CN103036604A - 基于物联网的城市路边停车位中继通信协议实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及物联网中继通信协议，公开了一种基于物联网的城市路边停车位中继通信协议实现方法，包括若干检测节点、一个汇聚节点，具体步骤如下：检测节点检测到车位信息，将该检测节点作为发送节点；循环执行步骤1-4直至发送节点覆盖范围内检测到汇聚节点；发送节点将车位信息发送至汇聚节点。本发明的优点在于，检测节点自身分布式决定自身的通信状态，无须建立或者维护网络拓扑信息，容错性好，信息处理量小，信息传输量少，检测节点的能耗小，具有较高的应用价值。

Description

基于物联网的城市路边停车位中继通信协议实现方法

技术领域

本发明涉及物联网中继通信协议，特别涉及一种基于物联网的城市路边停车位中继通信协议实现方法。 

背景技术

发展城市路边停车位是一种在我国日益增长的汽车保有量的背景下，解决城市停车难问题的有效方法之一。路边停车位通常是在保证道路基本通行能力的基础上，对城市道路功能的一种深度挖掘和充分利用。路边停车作为一种临时措施，能够方便地满足短时停车用户需求，节省了大量的寻找停车场合停入、驶出停车场的时间。 

当前城市路边停车位存在主要问题有人力投入较多、停车收费标准不一，车主寻找车位困难。针对上述问题，现有技术中已经有了多种针对单个成为传感器的检测手段，例如，申请号为201110040674.0，名称为“基于计算机视觉的路边停车位检测装置”的发明专利公开了一种通过设置在道路路边的全景视觉传感器，结合信息处理器检测路边停车位的车位状态信息的检测装置；申请号为200710075459.8，名称为“一种停车位预订系统及其使用方法”的发明专利申请公开了一种停车位预订系统，包括车位检测其和空车位判断模块，可以通过记录停车场车位的空闲状态实现对车位状态变化的提前预报。上述现有技术或者需要对图像进行判断，或者需要持续不断地对所有的停车位进行全局性的检测和监控，数据计算量大。此外，现有技术采用的中继通信协议在建立路由、选取备用路由和重新找寻路由造成洪泛广播，如图2所示，需要占用大量存储能力、计算能力、通信能耗大。现有中继通信协议分类是：能量感知中继通信协议、基于查询的中继通信协议、地理位置中继通信协议、可靠中继通信协议。地理位置中继通信假设地磁车位检测节点知道自己的地理位置信息，以及车位信息汇聚节点的地理位置，利用这些位置信息作为中继通信选择的依据，避免洪泛传播从而减少路由建立的开销，优于其他中继通信协议，但地磁车位检测节点需要知道自身精确位置。位置信息如果通过信标地磁车位检测节点迭代取得，通信开销很大，且地磁车位检测节点位置精度计算与迭代次数相关。 

发明内容

本发明针对现有技术需要的存储空间大、计算量大、能耗高等缺点，提供了一种基于物联网的新型城市路边停车位中继通信协议实现方法。 

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案： 

基于物联网的城市路边停车位中继通信协议实现方法，包括检测节点、汇聚节点，具体步骤如下：

检测节点检测到车位信息，将该检测节点作为发送节点；循环执行步骤1-4直至发送节点覆盖范围内检测到汇聚节点；发送节点将车位信息发送至汇聚节点；

步骤1：发送节点侦听信道直至信道空闲时，广播发送请求信息；

步骤2：侦听节点侦听到发送节点发送的请求信息后，向发送节点发送清除发送信息且根据给定常数决定发送清除发送信息的时隙，给定常数越小则时隙的顺序越靠前，所述侦听节点为发送节点之外的其他检测节点，所述清除发送信息包括侦听节点的给定常数，所述给定常数为所述检测节点内的预设数值；

步骤3：发送节点接收步骤2中侦听节点的清除发送信息后，将具有最小给定常数的侦听节点作为中继节点，并向所述中继节点发送车位检测信息；

步骤4：中继节点接收车位检测信息后，向发送节点返回确认接收消息；中继节点将自身作为发送节点。

作为优选，所述检测节点包括活动模式和休眠模式，处于休眠模式的检测节点不接收其他检测节点发送的信息且不发送信息，处于休眠模式的检测节点经过时间间隔后自动转入活动模式。 

