一種交通信號(hào)控制器自組網(wǎng)的路由節(jié)點(diǎn)布局方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于智能交通自組網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種交通信號(hào)控制器自組網(wǎng)的路 由節(jié)點(diǎn)布局方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 交通信號(hào)控制器自組網(wǎng)中，控制器主要負(fù)責(zé)對(duì)信號(hào)燈、可變標(biāo)志和傳感器設(shè)備進(jìn) 行控制和管理，同時(shí)具有通信、采集等功能?？刂破髋c控制器、控制器與協(xié)調(diào)器之間的通信 需要通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行。為了實(shí)現(xiàn)控制器與控制器、控制器與控制中心之間相互通信， 保證本地交通的實(shí)時(shí)優(yōu)化控制，在自組網(wǎng)中需要加入三種類型的節(jié)點(diǎn)，分別為協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、 路由節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)。
[0003] (1)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)一一即網(wǎng)關(guān)，負(fù)責(zé)組織建立、管理網(wǎng)絡(luò)，匯聚各個(gè)交叉口的數(shù)據(jù)，并 可以通過(guò)串口與PC機(jī)通信。同時(shí)，也可以通過(guò)3G或4G網(wǎng)絡(luò)與控制中心進(jìn)行通信。
[0004] (2)路由節(jié)點(diǎn)--負(fù)責(zé)連接整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)本地控制器與臨近控 制器之間的"多跳"數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?br>[0005] (3)終端節(jié)點(diǎn)一一負(fù)責(zé)目標(biāo)控制和數(shù)據(jù)采集等，一般將其嵌入終端設(shè)備中，本發(fā)明 將終端節(jié)點(diǎn)嵌入在控制器中。
[0006] 交通信號(hào)控制器自組網(wǎng)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0007] 節(jié)點(diǎn)布局是自組網(wǎng)中最基本的問(wèn)題，它反應(yīng)了網(wǎng)絡(luò)所能提供的服務(wù)范圍和服務(wù)質(zhì) 量，一個(gè)好的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該在滿足需求的同時(shí)，盡可能的覆蓋更廣的范圍，提供好的服務(wù)質(zhì)量， 減少布局成本。一般研究的組網(wǎng)中包含有三種節(jié)點(diǎn)，這三種節(jié)點(diǎn)中由于控制器必須安置在 各個(gè)交叉口，其位置是固定的，不能受到干預(yù)，因此終端節(jié)點(diǎn)的布局不在研究范圍。而協(xié)調(diào) 器節(jié)點(diǎn)因?yàn)橐c控制中心進(jìn)行通信，其位置的確定與網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的基站位置等有關(guān)，因此 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的位置一般也是已知的。綜上所述，本發(fā)明所研究的節(jié)點(diǎn)布局指的是在已知終 端節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)位置的基礎(chǔ)上，對(duì)路由節(jié)點(diǎn)的布局，使得控制器與控制器、控制器與控 制中心能夠進(jìn)行相互通信。因此，如何布局路由節(jié)點(diǎn)，使用最少數(shù)目的路由節(jié)點(diǎn)覆蓋最多的 終端節(jié)點(diǎn)，同時(shí)確保各節(jié)點(diǎn)之間的連通，是交通信號(hào)控制器自組網(wǎng)中的關(guān)鍵問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù) 中還不能得到很好的解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種交通信號(hào) 控制器自組網(wǎng)的路由節(jié)點(diǎn)布局方法，以路由節(jié)點(diǎn)數(shù)量最少為目標(biāo)，確定各路由節(jié)點(diǎn)的位置， 保證所有終端節(jié)點(diǎn)都被路由節(jié)點(diǎn)覆蓋，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)都能相互通信，快速實(shí)現(xiàn) 路由節(jié)點(diǎn)的低成本布局。
