CN106304233A - 一种协同中继选择的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种协同中继选择的方法和系统，其中，协同中继选择的方法包括：检测V2I网络中第一无线传感器节点通信范围内是否有车辆；当通信范围内没有车辆，并在第一无线传感器节点中的节点信息达到预设条件时，选择其他无线传感器节点作为转发数据的中继节点；计算第一无线传感器节点与距离车辆最近的第二无线传感器节点之间转发数据的第一能耗、和第一无线传感器节点与Sink节点或距离Sink节点最近的第三无线传感器节点之间转发数据的第二能耗；第一能耗小于第二能耗时，选择距离车辆最近的第二传感器节点作为转发数据的中继节点；第一能耗大于第二能耗时，选择距离Sink节点最近的第三传感器节点作为转发数据的中继节点。

Description

一种协同中继选择的方法和系统

技术领域

本发明涉及车联网领域，特别是涉及一种协同中继选择的方法和系统。

背景技术

车联网是通过互联网技术，将所有车辆的自身的各种信息传输汇聚到中央处理器。通过计算机技术，对这些信息进行分析和处理，从而得出各类需要的结果，包括不同车辆的最佳路线、路况等。

车联网包括V2V(Vehicle to Vehicle，车与车)、V2I(Vehicle toInfrastructure，车与基础设施)、V2P(Vehicle to Person，车与人)、V2C(Vehicle toCenter，车与中心)等的互联互通，实现VANET(Vehicular ad-hoc Network，车辆自组网)及多种异构网络之间的通信与漫游，其中，VANET可以实现V2V之间、V2I之间的多跳无线通信。在V2I无线通信中，无线传感器节点网络是V2I无线通信的重要组成部分，然而，在传统技术中，通过选择出的无线传感器节点进行数据转发时，由于选择的无线传感器节点不合适，在进行数据转发时易产生Sink节点附近的无线传感器节点能量消耗大的现象，缩短了无线传感网络的网络生存时间。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种协同中继选择的方法和系统，应用于V2I通信领域，以实现合理选择合适的中继节点，降低无线传感网络的能耗，延长网络生存时间。

为达到上述目的，本发明实施例公开了一种协同中继选择的方法，包括：

检测车与基础设施V2I网络中的第一无线传感器节点通信范围内是否有车辆；

当通信范围内没有车辆，并在第一无线传感器节点中的节点信息达到预设条件时，选择其他无线传感器节点作为转发数据的中继节点，其中，其他无线传感器节点为V2I网络中除第一无线传感器节点以外的其他无线传感器节点；

分别计算第一无线传感器节点与距离车辆最近的第二无线传感器节点之间转发数据的第一能耗、和第一无线传感器节点与基站节点Sink节点或距离Sink节点最近的第三无线传感器节点之间转发数据的第二能耗，其中，第二传感器节点为其他无线传感器节点中的一个传感器节点，第三传感器节点为其他无线传感器节点中的一个传感器节点，且与第二传感器节点不同，Sink节点为与外网建立通信连接的节点；

在第一能耗小于第二能耗时，选择距离车辆最近的第二传感器节点作为转发数据的中继节点；

在第一能耗大于第二能耗时，选择距离Sink节点最近的第三传感器节点作为转发数据的中继节点。

较优地，在检测车与基础设施V2I网络中的第一无线传感器节点通信范围内是否有车辆之后，本发明实施例的协同中继选择的方法还包括：

当通信范围内有车辆时，选择该车辆作为转发数据的中继节点。

进一步地，当选择该车辆作为转发数据的中继节点时，包括：

接收车辆的车辆信息，其中，该车辆信息包括：车辆位置信息、车辆行驶速度信息、车辆数据传输速率信息；

根据车辆位置信息、车辆行驶速度信息、车辆数据传输速率信息，计算车辆在第一无线传感器节点通信范围内的停留时间；

选择停留时间中停留时间最短的车辆作为中继节点转发数据。

较优地，当通信范围内没有车辆，并在第一无线传感器节点中的节点信息达到预设条件时，选择其他无线传感器节点作为转发数据的中继节点，包括：

当第一无线传感器节点存储的数据大于第一无线传感器节点允许存储的最大容量时，或者

当车辆到达第一无线传感器节点的时间大于容忍时间时，选择其他无线传感器节点作为转发数据的中继节点，其中，该容忍时间为预设的第一无线传感器节点允许发送数据的时间。

较优地，分别计算第一无线传感器节点与距离车辆最近的第二无线传感器节点之间转发数据的第一能耗、和第一无线传感器节点与基站节点Sink节点或距离Sink节点最近的第三无线传感器节点之间转发数据的第二能耗，包括：

统计并根据第一无线传感器节点到达距离车辆最近的第二无线传感器节点的第一跳数、和第一无线传感器节点到达Sink节点的第二跳数，计算第一无线传感器节点与距离车辆最近的第二无线传感器节点之间转发数据的第一能耗和第一无线传感器节点与Sink节点之间转发数据的第二能耗；或者

统计并根据第一无线传感器节点到达距离车辆最近的第二无线传感器节点的第一跳数、和第一无线传感器节点到达距离Sink节点最近的第三无线传感器节点的第二跳数，计算第一无线传感器节点与距离车辆最近的第二无线传感器之间转发数据的第一能耗和第一无线传感器节点与距离Sink节点最近的第三无线传感器节点之间转发数据的第二能耗。

