專利名稱：基于無(wú)人駕駛車輛監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及在無(wú)人危險(xiǎn)環(huán)境(如戰(zhàn)場(chǎng))中無(wú) 人駕駛車輛對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用，在確保能夠完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)使 網(wǎng)絡(luò)有最大的網(wǎng)絡(luò)生存期。
背景技術(shù)：
微小傳感器技術(shù)和節(jié)點(diǎn)間的無(wú)線通信能力為傳感器網(wǎng)絡(luò)賦予了廣闊的應(yīng)用前景， 主要表現(xiàn)在軍事、環(huán)境、健康、家庭和其他商業(yè)領(lǐng)域。另外，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為當(dāng)今信息領(lǐng) 域新的研究熱點(diǎn)，涉及多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，有非常多的技術(shù)有待發(fā)現(xiàn)和研究，在動(dòng)態(tài)目 標(biāo)監(jiān)測(cè)中所涉及到得相關(guān)技術(shù)主要有路由協(xié)議和能量消耗。在大多數(shù)情況下，傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)都是由電池供電，電池容量非常有限，并且對(duì) 于有成千上萬(wàn)節(jié)點(diǎn)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)來(lái)說，更換電池非常困難，甚至是不可能的，如果網(wǎng)絡(luò) 中的節(jié)點(diǎn)因?yàn)槟芰亢谋M而不能工作，會(huì)帶來(lái)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)果的改變以及路由的重新建立等問 題，甚至可能使得網(wǎng)絡(luò)分成不連通的部分，造成通信的中斷。因此，在不影響網(wǎng)絡(luò)通信的情 況下，盡可能的節(jié)省無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的有限的能量成為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心問題。傳統(tǒng)路由協(xié)議在選擇最優(yōu)路徑時(shí)，很少考慮節(jié)點(diǎn)的能量消耗問題。而無(wú)線傳感器 網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的能量有限，延長(zhǎng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生存周期成為傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議設(shè)計(jì)的重要目 標(biāo)，因此需要考慮節(jié)點(diǎn)的能量消耗以及網(wǎng)絡(luò)能量均衡使用的問題。另一方面，無(wú)線傳感器 網(wǎng)絡(luò)為了節(jié)省通信能量，通常采用多跳的通信模式，而節(jié)點(diǎn)有限的存儲(chǔ)資源和計(jì)算資源，使 得節(jié)點(diǎn)不能存儲(chǔ)大量的路由信息，不能進(jìn)行太復(fù)雜的路由計(jì)算。在節(jié)點(diǎn)智能獲取局部拓?fù)?信息和資源有限的情況下，如何實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單高效的路由機(jī)制是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)基本問 題。就整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能優(yōu)化而言，需要從全局上考慮如何將流量從數(shù)據(jù)源傳遞到目的 地，這里的重要問題是如何在源和目的地之間找到一條節(jié)能的多跳路由。節(jié)能路由是在普 通的路由協(xié)議基礎(chǔ)上，考慮相關(guān)的能耗因素，引入新的與電源消耗有關(guān)的衡量指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)能 耗的節(jié)約，這方面已經(jīng)有很多研究成果。比如，最簡(jiǎn)單的節(jié)能路由協(xié)議是最少能量路由，即 尋找一條能耗最低的路由，通過它傳送數(shù)據(jù)。但這樣未必能延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間，因?yàn)槟承?處于關(guān)鍵位置的節(jié)點(diǎn)可能被過度使用而導(dǎo)致電源過早耗盡。在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳感單元均具備一定得傳感范圍，傳感單元只能監(jiān) 控到傳感范圍之內(nèi)的事件。拓?fù)涔芾硎峭ㄟ^尋找并定期調(diào)度這些覆蓋冗余節(jié)點(diǎn)進(jìn)入不工 作的休眠狀態(tài)來(lái)達(dá)到節(jié)能的目的。因?yàn)檫M(jìn)入休眠狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)基本不消耗能量，所以拓?fù)涔?