一种无源物联设备通信优化方法技术

本发明专利技术涉及无源物联设备技术领域，尤其为通过设计本发明专利技术提出了一种无源物联设备通信优化方法，包括：根据应用场景环境特征建立无源物联设备活动目标区域模型；通过在目标区域模型内的基站获取模型内无源物联设备的位置信息；根据离散化因子，形成离散化的目标区域模型和无源物联设备位置信息，并通过工作负载函数计算无源物联设备在目标区域所形成的工作负载；在目标区域离散化模型中为无源物联设备设置中继模块，并计算中继模块在目标区域形成的中继负载，之后根据中继负载计算更新工作负载；通过工作负载数值对中继模块位置进行动态调度，得出最优中继模块位置信息，从而能够有效提高无源物联设备通信质量，具有计算量小

【技术实现步骤摘要】
一种无源物联设备通信优化方法


[0001]本专利技术涉及无源物联设备
，具体为一种无源物联设备通信优化方法
。

技术介绍

[0002]无源物联设备是指在不带电源线和无内置电池的情况下接入网络的终端节点设备，设备基于自供能的设计形成长期稳定的能量来源，从而实现数据的采集
、
传输和分布式计算等功能
。
无源物联设备常用于驱动传感器节点的感知和通信，是目前物联端侧设备向自供能
、
低功耗发展的一项重要技术方案
。
无源物联设备常用光能采集
、
振动能量采集
、
温差转换能量采集以及无线电射频能量采集四种方式，其中光能和无线电射频能量采集的技术成熟度较高，应用最为广泛
。
无源物联设备采集能量的效率与设备的状态相关
。
当无源物联设备处于静止状态时，外部环境相对稳定，干扰无源物联设备能量获取过程的变量少，无源物联设备的通信质量处于较为稳定的状态
。
但当外部环境变化时，例如无源物联设备处于移动状态时，由于外部环境的变化带来的波动，无源物联设备的能量获取和能量转化过程会受到影响，其通信质量也会随之下降，严重时甚至会导致通信中断，如何提高无源物联设备在移动过程中的通信质量，是目前无源物联设备领域亟待解决的技术问题
。
[0003]为了解决无源物联设备移动过程中出现的通信不稳定问题，提高无源物联设备的通信质量，目前主要的技术方案是通过增加通信基站布设密度或者增强单个基站发射功率
。
通过高密度
、
高强度的基站信号对目标区域进行覆盖，来保障无源物联设备移动中的能量获取过程和通信过程处于稳定，从而提高基站覆盖范围内无源物联设备的通信质量
。
这种方法需要大量建设基站，或者需要增大基站功率，建设成本高，且不够节能环保
。
而且基站建设之后其位置固定，无法移动，缺乏灵活性，难以针对特定时段产生的无源物联设备聚集热点区域而做出适应性的调整
。
[0004]综上所述，本专利技术通过设计一种无源物联设备通信优化方法来解决存在的问题
。