较优地，当所述通信范围内没有车辆时，本发明实施例的协同中继选择的方法还包括：

当第一无线传感器节点存储的数据小于第一无线传感器节点允许存储的最大容量时；或者

当车辆到达第一无线传感器节点的时间小于容忍时间时，继续检测第一无线传感器节点通信范围内是否有车辆，其中，该容忍时间为预设的第一无线传感器节点允许发送数据的时间。

为了达到上述目的，本发明实施例还公开了一种协同中继选择的系统，包括：

检测模块，用于检测车与基础设施V2I网络中的第一无线传感器节点通信范围内是否有车辆；

第一选择模块，用于当通信范围内没有车辆时，并在第一无线传感器节点中的节点信息达到预设条件时，选择其他无线传感器节点作为转发数据的中继节点，其中，其他无线传感器节点为V2I网络中除第一无线传感器节点以外的其他无线传感器节点；

计算模块，用于分别计算第一无线传感器节点与距离车辆最近的第二无线传感器节点之间转发数据的第一能耗、和第一无线传感器节点与Sink节点或距离Sink节点最近的第三无线传感器节点之间转发数据的第二能耗，其中，第二传感器节点为其他无线传感器节点中的一个传感器节点，第三传感器节点为其他无线传感器节点中的一个传感器节点，且与第二传感器节点不同，Sink节点为与外网建立通信连接的节点；

第二选择模块，用于在第一能耗小于第二能耗时，选择距离车辆最近的第二传感器节点作为转发数据的中继节点；或者

在第一能耗大于第二能耗时，选择距离Sink节点最近的第三传感器节点作为转发数据的中继节点。

较优地，本发明实施例的协同中继选择的系统还包括：

第三选择模块，用于当通信范围内有车辆时，选择车辆作为转发数据的中继节点，包括：

接收子模块，用于接收车辆的车辆信息，其中，该车辆信息包括：车辆位置信息、车辆行驶速度信息、车辆数据传输速率信息；

第三计算子模块，用于根据上述的车辆位置信息、车辆行驶速度信息、车辆数据传输速率信息，计算车辆在第一无线传感器节点的通信范围内的停留时间；

第三选择子模块，用于选择停留时间中停留时间最短的车辆作为中继节点转发数据。

较优地，第一选择模块具体用于：

当第一无线传感器节点存储的数据大于第一无线传感器节点允许存储的最大容量时，或者

当车辆到达第一无线传感器节点的时间大于容忍时间时，选择其他无线传感器节点作为转发数据的中继节点，其中，该容忍时间为预设的第一无线传感器节点允许发送数据的时间。

较优地，计算模块还包括：

统计子模块，用于统计第一无线传感器节点到达距离车辆最近的第二无线传感器节点的第一跳数、和第一无线传感器节点到达Sink节点的第二跳数，或者

统计第一无线传感器节点到达距离车辆最近的第二无线传感器节点的第一跳数、和第一无线传感器节点到达距离Sink节点最近的第三无线传感器节点的第二跳数；

第二计算子模块，用于计算第一无线传感器节点与距离车辆最近的第二无线传感器节点之间转发数据的第一能耗和第一无线传感器节点与Sink节点之间转发数据的第二能耗，或者

计算第一无线传感器节点与距离车辆最近的第二无线传感器之间转发数据的第一能耗和第一无线传感器节点与距离Sink节点最近的第三无线传感器节点之间转发数据的第二能耗。

较优地，第一选择模块还用于：

当第一无线传感器节点存储的数据小于第一无线传感器节点允许存储的最大容量时；或者

当车辆到达第一无线传感器节点的时间小于容忍时间时，继续检测第一无线传感器节点通信范围内是否有车辆，其中，该容忍时间为预设的第一无线传感器节点允许发送数据的时间。

由上述技术方案可见，本发明实施例提供的一种协同中继选择的方法和系统，在通信范围内没有车辆，并在第一无线传感器节点中的节点信息达到预设条件时，选择其他无线传感器节点作为转发数据的中继节点，在第一无线传感器节点中的节点信息未达到预设条件时，等待车辆进入第一传感器节点通信范围能够，载通信范围内有车辆时，选择车辆作为转发数据的中继节点，实现了合理选择中继节点，降低无线传感器节点网络的能耗，延长网络生存时间，提高数据的转发效率。

当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种协同中继选择的方法的流程图；

图2为本发明实施例的第二种协同中继选择的方法的流程图；

图3为本发明实施例的第三种协同中继选择的方法的流程图；

图4为本发明实施例的协同中继选择的方法中检测第一无线传感器节点通信范围内是否有车辆的流程图；

图5为本发明实施例的第四种协同中继选择的方法的流程图；

图6为本发明实施例的协同中继选择方法的协同选择的网络框图；

图7为本发明实施例的协同中继选择方法的无线传感器节点接入选择车辆的流程图；

图8为本发明实施例的一种协同中继选择系统的结构框图；

图9为本发明实施例的另一种协同中继选择系统的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，图1为本发明实施例的一种协同中继选择的方法的流程图，包括：

S100：检测车与基础设施V2I网络中的第一无线传感器节点通信范围内是否有车辆；

S110：当通信范围内没有车辆，并在第一无线传感器节点中的节点信息达到预设条件时，选择其他无线传感器节点作为转发数据的中继节点，其中，其他无线传感器节点为V2I网络中除第一无线传感器节点以外的其他无线传感器节点；