理對(duì)于節(jié)能非常有效；而且，由于沒有參與工作地節(jié)點(diǎn)不會(huì)發(fā)送數(shù)據(jù)，同時(shí)也降低了通信開 銷。拓?fù)涔芾磉€需要保證網(wǎng)絡(luò)在經(jīng)過拓?fù)涔芾碇笕匀荒芎蟠_保足夠的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。這里的 網(wǎng)絡(luò)覆蓋通常反映了網(wǎng)絡(luò)對(duì)傳感區(qū)域的監(jiān)測(cè)能力，它是衡量傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的重要指 標(biāo)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與應(yīng)用密切相關(guān)，不同的應(yīng)用背景，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)
3具有差別，甚至完全不同。現(xiàn)有技術(shù)中基于無(wú)線傳感器的監(jiān)測(cè)已經(jīng)有很多的應(yīng)用，根據(jù)檢測(cè) 目標(biāo)的不同，可以將這些應(yīng)用分為兩類靜態(tài)目標(biāo)監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)目標(biāo)檢測(cè)。靜態(tài)目標(biāo)監(jiān)測(cè)如文獻(xiàn)“基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的微量爆炸物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、裝置及方 法”，CN1776760，2006-05-24，(中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所，崔莉，蔣理)。該系統(tǒng)可以在不 同場(chǎng)所對(duì)微量爆炸物進(jìn)行監(jiān)測(cè)、危險(xiǎn)源定位、報(bào)警等，有利于面向公共安全的預(yù)警工作。其 中，基站通過有線方式接入骨干網(wǎng)絡(luò)，并以無(wú)線方式和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，將來(lái)自節(jié)點(diǎn)的數(shù) 據(jù)信息傳輸至骨干網(wǎng)絡(luò)上的監(jiān)控管理中心。而無(wú)線節(jié)點(diǎn)內(nèi)具有微型固態(tài)爆炸物化學(xué)傳感器 和無(wú)線通信設(shè)備，可以完成化學(xué)成分監(jiān)測(cè)、節(jié)點(diǎn)定位等功能。另一類動(dòng)態(tài)目標(biāo)監(jiān)測(cè)，如文獻(xiàn)“無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的鐵路溜車自動(dòng)監(jiān)測(cè)和報(bào)警控制 系統(tǒng)”，CN101138983，2008-03-12。(哈爾濱工業(yè)大學(xué)劉曉為，崔波，張海峰，于文璽，唐佳祿， 呂柄均，張諒)。該系統(tǒng)以無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)為技術(shù)平臺(tái)，主要完成對(duì)編組場(chǎng)內(nèi)溜車信息的自 動(dòng)監(jiān)測(cè)控制報(bào)警。當(dāng)檢測(cè)到有溜車信息時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，在車輛溜出監(jiān)測(cè)路段 前，計(jì)算機(jī)通過串口給無(wú)線收發(fā)節(jié)點(diǎn)發(fā)送命令，由無(wú)線收發(fā)節(jié)點(diǎn)控制脫軌器，使溜逸車輛上 脫軌器脫軌。目前對(duì)于在無(wú)人危險(xiǎn)環(huán)境中使用無(wú)人駕駛車輛對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸 的應(yīng)用尚未見報(bào)導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能量消耗低且易于實(shí)現(xiàn)的基于無(wú)人駕駛車輛的無(wú)人 危險(xiǎn)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸方法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是首先假設(shè)這樣一個(gè)場(chǎng)景一輛帶有傳感器節(jié)點(diǎn)的無(wú)人 駕駛車輛要從某入口處進(jìn)入傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋區(qū)域，最終要避開所有節(jié)點(diǎn)(為確保無(wú)線傳 感器網(wǎng)絡(luò)的安全)穿越危險(xiǎn)區(qū)域到達(dá)出口處，車輛在穿越過程中不斷收集監(jiān)測(cè)消息，然后 通過無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測(cè)消息發(fā)回基站，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。