本發(fā)明涉及無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，尤其涉及一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量控制方法專注于優(yōu)化無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的能源使用，旨在延長(zhǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行壽命并提高整體效能，保證在能源受限的環(huán)境下持續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳輸，通過(guò)能量控制，確保無(wú)線傳感器的性能并減少能量的無(wú)效消耗。

2、傳統(tǒng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量控制方法使用基于預(yù)設(shè)條件的靜態(tài)控制策略，在實(shí)際應(yīng)用中難以適應(yīng)快速變化的需求，導(dǎo)致能源使用不充分和響應(yīng)延遲，在突發(fā)事件和非常態(tài)工作條件下導(dǎo)致資源浪費(fèi)和利用率不足，在實(shí)時(shí)故障診斷和預(yù)警方面存在不足，缺乏及時(shí)有效的異常檢測(cè)手段，增加系統(tǒng)的運(yùn)維難度和成本，影響傳感器網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率、穩(wěn)定性和可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量控制方法及系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中使用靜態(tài)控制策略對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量進(jìn)行控制，實(shí)時(shí)性較差，難以適應(yīng)快速變化的復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)景，在實(shí)時(shí)故障診斷和預(yù)警方面存在不足，影響傳感器網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率、穩(wěn)定性和可靠性的缺陷。

2、第一方面，本發(fā)明提供一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量控制方法，包括：

3、獲取無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)無(wú)線傳感器的工作狀態(tài)和狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間；

4、將所述多個(gè)無(wú)線傳感器的工作狀態(tài)和狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間輸入至預(yù)先構(gòu)建的能耗預(yù)測(cè)模型，得到所述能耗預(yù)測(cè)模型輸出的所述多個(gè)無(wú)線傳感器的能耗預(yù)測(cè)結(jié)果，所述能耗預(yù)測(cè)模型是基于多個(gè)樣本無(wú)線傳感器的多個(gè)歷史工作狀態(tài)、多個(gè)歷史狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間和歷史能耗分析結(jié)果進(jìn)行訓(xùn)練得到的；

5、根據(jù)所述多個(gè)無(wú)線傳感器的能耗預(yù)測(cè)結(jié)果，確定所述多個(gè)無(wú)線傳感器的數(shù)據(jù)質(zhì)量需求，根據(jù)所述數(shù)據(jù)質(zhì)量需求，評(píng)估所述多個(gè)無(wú)線傳感器的數(shù)據(jù)采集需求，得到工作需求評(píng)估結(jié)果；

6、基于所述工作需求評(píng)估結(jié)果，對(duì)所述多個(gè)無(wú)線傳感器的休眠周期進(jìn)行調(diào)整，得到所述多個(gè)無(wú)線傳感器的休眠參數(shù)，基于所述休眠參數(shù)，對(duì)所述多個(gè)無(wú)線傳感器的數(shù)據(jù)傳輸參數(shù)進(jìn)行調(diào)整；

7、監(jiān)測(cè)所述多個(gè)無(wú)線傳感器調(diào)整后的能耗水平，識(shí)別能耗異常的無(wú)線傳感器，生成異常節(jié)點(diǎn)檢測(cè)記錄，基于所述異常節(jié)點(diǎn)檢測(cè)記錄，調(diào)整所述多個(gè)無(wú)線傳感器的連接路徑，得到所述無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的控制參數(shù)。

8、在一些實(shí)施例中，所述基于所述異常節(jié)點(diǎn)檢測(cè)記錄，調(diào)整所述多個(gè)無(wú)線傳感器的連接路徑，包括：

9、基于所述異常節(jié)點(diǎn)檢測(cè)記錄，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述多個(gè)無(wú)線傳感器的連接數(shù)據(jù)和負(fù)載信息，評(píng)估所述多個(gè)無(wú)線傳感器間的連接效率和整體網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況，生成實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載信息；

10、基于所述實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載信息和所述多個(gè)無(wú)線傳感器的工作狀態(tài)，以及所述多個(gè)無(wú)線傳感器間的物理距離，采用迪杰斯特拉算法，計(jì)算所述多個(gè)無(wú)線傳感器的最優(yōu)路徑，對(duì)所述多個(gè)無(wú)線傳感器的連接路徑進(jìn)行調(diào)整，生成連接路徑調(diào)整記錄；

