一种实验室物联网管理系统的能效优化方法及其优化设备技术方案

本发明专利技术属于实验室设备优化技术领域，具体涉及一种实验室物联网管理系统的能效优化方法及其优化设备。实验室物联网管理系统包括实验室待管理的设备编号为i1，i2，i3…in，其中n代表设备的序号，能连接各实验室的中继系统、服务器、第一终端和第二终端，第一终端用于服务器连接WEB端，第二终端用于服务器连接控制端；实验室物联网管理系统通过控制设备的能耗进行能效优化。本发明专利技术通过对服务器连接的两个终端进行功率配置来进行能效优化，对于实验室待管理的设备、第一终端和第二终端根据不同的性质进行能效优化，设计合理，创造性提出了能效优化方法，合理节约能耗，提高安全度。

An Energy Efficiency Optimization Method and Equipment for Laboratory Internet of Things Management System

The invention belongs to the technical field of optimization of laboratory equipment, and specifically relates to an energy efficiency optimization method and optimization equipment of a laboratory Internet of Things management system. Laboratory Internet of Things Management System includes equipment numbers i1, i2, I3 to be managed in the laboratory. In, where n stands for the serial number of equipment, it can connect the relay system, server, first terminal and second terminal of each laboratory. The first terminal is used to connect the server to the WEB terminal, and the second terminal is used to connect the server to the control terminal. The laboratory IOT management system optimizes energy efficiency by controlling the energy consumption of the equipment. The invention optimizes energy efficiency by power allocation of two terminals connected by servers, optimizes energy efficiency of the equipment to be managed in the laboratory, the first terminal and the second terminal according to different properties, designs reasonably and creatively puts forward an energy efficiency optimization method, saves energy consumption reasonably and improves safety.

【技术实现步骤摘要】
一种实验室物联网管理系统的能效优化方法及其优化设备
本专利技术属于实验室设备优化
，具体涉及一种实验室物联网管理系统的能效优化方法及其优化设备。
技术介绍
