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智能交通系统中的高效数据报告

智能交通


智能交通系统中的高效数据报告

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引用Anisi, M.H., Abdullah, A.H. Efficient Data Reporting in Intelligent Transportation Systems. Netw Spat Econ 16, 623–642 (2016).
摘要近年来，智能交通系统（ intelligent transportation systems，ITSs）应运而生 。这些系统可以改善传统的交通系统，为旅客提供交通信息 。在交通领域，无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSNs）可以取代现有的有线传感器和昂贵的交通监控系统，以减少安装此类系统的时间和成本 。然而，考虑到传感器节点的能量限制，准确、及时地传递交通信息是一个重大挑战 。在本文中，我们提出了一个两层架构，上层是移动对象（车辆）网络，底层是分层的无线传感器网络 。使用这种方法，低功耗静态传感器节点上的一部分负载可以转移到移动对象上，例如功能强大的移动设备 。此外，为了提供准确、及时的流量信息，提出了一种 QoS 感知的链路代价函数，用于静态传感器节点间的数据传输 。另外，由于移动对象层（上层）中对象的移动性和存在丢包的概率，提出了一种可靠的数据转发机制 。在这种机制中，数据包被转发给附近的人，这增加了接收数据包的概率 。性能评估结果表明了用于 ITS 应用程序的建议体系结构和数据报告机制的有效性 。
1 介绍无线传感器网络是一种经济、低功耗的无线监测方法，能够支持无处不在的 ITS 应用 。但其还存在对于不同应用必须满足不同的服务质量（Quality of Service，QoS）参数，包括传感器节点的能量、可靠的数据传输和延迟；与有线网络相比，安全性较低、速度较低和配置更复杂等缺点 。本文中作者提出了一种用户都直联无线传感器网络的体系结构 。其中移动用户查询网络，并将查询响应发送回其中一个节点，该节点充当传感器节点和移动用户之间的中间节点（称为副接收器） 。当目标移动用户到达副接收器时，它向移动用户发送响应 。如果该分组传输不成功，则来自重新跟踪和重传分组的可考虑延迟施加到系统上 。
在针对传感器节点之间的数据传输过程中，响应包的丢失、无线传感器网络的能量限制等问题时，本文提出了一种基于 WSNs 的 ITSs 两层体系结构，其中静态传感器节点和移动对象之间的数据通信在每层中被分离，简化了静态传感器的任务并节省能源 。并传感器节点被组织成若干个簇，其中数据通过树传递到簇头结构 。为了满足数据传输对服务质量的要求，本文提出了一种链路代价函数，并将其应用于传感器节点间的数据传输 。利用所提出的链路代价函数，平衡节点能量，减少时延和拥塞 。并且在移动对象层，本文提出了一种可靠的数据转发机制，可以大大减少分组丢失 。
2 系统架构2.1 静态传感器层
此层由几个静态传感器节点组成，假设每个节点都知道其位置 。为了指定位置，可以使用分布式定位方案 。假设整个网络由多个群集组成，并且在每个簇中，选择其中一个节点作为簇头（ Cluster Head，CH） 。为了节省静态传感器节点的能量，采用基于簇和基于树的方法 。集群通过提高带宽利用率和减少开销来降低能耗 。另外，参考无线传输中消耗的能量与通信中节点间距离平方的直接关系，在每个簇内使用了基于树的方法 。由于簇成员节点不在簇头的位置向相邻节点发送数据包，从而缩短了它们的传输距离，从而降低了每个簇中传感器节点的整体能量消耗 。
2.2 移动对象层
移动对象沿着该层的感兴趣的区域（the area of interest，AOI）移动网络，有关速度、方向和位置的信息被认为是永久可用的，移动对象可以具有两个在不同频带上执行的无线电 。这些移动对象从其覆盖区域内的簇头收集数据，处理数据并将其转发给目标节点 。使用此机制可以在不影响整个网络的情况下删除更多的对象 。另外，移动传感器的故障或离开不会干扰数据采集过程 。因此，可以确保网络的可扩展性和健壮性 。
3 通信框架本文所提出的通信和路由框架包括静态传感器层和移动对象层 。在分层框架中，静态传感器层涉及部署在感兴趣区域的静态传感器节点之间的 QoS 感知数据路由，而移动对象层则解决移动设备的可靠数据通信问题对象 。注入查询之后，最靠近移动对象的节点接收查询，通过静态传感器将查询路由到查询区域目标，在返回路径中，响应包到达最接近查询区域目标的簇头，随后分组被发送到集群头部的本地附近的移动对象 。
图 1 描述了所提出的通信框架的适用场景 。当移动对象需要有关环境的一些信息时，它向网络注入一个查询 。移动对象无线电范围内最近的簇头接收查询 。在接收到查询后，簇头检查查询中感兴趣区域是否与其覆盖的区域匹配 。若是，它将查询分发到它的集群并转发给它的相邻簇头 。


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