CN106373398A - 基于蓝牙通信的交通传感器组网方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于蓝牙通信的交通传感器组网方法，步骤如下：在公路上设置均包含蓝牙通信模块的传感器节点、数据传输节点和网关节点；在公路上设置一个网关节点和一组传感器节点，本路段网关节点和传感器节点之间设置n组数据传输节点，并以此网关节点作为根节点；由根节点查询自身覆盖范围内的数据传输节点建立连接形成根微微网；接着选取能量值最高的从节点作为二级微微网的主节点进行网络扩散构建二级微微网，进而逐步构造至n+1级微微网，n+1级微微网的从节点即为传感器节点；最终形成蓝牙分布式网络，将传感器节点检测到的车辆信息通过该网络发送至网关节点，并最终传输至服务器进行处理。本发明具有功耗低、低延迟、超长通信距离、数据传输安全性高等特点。

Description

基于蓝牙通信的交通传感器组网方法

技术领域

本发明涉及智能交通通信组网技术领域，特别是一种基于蓝牙通信的交通传感器组网方法。

背景技术

随着城市的发展和道路的建设，城市交通拥堵现象日趋恶化。汽车工业的快速发展，进一步加剧了城市交通压力，智能交通系统应运而生。智能交通系统是将先进的信息技术、数据通信传输技术、电子传感技术等有效地集成运用于整个交通运输管理体系，而建立起的一种实时、准确、高效的综合运输和管理系统。

将无线传感器网络融入智能交通系统的想法是随着传感器网络技术的发展成熟而逐渐形成的。其具体的技术优势在于：无线传感器网络易于部署，施工方便，运作成本和维护成本都很低；自组织形成网络结构，有利于多个传感器的融合，获取更加准确全面的交通参数；具有较好的可扩展性，可以通过移动代理技术进行在线升级或增加服务内容。

目前，常用的无线传感器网络通信技术有蓝牙、ZigBee、WiFi。其中，ZigBee技术传输速率低，主要用于传输控制信息，数据量相对来说比较小，硬件成本高，且其网络层研究还未深入，未被大规模应用；WiFi技术比较适用于室内场所，安全性较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本低、安全性高的基于蓝牙通信的交通传感器组网方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种基于蓝牙通信的交通传感器组网方法，包括以下几个步骤：

步骤1，在公路上设置传感器节点、数据传输节点和网关节点，这三类节点均包含蓝牙通信模块；

步骤2，在公路上每隔距离L设置一个网关节点，距离本路段网关节点距离L1处设置一组传感器节点，本路段网关节点和传感器节点之间设置n组数据传输节点，并以此网关节点作为根节点；

步骤3，由根节点查询自身覆盖范围内的数据传输节点，该根节点与查询到的数据传输节点建立连接形成根微微网，其中根节点为根微微网的主节点，根节点连接的数据传输节点为从节点；

步骤4，根微微网形成后，选取能量值最高的从节点作为二级微微网的主节点进行网络扩散，根据步骤3所述的方法构建二级微微网，进而逐步构造至n+1级微微网，n+1级微微网的从节点即为传感器节点；

步骤5，通过构造多个独立的非同步的微微网，形成蓝牙分布式网络，将传感器节点检测到的车辆信息通过该网络发送至网关节点，并最终传输至服务器进行处理。

进一步地，步骤1所述传感器节点采用地磁传感器，所述数据传输节点为蓝牙节点。

进一步地，步骤2所述距离本路段网关节点距离L1处设置一组传感器节点，本路段网关节点和传感器节点之间设置n组数据传输节点，具体为：

以双向6车道的公路作为交通传感器布设背景，一组传感器节点包括6个地磁传感器，各个地磁传感器分部布设在每个车道的中间线上，且6个车道上的地磁传感器保持在垂直公路前进方向的同一直线上；每组数据传输节点的数量为6且平行于传感器节点设置，各组数据传输节点以等间隔l设置于本路段网关节点和传感器节点之间，且网关节点与第一组数据传输节点之间的直线距离为l，第n组数据传输节点与传感器节点之间距离为l，(n+1)l＝L1；本路段传感器节点距离下一路段网关节点的距离为L2，则L＝L1+L2。