S120：分别计算第一无线传感器节点与距离车辆最近的第二无线传感器节点之间转发数据的第一能耗、和第一无线传感器节点与基站节点Sink节点或距离Sink节点最近的第三无线传感器节点之间转发数据的第二能耗，其中，第二传感器节点为其他无线传感器节点中的一个传感器节点，第三传感器节点为其他无线传感器节点中的一个传感器节点，且与第二传感器节点不同，Sink节点为与外网建立通信连接的节点；

S130：在第一能耗小于第二能耗时，选择距离车辆最近的第二传感器节点作为转发数据的中继节点；

S131：在第一能耗大于第二能耗时，选择距离Sink节点最近的第三传感器节点作为转发数据的中继节点。

可见，通过本发明实施例的协同中继选择的方法，在通讯范围内没有车辆，并在第一无线传感器节点中的节点信息达到预设条件时，通过对第一能耗和第二能耗的计算，合理选择Sink节点附近的无线传感器节点，降低Sink节点附近的无线传感器节点的能耗，延长网络生存时间。

参见图2，图2为本发明实施例的第二种协同中继选择的方法的流程图，包括：

S200：检测V2I网络中的第一无线传感器节点通信范围内是否有车辆；

S210：当通信范围内有车辆时，选择该车辆作为转发数据的中继节点；

S211：接收车辆的车辆信息，其中，该车辆信息包括：车辆位置信息、车辆行驶速度信息、车辆数据传输速率信息；

S212：根据车辆位置信息、车辆行驶速度信息、车辆数据传输速率信息，计算车辆在第一无线传感器节点通信范围内的停留时间；

具体地，通过公式

$T_{i,j}=2\sqrt{r_{c,i}^2-{(y_j-y_i)}^2}/v_j$

计算车辆在第一无线传感器节点通信范围内的停留时间，其中，T_i,j表示车辆j在无线传感器节点i的通信范围内的停留时间；r_c,i表示无线传感器节点i的通信范围；y_j表示车辆j的纵坐标；y_i表示无线传感器节点i的纵坐标；v_j表示车辆j的行驶速度。

S213：选择停留时间中停留时间最短的车辆作为中继节点转发数据；

S220：当通信范围内没有车辆，并在第一无线传感器节点中的节点信息达到预设条件时，选择其他无线传感器节点作为转发数据的中继节点，其中，其他无线传感器节点为V2I网络中除第一无线传感器节点以外的其他无线传感器节点；

具体地，当通信范围内没有车辆，并在第一无线传感器节点中的节点信息达到预设条件时，选择其他无线传感器节点作为转发数据的中继节点，包括：

当第一无线传感器节点存储的数据大于第一无线传感器节点允许存储的最大容量时，或者

当车辆到达第一无线传感器节点的时间大于容忍时间时，选择其他无线传感器节点作为转发数据的中继节点，其中，该容忍时间为预设的第一无线传感器节点允许发送数据的时间。

具体地，通过公式：

D_i,max＝min(min(T_i,j,T_i,dt,At_i,j)R_i,D_i,c)

计算第一无线传感器节点允许存储的最大容量，其中，D_i,max表示无线传感器节点i允许孕畜的最大容量；T_i,j表示车辆j在无线传感器节点i的通信范围内的停留时间；T_i,dt表示无线传感器节点i发送数据的容忍时间；At_i,j表示车辆j进入到无线传感器节点i通信范围所需时间；R_i表示无线传感器节点i的数据传输速率；D_i,c表示无线传感器节点i数据缓存的最大值；

具体地，通过公式：

${\mathrm{Ad}}_{i,j}=|x_j-x_i|-\sqrt{r_{c,i}^2-{(y_j-y_i)}^2}$

At_i,j＝Ad_i,j/v_j

计算车辆到达第一无线传感器节点的时间，其中，Ad_i,j表示车辆j进入到无线传感器节点i的通信范围的距距离；At_i,j表示车辆j进入到无线传感器节点i的通信范围所需时间；v_j表示车辆j的行驶速度；r_c,i表示无线传感器节点i的通信范围；x_i,y_i分别表示无线传感器节点i的横坐标和纵坐标；x_j,y_j分别表示车辆j的横坐标和纵坐标。

S230：统计第一无线传感器节点到达距离车辆最近的第二无线传感器节点的第一跳数、和第一无线传感器节点到达Sink节点的第二跳数；

S240：计算第一无线传感器节点与距离车辆最近的第二无线传感器节点之间转发数据的第一能耗和第一无线传感器节点与Sink节点之间转发数据的第二能耗；

具体地，第一能耗公式为：

第二能耗公式为：

$E_{i,s}=\underset{i}{\overset{i+n_{hop,s}}{\Σ}}{D}_i{E}_i$

其中，E_i,j表示传感器节点i与距离车辆j最近的第二无线传感器节点之间转发数据的第一能耗；

D_i表示无线传感器节点i单位时间采集的数据量；

E_i,s表示无线传感器节点i与Sink节点之间转发数据的第二能耗；

E_i表示无线传感器节点i每发送一个比特数据需要消耗的能量；

n_hop,j表示无线传感器节点i到达距离车辆j最近的第二无线传感器节点的第一跳数；

n_hop,s表示无线传感器节点i到达Sink节点的第二跳数。

S250：在第一能耗小于第二能耗时，选择距离车辆最近的第二传感器节点作为转发数据的中继节点；

S251：在第一能耗大于第二能耗时，选择距离Sink节点最近的第三传感器节点作为转发数据的中继节点。

可见，通过本发明实施例的协同中继选择的方法，通过对车辆位置和无线传感器节点的通讯范围的比较，在通讯范围内有车辆时，选择车辆作为中继节点转发数据，有利于降低无线传感网络整体的能量消耗，延长无线传感网络的网络生存时间。

