本申請(qǐng)涉及傳感器網(wǎng)絡(luò)，尤其是涉及一種基于傳感采集系統(tǒng)的能量自適應(yīng)通信方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在物聯(lián)網(wǎng)（iot）和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（wsn）中，傳感器節(jié)點(diǎn)通常部署在難以訪問或更換電池的位置，因此能量消耗是這些系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵考慮因素。低功耗無線通信技術(shù)，如zigbee、lora和ble（bluetooth?low?energy），被廣泛應(yīng)用于這些系統(tǒng)中，以延長傳感器節(jié)點(diǎn)的工作壽命。

2、現(xiàn)有的傳感采集系統(tǒng)通常采用固定的通信參數(shù)以及固定的通信協(xié)議進(jìn)行通信傳輸，無法根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)能量狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，導(dǎo)致能量利用效率低下。

3、因此，如何優(yōu)化傳感器系統(tǒng)的能量利用，成為一個(gè)待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了改善無法根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)能量狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，導(dǎo)致能量利用效率低下的問題，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N基于傳感采集系統(tǒng)的能量自適應(yīng)通信方法及系統(tǒng)。

2、第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊环N基于傳感采集系統(tǒng)的能量自適應(yīng)通信方法，采用如下的技術(shù)方案：包括：

3、將傳感器布設(shè)在預(yù)設(shè)的節(jié)點(diǎn)位置，并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)初始化；

4、實(shí)時(shí)檢測所述節(jié)點(diǎn)位置的傳感器的能量狀態(tài)，所述能量狀態(tài)至少包括：剩余電量和電壓水平；

5、根據(jù)所述能量狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整通信參數(shù)，并選擇最佳通信協(xié)議；

6、通過低功耗廣播方式在節(jié)點(diǎn)之間共享所述能量狀態(tài)的信息；

7、基于共享的所述能量狀態(tài)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)中繼以及能量轉(zhuǎn)移。

8、可選的，所述將傳感器布設(shè)在預(yù)設(shè)的節(jié)點(diǎn)位置，并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)初始化，包括：

9、將傳感器部署在所述節(jié)點(diǎn)位置，并進(jìn)行初始配置，以使每個(gè)節(jié)點(diǎn)配備有能量狀態(tài)檢測模塊、通信參數(shù)調(diào)整模塊以及相關(guān)的軟件定義通信協(xié)議；

10、啟動(dòng)傳感器節(jié)點(diǎn)并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)初始化，以便實(shí)時(shí)檢測傳感器節(jié)點(diǎn)的所述能量狀態(tài)。

11、可選的，所述根據(jù)所述能量狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整通信參數(shù)，并選擇最佳通信協(xié)議，包括：

12、根據(jù)所述能量狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整所述通信參數(shù)，所述通信參數(shù)至少包括：通信頻率、傳輸功率和數(shù)據(jù)傳輸速率；

13、根據(jù)節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的所述能量狀態(tài)，根據(jù)預(yù)設(shè)的通信策略選擇最佳的通信協(xié)議；

14、利用軟件定義通信的方式，實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議的靈活切換和優(yōu)化，每個(gè)節(jié)點(diǎn)定期評(píng)估當(dāng)前通信協(xié)議的效果，以調(diào)整所述通信策略。

15、可選的，在所述根據(jù)所述能量狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整通信參數(shù)，并選擇最佳通信協(xié)議之后，還包括：

16、基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)節(jié)點(diǎn)的能量消耗進(jìn)行預(yù)測，獲取預(yù)測結(jié)果；

17、根據(jù)所述預(yù)測結(jié)果提前調(diào)整所述通信參數(shù)以及通信協(xié)議。

18、可選的，在每個(gè)時(shí)隙，基于瞬時(shí)的隊(duì)列狀態(tài)和信道狀態(tài)，自適應(yīng)調(diào)整壓縮比和被服務(wù)的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)；

19、在快衰落信道的無線通信中，以平均功率和壓縮失真為約束，最小化平均隊(duì)列延時(shí)。

20、可選的，所述在每個(gè)時(shí)隙，基于瞬時(shí)的隊(duì)列狀態(tài)和信道狀態(tài)，自適應(yīng)調(diào)整壓縮比和被服務(wù)的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)，包括：

21、將所述傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行量化和成幀處理，獲取數(shù)據(jù)包；

22、基于預(yù)設(shè)的馬爾可夫決策過程架構(gòu)以及瞬時(shí)的隊(duì)列狀態(tài)和信道狀態(tài)，調(diào)整所述數(shù)據(jù)包的壓縮比和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包個(gè)數(shù)。

23、第二方面，本申請(qǐng)一種基于傳感采集系統(tǒng)的能量自適應(yīng)通信裝置，采用如下技術(shù)方案，包括：

24、節(jié)點(diǎn)布置模塊，用于將傳感器布設(shè)在預(yù)設(shè)的節(jié)點(diǎn)位置，并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)初始化；

25、能量檢測模塊，用于實(shí)時(shí)檢測所述節(jié)點(diǎn)位置的傳感器的能量狀態(tài)，所述能量狀態(tài)至少包括：剩余電量和電壓水平；