实验室是培养人才的摇篮、是技术开发的诞生地、同时也是学校实现科研及教学的重要基地。因此高校对教学实验室的的管理尤为重要。只有管理好教学实验室，才能顺利的进行科研活动，才能使得实验更为精准进而得出准确而重要的结论。如今高校教学实验室的管理重点主要集中在以下几个方面：实验物品和环境条件、仪器设备以及实验室管理员，核心问题是怎样系统的管理好这些方面所存在的问题。相比传统的实验室管理阶段，如今的实验室管理更为科学化和现代化。大多数高校的实验室管理系统相对来说已经比较完整，但是这种现在的这种管理系统仍然还有很多的不足和局限性。从体制方面来考虑，如今人们一般都认为实验室教学远远没有理论教学重要，并不是很重视实验课；且这种实验室管理并没有实现完全的自动化管理，很多操作还是需要人工来进行统计和记录，特别是如果学校需要建立新的校区，就必须要实现设备搬迁、资产清查和过期报废等时，这些工作都需要对设备的数据及信息进行核对，这样不仅增加了管理人员的工作量，且容易造成数据信息出现错误；第三就是考虑到安全的问题，因为没办法实时的了解设备的信息，所以在实验教学的过程中容易发生意外。所以本课题所提出以物联网为基础的实验室管理系统就能够解决上述所提及的问题，这样高校实验室的管理才会变得高效及智能化。如今物联网技术在不断的发展和成熟，人们所考虑的不仅相关的理论研究，更多的是由于技术成熟会让日常生活更为便捷。而物联网能够发展起来最重要的一点就是提高电子标签读取的准确度。所以，本系统的核心是能够一步步改进及完善收集信息的技术。由于能够实现快速定位及查找功能，物联网的应用具有很好高的有效性及实用性。这个系统可以给客户提供便捷的生活、能够满足客户的个性化需求，因此可以很好的符合要求。系统管理员是权利最高的管理者。其主要工作是实现监控数据、检测运转、维护功能及配置系统。而实验室的管理人员其工作主要是，通过这个系统来完成信息管理、工作量统计及设备的管理等。要想教师及学生能够更和谐的实现教学活动，就必须提前进行预约管理和排课管理。这样可以很便捷的实现对设备其信息的跟踪和查询，而且可以产生相应的报表等。通过这个系统，老师可以提前为实验环境的做好准备，预先了解仪器、以及实验设备的相关情况，且能够实现在网上对学生出勤和实验安排、课表查询、实验报告以及成绩查询等情况的了解。学生可以在这个系统上完成网上预约和实验设计、报告的提交与查询、实验室信息查询、在线交流以及通知接收等。这个系统的设计理念即改变传统人工管理的模式，使管理方式趋向智能化。从设备来考虑，设备的入库和出库、使用及维修等过程都变得自动化，可以实现设备信息的写入和读取、统计及分析；从对于教学方面来考虑，学生能够通过这个系统查询到实验室的具体所在位置且能够提前预约实验，而教师能够通过这个系统来查询学生的试验情况和出勤情况以及实验的安排情况；管理员能够利用这个系统对实验室的相关情况，如实验室的温度和环境、设备信息、学生信息以及教课老师信息有个实时的掌控。简单来说，这个系统，让高校实验室的管理越来越现代化及科技化。然而如何能够将实验室系统进行优化，提高系统能效是对实验室节约成本、控制安全提出的必要要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种能够节约成本、控制损耗的实验室物联网管理系统的能效优化方法及其优化设备。本专利技术的目的是这样实现的：一种实验室物联网管理系统的能效优化方法，实验室物联网管理系统包括实验室待管理的设备，所述实验室待管理的设备的编号为i1，i2，i3…..in，其中n代表设备的序号、能无线连接各实验室的中继系统A、服务器B、第一终端C和第二终端D，所述第一终端C用于所述服务器连接WEB端，所述第二终端D用于所述服务器连接控制端；所述实验室物联网管理系统通过控制所述设备的能耗进行能效优化，具体包括：(1)每个所述实验室待管理的设备将其参数信息列表发送至所述中继系统A，所述参数信息列表包括对应信道的感知信噪比、传输速率以及传输功率；(2)所述服务器B根据所述中继系统A发送的所述参数信息列表，结合实验室待管理的设备的传输需求进行规划，为所述实验室待管理的设备分配需要的功率，并将分配结果发送至所述中继系统A，所述中继系统A将分配结果发送至所述实验室待管理的设备；(3)所述服务器B检测所述第一终端C和所述第二终端D的空闲信道；(4)所述服务器B根据检测到的空闲信道，为所述第一终端C和所述第二终端D分配合适的信道及对应的传输时间，并将最终分配方案传送至有传输需求的所述第一终端C和第二终端D，若无空闲信道则不进行信道分配，只需向所述第一终端C和所述第二终端D发送无空闲信道信息；(5)所述第一终端C和所述第二终端D根据所述最终分配方案接入信道进行传输，若收到无空闲信道的信息，则切换至休眠状态直至下一个周期到来。