作为优选，所述步骤3中，发送节点连续两次或者两次以上未能成功发送所述车位检测信息后即转入休眠模式。 

作为优选，所述步骤1中，发送节点侦听到信道非空闲时经过随机数量的不间断时隙后再次侦听，直至信道空闲。 

作为优选，所述步骤2中，所述侦听节点尚未完成发送清除发送信息时侦听到车位检测信息，则放弃发送该清除发送信息；所述侦听节点完成发送清除发送信息后侦听到车位检测信息，则根据所述车位检测信息判断自身是否是所述中继节点，如果所述侦听节点为所述中继节点则接收该车位检测信息。 

作为优选，所述步骤3中，如果发送节点未接收到任何清除发送信息，则继续广播发送所述请求信息；如果发送节点接收到所述侦听节点发送的清除发送信息，则返回车位检测信息；如果发送节点接收到所述侦听节点发送的信息无法解码，向所述侦听节点发送碰撞冲突信息，所述侦听节点接收所述碰撞冲突信息后随机决定是否再次发送所述清除发送信息。 

作为优选，所述给定常数包括倾斜角差值、跳数；所述倾斜角差值为相同或者不相同的检测节点与汇聚节点连线的夹角，所述汇聚节点与任一检测节点的倾斜角差值为0；所述跳数为沿水平方向排列的检测节点的编号，所述跳数沿远离汇聚节点的方向递增，所述汇聚节点的跳数为0。 

作为优选，所述给定常数为所述倾斜角差值与所述跳数的乘积。 

作为优选，所述检测节点每次发送的信息均占用一个时隙，不足数位用校验位补足。 

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果： 

节点之间传输信息的信息量较少，请求占用的空间较小，降低了通信开销。建立检测网络时，安装调试人员预先设定检测节点的相对汇聚节点的倾斜角和跳数，检测的信息量较小，检测节点用于保存的字节空间也较少，检测节点相互之间通信的开销较小。

通过发送请求信息和清除发送请求信息提取同步信息，实现时分多址，采用握手机制避免碰撞，有效避免路由振荡。 

通过检测节点的倾斜角和随机竞争确保车位检测信息沿着最优化路径正确转发，由潜在的中继地磁车位检测节点分布式决定是否参与中继，无需获取任何拓扑信息。 

通过切换休眠和活动模式，避免不活动的检测节点参与中继，进一步减少网络能耗，延长检测节点工作寿命，降低网络故障率，减少进行网络检修的次数。 

附图说明

图1为路边停车位的检测节点和汇聚节点位置的平面示意图。 

图2为现有的中继通信协议实现方法的步骤示意图。 

图3为所述检测节点倾斜角的平面示意图。 

图4为所述检测节点跳数的平面示意图。 

图5为所述检测节点所发送信息的格式示意图。 

图6为所述时分多址的结构示意图。 

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。 

实施例1 

基于物联网的城市路边停车位中继通信协议实现方法，包括检测节点1、汇聚节点2，如图1所示，检测节点1为安装在路边停车位地面上的地磁传感器，每个检测节点1具有惟一的节点号，一般而言，检测节点1沿道路的走向排列，汇聚节点2为无线中继器，一般而言，一片区域中只设置一个汇聚节点2，具体步骤如下：

检测节点1检测到车位信息，将该检测节点1作为发送节点；循环执行步骤1-4直至发送节点覆盖范围内检测到汇聚节点2；发送节点将车位信息发送至汇聚节点2。

步骤1：发送节点侦听信道直至信道空闲时，广播发送请求信息；如果发送节点侦听到信道非空闲时则回退随机时隙再次侦听，例如经过随机数量的不间断时隙后再次侦听，直至信道空闲。 

步骤2：侦听节点侦听到发送节点发送的请求信息后，向发送节点发送清除发送信息且根据给定常数决定发送清除发送信息的时隙，给定常数越小则时隙的顺序越靠前，发送节点将给定常数的数值作为帧的编号，并在该帧中发送请求信息。所述侦听节点为发送节点之外的其他检测节点1，所述清除发送信息包括侦听节点的给定常数，所述给定常数为所述检测节点1内的预设数值，保存在检测节点1的内存或者其他类似的数据存储设备中。 