参见图3，图3为本发明实施例的第三种协同中继选择的方法的流程图，包括：

S300：检测V2I网络中的第一无线传感器节点通信范围内是否有车辆；

S310：当通信范围内有车辆时，选择该车辆作为转发数据的中继节点；

S320：当通信范围内没有车辆，并在第一无线传感器节点中的节点信息达到预设条件时，选择其他无线传感器节点作为转发数据的中继节点，其中，其他无线传感器节点为V2I网络中除第一无线传感器节点以外的其他无线传感器节点；

S330：统计第一无线传感器节点到达距离车辆最近的第二无线传感器节点的第一跳数、和第一无线传感器节点到达距离Sink节点最近的第三无线传感器节点的第二跳数；

S340：计算第一无线传感器节点与距离车辆最近的第二无线传感器之间转发数据的第一能耗和第一无线传感器节点与距离Sink节点最近的第三无线传感器节点之间转发数据的第二能耗。

具体地，通过公式：

$E_{i,sj}=\underset{i}{\overset{i+n_{hop,sj}}{\Σ}}{D}_i{E}_i$

其中，E_i,j表示无线传感器节点i与距离车辆j最近的第二无线传感器节点之间转发数据的第一能耗；

D_i表示无线传感器节点i单位时间采集的数据量；

E_i,sj表示无线传感器节点i与距离Sink节点最近的第三无线传感器节点之间转发数据的第二能耗；

E_i表示无线传感器节点i每发送一个比特数据需要消耗的能量；

n_hop,j表示无线传感器节点i到达距离车辆j最近的第二无线传感器节点的第一跳数；

n_hop,s表示无线传感器节点i到达Sink节点的第二跳数；

n_hop,sj表示无线传感器节点i到达距离Sink节点最近的第三无线传感器节点的第二跳数。

S350：在第一能耗小于第二能耗时，选择距离车辆最近的第二传感器节点作为转发数据的中继节点；

S351：在第一能耗大于第二能耗时，选择距离Sink节点最近的第三传感器节点作为转发数据的中继节点。

可见，通过本发明实施例的协同中继选择的方法，通过计算距离Sink节点最近的第三传感器节点的第二能耗，并且通过对第一能耗和第二能耗的比较，选择能耗较低的无线传感器节点作为转发数据的中继节点，能够降低Sink节点附近的无线传感器节点的能耗，延长网络生存时间。

具体地，参见图4，图4为本发明实施例的协同中继选择的方法中检测第一无线传感器节点通信范围内是否有车辆的流程图，包括：

S400：获取并根据车辆的位置信息和第一无线传感器节点的位置信息，计算第一无线传感器节点与车辆之间的第一距离；

S410：检测所述第一无线传感器节点通信范围是否大于所述第一距离；

S420：当所述第一无线传感器节点的通信范围大于所述第一距离时，所述通信范围内有车辆；

S421：当所述第一无线传感器节点的通信范围小于所述第一距离时，所述通信范围内没有车辆。

参见图5，图5为本发明实施例的第四种协同中继选择的方法的流程图，包括：

S500：检测V2I网络中的第一无线传感器节点通信范围内是否有车辆；

S510：当通信范围内有车辆时，选择该车辆作为转发数据的中继节点；

S520：当通信范围内没有车辆时，并且，当第一无线传感器节点存储的数据大于第一无线传感器节点允许存储的最大容量时，或者

当车辆到达第一无线传感器节点的时间大于容忍时间时，选择其他无线传感器节点作为转发数据的中继节点；

S521：当通信范围内没有车辆时，并且，当第一无线传感器节点存储的数据小于第一无线传感器节点允许存储的最大容量时；或者

当车辆到达第一无线传感器节点的时间小于容忍时间时，继续检测第一无线传感器节点通信范围内是否有车辆，其中，该容忍时间为预设的第一无线传感器节点允许发送数据的时间；

S530：分别计算第一无线传感器节点与距离车辆最近的第二无线传感器节点之间转发数据的第一能耗、和第一无线传感器节点与基站节点Sink节点或距离Sink节点最近的第三无线传感器节点之间转发数据的第二能耗，其中，第二传感器节点为其他无线传感器节点中的一个传感器节点，第三传感器节点为其他无线传感器节点中的一个传感器节点，且与第二传感器节点不同，Sink节点为与外网建立通信连接的节点；

S540：在第一能耗小于第二能耗时，选择距离车辆最近的第二传感器节点作为转发数据的中继节点；

S541：在第一能耗大于第二能耗时，选择距离Sink节点最近的第三传感器节点作为转发数据的中继节点。

可见，通过本发明实施例的协同中继选择的方法，在通信范围内没有车辆时，并且，当第一无线传感器节点存储的数据小于第一无线传感器节点允许存储的最大容量时；或者当车辆到达第一无线传感器节点的时间小于容忍时间时，继续检测第一无线传感器节点通信范围内是否有车辆，能够有效选择合适的中继节点进行数据转发，降低无线传感网络的能耗，延长无线广安网络的生存时间。

