本发明专利技术公开了一种基于油气物联网的能量管理装置及方法，所述装置包括包括数据采集模块、能量采集模块、通信模块、数据处理模块；所述能量采集模块依次与数据采集模块、数据处理模块、通信模块连接；所述数据采集模块输出端与数据处理模块输入端连接；所述数据处理模块输出端与通信模块的输入端通讯连接；所述数据采集模块用于采集油温、油位、油气浓度、压力、湿度数据，并将采集到的数据输入至数据处理模块，数据处理模块对接收到的数据进行滤波、降噪处理后发送至通信模块；所述能量采集模块用于采集微光能、振动能、温差能、射频能；本发明专利技术装置及方法能够有效降低数据传输能耗、实现均衡网络能耗和延长油气物联网网络寿命。衡网络能耗和延长油气物联网网络寿命。衡网络能耗和延长油气物联网网络寿命。
【技术实现步骤摘要】
一种基于油气物联网的能量管理装置及方法
[0001]本专利技术涉及传感器
，具体涉及一种基于油气物联网的能量管理装置及方法。
技术介绍
[0002]无线传感器网络(Wireless Sensor Network，简称WSN)是一种新兴的信息获取平台，由部署在监测区域内的大量微型传感器节点组成，这些传感器节点通过无线通信的方式形成多跳自组织网络系统，能够相互协调地进行实时监测以及采集各种所监控环境或对象的感兴趣信息，其信息通过嵌入式系统进行一定处理后，通过自组织的无线通信网络将信息以多跳中继方式发送到基站，以供用户终端使用。
[0003]目前油气物联网中的传感器网络节点通常是一种具有无线传输和接收功能的微型传感器，存储和计算能力有限，并且是由电池供电。因此，网络节点有限的资源限制了油气物联网的性能，尤其是能量方面，是制约网络性能的最主要的原因之一。尤其是当传感器网络节点部署在环境恶劣，人力无法到达的区域时，大范围更换网络节点的电池，是一项不可能完成的任务。
[0004]因此，对油气物联网的能量进行有效管理是实现网络性能的最大挑战。在油气物联网中网络节点由于分布不同，所采集的能量和消耗的能量也是不同的。因此，如何解决网络节点的能耗均衡问题，且进一步延长网络寿命，是本领域技术人员需解决的技术问题。
技术实现思路
[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术提供一种基于油气物联网的能量管理装置及方法，能够有效降低数据传输能耗、实现均衡网络能耗和延长油气物联网网络寿命。
[0006]为实现上述效果，本专利技术的技术方案如下：本专利技术提供一种基于油气物联网的能量管理装置，包括数据采集模块、能量采集模块、通信模块、数据处理模块；所述能量采集模块依次与数据采集模块、数据处理模块、通信模块连接；所述数据采集模块输出端与数据处理模块输入端连接；所述数据处理模块输出端与通信模块的输入端通讯连接；所述数据采集模块用于采集油温、油位、油气浓度、压力、湿度数据，并将采集到的数据输入至数据处理模块，数据处理模块对接收到的数据进行滤波、降噪处理后发送至通信模块；所述能量采集模块用于采集微光能、振动能、温差能、射频能，同时对数据采集模块、数据处理模块以及通信模块进行供电；所述通信模块用于对数据进行节点能耗优化、传输次数优化、传输距离优化、簇头选择；在传输距离固定的情况下，对数据传输次数较多的网络节点分配中心频率低的信道进行数据传输，为数据能量消耗较低、数据传输次数较少、数据传输距离较远、簇头选择
的网络节点分配中心频率高的传输信道；所述簇头选择为：在基于当前剩余能量和簇成员节点平均数据传输距离的基础上，考虑节点的历史剩余能量和簇头到射频发射器的距离，采用基于能量供给与消耗平衡的方式选择簇头。
[0007]本专利技术提出基于数据传输次数优化的频谱选择策略，根据每个网络节点不同的传输次数分配合适的频谱，以减少数据传输的能量消耗，从而实现网络节点的能耗均衡。
