[发明专利]一种用于铁路交通的无线传感网的拓扑控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线传感网领域，具体涉及一种用于铁路交通的无线传感网的拓扑控制方法。 

背景技术

无线传感网是信息科学领域中一个全新的发展方向，同时也是新兴学科与传统学科进行领域间交叉的结果。它是随着传感器、无线通信、嵌入式计算、分布式处理和微电子等领域的技术进步而发展起来的。目前无线传感网已经在环境监测、智能交通、医疗监控、城市管理、物流管理和建筑等领域上发挥着重大的作用。 

将无线传感网用在铁路交通中，对于列车的运行安全和铁路沿线各种列车行车信息的传递有着重要的意义。例如，为了列车的运行安全，在列车行驶过程中进行限速的情况经常发生。目前我国铁路管理部门对列车的限速有两种方式：固有限速和临时限速。对于路段的固有限速，可以通过预先设置车载LKJ装置以实现限速，这种方法减少了人为因素的影响，提高了行车安全性；而当铁路沿线由于发生突发事件或者临时施工需要临时限速时，车载LKJ装置存储的行车信息无法及时获得更新，而通过放置临时限速标识告知司机进行临时限速又受人为和外界因素的影响比较大，容易出现漏识别和误识别等问题，导致安全事故的发生。 

在这种情况下，如果在铁路沿线部下传感器无线节点，对于需要进行限速区域，由列车运行控制中心向区域中的无线节点发布限速命令，限速命令经由布置在铁路沿线的无线节点逐跳地传递到目的无线节点中，经过的列车通过车上的阅读器便能读到限速信息，这样既减少了人工配置的麻烦，同时也能准确快捷的将限速命令发送到需要限速的区域，提高了列车运行的安全性，更适用于临时限速。 

但是，如果将现有的无线传感网照搬应用到铁路交通，也就是各无线节点随意安装在需要限速的区段内，每个无线节点都一直处于工作状态，而由于在实际应用中，只有当列车驶近该路段，才需要真正用到无线节点的广播信息，这就使得无线节点在大多数情况下都处于资源闲置的状态，没有考虑到不同位于不同地点的无线节点的使用寿命和资源优化问题，使得经常需要更换故障或耗尽了电源的无线节点，导致列车限速信息等列车行车信息不能及时下达，网络的生存期限受到了极大的限制，严重影响了列车的行车安全。因此，需要一种有效的拓扑控制方法来延长网络的生存期限。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的问题，提供一种用于铁路交通的无线传感网的拓扑控制方法，本发明采用分块布点的方法，将整个铁路区域分成一个个的区段，区段里又分为无线节点密度不一的区域块，并根据预测的各区域块内无线节点能量消耗的速率，确定出区域块中无线节点的最佳部署间距。同时，本发明无线节点采用工作休眠轮换机制，区段中每隔距离L设置一个工作节点，其他的无线节点处于休眠状态，因此，本发明所实现用于铁路交通的无线传感网能有效地提高网络的生存期限，保障列车限速信息等列车行车信息及时下达以及列车的行车安全。 

本发明的目的通过下述技术方案来实现：一种用于铁路交通的无线传感网的拓扑控制方法，具体如下： 

首先将需要传递列车行车信息的铁路沿线区域分为若干个区段，在每个区段设立一个汇聚节点； 

根据具体区段内需要布置的无线节点总数N以及铁路状况，将该区段再进一步分为长度均为1的M个区域块； 

按照每个区域块内所有无线节点消耗总能量的速度r_i与该区域块与汇聚节点的距离成反比的比例关系，计算出每个区域块所需要布置的无线节点数n_i，进而计算出各区域块内无线节点件的间距d_i，d_i＝1/n_i； 

按照间距d_i将无线节点均匀布置在各区域块中间，给每个无线节点顺序配置ID号； 

在区段内每隔距离L设置一个工作节点，其他的无线节点处于休眠状态，无线节点以区域块为单位进行工作/休眠状态轮换； 

区段内所有无线节点均通过区段内的汇聚节点与列车安全运行控制中心进行通信。 

所述汇聚节点有两种通信模式：一种为短距离无线通信模式，用于和该区段中的无线节点进行通信；另一种为长距离无线通信或有线通信模式，用于连接到外部网络。同区段中所有无线节点都将信息传递到汇聚节点，汇聚节点再连接到外部网络与列车安全运行控制中心进行信息交流。 

为了优化汇聚节点与区段内所有无线节点之间的通信，所述汇聚节点设置在其所属区段的中点位置。 

无线节点配置完成后，并不是所有的无线节点同时工作，而是分为工作和休眠两种状态，以延长无电节点寿命。