TWI516147B - Investigation Method of Sensing Network Observation Network Based on Cluster Car - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種車載網路服務方法，尤指一種群集式車載網路下感測網觀測服務方法。
在無線感測科技與微機電技術的日趨成熟發展下，生活環境中部署有各式感測設備，使得無線感測器網路(Wireless Sensor Network,WSN)數量呈現快速成長，特別是在於車載環境中，為了達到新一代汽車所要求的安全化、智慧化的重點性能提升，各式車用感測器在車載資通訊所占的地位越來越關鍵。
各式車載感測器與感測技術，主要協助駕駛者能探索環境現況，並且能藉由路況監控中心隨時掌握各用路人行車之相關感應資訊。透過感測網(Sensor Web)概念與開放式地理空間資訊協會(Open Geo-Spatial Consortium,OGC)推行之感測器網路賦能(Sensor Web Enablement,SWE)標準可以依據不同車用感測器進行觀測，使無線感測網路進階為感測網，使系統使用者都能經由網際網路存取道路上任何位置的感測器即時資訊。
然而，當大量感測資訊透過3G進行傳輸於後端時，可能造成伺服器無法負荷龐大的資料傳輸，並且感測網服務也會有大量的註冊資訊，因而造成資訊無法確實呈現給駕駛者。
因此如何有效的進行感測網資訊管理，以及提供穩定的連結拓樸機制來減少因拓樸的改變而造成無法順利進行傳輸，最後，則是進行
感測資訊匯集平台的建置，將感測資訊、視訊以及GPS等資訊進行匯流整合，透過GPS可進行感測資訊動態呈現。而在這些機制上都必須先考量到。
有鑑於先前技術，為此本發明者設計一種群集式車載網路下感測網觀測服務方法，其步驟包括：1.於車載感測網路環境下進行感測資訊群集式的收集管理；2.將節點資料匯集於群首，去除重覆性質的資料，僅傳送具差異性的資料，以減少資料傳輸數量並降低資料傳輸的碰撞機率；3.並透過群集式車載感測網路拓樸動態建構機制，讓群組資料回傳時減少因群首離開而造成無法正常回傳。
本發明提出一種車載網路下群集式資料匯集感測網平台之設計(Design of a Cluster-Based Data Convergence Sensor Web Platform Over Mobile Vehicular Networks)，基本發明方法為於車載感測網路環境下進行感測資訊群集式的收集管理，同時，將節點資料匯集於群首，可以去除重覆性質的資料，僅傳送具差異性的資料，以減少資料傳輸數量並降低資料傳輸的碰撞機率，並透過群集式車載感測網路拓樸動態建構機制，讓群組資料回傳時減少因群首離開而造成無法正常回傳。
本發明設計一群集式車載網路下資料匯集感測網平台之設計與實作，主要透過(1)群集式車載感測網資訊聚集機制(Sensor Web Service Aggregation Mechanism Based on Cluster-Based Vehicular Networks)、(2)群集式車載網路拓樸動態建構機制(Dynamic Topology Construction Mechanism Based on Cluster-Based Vehicular Networks)、(3)群集式車載網路下感測網觀測服務平台(Sensor Web Observation Service Platform Based on Cluster-Based Vehicular Networks)以上三種機制平台穩定車輛於行經時的改變立即變換網路拓樸連線，穩定地將感測資訊以群集式架構進行收集、回傳與註冊，減
少大量感測資訊同時回傳造成網路癱瘓，有效地整合車載感測網資訊並結合GPS，讓使用者透過網際網路連結至感測網頁即可依照需求獲得感測資訊，讓人們能夠更便利地得到即時的資訊達到智慧生活之目標。
第一圖係本發明之方法流程圖
第二圖係本發明系統架構圖
第三圖係本發明群集式車載感測網狀態圖
第四圖係本發明群集式車載網路拓樸狀態圖
第五圖係本發明群集式車載網路拓樸狀態圖
第六圖係本發明感測器網路賦能(SWE)觀測服務平台架構圖
以下藉由圖式之輔助，說明本發明之技術內容、特色與實施例，俾使 貴審對於本發明有進一步之瞭解。
為因應車載感測網路中，當大量感測資訊透過網路進行傳輸於後端時，可能造成伺服器無法負荷龐大的資料傳輸，並且感測網服務也會有大量的註冊資訊，因而造成資訊無法確實呈現給駕駛者，為此本發明設計一種群集式車載網路下感測網觀測服務方法，其步驟包括：1.於車載感測網路環境下進行感測資訊群集式的收集管理；2.將節點資料匯集於群首，去除重覆性質的資料，僅傳送具差異性的資料，以減少資料傳輸數量並降低資料傳輸的碰撞機率；3.並透過群集式車載感測網路拓樸動態建構機制，讓群組資料回傳時減少因群首離開而造成無法正常回傳。