进一步地，步骤5所述将传感器节点检测到的车辆信息通过该网络发送至网关节点，并最终传输至服务器进行处理，具体如下：

当传感器节点检测到车辆信息后，将车辆信息发送给传感器节点的主节点，即n+1级微微网主节点；该主节点继续将车辆信息发送至n级微微网主节点，最终车辆信息经多跳转发，发送至网关节点；网关节点通过宽带将车辆信息传输至服务器，服务器对车辆信息进行处理与分析。

优选地，步骤2所述在公路上每隔距离L设置一个网关节点，距离本路段网关节点距离L1处设置一组传感器节点，本路段网关节点和传感器节点之间设置n组数据传输节点，其中L取值250m，L1取值200m，n取值9，则由(n+1)l＝L1得l＝20m，由L＝L1+L2得L2＝50m。

优选地，所述根微微网与各级微微网中，主节点所查询的自身覆盖范围为距自身距离R＝30m的圆形区域。

进一步地，所述根微微网与各级微微网中，一个微微网的主节点最多连接7个从节点，且从节点只能属于一个微微网，因此主节点在查询自身覆盖范围内的数据传输节点时，不考虑已属于其他微微网的数据传输节点。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)蓝牙4.0技术是集传统蓝牙技术、高速技术和低耗能技术于一体的最新蓝牙通信规范，具有极低的运行和待机功耗、低成本、3ms低延迟、100m以上超长通信距离、AES-128加密等特点；(2)成本较低，达到100m以上超长通信距离，且增加了AES-128加密，大大地提高了数据传输的安全性；(3)服务器进行数据的处理与分析，从而获取当前交通状况的相关信息，有效地避免了城市交通拥堵现象。

附图说明

图1为本发明基于蓝牙通信的交通传感器组网方法的微微网拓扑结构示意图；

图2为本发明基于蓝牙通信的交通传感器组网方法的节点布设与组网示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明:

本发明利用蓝牙通信技术，将道路上布设的地磁传感器节点、数据传输节点和网关节点这三类蓝牙节点自组织成一个蓝牙分布式网络，该网络由多个非同步的微微网构成。通过该网络，传感器节点检测到的车辆信息被一级一级传送至网关节点，然后经有线传输至服务器。最后，服务器进行数据的处理与分析，从而获取当前交通状况的相关信息。

结合图1～2，本发明基于蓝牙通信的交通传感器组网方法，包括以下几个步骤：

步骤1，在公路上设置传感器节点、数据传输节点和网关节点，这三类节点均包含蓝牙通信模块；

所述传感器节点采用地磁传感器，所述数据传输节点为蓝牙节点。

步骤2，在公路上每隔距离L设置一个网关节点，距离本路段网关节点距离L1处设置一组传感器节点，本路段网关节点和传感器节点之间设置n组数据传输节点，并以此网关节点作为根节点；

所述距离本路段网关节点距离L1处设置一组传感器节点，本路段网关节点和传感器节点之间设置n组数据传输节点，具体为：以双向6车道的公路作为交通传感器布设背景，一组传感器节点包括6个地磁传感器，各个地磁传感器分部布设在每个车道的中间线上，且6个车道上的地磁传感器保持在垂直公路前进方向的同一直线上；每组数据传输节点的数量为6且平行于传感器节点设置，各组数据传输节点以等间隔l设置于本路段网关节点和传感器节点之间，且网关节点与第一组数据传输节点之间的直线距离为l，第n组数据传输节点与传感器节点之间距离为l，(n+1)l＝L1；本路段传感器节点距离下一路段网关节点的距离为L2，则L＝L1+L2。例如，L取值250m，L1取值200m，n取值9，则由(n+1)l＝L1得l＝20m，由L＝L1+L2得L2＝50m。

步骤3，由根节点查询自身覆盖范围内的数据传输节点，该根节点与查询到的数据传输节点建立连接形成根微微网，其中根节点为根微微网的主节点，根节点连接的数据传输节点为从节点；

