CN107274713B - 一种基于簇的停车诱导方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于簇的停车诱导方法，包括：对停车场按照一定规则进行分区，并通过在停车场中构建基于簇的车载自组织网络实现车位信息的动态采集与显示。将区域内的停放的车辆组建成簇，并选择簇首来作为簇的管理者实现对区域内车辆信息的管理。簇首根据当前簇下所有停放的车辆所占用的车位推算出当前区域下的所有空余车位，并将带有当前区域空余车位信息的数据包转发至服务器，处于入口处的服务器实时动态显示停车场内所有车位信息，进而实现对刚进入停车场的车辆的初步提示。当车辆进入停车场内部后，广播请求入簇的HELLO包，各个区域的簇首根据当前簇的状态作不同形式的响应。本发明能够提高驾驶员停车的效率。

Description

一种基于簇的停车诱导方法
技术领域
本发明涉及智能停车诱导技术领域，特别是涉及一种基于簇的停车诱导方法。
背景技术
随着当前经济的迅猛发展，机动车数量的不断增长，“停车难”问题日益严重，停车位紧缺已经引起人们的关注。许多学者都对停车位引导做了大量研究，但对于停车场内部的车位引导的研究较少，驾驶员进入停车场后无法确定停车场中停车位的具体位置。只能靠停车场内部的路标去寻找车位，导致在车位寻找的过程中没有目标从而降低停车的效率，因此在停车场内部有效的进行停车诱导，是当前研究的热点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于簇的停车诱导方法，能够提高驾驶员停车的效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于簇的停车诱导方法，包括以下步骤：
(1)对停车场进行分区，并通过在停车场中构建基于簇的车载自组织网络实现车位信息的动态采集与显示，将分区后每个区域内的停放的车辆组建成簇，并选择簇首来作为簇的管理者实现对区域内车辆信息的管理；
(2)基于停车位的信息获取：簇首根据当前簇下所有停放的车辆所占用的车位推算出当前区域下的所有空余车位，并将带有当前区域空余车位信息的数据包转发至服务器，处于入口处的服务器实时动态显示停车场内所有车位信息，进而实现对刚进入停车场的车辆的初步提示；
(3)基于簇的停车场的车位诱导：当车辆进入停车场内部后，广播请求入簇的HELLO包，各个区域的簇首根据当前簇的状态作不同形式的响应。
所述步骤(1)中的簇首会存储当前簇下的所有停车位信息。
所述步骤(1)中选择簇首的方法为：对于临近停车场入口的簇来说如果簇区域的中心位置停有车辆那么就把该车辆选为簇头；若簇中心位置没有车辆，则选择离服务器距离最近的车辆作为簇首；对于非临近停车场入口的簇的来说如果簇区域的中心位置停有车辆那么就把该车辆选为簇头，如果簇区域的中心位置没有车辆则通过改进图论中中心点算法来来寻找最优的簇头位置。
所述改进图论中中心点算法包括以下步骤：设目标位置为i，那么目标位置i到簇内其他车位的相对距离RDi的归一化权重因子定义为
Figure GDA0002488345920000021
其中，MinSum为簇内任意节点到其他节点距离和的最小值；RGPij表示节点(Xi,Yi)到(Xj,Yj)的相对距离；由图论可知如果RDi的值越大则表示其覆盖的范围越大所能通信的节点数越多，因此把RDi最大的节点作为簇首。
所述步骤(2)中基于簇的停车场车位信息获取，包括簇内部、簇之间以及服务器与簇首的通信三部分。
所述簇内部、簇之间的通信即当簇首发送HELLO包给处于不同状态的车辆节点时，不同状态的车辆节点对于接收到的HELLO包有不同的响应：如果节点处于“未分配”状态，当簇首广播HELLO包时，同一区域内的车辆通过直接或间接的形式向簇首发送HELLO包申请成为簇的成员，簇首接收成员请求的HELLO包，更新簇首的簇成员信息表；如果节点处于“簇成员节点”的状态，当簇首广播HELLO包时，车辆通过解析接收的HELLO包内容判断HELLO包是否为车辆所在的簇对应的簇首所发，如果是则向当前车辆所有的邻居节点发送HELLO包，判断邻居节点的状态；若邻居节点的位置处于当前区域内，根据邻居节点的响应的HELLO包判断此邻居节点是否已经加入簇，如果邻居节点的状态为“未分配”则向簇首汇报，为邻居节点申请加入簇，并将当前节点的状态修改为“簇内网关节点”；对于当前区域外的邻居节点，当簇之间需要进行信息交换或数据包转发时，当前车辆通过与区域外的邻居节点进行通信，实现簇间的信息交换，将当前车辆节点的状态修改为“簇间网关节点”，并维护区域外部节点可达表；如果车辆处于“簇间网关节点”，当接收到簇首广播的HELLO包时，当前节点判断节点可达表中是否有此簇首，如果有则不做任何处理，如果没有则将此簇首加入到节点可达表中。