步骤3：发送节点接收步骤2中侦听节点的清除发送信息后，将具有最小给定常数的侦听节点作为中继节点，并向所述中继节点发送车位检测信息。 

步骤4：中继节点接收车位检测信息后，向发送节点返回确认接收消息；中继节点将自身作为发送节点。 

所述检测节点1包括活动模式和休眠模式，处于休眠模式的检测节点1不接收其他检测节点1发送的信息且不发送信息，处于休眠模式的检测节点1经过时间间隔后自动转入活动模式。 

本发明所述中继通信协议实现方法还包括有碰撞避免机制，所述碰撞避免机制包括： 

所述步骤2中，所述侦听节点尚未完成发送清除发送信息时侦听到车位检测信息，则放弃发送该清除发送信息；所述侦听节点完成发送清除发送信息后侦听到车位检测信息，则根据所述车位检测信息中所包含的中继节点号判断自身是否是该条车位检测信息所针对的中继节点，如果所述侦听节点为所述中继节点则接收该车位检测信息，如果不是，则放弃该车位检测信息，不做任何动作。

所述步骤3中，如果发送节点未接收到任何清除发送信息，则继续广播发送所述请求信息；如果发送节点接收到所述侦听节点发送的清除发送信息，即握手成功，则返回车位检测信息；如果发送节点接收到所述侦听节点发送的信息无法解码，向所述侦听节点发送碰撞冲突信息，所述侦听节点接收所述碰撞冲突信息后随机决定是否再次发送所述清除发送信息，一般是以0.5的概率决定是否再次发送清除发送信息。 

所述步骤3中，发送节点连续两次或者两次以上未能成功发送所述车位检测信息后即转入休眠模式。中继节点未能完整的接收车位检测信息，例如因为无线信号干扰、天气等原因导致的信号传输过程出现错误，导致中继节点未能完整地接收到车位检测信息，则启动碰撞避免机制，在下一帧中向发送节点发送确认信息标志为0的确认接收信息；若中继节点正确地接收了车位检测信息，则向发送节点发送确认信息标志为1的确认接收信息。发送节点采用分布式判定的方式决定是否继续发送车位检测信息，还是进入休眠状态，即，发送节点连续两次以上接收确认信息标志为0的确认接收信息后，则放弃发送该车位检测信息，并转入休眠模式。 

检测节点1中预设的给定常数包括倾斜角差值、跳数，本实施例中以所述倾斜角差值与所述跳数的乘积作为具体的给定常数。在确定倾斜角之前，先设定一个水平方向作为参考方向，一般以汇聚节点2附近道路的方向作为参考方向。检测节点1与汇聚节点2的连线与参考方向的夹角为倾斜角。因此所述倾斜角差值为相同或者不相同的检测节点1与汇聚节点2连线的夹角，如图3所示，所述汇聚节点2与任一检测节点1的倾斜角差值为0；所述跳数为沿水平方向排列的检测节点1的编号，如图4所示，所述跳数沿远离汇聚节点2的方向以1为步长递增，所述汇聚节点2的跳数为0与汇聚节点2的直线距离最短的检测节点1的跳数也设定为0。倾斜角差值和跳数都是在安装调试检测节点1的过程中记录在检测节点1电路芯片的数据存储装置中。 

本发明所述基于物联网的城市路边停车位中继通信协议实现方法中，检测节点1之间采用时分多址的方式进行通信。将连续的时间片划分为长度相同的复帧，如图6所示，复帧再次划分为若干帧，帧的的数目由给定常数确定，以最大的跳数与最大的倾斜角的乘积N确定帧的数目，复帧包含N+1个帧，以0、1、2……N依次为各帧编号。每帧被再次划分为长度相同的两个时隙。所述检测节点1每次发送的信息，包括步骤1中由发送节点广播的请求信息、步骤2中由侦听节点发送的清除发送信息、步骤3中由发送节点发送的车位检测信息、步骤4中由中继节点返回的确认接受信息，以及碰撞避免机制中的碰撞冲突信息，这些信息均占用一个时隙，不足数位用校验位补足。 

检测节点1、汇聚节点2以预设的信息格式发送信息，如图5所示，请求信息格式由节点号、中继节点号、车位的检测信息、时间信息组成。清除发送信息格式由节点号、发送节点号、倾斜角、跳数、时间信息组成。车位检测信息格式由节点号、中继节点号、车位的检测信息、时间信息组成。碰撞冲突信息格式由碰撞冲突标志、碰撞冲突帧、重新发送标志、时间信息组成。 