26、通信調(diào)整模塊，用于根據(jù)所述能量狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整通信參數(shù)，并選擇最佳通信協(xié)議；

27、能量共享模塊，用于通過低功耗廣播方式在節(jié)點(diǎn)之間共享所述能量狀態(tài)的信息，基于共享的所述能量狀態(tài)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)中繼以及能量轉(zhuǎn)移。

28、第三方面，本申請(qǐng)還提供一種控制設(shè)備，所述設(shè)備包括：

29、包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器上存儲(chǔ)有能夠被處理器加載并執(zhí)行如上述基于傳感采集系統(tǒng)的能量自適應(yīng)通信方法的計(jì)算機(jī)程序。

30、第四方面，本申請(qǐng)還提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，存儲(chǔ)有能夠被處理器加載并執(zhí)行如上述基于傳感采集系統(tǒng)的能量自適應(yīng)通信方法的計(jì)算機(jī)程序。

31、綜上所述，本申請(qǐng)中系統(tǒng)將傳感器布設(shè)在預(yù)設(shè)的節(jié)點(diǎn)位置，并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)初始化，實(shí)時(shí)檢測節(jié)點(diǎn)位置的傳感器的能量狀態(tài)，并根據(jù)能量狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整通信參數(shù)和選擇最佳通信協(xié)議，通過低功耗廣播方式在節(jié)點(diǎn)之間共享所述能量狀態(tài)的信息，基于共享的能量狀態(tài)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)中繼以及能量轉(zhuǎn)移，從而使得節(jié)點(diǎn)之間可以共享能量狀態(tài)信息，并基于此信息協(xié)作調(diào)整通信方式，以實(shí)現(xiàn)能量的最優(yōu)化利用，同時(shí)系統(tǒng)在每個(gè)時(shí)隙內(nèi)，基于瞬時(shí)的隊(duì)列狀態(tài)和信道狀態(tài)，自適應(yīng)地調(diào)度壓縮比和被服務(wù)的數(shù)據(jù)包數(shù)量，從而在快衰落信道的無線通信中，以平均功率和壓縮失真為約束，最小化平均隊(duì)列延時(shí)，以達(dá)到同時(shí)調(diào)度應(yīng)用層有損壓縮和物理層無線傳輸?shù)目鐚诱{(diào)度策略的效果，同時(shí)，采用約束馬爾可夫決策過程（cmdp）和動(dòng)態(tài)編程算法，確?？鐚诱{(diào)度策略的高效性和可行性。

技術(shù)特征：

1.一種基于傳感采集系統(tǒng)的能量自適應(yīng)通信方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于傳感采集系統(tǒng)的能量自適應(yīng)通信方法，其特征在于，所述將傳感器布設(shè)在預(yù)設(shè)的節(jié)點(diǎn)位置，并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)初始化，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于傳感采集系統(tǒng)的能量自適應(yīng)通信方法，其特征在于，所述根據(jù)所述能量狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整通信參數(shù)，并選擇最佳通信協(xié)議，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于傳感采集系統(tǒng)的能量自適應(yīng)通信方法，其特征在于，在所述根據(jù)所述能量狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整通信參數(shù)，并選擇最佳通信協(xié)議之后，還包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于傳感采集系統(tǒng)的能量自適應(yīng)通信方法，其特征在于，所述方法還包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于傳感采集系統(tǒng)的能量自適應(yīng)通信方法，其特征在于，所述在每個(gè)時(shí)隙，基于瞬時(shí)的隊(duì)列狀態(tài)和信道狀態(tài)，自適應(yīng)調(diào)整壓縮比和被服務(wù)的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)，包括：

7.一種基于傳感采集系統(tǒng)的能量自適應(yīng)通信裝置，其特征在于，所述裝置包括：

8.一種控制設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括：

9.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，存儲(chǔ)有能夠被處理器加載并執(zhí)行如權(quán)利要求1至6中任一種所述方法的計(jì)算機(jī)程序。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)涉及一種基于傳感采集系統(tǒng)的能量自適應(yīng)通信方法及系統(tǒng)，應(yīng)用于傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，其包括將傳感器布設(shè)在預(yù)設(shè)的節(jié)點(diǎn)位置，并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)初始化；實(shí)時(shí)檢測所述節(jié)點(diǎn)位置的傳感器的能量狀態(tài)，所述能量狀態(tài)至少包括：剩余電量和電壓水平；根據(jù)所述能量狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整通信參數(shù)，并選擇最佳通信協(xié)議；通過低功耗廣播方式在節(jié)點(diǎn)之間共享所述能量狀態(tài)的信息；基于共享的所述能量狀態(tài)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)中繼以及能量轉(zhuǎn)移。本申請(qǐng)通過對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)之間的能量檢測和通信參數(shù)調(diào)整，使得節(jié)點(diǎn)之間可以共享能量狀態(tài)信息，并基于此信息協(xié)作調(diào)整通信方式，以實(shí)現(xiàn)能量的最優(yōu)化利用。

技術(shù)研發(fā)人員：韋偉才,鄧海蛟,馬健瑩
受保護(hù)的技術(shù)使用者：深圳市龍芯威半導(dǎo)體科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19