所述服务器与簇首的通信即通过服务器发送带有不同areaName的HELLO数据包，直至将所有的areaName都遍历到，间隔一定时间后继续发包；具体如下：
(A)服务器发送带有区域名称的HELLO数据包给临近簇首，临近簇首对接收到的数据包进行验证，判断此HELLO包中的区域名称是否为当前区域的名称，如果是则将簇首的簇内成员表返回给服务器，服务器判断如果临近簇停车位信息表中有空余停车位则将空余车位的信息推送到显示页面；如果此HELLO包中的区域名称不是当前簇的名称，簇首根据簇间网关节点将HELLO包转发至其他簇首，簇首响应服务器路由请求，并按原路将簇内成员表给服务器；服务器根据响应消息判断是否有空余车位，更新服务器数据库中对应簇的停车位信息表，并且刷新前端停车位信息的状态；
(B)服务器重复步骤(A)直到服务器建立起与所有簇首的路由，此时服务器不再发送HELLO数据包；
(C)在停车场划分的区域中，如果某个区域对应的簇内部拓扑结构发生改变，则此区域对应的簇首按照步骤(B)获得的路由向服务器发送更新后的数据包。
所述步骤(3)中当车辆进入停车场后，请求车辆在行驶过程中重复发送HELLO请求数据包来申请入簇；当簇内部成员获得请求车辆发送的HELLO数据包后，将其转发给所属的簇首节点，簇首分析簇成员信息表判断当前区域下是否有空余车位，根据簇当前不同的状态作返回；具体为：
(a)若请求车辆在簇首的通信范围之内且簇首对应的停车场区域有空余车位，则直接发送允许入簇的HELLO数据包；
(b)若请求车辆不在簇首的通信范围之内且当前簇对应的区域有空余车位则直接发送允许入簇的HELLO数据包给簇内部成员，簇内部成员将HELLO包转发至请求车辆；请求车辆若接收入簇请求，簇首登记入簇车辆信息和占用的停车位；如果请求车辆不接受邀请，簇首向其他簇成员发送禁止接收此车辆消息的HELLO数据包，当前簇下所有簇成员不再接收请求车辆的广播数据包；
(c)车辆不在簇首的通信范围之内且当前区域没有空余车位，簇首向簇间网关发送HELLO数据包请求，簇间网关向另一个簇首转发此HELLO请求数据包，若另一个簇首中可以通过成员信息表推算出空余车位，则向网关节点将HELLO包响应给当前簇首，簇首将空余车位信息直接或间接发送给请求车辆；若另一个簇对应的停车场区域没有空余车位则向请求车辆发送HELLO数据包。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明通过对停车场进行分区，将每个停车场区域中的停放车辆组建成簇，并通过与簇成员通信来推算空余的车位数，避免了使用硬件进行车位信息采集，节省了停车场建设的开销。本发明采用分布式的网络架构来进行停车场车位信息的维护和更新，减少了车位信息更新的时延，提高了车位信息发布的效率。
附图说明
图1是停车场区域划分图；
图2是簇首选择算法示意图；
图3是基于簇的停车场信息获取示意图；
图4是簇内部与簇之间的通信过程示意图；
图5是基于簇的停车场的车位诱导示意图，其中(a)为请求车辆处于簇首通信半径范围内的情况；(b)为请求车辆处于簇首通信半径范围外的情况；(c)当前簇下没有空余车位的处理情况。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种基于簇的停车诱导方法，该方法主要包括停车场区域划分与簇首选择算法，基于簇的停车位信息获取和停车诱导。为了能够实时动态的获取停车场中的车位信息对停车场按照一定规则进行分区，并通过在停车场中构建基于簇的车载自组织网络实现车位信息的动态采集与显示，而不使用硬件设备来进行车位信息采集与转发。将区域内的停放的车辆组建成簇，并按照一定算法选择簇首来作为簇的管理者实现对区域内车辆信息的管理。簇首根据当前簇下所有停放的车辆所占用的车位推算出当前区域下的所有空余车位，并将带有当前区域空余车位信息的数据包转发至服务器，处于入口处的服务器实时动态显示停车场内所有车位信息，进而实现对刚进入停车场的车辆的初步提示。当车辆进入停车场内部后，广播请求入簇的HELLO包，各个区域的簇首根据当前簇的状态作不同形式的响应。