本發(fā)明具體實(shí)施步驟如下步驟A 構(gòu)建隨機(jī)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；步驟B:利用節(jié)點(diǎn)分簇方法確定簇頭節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而建立基于簇頭節(jié)點(diǎn)的骨干數(shù)據(jù)傳 輸網(wǎng)絡(luò)；步驟C 隨機(jī)選取出入口，模擬網(wǎng)絡(luò)消息傳輸，消耗能量；步驟D 獲取汽車的行駛路徑；步驟E 確定信息傳輸路徑，借助無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)返回車輛監(jiān)測(cè)消息。所述步驟B的節(jié)點(diǎn)分簇算法，按如下過程進(jìn)行(Bi)首先SINK節(jié)點(diǎn)廣播組網(wǎng)消息通知網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)開始組網(wǎng)，SINK節(jié)點(diǎn)被認(rèn)為是簇 頭節(jié)點(diǎn)，其他所有節(jié)點(diǎn)狀態(tài)恢復(fù)為未確定狀態(tài)；(B2)處于未探測(cè)到狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)按如下規(guī)則確定自己的行為接收到簇頭消息時(shí)，改變自己的狀態(tài)為簇成員狀態(tài)，并且保存簇頭的身份參數(shù)ID， 然后廣播其簇成員消息；接收到簇成員消息時(shí)，改變自己的狀態(tài)為簇頭定時(shí)狀態(tài)；(B3)處于簇頭定時(shí)狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)按如下規(guī)則確定自己的行為
比較處于定時(shí)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的能量大小，從中選擇出能量最大的節(jié)點(diǎn)，作為下一個(gè)簇 頭節(jié)點(diǎn)，而其他的狀態(tài)繼續(xù)恢復(fù)為未確定狀態(tài)；(B4)處于簇成員狀態(tài)與簇頭確定狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)在同一輪分簇組網(wǎng)中將不再處理任 何消息，只有未確定狀態(tài)節(jié)點(diǎn)按收到消息的處理規(guī)則確定自己的行為；(B5)不斷探測(cè)直到所有節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)都確定下來(lái)，最終處于簇頭確定狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)將 構(gòu)成一個(gè)高效的多跳通信骨干網(wǎng)；(B6)所有節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)確定后，建立骨干網(wǎng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。同時(shí)SINK節(jié)點(diǎn)周期性 發(fā)起組網(wǎng)消息，不斷改變骨干網(wǎng)，直到網(wǎng)絡(luò)死亡。在步驟D，步驟E中所述的車輛路徑規(guī)避方法，按如下過程進(jìn)行將監(jiān)測(cè)區(qū)域中每一個(gè)地理位置看作具有特定坐標(biāo)位置的單元格，車輛路徑規(guī)避方 法可以歸結(jié)為尋找這樣一個(gè)單元格序列從某一給定的區(qū)域入口即源節(jié)點(diǎn)出發(fā)經(jīng)由相鄰的 通路單元格最終到達(dá)區(qū)域出口即目的節(jié)點(diǎn)，行進(jìn)過程中，車輛能沿八個(gè)方向?qū)ふ彝?，而?短路徑就是找出從區(qū)域入口到出口所經(jīng)過單元格個(gè)數(shù)最少的路徑。本發(fā)明具有如下的特點(diǎn)1)本發(fā)明針對(duì)的是戰(zhàn)場(chǎng)這一類無(wú)人危險(xiǎn)環(huán)境，通過無(wú)人駕駛車輛穿越危險(xiǎn)區(qū)域來(lái) 不斷的獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。2)本發(fā)明利用的是剩余能量高的節(jié)點(diǎn)不斷構(gòu)成骨干網(wǎng)，很好地解決了由于硬件條 件的限制(網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通常由電池供電，電池能量有限)，數(shù)據(jù)傳輸過程中頻繁的使用某些節(jié) 點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)，使得網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)的能量不均衡，從而導(dǎo)致被超負(fù)荷使用的節(jié)點(diǎn)過早死亡，縮 短了網(wǎng)絡(luò)的生存期這一問題。3)本發(fā)明針對(duì)性較強(qiáng)、具有普適性；方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，具有很好的可行性。


圖1本發(fā)明動(dòng)態(tài)標(biāo)目監(jiān)測(cè)流程圖2本發(fā)明數(shù)據(jù)路由方法流程圖3車輛規(guī)避路徑方法采用的單元格模型；
圖4尋找單元格通路的方向標(biāo)注；