技术实现思路

[0005]为了解决目前无源物联设备通信过程中由于自身以及外界环境变化所引起的通信质量下降问题，本专利技术提出一种无源物联设备通信优化方法，针对无源物联设备移动过程中的通信质量进行优化
。
通过将无源物联设备的活动范围以及其在目标区域所形成的工作负载建立模型，并将模型进行离散化，在离散化模型中计算目标区域的工作负载在空间中的分布
。
根据工作负载分布情况设置中继模块，利用中继模块对无源物联设备的通信过程进行中继，从而减轻目标区域的工作负载，同时还可为无源物联设备补给能量
。
中继模块具有自适应的位置调整能力，可以自适应的根据目标区域的工作负载分布调度中继模块位置，实现中继模块对无源物联设备的热点区域进行实时动态调整，本专利技术解决了无源物联设备移动过程中的能量供给和通信传输的问题，提高了无源物联设备移动过程中的通信质量
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种无源物联设备通信优化方法，其步骤具体如下：
[0008]步骤1：根据路口与道路特征建立无源物联设备活动目标区域模型；
[0009]步骤2：根据目标区域模型内基站获取目标区域模型内无源物联设备的位置信息；
[0010]步骤3：根据离散化因子将目标区域和无源物联设备位置信息进行离散化；
[0011]步骤4：根据目标区域离散化模型中的无源物联设备位置信息和工作负载函数计算无源物联设备在目标区域形成的工作负载；
[0012]步骤5：在目标区域离散化模型中为无源物联设备设置中继模块；
[0013]步骤6：计算目标区域离散化模型中的中继模块形成的中继负载；
[0014]步骤7：根据中继负载计算更新工作负载；
[0015]步骤8：根据目标区域离散化模型中的工作负载对中继模块位置进行调度；
[0016]步骤9：根据更新后的中继模块位置重新计算中继负载
。
[0017]其中所述目标区域模型为图模型，图模型的节点类为路口，图模型的连接类为道路，节点类的特征信息包括索引
、
真实位置，连接类的特征信息包括起始点与终止点
、
长度；
[0018]所述无源物联设备位置信息为距离特定位置的相对位置，有
x
方向和
y
方向两个参数；
[0019]所述离散化因子的值大于1；
[0020]所述工作负载和中继负载与空间和时间相关，不同时刻和位置的工作负载和中继负载会发生变化；
[0021]所述中继模块具有工作范围，工作范围半径为
R
，且
R
小于
100
米；
[0022]所述中继模块具有速度信息，其调度过程中运动速度不大于5米每秒；
[0023]所述对中继模块的调度遵循优化算法策略
。
[0024]作为本方案优选的方案，所述步骤1中根据路口与道路特征建立无源物联设备活动目标区域模型，其步骤具体如下：首先建立无源物联设备活动的目标区域模型
R
，根据
N
个路口
V
i
(i
＝
1,2,3,...,N)
的位置和路口之间连接的道路
E
ij
(V
i
和
V
j
连接而成
)
，建立
M
个无源物联设备
P
i
(i
＝
1,2,3,...,M)
活动的目标区域模型
R
；具体的，
N
＝
53
，
M
＝
200。
[0025]作为本方案优选的方案，所述步骤2中根据目标区域模型
R
内的分布的基站
J
获取每一个无源物联设备
P
i
的位置信息
(x
i
,y
i
)。
[0026]作为本方案优选的方案，所述步骤3中根据离散化因子将目标区域和无源物联设备位置信息进行离散化，具体为对目标区域模型
R
的位置信息进行离散化，得到目标区域离散化模型
R
d
，离散化因子为
β
；无源物联设备
P
i
(x
i
,y
i
)
在目标区域离散化模型
R
d
中的离散位置信息
D
i
(x
i
,y
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种无源物联设备通信优化方法，其步骤具体如下：步骤1：根据路口与道路特征建立无源物联设备活动目标区域模型；步骤2：根据目标区域模型内基站获取目标区域模型内无源物联设备的位置信息；步骤3：根据离散化因子将目标区域和无源物联设备位置信息进行离散化；步骤4：根据目标区域离散化模型中的无源物联设备位置信息和工作负载函数计算无源物联设备在目标区域形成的工作负载；步骤5：在目标区域离散化模型中为无源物联设备设置中继模块；步骤6：计算目标区域离散化模型中的中继模块形成的中继负载；步骤7：根据中继负载计算更新工作负载；步骤8：根据目标区域离散化模型中的工作负载对中继模块位置进行调度；步骤9：根据更新后的中继模块位置重新计算中继负载
。
其中所述目标区域模型为图模型，图模型的节点类为路口，图模型的连接类为道路，节点类的特征信息包括索引
、
真实位置，连接类的特征信息包括起始点与终止点
、
长度；所述无源物联设备位置信息为距离特定位置的相对位置，有
x
方向和
y
方向两个参数；所述离散化因子的值大于1；所述工作负载和中继负载与空间和时间相关，不同时刻和位置的工作负载和中继负载会发生变化；所述中继模块具有工作范围，工作范围半径为
R
，且
R
小于
100
米；所述中继模块具有速度信息，其调度过程中运动速度不大于5米每秒；所述对中继模块的调度遵循优化算法策略
。2.
根据权利要求1所述的一种无源物联设备通信优化方法，其特征在于：所述步骤1中根据路口与道路特征建立无源物联设备活动目标区域模型，其步骤具体如下：首先建立无源物联设备活动的目标区域模型
R
，根据
N
个路口
V
i
(i
＝
1,2,3,...,N)
的位置和路口之间连接的道路
E
ij
(V
i
和
V
j
连接而成
)
，建立
M
个无源物联设备
P
i
(i
＝
1,2,3,...,M)
活动的目标区域模型
R
；具体的，
N
＝
53
，
M
＝
200。3.
根据权利要求1所述的一种无源物联设备通信优化方法，其特征在于：所述步骤2中根据目标区域模型
R
内的分布的基站
J
获取每一个无源物联设备
P
i
的位置信息
(x
i
,y
i
)。4.
根据权利要求1所述的一种无源物联设备通信优化方法，其特征在于：所述步骤3中根据离散化因子将目标区域和无源物联设备位置信息进行离散化，具体为对目标区域模型
R
的位置信息进行离散化，得到目标区域离散化模型
R
d
，离散化因子为
β
；无源物联设备
P
i
(x
i
,y
i
)
在目标区域离散化模型
R
d
中的离散位置信息
D
i
(x
i
,y
i
)
为：其中
[ ]
为取整函数
。
具体的，
β
＝
10。5.
根据权利要求1所述的一种无源物联设备通信优化方法，其特征在于：所述步骤4中根据目标区域离散化模型中的无源物联设备位置信息和工作负载函数计算无源物联设备在目标区域形成的工作负载，具体为定义无源物联设备的工作负载函数
f
，根据工作负载函数
f
和无源物联设备
P
i
在目标区域离散化模型
R
d
中的离散位置信息
D
i
(x
i
,y
i
)
来计算目标区
域离散化模型
R
d
中某一位置
(x,y)
的工作负载
L
i
；考虑到所有无源物联设备
P
，某一位置
(x,y)
的工作负载
L
表示为
M
个无源物联设备在
(x,y)
的工作负载综合：即：其中：
σ1、
σ2分别为工作负载函数
f
的特征参数；具体的，
σ1＝
σ2＝
10。6.
根据权利要求1所述的一种无源物联设备通信优化方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔智，孙盛婷，施金金，高莹，吕亚平，何佩苑，
申请(专利权)人：联通上海产业互联网有限公司，
类型：发明
国别省市：