請參閱第二圖所示，本發明係關於一種群集式車載網路下感測網觀測服務平台(Sensor Web Observation Service Platform Based on
Cluster-Based Vehicular Networks)。
本發明之平台之感測資訊必須有效的進行傳輸以及管理，其中群集式的感測網服務聚集機制以及群集車載網路的拓樸動態建構機制皆於前兩點進行探討。然而如何將針對各種型態的感測資訊進行整合機制，包含感測資訊、GPS資訊、視訊擷取數據進行整合，將感測資訊透過開放式地理空間資訊協會服務(OGC Service)與感測器觀測服務進行有效的整合，將是一項需要突破的問題之一，其將讓使用者得以輕易於各種裝置透過感測網(Sensor Web)服務平台即可獲取多種車載相關資訊。
本發明透過群集式的架構將感測資訊聚集，讓感測網資訊由群首進行回傳與註冊，減輕感測資訊回傳的網路成本並降低伺服器的負荷。
其次，於群集式車載感測網路連結的管理上也是必須考慮的問題之一，當群首有所移動而離開群組範圍則會導致感測資訊無法順利地回傳，有鑑於此，本發明將針對車載網路拓樸進行調節管理的機制，讓車載網路能夠於較為穩定的情況下進行資訊的回傳。感測資訊必須有效的進行傳輸以及管理，其中群集式的感測網服務聚集機制以及群集車載網路的拓樸動態建構機制皆於前兩點進行探討。
然而如何將針對各種型態的感測資訊進行整合機制，包含感測資訊、GPS資訊、視訊擷取數據進行整合，將感測資訊透過開放式地理空間資訊協會服務(OGC Service)與感測器觀測服務進行有效的整合，將是一項需要突破的問題之一，其將讓使用者得以輕易於各種裝置透過感測網(Sensor Web)服務平台即可獲取多種車載相關資訊。本系統機制針對群集式車載感測網服務聚集機制、群集式車載網路拓樸動態建構機制、群集式車載網路下感測網觀測服務平台，以一網路架構包括共包含3個元件設計：
1.群集式車載感測網資訊聚集機制(Sensor Web Service Aggregation
Mechanism Based on Cluster-Based Vehicular Networks)。
2.群集式車載網路拓樸動態建構機制(Dynamic Topology Construction Mechanism Based on Cluster-Based Vehicular Networks)。
3.群集式車載網路下感測網觀測服務平台(Sensor Web Observation Service Platform Based on Cluster-Based Vehicular Networks)。
群集式車載感測網服務聚集機制(Sensor Web Service Aggregation Mechanism Based on Cluster-Based Vehicular Networks)在車載感測網路環境中，節點通常會直接傳輸給服務基地台，這是最簡易且最方便建構的架構，由於傳輸頻寬是有限的，每個節點都會發送數據給服務基地台，容易於傳輸時發生碰撞的問題，因此如何在有限的頻寬下傳輸封包，使封包之間不會產生碰撞來提升傳輸品質是重要的議題。
運用群集式感測資訊管理系統可將車道上的車輛分為多個群集，利用移動節點傳遞的封包中所記錄的位置、速度以及方向性等資訊來決定群集的成員及群首(Cluster-Head)，當確定其中一台車輛成為群集中的群首之後，群首將發送封包告知自己位置給群集的成員進行連線，而要將感測資訊回傳時，由群首進行感測資訊的收集並且以群組的方式進行感測網服務註冊。
如第三圖所示，針對群集式感測資訊管理之技術議題，此部分提出群集式感測服務聚集機制(Sensor Web Service Aggregation Mechanism Based on Cluster-Based Vehicular Networks)，聚集技術可以將每個節點所發出的資料，先匯集到聚集節點並去除重覆的資訊，僅傳送差異性的資料，再由聚集節點傳送到服務基地台，如此一來，只透過聚集節點來傳送資料就可以達到減少資料的傳輸量與傳輸次數，以達到降低資料碰撞的機率，避免頻道的擁擠使傳輸品質更為順暢。
在車用感測網路環境下，採用感測器網路賦能(SWE)規範中的感測器模式語言(Sensor Model Language,SensorML)及觀測與量測(Observation and Measurement,O&M)等銓敘資料格式，運用標準銓敘資料格式來提供感測器系統資訊與感測器觀測值描述，以提升感測資料融合之成效，大幅提升後端系統對各式感測器進行資料內容的處理成效。運用專用短程通訊(Dedicated Short-Range Communications,DSRC)技術將此感測資訊描述文件傳送至群首進行匯集整合，由群首透過3G網路將整合之感測資訊進行感測網服務的回傳與註冊，因而減輕伺服器因大量的感測資訊進行回傳而導致伺服器無法負荷，以及避免單一區域內過多的感測網服務的註冊，而造成感測資訊無法確實地呈現給駕駛者。