[0009] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明可以通過(guò)以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)：一種交通信號(hào)控制 器自組網(wǎng)的路由節(jié)點(diǎn)布局方法，包括以下步驟：
[0010] 1)建立數(shù)學(xué)模型：
[0011] 1-1)平面上終端節(jié)點(diǎn)集合EP = (EP1, EP2,. . .，EPn} ,EP1的坐標(biāo)為（X u yi)，通信半 徑為：r，i = 1，2, ...，η ;對(duì)任意的兩個(gè)終端節(jié)點(diǎn)EPjP EP p必須通過(guò)路由節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，i, j =1，2, · · ·，n，i 乒 j ;
[0012] 1-2)平面上有一個(gè)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)CN，坐標(biāo)為（x，y)，通信半徑為R，其中R彡r，協(xié)調(diào) 器節(jié)點(diǎn)同時(shí)設(shè)為路由節(jié)點(diǎn)；RN 1
[0013] 1-3)路由節(jié)點(diǎn)集合RP = (RN1, RN2,…，RN1J，RN1的坐標(biāo)為（s u h)，通信半徑為R， i = 1，2, ...，m ;路由節(jié)點(diǎn)可與協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)、終端節(jié)點(diǎn)通信，決策變量為路由節(jié)點(diǎn)集 合RP的元素個(gè)數(shù)m及其中每個(gè)路由節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)（S i, tj，i = 1，2,. . .，m ;
[0014] 1-4)平面上任意兩個(gè)點(diǎn)PU1, Y1)和q (x2, y2)之間的距離定義為：
[0016] 1-5)設(shè)E是任意終端節(jié)點(diǎn)，X是任意路由節(jié)點(diǎn)，若d(E，X)彡r，則稱E與X是連通 的，或者終端節(jié)點(diǎn)E被路由節(jié)點(diǎn)X覆蓋；
[0017] 1-6)設(shè)X、Y是任意兩個(gè)路由節(jié)點(diǎn)，其中X辛Y，若d(Y，X)彡R，則稱Y與X是連通 的，或者路由節(jié)點(diǎn)Y被路由節(jié)點(diǎn)X覆蓋；
[0018] 1-7)求m的最小值m。以及路由節(jié)點(diǎn)集合RP及其中每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，使得RP的元素 個(gè)數(shù)為m。，且所有的終端節(jié)點(diǎn)被RP中至少一個(gè)元素覆蓋；
[0019] 2)求解步驟：
[0020] 2-1)將協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)標(biāo)為路由節(jié)點(diǎn)，m = 1，RP = {CN}，CN的坐標(biāo)為（X，y);以CN為 圓心，r為半徑作圓，將該圓內(nèi)的終端節(jié)點(diǎn)標(biāo)記為已連通；
[0021] 2-2)如果所有終端節(jié)點(diǎn)已連通，則令m。= m，輸出m。、RP及其中每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，結(jié) 束。
[0022] 本發(fā)明的交通信號(hào)控制器自組網(wǎng)的路由節(jié)點(diǎn)布局方法針對(duì)交通信號(hào)控制的特點(diǎn)， 提出了一種交通信號(hào)控制器自組網(wǎng)的路由節(jié)點(diǎn)布局方法，本發(fā)明以路由節(jié)點(diǎn)數(shù)量最少為目 標(biāo)，確定各路由節(jié)點(diǎn)的位置，保證所有終端節(jié)點(diǎn)都被路由節(jié)點(diǎn)覆蓋，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中任意兩個(gè)節(jié) 點(diǎn)都能相互通信，應(yīng)用本發(fā)明方法，可快速實(shí)現(xiàn)路由節(jié)點(diǎn)的低成本布局。
[0023] 作為本發(fā)明的交通信號(hào)控制器自組網(wǎng)的路由節(jié)點(diǎn)布局方法的優(yōu)選實(shí)施方式，所述 的步驟2-2)后還包括：
[0024] 2-3)令k = 1，其中，當(dāng)步驟2-2)中的終端節(jié)點(diǎn)未連通，則轉(zhuǎn)到步驟2-3);
[0025] 2-4)對(duì)RP中每個(gè)路由節(jié)點(diǎn)RN1 (i = 1，2,…，m)，分別以kR+r為半徑作圓，找出與 路由節(jié)點(diǎn)之間距離小于kR+r的未連通終端節(jié)點(diǎn)，未連通終端節(jié)點(diǎn)集合記作UC i;
為空，則k = k+Ι，轉(zhuǎn)步驟2-4);
[0027] 2-6)對(duì)i = l，2，."，m，若UC1非空，則以RN1為圓心，kR為半徑畫(huà)圓01;