参见图6，图6为本发明实施例的协同中继选择方法的协同选择的网络框图，包括：第一无线传感器节点s₁、第四无线传感器节点s₂、第五无线传感器节点s₃、Sink节点、第一车辆j₁、第二车辆j₂。

第一无线传感器节点s₁、第四无线传感器节点s₂、第五无线传感器节点s₃分别检测各自通信范围内是否有车辆进入；

第一车辆j₁、第二车辆j₂在第一无线传感器节点s₁的通信范围内，第一无线传感器节点s₁发送接入请求信息给车辆j₁、j₂；

第一车辆j₁、第二车辆j₂接收到接入请求信息后，采集车辆信息并发送给第一无线传感器节点s₁，第一无线传感器节点s₁将接收的车辆信息转发给第四无线传感器节点s₂、第五无线传感器节点s₃；

假设，第一车辆j₁的位置信息l_j1＝(1,8)、车辆行驶速度信息v_j1＝25m/s、车辆数据传输速率信息R_j1＝128kbps，第二车辆j₂的位置信息l_j2＝(3,5)、速度v_j2＝25m/s、数据传输速率R_j2＝128kbps。s₁，s₂，s₃的位置分别为(15，12)，(28，12)，(41，12)，r_c,1＝15，k＝2，D_i,c＝10MB，

第一无线传感器节点s₁、第四无线传感器节点s₂、第五无线传感器节点s₃分别通过以下公式进行计算：

$T_{i,j}=2\sqrt{r_{c,i}^2-{(y_j-y_i)}^2}/v_j$

${\mathrm{Ad}}_{i,j}=|x_j-x_i|-\sqrt{r_{c,i}^2-{(y_j-y_i)}^2}$

At_i,j＝Ad_i,j/v_j

Dt_max,i,j＝R_iT_i,j

$T_{ASI,i}=\left\{\begin{array}{cc}\max \left(T_{i,J}\right)/K,& \max \left(T_{i,J}\right)/k<\min \left(T_{i,J}\right)\\ \min \left(T_{i,J}\right),& \max \left(T_{i,J}\right)/k>\min \left(T_{i,J}\right)\end{array}\right.$

$D_{i,max}=\min \left(min\right(T_{i,j},T_{i,dt},{\mathrm{AT}}_{i,j})R_{s_i},D_{i,c})$

其中，T_i,j表示车辆j在无线传感器节点i的通信范围内的停留时间；r_c,i表示无线传感器节点i的通信范围；x_i,y_i分别表示无线传感器节点i的横坐标和纵坐标；x_j,y_j分别表示车辆j的横坐标和纵坐标；v_j表示车辆j的行驶速度；Ad_i,j表示车辆j进入到无线传感器节点i的通信范围的距距离；At_i,j表示车辆j进入到无线传感器节点i的通信范围所需时间；Dt_max,i,j表示车辆j通过无线传感器节点i的通信范围时无线传感器节点的最大数据传输量；R_i表示无线传感器节点i的数据传输速率；D_i,c表示无线传感器节点i的数据缓存的最大值；T_i,J表示无线传感器节点i的通信范围内车辆的停留时间集合，T_i,J＝{T_i,1,T_i,2,……，T_i,k}，k表示无线传感器节点i的通信范围内车辆的数量；T_ASI,i表示接入切换时间间隔。

得到以下结果：

${\mathrm{At}}_{s_1,j_1}={\mathrm{At}}_{s_1,j_2}=0,{\mathrm{DT}}_{max,s_1,j_1}=148.0373kbit,$

${\mathrm{DT}}_{max,s_1,j_2}=135.8438kbit,T_{ASI,s_1}=0.5783s,$

${\mathrm{Ad}}_{s_2,j_1}=12.2014,{\mathrm{Ad}}_{s_2,j_2}=11.7335,$

${\mathrm{At}}_{s_2,j_1}=0.4881s,{\mathrm{At}}_{s_2,j_2}=0.4693s,$

$D_{s_2,max}=135.8438kbit,C_{s_2,s}=60.0704bit,$

${\mathrm{Ad}}_{s_3,j_1}=26.5432,{\mathrm{Ad}}_{s_3,j_2}=26.7335,$

${\mathrm{At}}_{s_3,j_1}=1.0617s,{\mathrm{At}}_{s_3,j_2}=1.0693s,$

$D_{s_3,max}=135.8438kbit,C_{s_3,s}=135.8976bit.$

其中，

由上述结果可知，第一无线传感器节点s₁选择停留时间最短的第一车辆j₁作为中继节点转发数据，也就是说第一无线传感器节点s₁会先选择接入第二车辆j₂，0.5783s后会选择接入第一车辆j₁。

由于且第四无线传感器节点s₂存储采集的数据等待车辆进入其通信范围；

由于且第五无线传感器节点s₃选择其他无线传感器节点作为中继节点转发数据。

分别统计第五无线传感器节点s₃到达距离第一车辆j₁最近的第六无线传感器节点的第三跳数、距离第二车辆j₂最近的第七无线传感器节点的第四跳数以及第五无线传感器节点s₃与Sink节点的第五跳数n_hop,j1＝n_hop,j2＝3,n_hop,s＝1，并计算第五无线传感器节点s₃与距离第一车辆j₁最近的第六无线传感器节点的第三能耗距离第二车辆j₂最近的第七无线传感器节点的第四能耗以及第五无线传感器节点s₃与所述Sink节点的第五能耗