群集式車載網路拓樸動態建構機制(Dynamic Topology Construction Mechanism Based on Cluster-Based Vehicular Networks)於車載感測網路下，當感測資訊要進行聚集整合時，必須減少當群首離開時所造成無法將感測資訊收集、回傳的情況發生，有鑑於此，針對群集式車載網路連結之技術議題，此部份提出群集式車載網路拓樸動態建構機制，狀態圖如第四、五圖所示。
透過群集式車載網路拓樸動態建構機制來減輕群首的負擔以及避免群首離開時造成連線中斷，主要功能為選出其它穩定連結之車輛作為群首，讓部分車輛可以選擇較適合的群首，讓群首共同分擔管理車載網路與傳輸資訊的負擔，並且當有群首離開原傳輸範圍時，回傳感測資訊的車輛可立即找尋另一群首進行連結回傳，避免因群首離開而導致感測資訊無法回傳。
群集式車載網路下感測網觀測服務平台(Sensor Web Observation Service Platform Based on Cluster-Based Vehicular Networks)於傳
統無線感測網中，往往為靜態的感測器來回傳該範圍內的感測資訊，感測網(Sensor Web)則進一步將感測資訊透過開放式地理空間資訊協會(OGC)制定的感測器模式語言(SensorML)、觀測與量測(O&M)來進行標準化，並且透過各種開放式地理空間資訊協會(OGC)感測服務進行感測服務的規劃(Sensor Planning Service,SPS)、觀測(Sensor Observation Service,SOS)等等，然而，將感測器應用於車載網路環境中，車輛本身免不了會進行移動，若只能知道區域內車輛本身感測資訊而無從得知位置，對於使用者來講則無法正確獲得位置資訊。有鑑於此，本平台將針對各種型態的感測資訊進行整合機制，包含感測資訊、GPS資訊、視訊擷取數據進行整合，將感測資訊透過開放式地理空間資訊協會(OGC)制定的感測器格式與感測器觀測服務進行有效的整合，讓使用者得以於各種裝置透過感測器網路賦能(SWE)觀測服務平台即可獲取多種車載相關資訊，並結合GPS資訊達到動態感測資訊觀測服務分享。感測器網路賦能(SWE)觀測服務平台架構如第六圖所示。
主要以感測器觀測服務(Sensor Observation Service,SOS)規範為主要核心基礎，將此服務規範做為客戶端與感測系統間之服務媒介，主要存取功能包含取得感測系統性能資訊(GetCapabilities)、感測器描述資訊(DescribeSensor)與取得感測器觀測資訊(GetObservation)三大操作，來實現感測網路間資訊相互操作性以達異質感測資訊分享。
綜上所述，本發明確實符合產業利用性，且未於申請前見於刊物或公開使用，亦未為公眾所知悉，且具有非顯而易知性，符合可專利之要件，爰依法提出專利申請。惟上述所陳，為本發明產業上一較佳實施例，舉凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化，皆屬本案訴求標的之範疇。
Claims (3)
- 一種群集式車載網路下感測網觀測服務方法，其步驟包括：(1).於一車道之車載感測網路環境下進行感測資訊群集式的收集管理；(2).其中於該車道上有複數車輛時的車輛分為多個群集，利用移動節點傳遞的封包中所記錄的位置、速度以及方向性等資訊來決定群集的成員及群首(Cluster-Head)，當確定其中一台車輛成為群集中的群首之後，群首會發送封包告知自己位置給群集的成員進行連線，而要將感測資訊回傳時，由群首進行感測資訊的收集並且以群組的方式進行感測網服務註冊；(3).將節點資料匯集於群首，去除重複性質的資料，僅傳送具差異性的資料，以減少資料傳輸數量並降低資料傳輸的碰撞機率；(4).並透過群集式車載感測網路拓樸動態建構機制，讓群組資料回傳時減少因群首離開而造成無法正常回傳。
- 如申請專利範圍第1項所述之群集式車載網路下感測網觀測服務方法，係以一網路架構包括一群集式車載感測網資訊聚集機制(Sensor Web Service Aggregation Mechanism Based on Cluster-Based Vehicular Networks)、一群集式車載網路拓樸動態建構機制(Dynamic Topology Construction Mechanism Based on Cluster-Based Vehicular Networks)以及一群集式車載網路下感測網觀測服務平台(Sensor Web Observation Service Platform Based on Cluster-Based Vehicular Networks)。
- 如申請專利範圍第1項所述之群集式車載網路下感測網觀測服務方 法，其中該車載感測網路環境中，該節點直接傳輸給服務基地台。
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