够接近“中继段”节点时，“中继段”节点发送关联标记被设为TRUE的“信标答复”。
5：当接收到“中继段”信标答复时，“标签”节点与“中继段”节点相关联。
6：车辆在通行传感器S附近经过，这被以信号发送给“检测器”节点N2；“检测器”节点从而发送请求标签数据的“广播请求”；以等于1的“半径”发送“广播请求”；这意味不存在“中继段”节点N3(或者任何“标签”节点)对消息的重新广播；只有在“检测器”节点的覆盖区域内的“标签”节点接收该消息。
7：“标签”节点VN用所请求的数据答复该消息。
8：“检测器”节点N2用涉及通行许可的相关信息向“标签”节点回送确认。
9：在该答复之后，“标签”节点VN向“中继段”节点发送“离开请求”以离开网络，并把其“间歇周期”重置为其标准值。
按照该第二实施例，有利的是从与节点N3相关联的时间开始，直到脱离ZigBee网络中的任何节点，具体地讲，节点N3，节点VN使其收发机保持持续工作。
本发明的备选方案和扩展
上面描述的相同应用流程可用在其中由运动车辆携带的ZigBee装置在希望与其通信的固定ZigBee装置附近通过的所有情况下，甚至用于商用应用。
当车辆在按照本发明的检测区域内通过时，可有利地发生这样的附加通信。参考附图，这样的信息可在检测时(在步骤C期间)由节点N2，即“检测器”节点传送给节点VN，即“标签”节点；所述信息可涉及交通、停车或任意类型的信息；所述信息可以针对车辆或针对用户，尤其是车辆的驾驶员。可供替换地，这种传输可由WPAN网络的与“检测器”节点N2连接并且能够或专用于该功能的另一个节点，例如节点N3来进行；在这种情况下，可在“标签”节点NV与WPAN网络相关联时实现这种传输。
此外，通过采用多于一个的“激发器”节点(位于相同的道路上，或者位于不同的道路上)，能够扩大“激发区域”；在这种情况下，“激发器”节点之一可被配置成“协调器”，而其它“激发器”节点可被配置成“路由器”。
通过添加“标签”节点和用户移动电话终端(例如，移动电话)之间的通信协议，从而向用户提供对例如由“检测器”节点发送的信息的访问，可改进上面描述的应用。为此，用户终端可配备具有与由图3的DEV-2装置所示的应用一样组织的应用的ZigBee接口，“标签”节点可配备与由图4中的EPY所示的应用一样的应用；ZigBee接口可有利地被集成在装在移动电话终端内的用户识别模块中。从而标签和用户终端能够通信，并且借助例如文本消息，所有相关信息可被提供给用户。
在图5的步骤12中，相关信息可由例如“检测器”节点N2(在上面描述的实施例中，它是网关节点)来提供。除了通行许可政策之外，“检测器”节点可向“标签”节点提供其它信息，比如城市交通信息、停车位置等(例如，通常是商用信息)。
为此，可在标签和用户终端之间建立ZigBee网络；由于为了形成ZigBee网络必须存在一个协调器，并且由于“标签”节点已被配置成路由器，所以用户终端ZigBee接口可被配置成协调器。
此外，应避免“标签”节点VN重新加入门网络(节点N1、N2和N3)。事实上，在大多数情况下，在“标签”节点离开门网络之后，“标签”节点仍然在“中继段”节点N3的无线电覆盖区域内，并最终也在“激发器”节点N1的覆盖区域内；从而原则上“标签”节点可与这两个节点中的任一个相关联并加入门网络中。为了避免这种情况，门网络标识符(在ZigBee技术中被定义为“PAN ID”[个域网标识符])被保存在“标签”节点中。当“标签”节点在其通过门之后立刻扫描无线电范围以寻找网络时，它试图通过与门网络的PAN ID不同的PAN ID加入ZigBee网络。
图7示意性地示出了图1的系统的扩展的体系架构，其中用户移动终端UT在车辆内，并与车辆“标签”节点VN连接。
通信流程(仅仅涉及添加的装置)可如下所示(为了不与上面描述的步骤混淆，步骤编号从14开始)：
14：“标签”节点VN周期性地退出待机模式，并寻找ZigBee网络；这是通过发送“信标请求”来完成的；如果在例如15ms内没有答复，则“标签”节点假设不存在网络，并返回待机模式。
15：按照“标签”节点的位置，门ZigBee节点(即，“中继段”节点和/或“激发器”节点)和用户移动终端UT的ZigBee节点中的任一个响应“信标请求”。