圖5網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
圖6信息傳輸路徑的單元格模型；
圖7是利用數(shù)據(jù)路由方法找到的簇頭節(jié)點(diǎn)所構(gòu)成的簇網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D
圖8是通過簇頭節(jié)點(diǎn)構(gòu)建得骨干網(wǎng)絡(luò)圖9是網(wǎng)絡(luò)消息傳輸過程示意圖10是對(duì)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)死亡數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)示意具體實(shí)施例方式結(jié)合上述附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。如圖1，本發(fā)明的實(shí)施首先提出了車輛路徑規(guī)避方法，找到一條從源節(jié)點(diǎn)到達(dá)目的 節(jié)點(diǎn)能量消耗較低的最短路徑。然后通過節(jié)點(diǎn)分簇方法，選取剩余能量較高的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行組 網(wǎng)，形成一個(gè)高效的通信骨干網(wǎng)，來(lái)有效延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存期，最后將消息傳輸?shù)淖疃搪穯栴}用車輛路徑規(guī)避方法來(lái)解決。具體實(shí)現(xiàn)步驟步驟101 構(gòu)建隨機(jī)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；步驟102 利用節(jié)點(diǎn)分簇方法確定簇頭節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而建立基于簇頭節(jié)點(diǎn)的骨干數(shù)據(jù) 傳輸網(wǎng)絡(luò)；步驟103 隨機(jī)選取出入口，模擬網(wǎng)絡(luò)消息傳輸，消耗能量；步驟104 獲取汽車的行駛路徑?？梢灾苯硬捎枚ㄎ荒K(比如GPS模塊)進(jìn)行 定位，為了降低硬件設(shè)備要求，本發(fā)明采用車輛路徑規(guī)避方法得到汽車路徑；步驟105 確定信息傳輸路徑，車輛中的傳感器節(jié)點(diǎn)將監(jiān)測(cè)消息發(fā)送給最近的簇 頭節(jié)點(diǎn)，再借助無(wú)線傳感器骨干網(wǎng)將監(jiān)測(cè)消息返回給SINK節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)分簇方法的具體實(shí)現(xiàn)如下1)方法說明設(shè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)有η個(gè)節(jié)點(diǎn)，所有節(jié)點(diǎn)均靜止不動(dòng)，同時(shí)每個(gè)節(jié)點(diǎn)被賦予一個(gè) 獨(dú)一無(wú)二的全局標(biāo)識(shí)符，考慮加權(quán)網(wǎng)絡(luò)，即為網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)賦予權(quán)值，表示節(jié)點(diǎn)的剩余 能量，SINK節(jié)點(diǎn)無(wú)能量限制.而相鄰節(jié)點(diǎn)之間的鏈路是可靠且雙向連通。為了延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的 壽命，就要從η個(gè)節(jié)點(diǎn)中選取盡量少的，并且剩余能量較高的節(jié)點(diǎn)充當(dāng)傳輸節(jié)點(diǎn)。選取出來(lái) 的節(jié)點(diǎn)所組成的網(wǎng)絡(luò)是連通的，即每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能夠通過多跳的方式到達(dá)SINK節(jié)點(diǎn)，同時(shí)盡 量剔除冗余鏈路，只經(jīng)過最少節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)的初始狀態(tài)為“未探測(cè)到狀態(tài)”，即所有節(jié)點(diǎn)收到SINK節(jié)點(diǎn)廣播的組網(wǎng)消息 后所處的狀態(tài)；當(dāng)節(jié)點(diǎn)已成為簇成員則處于“簇成員狀態(tài)”；當(dāng)節(jié)點(diǎn)收到簇成員狀態(tài)消息但 還未確定自己的簇頭身份時(shí)處于“簇頭定時(shí)狀態(tài)”；當(dāng)節(jié)點(diǎn)已確定自己為簇頭時(shí)處于“簇頭 確定狀態(tài)”.2)方法描述方法由SINK節(jié)點(diǎn)周期性發(fā)起組網(wǎng)消息，使得網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有可能充當(dāng)簇頭 節(jié)點(diǎn)，從而均衡消耗節(jié)點(diǎn)能量，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命。結(jié)合附圖2，方法具體過程如下(1)步驟201，SINK節(jié)點(diǎn)廣播組網(wǎng)消息通知網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)開始組網(wǎng)，SINK節(jié)點(diǎn)被認(rèn)為是 簇頭節(jié)點(diǎn)，其他所有節(jié)點(diǎn)狀態(tài)恢復(fù)為未探測(cè)到狀態(tài)。