所述停车场区域划分即为了能够实时动态的获取停车场中的车位信息对停车场按照一定规则进行分区，为了实现对停车场车位的精细化管理，对停车场进行区域划分，划分的区域接近与正方形且正方形的边长与车辆的通信半径有关，一般情况下b≈2.5r，其中r为车辆的通信半径b为边长。如图1所示。
所述簇首选择算法即在停车场中为了实现对停车位的精细化管理，并且为了节省成本直接通过构建基于簇的车载自组织网络实现车位的而不使用硬件来进行辅助。簇头作为簇的管理者，会存储当前簇下的所有停车位信息。为了保证簇头能够在簇内部通信到车辆最多，提出了一种基于位置的簇首选择算法具体算法。
1临近停车场入口的簇的簇首选择
如果簇区域的中心位置停有车辆那么我们就把该车辆选为簇头。若簇中心位置没有车辆，则选择离服务器距离最近的车辆作为簇首。
2非临近停车场入口的簇的簇首选择
如果簇区域的中心位置停有车辆那么我们就把该车辆选为簇头，并且把离中心位置最近的车辆选择为备用簇头。
如果簇区域的中心位置没有车辆则通过改进图论中中心点算法来来寻找最优的簇头位置如图2所示：设目标位置为i，那么目标位置i到簇内其他车位的相对距离RDi的归一化权重因子定义为：
Figure GDA0002488345920000051
其中，MinSum为簇内任意节点到其他节点距离和的最小值；RGPij表示节点(Xi,Yi)到(Xj,Yj)的相对距离；
由图论可知如果RDi的值越大则表示其覆盖的范围越大所能通信的节点数越多，把RDi最大的节点作为簇头，此方法增加了簇头与成员通信的效率。簇头作为簇的管理者，会存储当前簇下的所有停车位信息，进而对簇内部的车辆进行管理。
如图3所示，所述基于停车位的信息获取包括簇内部、簇之间以及服务器与簇首的通信三部分。所述簇内部、簇之间的通信即当簇首发送HELLO包给处于不同状态的车辆节点时，不同状态的车辆节点对于接收到的HELLO包有不同的响应。如图4所示，其中虚线方框为不同的停车区域。如果节点处于“未分配”状态，当簇首广播HELLO包时，同一区域内的车辆通过直接或间接的形式向簇首发送HELLO包申请成为簇的成员，簇首接收成员请求的HELLO包，更新簇首的簇成员信息表。如果车辆处于“簇成员节点”的状态，当簇首广播HELLO包时，车辆通过解析接收的HELLO包内容判断HELLO包是否为车辆所在的簇对应的簇首所发，如果是则向当前车辆所有的邻居节点发送HELLO包，判断邻居节点的状态。若邻居节点的位置处于当前区域内，根据邻居节点的响应的HELLO包判断此邻居节点是否已经加入簇，如果邻居节点的状态为“未分配”则向簇首汇报，为邻居节点申请加入簇，并将当前节点的状态修改为“簇内网关节点”。对于当前区域外的邻居节点，当簇之间需要进行信息交换或数据包转发时，当前车辆通过与区域外的邻居节点进行通信，实现簇间的信息交换，将当前车辆节点的状态修改为“簇间网关节点”，并维护区域外部节点可达表。如果车辆处于“簇间网关节点”，当接收到簇首广播的HELLO包时，当前节点判断节点可达表中是否有此簇首，如果有则不做任何处理，如果没有则将此簇首加入到节点可达表中。所述服务器与簇首的通信即通过服务器发送带有不同areaName的HELLO数据包，直至将所有的areaName都遍历到，间隔一定时间后继续发包如图3所示。
(1)服务器发送带有区域名称的HELLO数据包给临近簇首，临近簇首对接收到的数据包进行验证，判断此HELLO包中的区域名称是否为当前区域的名称，如果是则将簇首的簇内成员表返回给服务器，服务器判断如果临近簇停车位信息表中有空余停车位则将空余车位的信息(包括车位的编号，车位所属的区)推送到显示页面。