[0028] 2-7)在所有O1Q = 1，2,…，HbUC1非空）的圓周上選擇一個(gè)點(diǎn)0V，使得它所覆蓋 的未聯(lián)通終端節(jié)點(diǎn)最多，記住OV的平面坐標(biāo)，設(shè)OV在0。的圓周上，記0。的圓心為RN。。
[0029] 作為本發(fā)明的交通信號(hào)控制器自組網(wǎng)的路由節(jié)點(diǎn)布局方法的優(yōu)選實(shí)施方式，所述 的步驟2-7)后還包括：
[0030] 2-8)RP = RP U {0V} ;m = m+l，以O(shè)V為圓心，r為半徑作圓，將此圓內(nèi)包含的及圓 周上的所有未連通終端節(jié)點(diǎn)標(biāo)記為已連通；
[0031] 2-9)連接OV與RN。，將該線段記為L(zhǎng) ;
[0032] 2-10)如果k= 1，轉(zhuǎn)2-2);否則，以RN。為圓心，分別以R，2R，···，（k-l)R為半徑 畫(huà)圓，相應(yīng)的圓分別記為C1, C2，…，Ck_ 1;
[0033] 2-11)線段L與圓C1, C2，…，Cp1的圓周的交點(diǎn)分別記作vl, v2,…，vk i，分別記住 vl, v2,…，vk i的平面坐標(biāo)；
[0034] 2-12) RP = RP U {vl，v2,…，vk !};轉(zhuǎn)步驟 2-2)。
[0035] 實(shí)施本發(fā)明的交通信號(hào)控制器自組網(wǎng)的路由節(jié)點(diǎn)布局方法的技術(shù)方案具有如下 有益效果：本發(fā)明的交通信號(hào)控制器自組網(wǎng)的路由節(jié)點(diǎn)布局方法針對(duì)交通信號(hào)控制的特 點(diǎn)，提出了一種交通信號(hào)控制器自組網(wǎng)的路由節(jié)點(diǎn)布局方法，本發(fā)明以路由節(jié)點(diǎn)數(shù)量最少 為目標(biāo)，確定各路由節(jié)點(diǎn)的位置，保證所有終端節(jié)點(diǎn)都被路由節(jié)點(diǎn)覆蓋，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中任意兩 個(gè)節(jié)點(diǎn)都能相互通信，應(yīng)用本發(fā)明方法，可快速實(shí)現(xiàn)路由節(jié)點(diǎn)的低成本布局。
[0036] 上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 而可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠 更明顯易懂，以下結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說(shuō)明如下。
【附圖說(shuō)明】
[0037] 利用附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但附圖中的實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限 制。
[0038] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的交通信號(hào)控制器自組網(wǎng)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖。
[0039] 圖2是本發(fā)明的交通信號(hào)控制器自組網(wǎng)的路由節(jié)點(diǎn)布局方法的工作流程圖。
[0040] 圖3-圖6是本發(fā)明的交通信號(hào)控制器自組網(wǎng)的路由節(jié)點(diǎn)布局方法的執(zhí)行過(guò)程。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，其作為本說(shuō)明書(shū)的一部分，通過(guò) 實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的原理，本發(fā)明的其他方面、特征及其優(yōu)點(diǎn)通過(guò)該詳細(xì)說(shuō)明將會(huì)變得 一目了然。在所參照的附圖中，不同的圖中相同或相似的部件使用相同的附圖標(biāo)號(hào)來(lái)表示。 為使本發(fā)明更加容易理解，下面將進(jìn)一步闡述本發(fā)明的具體實(shí)施例。
[0042] 如圖2所示，本發(fā)明的一種交通信號(hào)控制器自組網(wǎng)的路由節(jié)點(diǎn)布局方法包括以下 步驟：
[0043] 1)建立數(shù)學(xué)模型：
[0044] 1-1)平面上終端節(jié)點(diǎn)集合EP = (EP1, EP2,…，EPn} ,EP1的坐標(biāo)為（X ^ yi)，通信半 徑為:r (r>0)，i = 1，2, ...，η。對(duì)任意的兩個(gè)終端節(jié)點(diǎn)EPjP EP y必須通過(guò)路由節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通 信，i，j = 1，2, · · ·，n，i 乒 j。
[0045] 1-2)平面上有一個(gè)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)