在一个实施例中，所述最终分配方案确定的步骤包括：(1.1)设有M个所述第一终端C和N个所述第二终端D，所述第一终端C和所述第二终端D的集合分别表示为：α＝{1,2,3…M}；β＝{1,2,3…N}；所述第一终端C和所述第二终端D共享M个上行频谱资源块；实验室物联网管理系统链路的信道模型为：n＝|μ|2b-β；μ为链路的小尺度衰落值，服从瑞利分布，μ～CN(0,1)，b表示实验室物联网管理系统中设备的发射端与接收端的距离；β是链路损失指数；(1.2)计算共同占用第j个频谱的所述第一终端j和所述第二终端i的信噪比SI；表示所述第一终端到所述服务器B的发射功率，表示所述第二终端到其信号接收端的发射功率，表示所述第一终端到所述服务器B的信道；表示所述第二终端i到其信号接收端的信道，表示所述第二终端对所述第一终端频谱资源的复用状态；M0表示系统噪声功率；(1.3)计算共同占用第j个频谱的所述第一终端j和所述第二终端i的频谱效率；ej＝log2(1+SIj)；ei＝log2(1+SIi)；(1.4)计算共同占用第j个频谱的所述第一终端j和所述第二终端i的总功耗；Wj＝wj+Ec；Wi＝wi+Ec；wj为所述第一终端j的发送功率，wi为所述第二终端i的发送功率；Ec为每一个设备的电路功率；(1.5)计算所述第一终端C和所述第二终端D的总能效：(1.6)对所述第一终端C和所述第二终端D的总能效进行模拟，求出最小值下各设备的最佳能耗值。在一个实施例中，所述的实验室待管理的设备的能耗通过如下方法进行优化：(2.1)计算实验室待管理的设备的常规能耗：Pz为实验室固有电路功率；Pzt(i)为实验室待管理的设备i进行工作时的传输功率；Pk(i)为实验室待管理的设备i空闲时的传输功率；T为单位时间；Tzt为实验室待管理的设备进行工作的时间；Tk为实验室待管理的设备空闲的时间；(2.2)计算实验室待管理的设备的空闲模式的概率：pk(i)＝(1-pb(i))(1-p(i))；pb(i)为实验室待管理的设备i的缓存器非空概率；p(i)为实验室待管理的设备i的标准工作概率；(2.3)计算实验室待管理的设备的工作模式的概率：pzt(i)＝p(i)+(p(i)-1)pb(i本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实验室物联网管理系统的能效优化方法，实验室物联网管理系统包括实验室待管理的设备，所述实验室待管理的设备的编号为i1，i2，i3…..in，其中n代表设备的序号、能无线连接各实验室的中继系统A、服务器B、第一终端C和第二终端D，所述第一终端C用于所述服务器连接WEB端，所述第二终端D用于所述服务器连接控制端；所述实验室物联网管理系统通过控制所述设备的能耗进行能效优化，其特征在于，具体包括：(1)每个所述实验室待管理的设备将其参数信息列表发送至所述中继系统A，所述参数信息列表包括对应信道的感知信噪比、传输速率以及传输功率；(2)所述服务器B根据所述中继系统A发送的所述参数信息列表，结合实验室待管理的设备的传输需求进行规划，为所述实验室待管理的设备分配需要的功率，并将分配结果发送至所述中继系统A，所述中继系统A将分配结果发送至所述实验室待管理的设备；(3)所述服务器B检测所述第一终端C和所述第二终端D的空闲信道；(4)所述服务器B根据检测到的空闲信道，为所述第一终端C和所述第二终端D分配合适的信道及对应的传输时间，并将最终分配方案传送至有传输需求的所述第一终端C和第二终端D，若无空闲信道则不进行信道分配，只需向所述第一终端C和所述第二终端D发送无空闲信道信息；(5)所述第一终端C和所述第二终端D根据所述最终分配方案接入信道进行传输，若收到无空闲信道的信息，则切换至休眠状态直至下一个周期到来。...

【技术特征摘要】
1.一种实验室物联网管理系统的能效优化方法，实验室物联网管理系统包括实验室待管理的设备，所述实验室待管理的设备的编号为i1，i2，i3…..in，其中n代表设备的序号、能无线连接各实验室的中继系统A、服务器B、第一终端C和第二终端D，所述第一终端C用于所述服务器连接WEB端，所述第二终端D用于所述服务器连接控制端；所述实验室物联网管理系统通过控制所述设备的能耗进行能效优化，其特征在于，具体包括：(1)每个所述实验室待管理的设备将其参数信息列表发送至所述中继系统A，所述参数信息列表包括对应信道的感知信噪比、传输速率以及传输功率；(2)所述服务器B根据所述中继系统A发送的所述参数信息列表，结合实验室待管理的设备的传输需求进行规划，为所述实验室待管理的设备分配需要的功率，并将分配结果发送至所述中继系统A，所述中继系统A将分配结果发送至所述实验室待管理的设备；(3)所述服务器B检测所述第一终端C和所述第二终端D的空闲信道；(4)所述服务器B根据检测到的空闲信道，为所述第一终端C和所述第二终端D分配合适的信道及对应的传输时间，并将最终分配方案传送至有传输需求的所述第一终端C和第二终端D，若无空闲信道则不进行信道分配，只需向所述第一终端C和所述第二终端D发送无空闲信道信息；(5)所述第一终端C和所述第二终端D根据所述最终分配方案接入信道进行传输，若收到无空闲信道的信息，则切换至休眠状态直至下一个周期到来。