本发明能解决基于物联网的地磁车位检测无线传感器网络现有中继通信协议的缺点，并融入定位与时间同步，提供一种支持分布式决定的基于物联网的地磁车位检测无线传感器网络中继通信协议，使得所有地磁车位检测节点1通过安装时人为测量并设定自身相对于汇聚节点2的倾斜角和跳数，无需较多控制信息，以倾斜角和跳数为依据随机中继车位检测信息，以最少跳数直至汇聚节点，使得存储空间、处理能力、能耗都受限的地磁车位检测节点1能够适应网络拓扑的动态变化，显著提高网络工作效率。 

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。 

Claims (9)

1.一种基于物联网的城市路边停车位中继通信协议实现方法，其特征在于，包括检测节点（1）、汇聚节点（2），具体步骤如下：

检测节点（1）检测到车位信息，将该检测节点（1）作为发送节点；循环执行步骤1-4直至发送节点覆盖范围内检测到汇聚节点（2）；发送节点将车位信息发送至汇聚节点（2）；

步骤1：发送节点侦听信道直至信道空闲时，广播发送请求信息；

步骤2：侦听节点侦听到发送节点发送的请求信息后，向发送节点发送清除发送信息且根据给定常数决定发送清除发送信息的时隙，给定常数越小则时隙的顺序越靠前，所述侦听节点为发送节点之外的其他检测节点（1），所述清除发送信息包括侦听节点的给定常数，所述给定常数为所述检测节点（1）内的预设数值；

步骤3：发送节点接收步骤2中侦听节点的清除发送信息后，将具有最小给定常数的侦听节点作为中继节点，并向所述中继节点发送车位检测信息；

步骤4：中继节点接收车位检测信息后，向发送节点返回确认接收消息；中继节点将自身作为发送节点。

2.根据权利要求1所述基于物联网的城市路边停车位中继通信协议实现方法，其特征在于，所述检测节点（1）包括活动模式和休眠模式，处于休眠模式的检测节点（1）不接收其他检测节点（1）发送的信息且不发送信息，处于休眠模式的检测节点（1）经过时间间隔后自动转入活动模式。

3.根据权利要求2所述基于物联网的城市路边停车位中继通信协议实现方法，其特征在于，所述步骤3中，发送节点连续两次或者两次以上未能成功发送所述车位检测信息后即转入休眠模式。

4.根据权利要求1所述基于物联网的城市路边停车位中继通信协议实现方法，其特征在于，所述步骤1中，发送节点侦听到信道非空闲时经过随机数量的不间断时隙后再次侦听，直至信道空闲。

5.根据权利要求1所述基于物联网的城市路边停车位中继通信协议实现方法，其特征在于，所述步骤2中，所述侦听节点尚未完成发送清除发送信息时侦听到车位检测信息，则放弃发送该清除发送信息；所述侦听节点完成发送清除发送信息后侦听到车位检测信息，则根据所述车位检测信息判断自身是否是所述中继节点，如果所述侦听节点为所述中继节点则接收该车位检测信息。

6.根据权利要求1所述基于物联网的城市路边停车位中继通信协议实现方法，其特征在于，所述步骤3中，如果发送节点未接收到任何清除发送信息，则继续广播发送所述请求信息；如果发送节点接收到所述侦听节点发送的清除发送信息，则返回车位检测信息；如果发送节点接收到所述侦听节点发送的信息无法解码，向所述侦听节点发送碰撞冲突信息，所述侦听节点接收所述碰撞冲突信息后随机决定是否再次发送所述清除发送信息。

7.根据权利要求1所述基于物联网的城市路边停车位中继通信协议实现方法，其特征在于，所述给定常数包括倾斜角差值、跳数；所述倾斜角差值为相同或者不相同的检测节点（1）与汇聚节点（2）连线的夹角，所述汇聚节点（2）与任一检测节点（1）的倾斜角差值为0；所述跳数为沿水平方向排列的检测节点（1）的编号，所述跳数沿远离汇聚节点（2）的方向递增，所述汇聚节点（2）的跳数为0。

8.根据权利要求7所述基于物联网的城市路边停车位中继通信协议实现方法，其特征在于，所述给定常数为所述倾斜角差值与所述跳数的乘积。

9.根据权利要求1、5、6任一所述基于物联网的城市路边停车位中继通信协议实现方法，其特征在于，所述检测节点（1）每次发送的信息均占用一个时隙，不足数位用校验位补足。

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