高速公路气象监测无线传感器网络路由策略

西北大学学报(自然科学版)

2008年10月,第38卷第5期,O ct.,2008,V o.l38,N o.5

Journal o fN o rt hwest U niversity(N atural Science Ed iti on)

收稿日期:2008-04-28

基金项目:国家自然科学基金资助项目(40674064)

作者简介:王卫亚(1964)),男,河南陕县人,长安大学副教授,从事计算机网络技术、网络信息处理研究。

高速公路气象监测无线传感器网络路由策略

王卫亚1,陈继川2,李伟兵1,陈冬冬1

(1.长安大学信息工程学院,陕西西安710064;2.陕西省第二综合物探大队,陕西西安710061)

摘要:目的研究高速公路气象监测无线传感器网络双向数据传输、多点数据接收的路有协议。方法针对高速公路气象监测无线传感器网络线形部署的特点,分析数据传输的要求和类型,研究现有W S N路由协议的特点,尤其是定向扩散路由协议,通过对现有路由协议的改进,提出满足双向传输的W SN路由协议。结果提出了基于定向扩散路由协议(DD)的双向无线传感器网络路由协议

(BDD),实现了高速公路气象监测数据的多点传输。结论经仿真测试,该路由协议具有实现简单、工作可靠稳定,能满足高速公路气象监测数据双向传输的要求。

关键词:无线传感器网络;路由协议;定向扩散;气象监测

中图分类号:TP39文献标识码:A文章编号:1000-274Ú(2008)05-0744-05

全世界每年约有100多万人死于交通事故,其

中灾害性天气直接或间接导致的交通事故占所有交

通事故的1/4[1]。在我国,高速公路百公里事故率

比普通公路高出3倍多,而世界发达国家高速公路

死亡事故率仅为普通公路的1/2~1/10。2008年1

月南方诸省的大雪,导致高速公路全部中断,大批行

人和车辆滞留在高速公路上,政府不得不紧急调集

各种资源为这些车辆和行人提供生活、医疗和安全

保障,由此造成的经济损失高达数亿元。所以,高速

公路气象状况的检测和预报,对保障高速公路过往

车辆的安全、提高服务质量具有十分积极的作用。

无线传感器网络技术作为一种新的环境监测技

术,具有规模大、以数据为中心、自组织管理和部署

容易等优点[2],特别适合用来建立高速公路气象监

测系统。本文针对高速公路无线传感器监测网络的

特点,对无线传感器网络在高速公路气象监测中的

应用及路由选择策略进行分析和研究。

1基于W S N的高速公路气象监测系统

111高速公路气象监测系统结构

高速公路气象监测预报主要是监测和预报影响

高速公路通行能力并容易引起交通事故的各种灾害

气象。影响高速公路通行能力和通行安全的灾害性

天气主要有风、雨、雾、冰雪、雷电、低气压和湿热高

温等[3],所以高速公路气象监测预报系统需要针对

高速公路的风、雨、雾、冰雪、雷电、低气压和湿热高

温等进行监测,并将监测结果通过高速公路管理网

络传送到交通控制中心,然后根据各种气象对通行

能力的影响,做出相应的交通控制方案,并通过道路

信息发布系统将气象信息发布。

由于高速公路是线性的,所以与传统无线传感

器网络节点随即部署不同,高速公路气象监测无线

传感器网络中的传感器节点沿高速公路两侧呈线性

部署,其结构如图1所示。

112高速公路气象监测系统数据传输要求

高速公路气象监测系统的网络节点主要3种类

型:传感器节点、基站(si n k)和可变情报板。

传感器节点主要由传感器、处理器和通信模块

组成,用来监测高速公路的气象信息,并将信息传送

到对该信息感兴趣信息处理节点,沿公路两侧分布。

基站是高速公路气象信息的汇聚节点,分别设

立在高速公路的收费匝道和收费广场中,其主要作

用有两个:一是将收集到的气象信息通过高速公路

管理网络,将气象信息传送到高速公路管理网络信

息中心,由信息中心做进一步处理;二是根据收到气

象信息做出相应的交通控制,如在收费广场或者收费匝道的可变情报板上公布限速等,其对象是即将进入高速公路的车辆和驾驶人员。

可变情报板设立在高速公路两侧,主要用来发布和高速公路通行有关的信息和其他提示信息,其对象是高速公路上的行驶车辆和驾驶人员。为了让高速公路上的行驶车辆和驾驶人员及时掌握沿路的

气象条件和限速变化,可变情报板必须具备接收沿路传感器的监测信息并做出相应交通控制和显示的能力。

由于高速公路是双向通行,所以某点的监测信息必须同时向两个方向传输,使两端都能收到该点的气象监测信息,并根据收到的气象信息及时做出相应的交通控制,如图2

所示。

在图2中,传感器节点A 的监测信息必须通过网络传送到基站B 和E ,B ,E 分别位于传感器A 的两个不同方向上,同时,节点A 的监测信息还必须通过网络传送到可变情报板C ,D 和F 上。因此,高速公路无线传感器网络的路由策略必须满足数据多点传输的要求。1.3 高速公路气象监测传感器网络的特点

首先是拓扑结构不同。高速公路气象监测网络的传感器节点是沿高速公路两侧线性分布的,而普通传感器网络节点的分布则是随即分散的。

其次sink 节点数量不同。普通的无线传感器网络是单si n k 节点网络结构,而高速公路气象监测网络的sink 节点是两个,同时数据传输目的节点也有多个,既包括汇聚节点,也有不转发数据的可变情报板节点,而且可变情报板节点是多个(见图2)。这样,高速公路气象监测系统的路由协议要能满足数据同时在两个不同方向上的传输。

第三,由于高速公路气象监测系统的监测对象是影响高速公路通行的恶劣天气,而大多数天气情况良好,不需要传感器网络进行数据传输,所以大部分时间传感器网络处于休眠状态,一旦监测到天气变化,再立即进行数据传输。

第四,由于高速公路通行里程较长,路上的气象变化也比较大,所以信息中心收到数据后需要确定恶劣天气发生的地理位置,由于数据是沿高速公路向两端同时传输,所以,路由协议要能实现简单的地理位置判断。

2 高速公路气象监测传感器网络路由BDD 设计

211 无线传感器网络路由协议原理

无线传感器网络路由协议负责在si n k 点和其余节点间可靠地传输数据,其研究的核心是如何在

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