(2)如果此HELLO包中的区域名称不是当前簇的名称，簇首根据簇间网关节点将HELLO包转发至其他簇首，簇首响应服务器路由请求，并按原路将簇内成员表给服务器。服务器根据响应消息判断是否有空余车位，更新服务器数据库中对应簇的停车位信息表，并且刷新前端停车位信息的状态。
(3)服务器重复步骤(1)和步骤(2)直到服务器建立起与所有簇首的路由，此时服务器不再发送HELLO数据包。
(4)在停车场划分的区域中，如果某个区域对应的簇内部拓扑结构发生改变，则此区域对应的簇首按照(3)获得的路由向服务器发送更新后的数据包。
所述停车诱导即当车辆进入停车场后，入口处服务器通过显示停车场的所有车位信息来对车辆进行初步的停车诱导，但由于停车场区域较大驾驶员可能无法找到指定的停车位，因此需要通过簇来进行车位诱导。当车辆进入停车场后，请求车辆在行驶过程中重复发送HELLO请求数据包来申请入簇。当簇内部成员获得请求车辆发送的HELLO数据包后，将其转发给所属的簇首节点，簇首分析簇成员信息表判断当前区域下是否有空余车位。
(1)若请求车辆在簇首的通信范围之内且簇首对应的停车场区域有空余车位，则直接发送允许入簇的HELLO数据包，如图5(a)。
(2)若请求车辆不在簇首的通信范围之内且当前簇对应的区域有空余车位则直接发送允许入簇的HELLO数据包给簇内部成员，簇内部成员将HELLO包转发至请求车辆。请求车辆若接收入簇请求，簇首登记入簇车辆信息和占用的停车位。如果请求车辆不接受邀请，簇首向其他簇成员发送禁止接收此车辆消息的HELLO数据包，当前簇下所有簇成员不再接收请求车辆的广播数据包，如图5(b)。
(3)车辆不在簇首的通信范围之内且当前区域没有空余车位，簇首向簇间网关发送HELLO数据包请求，簇间网关向另一个簇首转发此HELLO请求数据包，若另一个簇首中可以通过成员信息表推算出空余车位，则向网关节点将HELLO包响应给当前簇首，簇首将空余车位信息直接或间接发送给请求车辆。若另一个簇对应的停车场区域没有空余车位则向请求车辆发送HELLO数据包，如图5(c)。
不难发现，通过对停车场进行分区，将每个停车场区域中的停放车辆组建成簇，并通过与簇成员通信来推算空余的车位数，避免了使用硬件进行车位信息采集，节省了停车场建设的开销。采用分布式的网络架构来进行停车场车位信息的维护和更新，减少了车位信息更新的时延，提高了车位信息发布的效率。

Claims (6)

1.一种基于簇的停车诱导方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对停车场进行分区，并通过在停车场中构建基于簇的车载自组织网络实现车位信息的动态采集与显示，将分区后每个区域内的停放的车辆组建成簇，并选择簇首来作为簇的管理者实现对区域内车辆信息的管理；
(2)基于停车位的信息获取：簇首根据当前簇下所有停放的车辆所占用的车位推算出当前区域下的所有空余车位，并将带有当前区域空余车位信息的数据包转发至服务器，处于入口处的服务器实时动态显示停车场内所有车位信息，进而实现对刚进入停车场的车辆的初步提示；其中，基于簇的停车场车位信息获取中服务器与簇首的通信，即通过服务器发送带有不同区域名称的HELLO数据包，直至将所有的区域名称都遍历到，间隔一定时间后继续发包，具体如下：
(A)服务器发送带有区域名称的HELLO数据包给临近簇首，临近簇首对接收到的数据包进行验证，判断此HELLO包中的区域名称是否为当前区域的名称，如果是则将簇首的簇内成员表返回给服务器，服务器判断如果临近簇停车位信息表中有空余停车位则将空余车位的信息推送到显示页面；如果此HELLO包中的区域名称不是当前簇的名称，簇首根据簇间网关节点将HELLO包转发至其他簇首，簇首响应服务器路由请求，并按原路将簇内成员表给服务器；服务器根据响应消息判断是否有空余车位，更新服务器数据库中对应簇的停车位信息表，并且刷新前端停车位信息的状态；
(B)服务器重复步骤(A)直到服务器建立起与所有簇首的路由，此时服务器不再发送HELLO数据包；
(C)在停车场划分的区域中，如果某个区域对应的簇内部拓扑结构发生改变，则此区域对应的簇首按照步骤(B)获得的路由向服务器发送更新后的数据包；