所述根微微网与各级微微网中，主节点所查询的自身覆盖范围为距自身距离R＝30m的圆形区域。

步骤4，根微微网形成后，选取能量值最高的从节点作为二级微微网的主节点进行网络扩散，根据步骤3所述的方法构建二级微微网，进而逐步构造至n+1级微微网，n+1级微微网的从节点即为传感器节点；

所述根微微网与各级微微网中，一个微微网的主节点最多连接7个从节点，且从节点只能属于一个微微网，因此主节点在查询自身覆盖范围内的数据传输节点时，不考虑已属于其他微微网的数据传输节点。

步骤5，通过构造多个独立的非同步的微微网，形成蓝牙分布式网络，将传感器节点检测到的车辆信息通过该网络发送至网关节点，并最终传输至服务器进行处理；

所述将传感器节点检测到的车辆信息通过该网络发送至网关节点，并最终传输至服务器进行处理，具体如下：当传感器节点检测到车辆信息后，将车辆信息发送给传感器节点的主节点，即n+1级微微网主节点；该主节点继续将车辆信息发送至n级微微网主节点，最终车辆信息经多跳转发，发送至网关节点；网关节点通过宽带将车辆信息传输至服务器，服务器对车辆信息进行处理与分析。

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1

如图1所示，蓝牙采用的是一种灵活的无基站的组网方式，一个蓝牙设备可同时与其他7个蓝牙设备相连接。微微网是通过蓝牙技术连接起来的一种微型网络。一个微微网可以指示两台相连的设备，比如一台便携式电脑和一部移动电话，也可以是8台连在一起的设备。在一个微微网中，所有设备的调频顺序是相同的，具有相同的权限。在微微网初建时，定义其中的一个蓝牙设备为主设备，其余设备则为从设备。因此，在一个微微网中仅有一个主节点和最多7个从节点。

当一个微微网组建完成后，我们可以选取该微微网中的若干从节点分别作为主节点，组建各自的下一级微微网络。并且，我们最多可以选择6个从节点作为下一级主节点，留有1个空位，以便在网络运行过程中，少量新节点可以直接加入而不用重新组网。

如图2所示，给出了基于蓝牙通信的交通传感器组网方法的节点布设与组网示意图，蓝牙节点的理论传输半径大于100m，实际应用中我们按照30m的传输距离进行考虑，组网的具体步骤如下：

步骤1，以双向6车道的公路作为交通传感器布设背景(通常一个车道宽约3m)，在公路上设置地磁传感器节点、数据传输节点和网关节点，这三类节点均包含蓝牙通信模块。将6个地磁传感器结点分别布设在6个车道的中间线上，且6个车道上的地磁传感器保持在同一直线上。假设网关节点与6个地磁传感器所在直线的距离为200m，数据传输节点均匀分布在每个车道的中心线上，且每个车道上从传感器节点开始，每隔20m设置一个数据传输节点，则需在网关节点与传感器节点之间的每条车道上布置9个数据传输节点。

步骤2，在公路上每隔250m设置一个网关节点，并以此网关节点作为这段250m长的路段上的根节点。网关节点可以置于路边或者道路中央隔离带。

步骤3，由根节点查询其覆盖范围内(R＝30m)的蓝牙节点即数据传输节点，与之建立连接，形成根微微网，则网关节点只能与距离其20m的直线上的6个数据传输节点建立连接。其中网关节点为根微微网的主节点，其连接的6个数据传输节点为从节点。由于微微网最多可连接7个从节点，而此时多出来一个空位，则此空位在网络运行过程中，可以方便少量新节点的直接加入而不用重新组网。或者可以设置一个冗余结点，增强容错性。

步骤4，根微微网形成后，在其6个从节点中选取信号强度较强且能量值最高的节点作为二级微微网的主节点进行网络扩散，根据步骤3的方法，构建二级微微网。继续重复步骤四，构造至10级微微网。10级微微网的从节点即为传感器节点。在构造微微网的过程中，从节点只能属于一个微微网，因此主节点在查询其覆盖范围内的蓝牙节点时，不考虑已属于其他微微网(即上级微微网)的蓝牙节点。