(2)處于未探測(cè)到狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)按如下規(guī)則確定自己的行為步驟202，接收到簇頭消息時(shí)，改變自己的狀態(tài)為簇成員狀態(tài)，并且保存參數(shù)ID為 自己的簇頭，然后廣播其簇成員消息。步驟207，接收到簇成員消息時(shí)，改變自己的狀態(tài)為簇頭定時(shí)狀態(tài)。(3)處于簇頭定時(shí)狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)按如下規(guī)則確定自己的行為步驟208，比較處于定時(shí)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的能量大小，從中選擇出能量最大的節(jié)點(diǎn)，作為 下一個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)，而其他的狀態(tài)繼續(xù)恢復(fù)為未確定狀態(tài)，即步驟209。(4)處于簇成員狀態(tài)與簇頭確定狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)在同一輪分簇組網(wǎng)中將不再處理任何 消息，只有未確定狀態(tài)節(jié)點(diǎn)按收到消息的處理規(guī)則確定自己的行為。(5)步驟211，不斷探測(cè)直到所有節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)都確定下來(lái)，最終處于簇頭確定狀態(tài) 的節(jié)點(diǎn)將構(gòu)成一個(gè)高效的多跳通信骨干網(wǎng)。
所有節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)都確定后，就可以得到骨干網(wǎng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。同時(shí)SINK節(jié)點(diǎn)可 周期性發(fā)起組網(wǎng)消息，不斷改變骨干網(wǎng)，直到網(wǎng)絡(luò)死亡。車輛路徑規(guī)避方法的具體實(shí)現(xiàn)如下1)問題描述如附圖3所示，一個(gè)NXM的大方塊區(qū)域，填充數(shù)字1的單元格表示此路不通，空 白的單元格表示通路。問題可以歸結(jié)為尋找這樣一個(gè)單元格序列從某一給定的區(qū)域入口 (源節(jié)點(diǎn))出發(fā)經(jīng)由相鄰的通路單元格最終到達(dá)區(qū)域出口(目的節(jié)點(diǎn))。行進(jìn)中，車輛能沿 附圖4中的八個(gè)方向依次尋找通路。而最短路徑問題就是找出從區(qū)域入口到出口所經(jīng)過單 元格個(gè)數(shù)最少的路徑。對(duì)于汽車行駛路徑的尋找，直接避開“1”單元格(傳感器節(jié)點(diǎn))尋找一條從源節(jié) 點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的最短路徑即可。而對(duì)于信息傳輸路徑則是在連通圖(附圖8)中尋找從某 個(gè)節(jié)點(diǎn)到達(dá)SINK節(jié)點(diǎn)的最短路徑，同樣可以轉(zhuǎn)化為尋找一條從入口(距離汽車最近的簇頭 節(jié)點(diǎn))到出口(SINK節(jié)點(diǎn))所經(jīng)過單元格個(gè)數(shù)最少的路徑。附圖5為某網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， 根據(jù)節(jié)點(diǎn)之間是否連通建立迷宮模型，其中兩節(jié)點(diǎn)不連通則單元格填充“ 1”，否則單元格空 白，如附圖6。則信息傳輸路徑問題最終可以利用車輛路徑規(guī)避方法解決。2)求解方法解法一利用深度優(yōu)先搜索(DFS)進(jìn)行求解，從入口出發(fā)，順著附圖4中八個(gè)方向 中的某一方向向前探索，若能走通，則繼續(xù)往前走；否則沿原路退回(回溯)，換一個(gè)方向再 繼續(xù)探索，直至所有可能的通路都探索到為止。如果恰好某一步探索到出口，則就找到了從 入口到出口的路徑。再利用深度優(yōu)先搜索出所有到達(dá)出口的路徑，通過比較得到最短距離 的路徑。解法二 利用廣度優(yōu)先搜索(BFS)進(jìn)行求解從入口出發(fā)，離開入口后，按照附圖 4中的八個(gè)方向，依次訪問與當(dāng)前位置鄰接的單元格，然后分別從這些相鄰單元格出發(fā)依次 訪問它們的鄰接格，并使“先被訪問的單元格的鄰接格‘先于’后被訪問的單元格的鄰接格” 被訪問，直至訪問到區(qū)域出口，則找到了最短路徑。本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)采用廣度優(yōu)先搜索的方法。本發(fā)明的效果，可以通過仿真進(jìn)一步說明1)仿真條件仿真實(shí)驗(yàn)基于附圖1中的動(dòng)態(tài)目標(biāo)監(jiān)測(cè)流程圖進(jìn)行，該實(shí)例對(duì)每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的 能量參數(shù)的變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)。2)仿真過程(2. 