[發明專利]一種用于智能交通系統的非均勻分簇路由的方法

有效

• 申請號: 201510084264.4
• 申請日: 2015-02-16
• 公開（公告）號: CN104640154B
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發明（設計）人: 游子毅
• 申請（專利權）人: 貴州師范大學
• 主分類號: H04W28/08
• 分類號: H04W28/08;H04W40/02
• 代理公司: 貴陽東圣專利商標事務有限公司52002
• 代理人: 袁慶云

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域,具體涉及一種用于智能交通系統的非均勻分簇路由協議的方法。

背景技術

無線傳感器網絡（WSNs）在軍事、醫療、農業、工業以及商業應用等領域都具有廣闊的應用前景。目前，在智能交通系統中，基于無線傳感器網絡（WSNs）的多源交通數據的融合可獲取比傳統傳感系統更精確的交通信息，從而實現更有效的交通管理，如車流量監控、停車管理、路口交通誘導和節約能耗等應用。

在智能交通的應用中無線傳感器網絡（WSNs）結構設計由車輛之間組成的移動的、分布式自組織形式與公路設施上傳感器間組成的固定無線網絡結構相結合。存在兩種信息通信類型，一種稱為車—車協同系統（Vehicle-to-Vehicle），即車輛配備傳感器以進行車輛之間的信息交互，這對于避免如交通堵塞等嚴重情況至關重要，另一種稱為車—路協同系統（Vehicle-to-Infrastructure），即車輛與安裝在公路固定設施上的傳感器之間進行信息傳輸，這對于在道路特別是高速公路上交通情況的及時反饋尤為重要。路由協議對于交通信息采集中的網絡傳輸性能尤為關鍵。由于分簇路由協議具有節能性好等特點，現已成為重點研究的一類無線傳感器網絡（WSNs）路由協議。在已見報道中，低功耗自適應集簇分層型協議（LEACH）是最早出現的均勻分簇路由協議。但是，該類分簇結構也帶來了一些問題。研究表明，隨機選擇簇頭和簇內單跳路由會增加節點能耗并限制了網絡規模。此外，在規模較大的無線傳感器網絡（WSNs）中，簇頭間采用多跳通信方式與匯聚節點（Sink）通信，從而造成“熱區”問題。使用固定簇半徑的分簇類協議（如Heed）是基于低功耗自適應集簇分層型協議（LEACH）改進的成簇類協議，主要在簇首選舉中加入能量因素考慮。為反應式無線傳感器網絡而設計的路由策略（如TEEN）的主要框架和低功耗自適應集簇分層型協議（LEACH）一致，是一類應對時間緊急事件的響應式路由協議。低功耗自適應集簇分層型協議（LEACH）、使用固定簇半徑的分簇類協議（Heed）和為反應式無線傳感器網絡而設計的路由策略（TEEN）都沒考慮到“熱區”問題。能量高效的非均勻分簇協議（EEUC）是一種非均勻成簇路由協議，其根據距離匯聚節點（Sink）的遠近由近至遠構造由小到大的簇半徑，使靠近匯聚節點（Sink）的簇的成員數少于遠離匯聚節點（Sink）的簇，從而減輕靠近匯聚節點（Sink）的簇頭能量的消耗。然而，能量高效的非均勻分簇類協議（如EEUC）適合節點分布較均勻的情況。如果在實際的應用環境中節點分布不均勻，能量高效的非均勻分簇類協議（EEUC）還是無法緩解“熱區”問題。

在智能交通場景中，傳感器節點多，采集的原始數據量較大。此外，車輛節點具有高移動性，使得車輛傳感器網絡的節點分布情況比靜態傳感器網絡具有更頻繁的變化。因此，現有的分層無線傳感器網絡（WSNs）路由協議都不太適合智能交通環境。而本發明所公開的用于智能交通系統的非均勻分簇路由協議（UCSNP）尚未見報道。

發明內容

本發明的目的在于克服上述缺點而提供的一種可提高感知網絡的生存周期、減短網絡的收斂時間并且改善網絡的負載均衡的用于智能交通系統的非均勻分簇路由協議的方法。

本發明的一種用于智能交通系統的非均勻分簇路由協議的方法，包括以下步驟：

（1）建立網絡模型與分簇策略：

在二維平面區域：，所有傳感器節點隨機分布，將區域網格化，其格狀網每個正方形區域為，邊長根據應用任務的求解精度而定；

兩個節點的位置分別為和，則兩個位置之間的距離為：

將該區域劃分成個區，的數量由該區域的長度和分區節點的通信半徑確定。匯聚節點( Sink )節點部署在區域外的一個固定位置；為了實現能耗均衡，距離匯聚節點( Sink )近的分區內的簇數目應多于遠的分區；由于交通環境下車輛節點的高移動性，每個簇的簇頭由Sink節點指定為該簇區內的一個固定設施；其它節點與簇頭之間單跳通信，簇頭可通過調整通信半徑控制成員數以減小通信負載；對于相鄰的兩個簇簇頭和,則，其中表示與之間的距離，和表示相應的半徑；此外，不在任何一個簇通信半徑覆蓋下的傳感器節點可采用鏈式結構的多跳通信，基于貪婪算法選擇信號強度最好的中繼節點傳送感知數據，以此方式將數據傳遞至距離最近的簇內的成員節點；該節點作為鏈首進行一次數據融合后，將數據包發送至簇頭；