步骤5，通过构造多个独立的非同步的微微网，形成蓝牙分布式网络。当传感器检测到车辆信息后，将信息发送给其主节点，即10级微微网主节点。该主节点继续将信息发送至9级微微网主节点。最终，车辆信息经多跳转发，发送至根微微网结点即网关节点。网关节点通过宽带等有线传输方式将信息传输至服务器，服务器进行数据的处理与分析，从而获取当前交通状况的相关信息。

Claims (7)

1.一种基于蓝牙通信的交通传感器组网方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤1，在公路上设置传感器节点、数据传输节点和网关节点，这三类节点均包含蓝牙通信模块；

步骤2，在公路上每隔距离L设置一个网关节点，距离本路段网关节点距离L1处设置一组传感器节点，本路段网关节点和传感器节点之间设置n组数据传输节点，并以此网关节点作为根节点；

步骤3，由根节点查询自身覆盖范围内的数据传输节点，该根节点与查询到的数据传输节点建立连接形成根微微网，其中根节点为根微微网的主节点，根节点连接的数据传输节点为从节点；

步骤4，根微微网形成后，选取能量值最高的从节点作为二级微微网的主节点进行网络扩散，根据步骤3所述的方法构建二级微微网，进而逐步构造至n+1级微微网，n+1级微微网的从节点即为传感器节点；

步骤5，通过构造多个独立的非同步的微微网，形成蓝牙分布式网络，将传感器节点检测到的车辆信息通过该网络发送至网关节点，并最终传输至服务器进行处理。

2.根据权利要求1所述的基于蓝牙通信的交通传感器组网方法，其特征在于，步骤1所述传感器节点采用地磁传感器，所述数据传输节点为蓝牙节点。

3.根据权利要求1或2所述的基于蓝牙通信的交通传感器组网方法，其特征在于，步骤2所述距离本路段网关节点距离L1处设置一组传感器节点，本路段网关节点和传感器节点之间设置n组数据传输节点，具体为：

以双向6车道的公路作为交通传感器布设背景，一组传感器节点包括6个地磁传感器，各个地磁传感器分部布设在每个车道的中间线上，且6个车道上的地磁传感器保持在垂直公路前进方向的同一直线上；每组数据传输节点的数量为6且平行于传感器节点设置，各组数据传输节点以等间隔l设置于本路段网关节点和传感器节点之间，且网关节点与第一组数据传输节点之间的直线距离为l，第n组数据传输节点与传感器节点之间距离为l，(n+1)l＝L1；本路段传感器节点距离下一路段网关节点的距离为L2，则L＝L1+L2。

4.根据权利要求1或2所述的基于蓝牙通信的交通传感器组网方法，其特征在于，步骤5所述将传感器节点检测到的车辆信息通过该网络发送至网关节点，并最终传输至服务器进行处理，具体如下：

当传感器节点检测到车辆信息后，将车辆信息发送给传感器节点的主节点，即n+1级微微网主节点；该主节点继续将车辆信息发送至n级微微网主节点，最终车辆信息经多跳转发，发送至网关节点；网关节点通过宽带将车辆信息传输至服务器，服务器对车辆信息进行处理与分析。

5.根据权利要求3所述的基于蓝牙通信的交通传感器组网方法，其特征在于，步骤2所述在公路上每隔距离L设置一个网关节点，距离本路段网关节点距离L1处设置一组传感器节点，本路段网关节点和传感器节点之间设置n组数据传输节点，其中L取值250m，L1取值200m，n取值9，则由(n+1)l＝L1得l＝20m，由L＝L1+L2得L2＝50m。

6.根据权利要求3所述的基于蓝牙通信的交通传感器组网方法，其特征在于，所述根微微网与各级微微网中，主节点所查询的自身覆盖范围为距自身距离R＝30m的圆形区域。

7.根据权利要求3所述的基于蓝牙通信的交通传感器组网方法，其特征在于，所述根微微网与各级微微网中，一个微微网的主节点最多连接7个从节点，且从节点只能属于一个微微网，因此主节点在查询自身覆盖范围内的数据传输节点时，不考虑已属于其他微微网的数据传输节点。