假设E_s1＝E_s2＝E_s3＝50μJ/bit,通过公式

$E_{i,s}=\underset{i}{\overset{i+n_{hop,s}}{\&Sigma;}}{D}_i{E}_i$

计算得到E_s3，s＝6.4mJ，

可知：且

其中，E_i,j表示无线传感器节点i与距离车辆j最近的第二无线传感器节点之间转发数据的第一能耗；

D_i表示无线传感器节点i单位时间采集的数据量；

E_i,s表示无线传感器节点i与Sink节点之间转发数据的第二能耗；

E_i表示无线传感器节点i每发送一个比特数据需要消耗的能量；

n_hop,j表示无线传感器节点i到达距离车辆j最近的第二无线传感器节点的第一跳数；

n_hop,s表示无线传感器节点i到达Sink节点的第二跳数。

则所述第五无线传感器节点s₃选择距离Sink节点较近的其他无线传感器节点作为中继转发数据。

由上述方案可知，通过获取车辆和所述无线传感器节点的相对位置计算车辆停留时间、到达距离和到达时间，所述无线传感器节点可以根据计算结果提前选择合适的中继节点转发数据。

依据上述的举例，第一车辆j₁、第二车辆j₂以25m/s的速度行驶穿过第一无线传感器节点s₁、第四无线传感器节点s₂和第五无线传感器节点s₃的能耗和网络生存时间分析如下：

第一无线传感器节点s₁、第四无线传感器节点s₂和第五无线传感器节点s₃采用传统方式的路径分别为s₁：s₁→s₂→s₃→Sink；s₂：s₂→s₃→Sink；s₃：s₃→Sink，则每个无线传感器节点的能耗分别为E_s1,trad＝12.8mJ，E_s2,trad＝25.6mJ，E_s3,trad＝38.4mJ。由第一无线传感器节点s₁、第四无线传感器节点s₂和第五无线传感器节点s₃组成的无线传感器网络的总能耗为E_sum,trad＝76.8mJ。

第一无线传感器节点s₁、第四无线传感器节点s₂和第五无线传感器节点s₃采用本发明实施例的方法的路径分别为s₁：s₁→j₁,j₂，s₁→s₂→j₁,j₂；s₂：s₂→j₁,j₂，s₃：s₃→Sink，则每个无线传感器节点的能耗E_s1,new＝12.8mJ，E_s2,new＝19.2mJ，E_s3,new＝12.8mJ。由第一无线传感器节点s₁、第四无线传感器节点s₂和第五无线传感器节点s₃组成的无线传感器网络的总能耗为E_sum,new＝44.8mJ。

由上述方案可知，本发明实施例的可以降低无线传感器网络的总能耗，采用传统路由算法距离Sink节点最近的节点s₃容易产生能量空洞，本发明实施例中其采用传统路由算法能耗为E_s3,trad＝38.4mJ，采用新算法能耗为E_s3,new＝12.8mJ。因此，本发明实施例也能够在一定程度上解决了Sink节点附近无线传感网络能量消耗大的问题，降低了无线传感网络的能耗。

参见图7，图7为本发明实施例的协同中继选择方法的无线传感器节点接入选择车辆的流程图，包括：

S701：第一无线传感器节点s₁发送接入请求信息给第一车辆j₁；

S702：第一无线传感器节点s₁发送接入请求信息给第二车辆j₂；

S703：第一车辆j₁同意并发送同意接入信息给第一无线传感器节点s₁；

S704：第二车辆j₂同意并发送同意接入信息给第一无线传感器节点s₁；

S705：第一无线传感器节点s₁选择第一车辆j₁作为转发数据的中继节点，并发送数据转发请求给第一车辆j₁；

S706：第一车辆j₁同意转发数据并发送同意转发信息给第一无线传感器节点s₁，第一无线传感器节点s₁接收到同意转发信息后，发送数据给第一车辆j₁进行转发。

参见图8，图8为本发明实施例的一种协同中继选择系统的结构框图，包括：

检测模块800，用于检测车与基础设施V2I网络中的第一无线传感器节点通信范围内是否有车辆，包括：

获取子模块801，用于获取车辆的位置信息和第一无线传感器节点的位置信息；

第一计算子模块802，用于根据车辆的位置信息和第一无线传感器节点的位置信息，计算第一无线传感器节点与车辆之间的第一距离；

检测子模块803，用于当所述第一无线传感器节点的通信范围大于所述第一距离时，所述通信范围内有车辆；或者

当所述第一无线传感器节点的通信范围小于所述第一距离时，所述通信范围内没有车辆。

第一选择模块810，用于当通信范围内没有车辆时，并在第一无线传感器节点中的节点信息达到预设条件时，选择其他无线传感器节点作为转发数据的中继节点，其中，其他无线传感器节点为V2I网络中除第一无线传感器节点以外的其他无线传感器节点。