1)按照仿真條件，設(shè)置仿真的初始條件。表1隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù) (2. 2)利用節(jié)點(diǎn)分簇方法尋找簇頭節(jié)點(diǎn)，得到附圖7，其中紅色節(jié)點(diǎn)為簇頭，藍(lán)色 節(jié)點(diǎn)為簇成員節(jié)點(diǎn)。利用簇頭節(jié)點(diǎn)構(gòu)建骨干網(wǎng)絡(luò)，得到骨干網(wǎng)絡(luò)附圖8。(2.3)不斷隨機(jī)選取出入口，模擬網(wǎng)絡(luò)消息傳輸，消耗能量，如附圖9。圖中的 ENTRY, EXPORT為一次隨機(jī)選擇的出入口，利用車輛路徑規(guī)避方法得到汽車的行駛路徑和監(jiān) 測(cè)消息的傳輸路徑。(2. 4)統(tǒng)計(jì)節(jié)點(diǎn)死亡過程，統(tǒng)計(jì)所得數(shù)據(jù)。3)仿真結(jié)果分析對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算機(jī)模擬仿真，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)生存期數(shù)值統(tǒng)計(jì)結(jié)果見附圖10。從 附圖10可見，在仿真進(jìn)行50趟之后網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)才開始死亡，并且節(jié)點(diǎn)的死亡過程具有很好的 線性，說明整個(gè)網(wǎng)絡(luò)在消息傳輸過程中能量均衡，沒有超負(fù)荷使用而導(dǎo)致過早死亡的網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點(diǎn)，即節(jié)點(diǎn)生存期有所提高，有效延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)的壽命，充分說明了本發(fā)明的有效性。本發(fā) 明針對(duì)性較強(qiáng)、具有普適性；方法在線實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、計(jì)算快，具有很好的可行性。以上實(shí)施例提供的技術(shù)方案中的全部或部分內(nèi)容可以通過軟件編程實(shí)現(xiàn)，其軟件 程序存儲(chǔ)在可讀取的存儲(chǔ)介質(zhì)中，存儲(chǔ)介質(zhì)例如計(jì)算機(jī)中的硬盤、光盤或軟盤。以上所述僅為本發(fā)明的驗(yàn)證實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明技術(shù)思想 下所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
基于無(wú)人駕駛車輛監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于首先進(jìn)行節(jié)點(diǎn)分簇組網(wǎng)，形成高效的無(wú)線傳感器通信骨干網(wǎng)，來(lái)有效延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存期；然后為帶有傳感器的無(wú)人駕駛車輛尋找一條從源節(jié)點(diǎn)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)能量消耗較低的最短路徑；同時(shí)確定監(jiān)測(cè)消息傳輸?shù)淖疃叹W(wǎng)絡(luò)路徑；穿越過程中車輛不斷收集監(jiān)測(cè)消息，通過無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測(cè)消息發(fā)回基站，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；具體實(shí)現(xiàn)步驟如下步驟A構(gòu)建隨機(jī)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；步驟B利用節(jié)點(diǎn)分簇方法確定簇頭節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而建立基于簇頭節(jié)點(diǎn)的骨干數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)；步驟C汽車隨機(jī)選取出入口，模擬網(wǎng)絡(luò)消息傳輸，消耗能量；步驟D利用車輛路徑規(guī)避方法得到無(wú)人駕駛汽車的行駛路徑；步驟E確定信息傳輸路徑，借助骨干網(wǎng)返回車輛監(jiān)測(cè)消息。
2.如權(quán)利要求1所述的基于無(wú)人駕駛車輛監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法，其特 征在于，步驟B所述的節(jié)點(diǎn)分簇算法，按如下過程進(jìn)行(B1)首先SINK節(jié)點(diǎn)廣播組網(wǎng)消息通知網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)開始組網(wǎng)，SINK節(jié)點(diǎn)被認(rèn)為是簇頭節(jié) 點(diǎn)，其他所有節(jié)點(diǎn)狀態(tài)恢復(fù)為未確定到狀態(tài)；(B2)處于未探測(cè)到狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)按如下規(guī)則確定自己的行為接收到簇頭消息時(shí)，改變自己的狀態(tài)為簇成員狀態(tài)，并且保存簇頭的身份參數(shù)ID，然后 