16：“标签”节点比较信标答复的PAN ID与保存的门PAN ID，选择用户终端PAN ID，并按照已知的ZigBee机制来进行关联过程。
17、在“标签”节点上的端点EPY和用户终端节点，即节点装置DEV-2上的EP-2端点之间创建逻辑信道；这是利用已知的ZigBee机制，例如“Match_description”功能或“绑定”过程来完成的。
18：“标签”节点VN自动地向用户移动终端UT的ZigBee节点发送相关信息。
19：“标签”节点离开用户移动终端UT的ZigBee网络。
注意，可按照不同的方式配置与“标签”和“用户终端”之间的通信相关的步骤，从而(在时间上)与按照本发明的第一或第二实施例的与“标签”和“门”WPAN网络的节点(即图中的节点N1、N2和N3)之间的通信相关的步骤局部重叠；因此，它们可被结合成覆盖两种通信的单个步骤序列。
在两组步骤和一组结合步骤之后，“标签”节点可重新开始该过程。为了避免“标签”节点立即重新加入“门”WPAN网络，可设定在离开用户终端网络和/或门网络之后的等待时间。在所述等待时间内，“标签”节点不寻找任何网络；等待时间可被设置成允许车辆离开门区，从而所找到的下一个WPAN网络将不会是已加入过的门WPAN网络。

Claims (22)

1.一种至少借助第一WPAN节点装置(N1)、第二WPAN节点装置(N2)和第三WPAN节点装置(N3)来检测预定区域内的运动车辆的方法，其中，所述运动车辆携带车辆WPAN节点装置(VN)，其中，所述第一WPAN节点装置(N1)、所述第二WPAN节点装置(N2)和所述第三WPAN节点装置(N3)属于一个WPAN网络，其中，所述第一WPAN节点装置(N1)覆盖第一区域(A1)，所述第二WPAN节点装置(N2)覆盖与所述预定区域相对应的第二区域(A2)，所述第三WPAN节点装置(N3)覆盖第三区域(A3)，所述第一、第二和第三区域(A1、A2、A3)的大小和位置被确定为使得待检测的车辆在进入所述第三区域(A3)之前和进入所述第二区域(A2)之前进入所述第一区域(A1)，所述方法包括下述步骤：
A)当所述车辆进入所述第一区域(A1)时，所述车辆WPAN节点装置(VN)通过所述第一WPAN节点装置(N1)发现所述WPAN网络，并作好通过所述第三WPAN节点装置(N3)加入所述WPAN网络的准备，
B)当所述车辆进入所述第三区域(A3)时，所述车辆WPAN节点装置(VN)通过所述第三WPAN节点装置(N3)加入所述WPAN网络，
C)当所述车辆进入所述第二区域(A2)时，所述车辆WPAN节点装置(VN)向所述第二WPAN节点装置(N2)发送信息；
从而所述预定区域内的所述运动车辆的检测至少对应于所述第二WPAN节点装置(N2)对所述信息的接收。
2.按照权利要求1所述的方法，其中，在步骤C发送的所述信息包含车辆识别信息。
3.按照权利要求1所述的方法，其中，所述WPAN网络是ZigBee网络。
4.按照权利要求1所述的方法，其中，所述车辆WPAN节点装置(VN)在步骤A的所述加入准备包括通过所述第一WPAN节点装置(N1)加入所述WPAN网络和在加入所述WPAN网络之后离开所述WPAN网络，其中，所述车辆WPAN节点装置(VN)在步骤B的所述加入包括通过所述第三WPAN节点装置(N3)再次加入所述WPAN网络。
5.按照权利要求4所述的方法，其中，在步骤A之后和在步骤B之前，所述第一WPAN节点装置(N1)向所述第三WPAN节点装置(N3)发送与所述车辆WPAN节点装置(VN)的身份有关的信息。
6.按照权利要求1所述的方法，其中，所述车辆WPAN节点装置(VN)周期性地退出待机模式，并通过间歇工作的收发机寻找网络。
7.按照权利要求1所述的方法，进一步包括下述步骤：
D)所述车辆WPAN节点装置(VN)通过所述第三WPAN节点装置(N3)离开所述WPAN网络。
8.按照权利要求4所述的方法，进一步包括下述步骤：
D)所述车辆WPAN节点装置(VN)通过所述第三WPAN节点装置(N3)离开所述WPAN网络，
其中，所述车辆WPAN节点装置(VN)周期性地退出待机模式，并通过间歇工作的收发机寻找网络，以及其中，从开始步骤A到结束步骤D，所述车辆WPAN节点装置(VN)使其收发机保持持续工作。
9.按照权利要求6所述的方法，进一步包括下述步骤：