具体用于：

当第一无线传感器节点存储的数据大于允许存储的最大容量时，或者

当车辆到达第一无线传感器节点的时间大于容忍时间时，选择其他无线传感器节点作为转发数据的中继节点。

该第一选择模块810还用于：当第一无线传感器节点存储的数据小于第一无线传感器节点允许存储的最大容量时；或者

当车辆到达第一无线传感器节点的时间小于容忍时间时，继续检测第一无线传感器节点通信范围内是否有车辆，其中，该容忍时间为预设的第一无线传感器节点允许发送数据的时间。

计算模块820，用于分别计算第一无线传感器节点与距离车辆最近的第二无线传感器节点之间转发数据的第一能耗、和第一无线传感器节点与Sink节点或距离Sink节点最近的第三无线传感器节点之间转发数据的第二能耗，其中，第二传感器节点为其他无线传感器节点中的一个传感器节点，第三传感器节点为其他无线传感器节点中的一个传感器节点，且与第二传感器节点不同，Sink节点为与外网建立通信连接的节点，包括：

统计子模块821，用于统计第一无线传感器节点到达距离车辆最近的第二无线传感器节点的第一跳数、和第一无线传感器节点到达Sink节点的第二跳数，或者

统计第一无线传感器节点到达距离车辆最近的第二无线传感器节点的第一跳数、和第一无线传感器节点到达距离Sink节点最近的第三无线传感器节点的第二跳数。

第二计算子模块822，用于计算第一无线传感器节点与距离车辆最近的第二无线传感器节点之间转发数据的第一能耗和第一无线传感器节点与Sink节点之间转发数据的第二能耗，或者

计算第一无线传感器节点与距离车辆最近的第二无线传感器之间转发数据的第一能耗和第一无线传感器节点与距离Sink节点最近的第三无线传感器节点之间转发数据的第二能耗。

第二选择模块830，用于在第一能耗小于第二能耗时，选择距离车辆最近的第二传感器节点作为转发数据的中继节点；或者

在第一能耗大于第二能耗时，选择距离Sink节点最近的第三传感器节点作为转发数据的中继节点。

具体地，本发明实施例的协同中继选择的系统还包括：

第三选择模块840，用于当通信范围内有车辆时，选择车辆作为转发数据的中继节点，包括：

接收子模块841，用于接收车辆的车辆信息，其中，该车辆信息包括：车辆位置信息、车辆行驶速度信息、车辆数据传输速率信息；

具体地，车辆位置信息至少包括：通过全球定位系统、北斗卫星导航系统获取；

具体地，车辆行驶速度信息通过车辆速度传感器获取；

第三计算子模块842，根据上述的车辆位置信息、车辆行驶速度信息、车辆数据传输速率信息，计算车辆在第一无线传感器节点的通信范围内的停留时间；

第三选择子模块843，用于选择停留时间中停留时间最短的车辆作为中继节点转发数据。

具体地，本发明实施例的协同中继选择的系统中的所有无线传感器节点与车辆至少包括使用紫蜂协议ZigBee无线通信技术、专用短程通信技术建立通信。

具体地，参见图9，图9为本发明实施例的另一种协同中继选择系统的结构框图，包括：

数据采集模块900，用于采集车辆信息，至少包括车辆位置信息、车辆行驶速度信息、车辆数据传输速率信息；

第一通信模块910，用于接收第一无线传感器节点发送的所述接入请求信息，获取所述数据采集模块采集的车辆信息并返回所述车辆信息至该第一无线传感器节点；

第二通信模块920，用于获取该第一无线传感节点发送的数据，并转发所述数据至所述Sink节点。

可见，通过对所述无线传感器节点和所述车载单元的计算，能够实现传输状态的预测，从而提前合理选择中继节点，降低无线传感器网络的能耗，解决Sink节点附近无线传感网络能量消耗大的问题，延长无线传感网络的生存时间并提高数据的转发效率。

上述数据采集模块900、第一通信模块910、第二通信模块920也可以是本发明实施例的协同中继选择的系统的车辆的车载单元实现，在此不再详述。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种协同中继选择的方法，其特征在于，包括：

检测车与基础设施V2I网络中的第一无线传感器节点通信范围内是否有车辆；

当所述通信范围内没有车辆，并在所述第一无线传感器节点中的节点信息达到预设条件时，选择其他无线传感器节点作为转发数据的中继节点，其中，所述其他无线传感器节点为所述V2I网络中除所述第一无线传感器节点以外的其他无线传感器节点；

分别计算所述第一无线传感器节点与距离所述车辆最近的第二无线传感器节点之间转发数据的第一能耗、和所述第一无线传感器节点与基站节点Sink节点或距离所述Sink节点最近的第三无线传感器节点之间转发数据的第二能耗，其中，所述第二传感器节点为所述其他无线传感器节点中的一个传感器节点，所述第三传感器节点为所述其他无线传感器节点中的一个传感器节点，且与所述第二传感器节点不同，所述Sink节点为与外网建立通信连接的节点；

在所述第一能耗小于所述第二能耗时，选择距离所述车辆最近的第二传感器节点作为转发数据的中继节点；

在所述第一能耗大于所述第二能耗时，选择距离所述Sink节点最近的第三传感器节点作为转发数据的中继节点。

2.根据权利要求1所述的协同中继选择的方法，其特征在于，在所述检测车与基础设施V2I网络中的第一无线传感器节点通信范围内是否有车辆之后，所述的协同中继选择的方法还包括：