廣播其簇成員消息；接收到簇成員消息時(shí)，改變自己的狀態(tài)為簇頭定時(shí)狀態(tài)； (B3)處于簇頭定時(shí)狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)按如下規(guī)則確定自己的行為比較處于定時(shí)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的能量大小，從中選擇出能量最大的節(jié)點(diǎn)，作為下一個(gè)簇頭節(jié) 點(diǎn)，而其他的狀態(tài)繼續(xù)恢復(fù)為未確定狀態(tài)(B4)處于簇成員狀態(tài)與簇頭確定狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)在同一輪分簇組網(wǎng)中將不再處理任何消 息，只有未確定狀態(tài)節(jié)點(diǎn)按收到消息的處理規(guī)則確定自己的行為；(B5)不斷探測(cè)直到所有節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)都確定下來(lái)，最終處于簇頭確定狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)將構(gòu)成 一個(gè)高效的多跳通信骨干網(wǎng)；(B6)所有節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)確定后，建立骨干網(wǎng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)SINK節(jié)點(diǎn)周期性發(fā)起 組網(wǎng)消息，不斷改變骨干網(wǎng)，直到網(wǎng)絡(luò)死亡。
3.如權(quán)利要求1所述的基于無(wú)人駕駛車輛監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法，其特 征在于步驟D，步驟E所述的車輛路徑規(guī)避方法，按如下過程進(jìn)行將監(jiān)測(cè)區(qū)域中每一個(gè)地理位置看作具有特定坐標(biāo)位置的單元格，車輛路徑規(guī)避方法歸 結(jié)為尋找這樣一個(gè)單元格序列從某一給定的區(qū)域入口即源節(jié)點(diǎn)出發(fā)經(jīng)由相鄰的通路單元 格最終到達(dá)區(qū)域出口即目的節(jié)點(diǎn)，行進(jìn)過程中，車輛能沿八個(gè)方向?qū)ふ彝?，而最短路徑?是找出從區(qū)域入口到出口所經(jīng)過單元格個(gè)數(shù)最少的路徑。
4.如權(quán)利要求3所述的基于無(wú)人駕駛車輛監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法，其特 征在于車輛規(guī)避路徑采用廣度優(yōu)先搜索的方法來(lái)控尋。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于無(wú)人駕駛車輛監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法，將帶有傳感器節(jié)點(diǎn)的無(wú)人駕駛車輛從某入口處進(jìn)入傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋區(qū)域到達(dá)出口處。首先進(jìn)行節(jié)點(diǎn)分簇組網(wǎng)，形成高效的通信骨干網(wǎng)；然后為無(wú)人駕駛車輛尋找一條從源節(jié)點(diǎn)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)能量消耗較低的最短路徑；同時(shí)確定監(jiān)測(cè)消息傳輸?shù)淖疃搪窂?；穿越過程中車輛不斷收集監(jiān)測(cè)消息，通過無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測(cè)消息發(fā)回基站。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)無(wú)人危險(xiǎn)環(huán)境的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。利用剩余能量高的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成骨干網(wǎng)，很好地解決了硬件條件的限制，數(shù)據(jù)傳輸過程中頻繁的使用某些節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)，使得網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)的能量不均衡，從而導(dǎo)致被超負(fù)荷使用的節(jié)點(diǎn)過早死亡，縮短了網(wǎng)絡(luò)的生存期這一問題。
文檔編號(hào)H04W84/18GK101883326SQ20101018785
公開日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2010年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月31日
發(fā)明者馮海林, 劉立芳, 王潔, 齊小剛 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)