[0008]进一步的，所述能量采集模块包括能量采集器、能量管理控制单元与能量存储单元；所述能量采集器包括光伏能量采集器、机械能量采集器、温差能量采集器、射频能量采集器；所述光伏能量采集器用于采集微光能量；所述机械能量采集器用于采集振动能量；所述温差能量采集器用于采集温差能量；所述射频能量采集器用于采集射频能量；所述能量管理控制单元用于对能量进行监控；所述能量存储单元用于对所有能量进行存储。
[0009]进一步的，所述数据采集模块设置有A/D转换器，同时将采集所得模拟信号转换为数字信号输出至数据处理模块，数据处理模块对接收到的数字信号进行滤波、降噪处理后发送至通信模块。
[0010]进一步的，所述通信模块用于对数据进行节点能耗优化、传输次数优化、传输距离优化，具体为：所述节点能耗优化为：在传输距离固定的情况下，对传输能量消耗较多的节点分配中心频率低的信道进行数据传输，为能量消耗较低的节点分配中心频率高的传输信道；所述数据传输次数优化为：在传输距离固定的情况下，对数据传输次数较多的网络节点分配中心频率低的信道进行数据传输，为数据传输次数较少的网络节点分配中心频率高的传输信道；所述传输距离优化为：为传输距离远的节点分配较小的中心频率，为传输距离近的节点分配较大的中心频率；， i=1,2,3(1)由公式（6）可得，若在同一时间内只有一个网络节点进行数据上传时，则簇头分配最小的中心频率给簇成员网络节点进行数据传输；若在同一时间内有两个或更多网络节点请求数据传输，则根据网络节点的F1、F2、F3进行信道中心频率的分配，F1、F2、F3越大分配的中心频率f就越小，在减少能量消耗的同时实现能量的均衡。
[0011]进一步的，所述通信模块用于簇头选择，具体为：在考虑节点剩余能量的基础上，进行能量供给与消耗平衡的簇头选择；主簇头CH
p
选择公式如下：（2）其中，表示节点当前剩余能量，表示历史平均能量，即上次簇头选定后，节点向簇头报告的历史剩余能量；表示节点到射频发射器的距离，表示中继簇群中节点i到其他节点的距离；i、N分别表示当前循环次数、最大循环次数；副簇头选择公式如下：
（3）其中，d
i,adj
表示中继簇群中节点i到相邻簇群中其他节点的距离。
[0012]一种油气物联网能量管理方法，包括如下步骤：获取传感器的网络节点在发送数据时消耗的最小接收功率及最小的传输能量消耗；对能量消耗较多的节点需分配较低的中心频率进行数据传输；为多次传输数据的网络节点分配较小的频率；为采集能量无法供应能量消耗的节点分配较小的中心频率以减少能量消耗。
[0013]进一步的，所述获取传感器的网络节点在发送数据时消耗的最小接收功率，具体为：根据Shannon
‑
Hartley定理建立的传输模型，得到传感器的网络节点在发送数据时消耗的最小接收功率P
rmin
为：(4)其中，n0为接收机恒定的白噪声等级，B为信道带宽，单位为Hz；b表示以bbits/s的速率解码数据；因此，网络节点最小的传输能量消耗为：(5)式（5）中，c为光在真空中传播速度，D为传输距离，f为传输数据信道的中心频率，A为常数，T为数据传输时间。
[0014]进一步的，所述对能量消耗较多的节点需分配较低的中心频率进行数据传输，具体为：为了保持整个油气物联网节点能耗的均衡，根据公式（5），能量消耗较多的节点需分配较低的中心频率进行数据传输；具体公式如下：(6)其中，F1表示此次循环中节点的平均能耗，表示节点的剩余能量，表示节点在上次循环中传输数据需要消耗的能量，表示在上次循环中节点传输数据的能量消耗比率，表示历史平均能量；i、r分别表示当前循环次数、最大循环次数；表示归一化系数，用于将F1的值标准化为10以内的数。