(3)基于簇的停车场的车位诱导：当车辆进入停车场内部后，广播请求入簇的HELLO包，各个区域的簇首根据当前簇的状态作不同形式的响应。
2.根据权利要求1所述的基于簇的停车诱导方法，其特征在于，所述步骤(1)中的簇首会存储当前簇下的所有停车位信息。
3.根据权利要求1所述的基于簇的停车诱导方法，其特征在于，所述步骤(1)中选择簇首的方法为：对于临近停车场入口的簇来说如果簇区域的中心位置停有车辆那么就把该车辆选为簇头；若簇中心位置没有车辆，则选择离服务器距离最近的车辆作为簇首；对于非临近停车场入口的簇的来说如果簇区域的中心位置停有车辆那么就把该车辆选为簇头，如果簇区域的中心位置没有车辆则通过改进图论中中心点算法来来寻找最优的簇头位置。
4.根据权利要求3所述的基于簇的停车诱导方法，其特征在于，所述改进图论中中心点算法包括以下步骤：设目标位置为i，那么目标位置i到簇内其他车位的相对距离RDi的归一化权重因子定义为
Figure FDA0002488345910000021
其中，MinSum为簇内任意节点到其他节点距离和的最小值；RGPij表示节点(Xi,Yi)到(Xj,Yj)的相对距离；由图论可知如果RDi的值越大则表示其覆盖的范围越大所能通信的节点数越多，因此把RDi最大的节点作为簇首。
5.根据权利要求1所述的基于簇的停车诱导方法，其特征在于，所述步骤(2)中基于簇的停车场车位信息获取还包括簇内部和簇之间的通信，其中，所述簇内部和簇之间的通信，即当簇首发送HELLO包给处于不同状态的车辆节点时，不同状态的车辆节点对于接收到的HELLO包有不同的响应：如果节点处于“未分配”状态，当簇首广播HELLO包时，同一区域内的车辆通过直接或间接的形式向簇首发送HELLO包申请成为簇的成员，簇首接收成员请求的HELLO包，更新簇首的簇成员信息表；如果节点处于“簇成员节点”的状态，当簇首广播HELLO包时，车辆通过解析接收的HELLO包内容判断HELLO包是否为车辆所在的簇对应的簇首所发，如果是则向当前车辆所有的邻居节点发送HELLO包，判断邻居节点的状态；若邻居节点的位置处于当前区域内，根据邻居节点的响应的HELLO包判断此邻居节点是否已经加入簇，如果邻居节点的状态为“未分配”则向簇首汇报，为邻居节点申请加入簇，并将当前节点的状态修改为“簇内网关节点”；对于当前区域外的邻居节点，当簇之间需要进行信息交换或数据包转发时，当前车辆通过与区域外的邻居节点进行通信，实现簇间的信息交换，将当前车辆节点的状态修改为“簇间网关节点”，并维护区域外部节点可达表；如果车辆处于“簇间网关节点”，当接收到簇首广播的HELLO包时，当前节点判断节点可达表中是否有此簇首，如果有则不做任何处理，如果没有则将此簇首加入到节点可达表中。
6.根据权利要求1所述的基于簇的停车诱导方法，其特征在于，所述步骤(3)中当车辆进入停车场后，请求车辆在行驶过程中重复发送HELLO请求数据包来申请入簇；当簇内部成员获得请求车辆发送的HELLO数据包后，将其转发给所属的簇首节点，簇首分析簇成员信息表判断当前区域下是否有空余车位，根据簇当前不同的状态作返回；具体为：
(a)若请求车辆在簇首的通信范围之内且簇首对应的停车场区域有空余车位，则直接发送允许入簇的HELLO数据包；
(b)若请求车辆不在簇首的通信范围之内且当前簇对应的区域有空余车位则直接发送允许入簇的HELLO数据包给簇内部成员，簇内部成员将HELLO包转发至请求车辆；请求车辆若接收入簇请求，簇首登记入簇车辆信息和占用的停车位；如果请求车辆不接受邀请，簇首向其他簇成员发送禁止接收此车辆消息的HELLO数据包，当前簇下所有簇成员不再接收请求车辆的广播数据包；
(c)车辆不在簇首的通信范围之内且当前区域没有空余车位，簇首向簇间网关发送HELLO数据包请求，簇间网关向另一个簇首转发此HELLO请求数据包，若另一个簇首中可以通过成员信息表推算出空余车位，则向网关节点将HELLO包响应给当前簇首，簇首将空余车位信息直接或间接发送给请求车辆；若另一个簇对应的停车场区域没有空余车位则向请求车辆发送HELLO数据包。
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