2.根据权利要求1所述的一种实验室物联网管理系统的能效优化方法，其特征在于，所述最终分配方案确定的步骤包括：(1.1)设有M个所述第一终端C和N个所述第二终端D，所述第一终端C和所述第二终端D的集合分别表示为：α＝{1,2,3…M}；β＝{1,2,3…N}；所述第一终端C和所述第二终端D共享M个上行频谱资源块；实验室物联网管理系统链路的信道模型为：n＝|μ|2b-β；μ为链路的小尺度衰落值，服从瑞利分布，μ～CN(0,1)，b表示实验室物联网管理系统中设备的发射端与接收端的距离；β是链路损失指数；(1.2)计算共同占用第j个频谱的所述第一终端j和所述第二终端i的信噪比SI；Pjc表示所述第一终端到所述服务器B的发射功率，Pib表示所述第二终端到其信号接收端的发射功率，表示所述第一终端到所述服务器B的信道；表示所述第二终端i到其信号接收端的信道，表示所述第二终端对所述第一终端频谱资源的复用状态；M0表示系统噪声功率；(1.3)计算共同占用第j个频谱的所述第一终端j和所述第二终端i的频谱效率；ej＝log2(1+SIj)；ei＝log2(1+SIi)；(1.4)计算共同占用第j个频谱的所述第一终端j和所述第二终端i的总功耗；Wj＝wj+Ec；Wi＝wi+Ec；wj为所述第一终端j的发送功率，wi为所述第二终端i的发送功率；Ec为每一个设备的电路功率；(1.5)计算所述第一终端C和所述第二终端D的总能效：(1.6)对所述第一终端C和所述第二终端D的总能效进行模拟，求出最小值下各设备的最佳能耗值。3.根据权利要求1所述的一种实验室物联网管理系统的能效优化方法，其特征在于，所述的实验室待管理的设备的能耗通过如下方法进行优化：(2.1)计算实验室待管理的设备的常规能耗：Pz为实验室固有电路功率；Pzt(i)为实验室待管理的设备i进行工作时的传输功率；Pk(i)为实验室待管理的设备i空闲时的传输功率；T为单位时间；Tzt为实验室待管理的设备进行工作的时间；Tk为实验室待管理的设备空闲的时间；(2.2)计算实验室待管理的设备的空闲模式的概率：pk(i)＝(1-pb(i))(1-p(i))；pb(i)为实验室待管理的设备i的缓存器非空概率；p(i)为实验室待管理的设备i的标准工作概率；(2.3)计算实验室待管理的设备的工作模式的概率：pzt(i)＝p(i)+(p(i)-1)pb(i)；(2.4)计算实验室待管理的设备的通信能效为：η为实验室待管理的设备的通信到达率：为通信数据的平均长度；为实验室能耗平均功率；TS为实验室信道通讯时间；(2.5)对实验室待管理的设备的通信能效进行模拟，求出实验室待管理的设备的最小值达到系统的最佳能耗值。4.根据权利要求1所述的一种实验室物联网管理系统的能效优化方法，其特征在于，通过所述中继系统A和所述服务器B对待优化设备的传输过程进行监控，具体方法包括：(3.1)设待优化iu的坐标为(Xiu，Yiu)，设待优化相关联的m个设备的坐标为(X1，Y1)，(X2，Y2)…(Xm，Ym)，m≥3；所述待优化相关联的的设备为待优化的且同处于一所述中继系统的设备；(3.2)该待优化与相关联的m个设备的欧氏距离为：对上式进行推导得：将该式通过简化结构进行计算得到待优化的坐标：(3.3)设待优化iu与所述中继系统A的距离r，路径损耗通信距离为r0；接收功率的平均值为P(r0)；待优化iu的传输功率为Pzt(i)；则：β为传播路径损耗指数，通过计算获得待优化iu与所述中继系统A的距离r；(3.4)计算能够获得待优化iu通信信号的实验室设备ix与iu的距离s；s0为实验室设备ix与已知设备ip通信信号的距离，Xσ为随机值的正太分布取法，其标准偏差为[4，10]，b(i)为实验室待管理的设备的信号在传输过程中的损耗指数；G0为待优化iu与实验室设备ix...

【专利技术属性】
技术研发人员：迟海鹏，张怀东，张京军，龚长华，邢希学，
申请(专利权)人：北京戴纳实验科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11