[0015]进一步的，所述为多次传输数据的网络节点分配较小的频率，具体为：由于网络节点类型的不同，数据传输的次数会有所差异，从而导致网络节点的能耗不均衡；为多次传输数据的网络节点分配较小的频率，以达到减少数据传输本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于油气物联网的能量管理装置，其特征在于，包括数据采集模块、能量采集模块、通信模块、数据处理模块；所述能量采集模块依次与数据采集模块、数据处理模块、通信模块连接；所述数据采集模块输出端与数据处理模块输入端连接；所述数据处理模块输出端与通信模块的输入端通讯连接；所述数据采集模块用于采集油温、油位、油气浓度、压力、湿度数据，并将采集到的数据输入至数据处理模块，数据处理模块对接收到的数据进行滤波、降噪处理后发送至通信模块；所述能量采集模块用于采集微光能、振动能、温差能、射频能，同时对数据采集模块、数据处理模块以及通信模块进行供电；所述通信模块用于对数据进行节点能耗优化、传输次数优化、传输距离优化、簇头选择；在传输距离固定的情况下，对数据传输次数较多的网络节点分配中心频率低的信道进行数据传输，为数据能量消耗较低、数据传输次数较少、数据传输距离较远、簇头选择的网络节点分配中心频率高的传输信道；所述簇头选择为：在基于当前剩余能量和簇成员节点平均数据传输距离的基础上，考虑节点的历史剩余能量和簇头到射频发射器的距离，采用基于能量供给与消耗平衡的方式选择簇头。2.根据权利要求1所述一种基于油气物联网的能量管理装置，其特征在于，所述能量采集模块包括能量采集器、能量管理控制单元与能量存储单元；所述能量采集器包括光伏能量采集器、机械能量采集器、温差能量采集器、射频能量采集器；所述光伏能量采集器用于采集微光能量；所述机械能量采集器用于采集振动能量；所述温差能量采集器用于采集温差能量；所述射频能量采集器用于采集射频能量；所述能量管理控制单元用于对能量进行监控；所述能量存储单元用于对所有能量进行存储。3.根据权利要求1所述一种基于油气物联网的能量管理装置，其特征在于，所述数据采集模块设置有A/D转换器，同时将采集所得模拟信号转换为数字信号输出至数据处理模块，数据处理模块对接收到的数字信号进行滤波、降噪处理后发送至通信模块。4.根据权利要求1所述一种基于油气物联网的能量管理装置，其特征在于，所述通信模块用于对数据进行节点能耗优化、传输次数优化、传输距离优化，具体为：所述节点能耗优化为：在传输距离固定的情况下，对传输能量消耗较多的节点分配中心频率低的信道进行数据传输，为能量消耗较低的节点分配中心频率高的传输信道；所述数据传输次数优化为：在传输距离固定的情况下，对数据传输次数较多的网络节点分配中心频率低的信道进行数据传输，为数据传输次数较少的网络节点分配中心频率高的传输信道；所述传输距离优化为：为传输距离远的节点分配较小的中心频率，为传输距离近的节点分配较大的中心频率； ， i=1,2,3(1)由公式（6）可得，若在同一时间内只有一个网络节点进行数据上传时，则簇头分配最小的中心频率给簇成员网络节点进行数据传输；若在同一时间内有两个或更多网络节点请求
数据传输，则根据网络节点的F1、F2、F3进行信道中心频率的分配，F1、F2、F3越大分配的中心频率f就越小，在减少能量消耗的同时实现能量的均衡。5.根据权利要求1所述一种基于油气物联网的能量管理装置，其特征在于，所述通信模块用于簇头选择，具体为：在考虑节点剩余能量的基础上，进行能量供给与消耗平衡的簇头选择；主簇头CH
p
选择公式如下：（2）其中，表示节点当前剩余能量，表示历史平均能量，即上次簇头选定后，节点向簇头报告的历史剩余能量...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘苗，郭业才，韩连福，宋千喜，
申请(专利权)人：无锡学院，
类型：发明
国别省市：
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