D)所述车辆WPAN节点装置(VN)通过所述第三WPAN节点装置(N3)离开所述WPAN网络，
其中，所述车辆WPAN节点装置(VN)在步骤A的所述加入准备包括减小所述车辆WPAN节点装置(VN)的待机周期，并且其中，从开始步骤B到结束步骤D，所述车辆WPAN节点装置(VN)使其收发机保持持续工作。
10.按照权利要求1所述的方法，其中，设置至少一个传感器(S)，用于检测所述第二区域(A2)内的车辆，并与所述第二WPAN节点装置(N2)连接，以便向所述第二WPAN节点装置(N2)发送车辆检测信号；
从而所述预定区域内的所述运动车辆的检测还对应于所述第二WPAN节点装置(N2)对来自所述传感器(S)的车辆检测信号的接收。
11.按照权利要求7所述的方法，其中，在步骤C和步骤D之间的时间内，所述WPAN网络的所述第二WPAN节点装置向所述车辆WPAN节点装置(VN)发送将被车辆使用或者将被提供给用户的信息。
12.按照权利要求11所述的方法，其中，所述第二WPAN节点装置(N2)通过所述第三WPAN节点装置(N3)发送所述信息。
13.按照权利要求1所述的方法，其中，在离开所述WPAN网络之后，所述车辆WPAN节点装置(VN)与用户移动电话终端相关联。
14.按照权利要求11所述的方法，其中，在离开所述WPAN网络之后，所述车辆WPAN节点装置(VN)与用户移动电话终端相关联，以及其中，所述信息被转发给所述用户移动电话终端。
15.按照权利要求14所述的方法，其中，所述移动电话终端包含WPAN节点装置，并通过WPAN连接从所述车辆WPAN节点装置(VN)接收所述信息。
16.一种检测预定区域内的运动车辆的系统，包括：
-覆盖第一区域(A1)并属于WPAN网络的第一WPAN节点装置(N1)，
-覆盖第二区域(A2)并属于所述WPAN网络的第二WPAN节点装置(N2)，所述第二区域对应于所述预定区域，
-覆盖第三区域(A3)并属于所述WPAN网络的第三WPAN节点装置(N3)，
-由运动车辆携带的车辆WPAN节点装置(VN)；
所述第一、第二和第三区域(A1、A2、A3)的大小和位置被确定为使得待检测的车辆在进入所述第三区域(A3)之前和进入所述第二区域(A2)之前进入所述第一区域(A1)；
所述WPAN节点装置被配置成使得：
-当所述车辆进入所述第一区域(A1)时，所述车辆WPAN节点装置(VN)通过所述第一WPAN节点装置(N1)发现所述WPAN网络，并作好通过所述第三WPAN节点装置(N3)加入所述WPAN网络的准备，
-当所述车辆进入所述第三区域(A3)时，所述车辆WPAN节点装置(VN)通过所述第三WPAN节点装置(N3)加入所述WPAN网络，
-当所述车辆进入所述第二区域(A2)时，所述车辆WPAN节点装置(VN)向所述第二WPAN节点装置(N2)发送信息，
从而所述预定区域内的所述运动车辆的检测至少对应于所述第二WPAN节点装置(N2)对所述信息的接收。
17.按照权利要求16所述的系统，其中，所述第一和第二区域(A1、A2)的大小和位置被确定为使得待检测的车辆在进入所述第二区域(A2)之前进入所述第一区域(A1)。
18.按照权利要求16所述的系统，其中，所述第二和第三区域(A2、A3)的大小和位置被确定为使得待检测的车辆在退出所述第三区域(A3)之前退出所述第二区域(A2)。
19.按照权利要求16所述的系统，其中，所述WPAN节点装置(N1、N2、N3、VN)是ZigBee节点装置。
20.按照权利要求16所述的系统，进一步包括至少一个传感器(S)，所述至少一个传感器(S)被定位和配置成检测所述第二区域(A2)内的车辆，并与所述第二WPAN节点装置(N2)连接，以便向所述第二WPAN节点装置(N2)发送车辆检测信号。
21.按照权利要求16所述的系统，其中，所述第三WPAN节点装置(N3)位于被所述第一和第二WPAN节点装置(N1、N2)两者覆盖的位置。
22.按照权利要求16所述的系统，进一步包括配有WPAN节点装置的用户移动电话终端，其中，在离开所述WPAN网络之后，所述车辆WPAN节点装置(VN)与所述用户移动电话终端相关联，以传送由所述第二WPAN节点装置(N2)接收的信息。
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