当所述通信范围内有车辆时，选择所述车辆作为转发数据的中继节点。

3.根据权利要求2所述的协同中继选择的方法，其特征在于，所述选择所述车辆作为转发数据的中继节点，包括：

接收所述车辆的车辆信息，其中，所述车辆信息包括：车辆位置信息、车辆行驶速度信息、车辆数据传输速率信息；

根据所述车辆位置信息、所述车辆行驶速度信息、所述车辆数据传输速率信息，计算所述车辆在所述第一无线传感器节点通信范围内的停留时间；

选择所述停留时间中停留时间最短的车辆作为中继节点转发数据。

4.根据权利要求1所述的协同中继选择的方法，其特征在于，所述当所述通信范围内没有车辆，并在所述第一无线传感器节点中的节点信息达到预设条件时，选择其他无线传感器节点作为转发数据的中继节点，包括：

当所述第一无线传感器节点存储的数据大于所述第一无线传感器节点允许存储的最大容量时，或者

当所述车辆到达所述第一无线传感器节点的时间大于容忍时间时，选择其他无线传感器节点作为转发数据的中继节点，其中，所述容忍时间为预设的第一无线传感器节点允许发送数据的时间。

5.根据权利要求1所述的协同中继选择的方法，其特征在于，所述分别计算所述第一无线传感器节点与距离所述车辆最近的第二无线传感器节点之间转发数据的第一能耗、和所述第一无线传感器节点与基站节点Sink节点或距离所述Sink节点最近的第三无线传感器节点之间转发数据的第二能耗，包括：

统计并根据所述第一无线传感器节点到达所述距离所述车辆最近的第二无线传感器节点的第一跳数、和所述第一无线传感器节点到达所述Sink节点的第二跳数，计算所述第一无线传感器节点与所述距离所述车辆最近的第二无线传感器节点之间转发数据的第一能耗和所述第一无线传感器节点与所述Sink节点之间转发数据的第二能耗；或者

统计并根据所述第一无线传感器节点到达所述距离所述车辆最近的第二无线传感器节点的第一跳数、和所述第一无线传感器节点到达所述距离所述Sink节点最近的第三无线传感器节点的第二跳数，计算所述第一无线传感器节点与所述距离所述车辆最近的第二无线传感器之间转发数据的第一能耗和所述第一无线传感器节点与所述距离所述Sink节点最近的第三无线传感器节点之间转发数据的第二能耗。

6.根据权利要求1所述的协同中继选择的方法，其特征在于，所述当所述通信范围内没有车辆时，所述的协同中继选择的方法还包括：

当所述第一无线传感器节点存储的数据小于所述第一无线传感器节点允许存储的最大容量时；或者

当所述车辆到达所述第一无线传感器节点的时间小于容忍时间时，继续检测所述第一无线传感器节点通信范围内是否有车辆，其中，所述容忍时间为预设的所述第一无线传感器节点允许发送数据的时间。

7.一种协同中继选择的系统，其特征在于，包括：

检测模块，用于检测车与基础设施V2I网络中的第一无线传感器节点通信范围内是否有车辆；

第一选择模块，用于当所述通信范围内没有车辆时，并在所述第一无线传感器节点中的节点信息达到预设条件时，选择其他无线传感器节点作为转发数据的中继节点，其中，所述其他无线传感器节点为所述V2I网络中除所述第一无线传感器节点以外的其他无线传感器节点；

计算模块，用于分别计算所述第一无线传感器节点与距离所述车辆最近的第二无线传感器节点之间转发数据的第一能耗、和所述第一无线传感器节点与基站节点Sink节点或距离所述Sink节点最近的第三无线传感器节点之间转发数据的第二能耗，其中，所述第二传感器节点为所述其他无线传感器节点中的一个传感器节点，所述第三传感器节点为所述其他无线传感器节点中的一个传感器节点，且与所述第二传感器节点不同，所述Sink节点为与外网建立通信连接的节点；

第二选择模块，用于在所述第一能耗小于所述第二能耗时，选择距离所述车辆最近的第二传感器节点作为转发数据的中继节点；或者

在所述第一能耗大于所述第二能耗时，选择距离所述Sink节点最近的第三传感器节点作为转发数据的中继节点。

8.根据权利要求7所述的协同中继选择的系统，其特征在于，所述的协同中继选择的系统还包括：

第三选择模块，用于当所述通信范围内有车辆时，选择所述车辆作为转发数据的中继节点。

9.根据权利要求8所述的协同中继选择的系统，其特征在于，所述第三选择模块包括：

接收子模块，用于接收所述车辆的车辆信息，其中，所述车辆信息包括：车辆位置信息、车辆行驶速度信息、车辆数据传输速率信息；

第三计算子模块，用于根据所述车辆位置信息、所述车辆行驶速度信息、所述车辆数据传输速率信息，计算所述车辆在所述第一无线传感器节点的通信范围内的停留时间；

第三选择子模块，用于选择所述停留时间中停留时间最短的车辆作为中继节点转发数据。

10.根据权利要求7所述的协同中继选择的系统，其特征在于，所述第一选择模块具体用于：

当所述第一无线传感器节点存储的数据大于所述第一无线传感器节点允许存储的最大容量时，或者

当所述车辆到达所述第一无线传感器节点的时间大于容忍时间时，选择其他无线传感器节点作为转发数据的中继节点，其中，所述容忍时间为预设的第一无线传感器节点允许发送数据的时间。