11、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能數(shù)據(jù)，根據(jù)所述連接路徑調(diào)整記錄和所述傳輸性能數(shù)據(jù)，識(shí)別存在連接瓶頸的異常無(wú)線傳感器，調(diào)整所述異常無(wú)線傳感器的連接協(xié)議類型。

12、在一些實(shí)施例中，所述多個(gè)無(wú)線傳感器的最優(yōu)路徑的計(jì)算公式如下：

13、；

14、其中，表示從起點(diǎn)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)到目標(biāo)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的最短路徑長(zhǎng)度，表示從起點(diǎn)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)到中間無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的最短路徑長(zhǎng)度，為節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)權(quán)重，為通信質(zhì)量對(duì)應(yīng)的調(diào)整系數(shù)，為節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)之間的通信質(zhì)量，為當(dāng)前負(fù)載對(duì)應(yīng)的調(diào)整系數(shù)，為節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前負(fù)載，為當(dāng)前負(fù)載對(duì)應(yīng)的調(diào)整系數(shù)，為節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前負(fù)載，為邏輯距離對(duì)應(yīng)的調(diào)整系數(shù)，為節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)之間的邏輯距離。

15、在一些實(shí)施例中，所述監(jiān)測(cè)所述多個(gè)無(wú)線傳感器調(diào)整后的能耗水平，識(shí)別能耗異常的無(wú)線傳感器，生成異常節(jié)點(diǎn)檢測(cè)記錄，包括：

16、采集所述多個(gè)無(wú)線傳感器調(diào)整后的能耗數(shù)據(jù)，評(píng)估所述多個(gè)無(wú)線傳感器的能耗變化模式和能耗波動(dòng)范圍，生成實(shí)時(shí)能耗監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；

17、基于所述實(shí)時(shí)能耗監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，識(shí)別能耗異常的無(wú)線傳感器，生成異常節(jié)點(diǎn)信息；

18、基于所述異常節(jié)點(diǎn)信息生成預(yù)警信息，向用戶端發(fā)送所述預(yù)警信息，得到所述異常節(jié)點(diǎn)檢測(cè)記錄。

19、在一些實(shí)施例中，所述基于所述工作需求評(píng)估結(jié)果，對(duì)所述多個(gè)無(wú)線傳感器的休眠周期進(jìn)行調(diào)整，得到所述多個(gè)無(wú)線傳感器的休眠參數(shù)，包括：

20、基于所述工作需求評(píng)估結(jié)果，確定每一無(wú)線傳感器的數(shù)據(jù)采集頻率需求，基于所述每一無(wú)線傳感器的當(dāng)前能耗和數(shù)據(jù)采集頻率需求，確定所述每一無(wú)線傳感器所需的最優(yōu)工作時(shí)間段，生成工作時(shí)段信息；

21、基于所述工作時(shí)段信息，評(píng)估多種休眠周期對(duì)所述無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)性能的影響，生成休眠參數(shù)評(píng)估數(shù)據(jù)；

22、基于所述休眠參數(shù)評(píng)估數(shù)據(jù)，考慮所述多個(gè)無(wú)線傳感器的能耗和數(shù)據(jù)質(zhì)量需求，計(jì)算并調(diào)整所述無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的休眠參數(shù)，確定所述無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)休眠參數(shù)。

23、在一些實(shí)施例中，所述基于所述休眠參數(shù)，對(duì)所述多個(gè)無(wú)線傳感器的數(shù)據(jù)傳輸參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，包括：

24、基于所述休眠參數(shù)，控制目標(biāo)無(wú)線傳感器進(jìn)行休眠，實(shí)時(shí)評(píng)估所述無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能，生成網(wǎng)絡(luò)負(fù)載分析數(shù)據(jù)；

25、基于所述網(wǎng)絡(luò)負(fù)載分析數(shù)據(jù)和所述數(shù)據(jù)質(zhì)量需求，計(jì)算所述多個(gè)無(wú)線傳感器的最優(yōu)數(shù)據(jù)傳輸參數(shù)，所述最優(yōu)數(shù)據(jù)傳輸參數(shù)包括最優(yōu)數(shù)據(jù)包容量和最優(yōu)數(shù)據(jù)傳輸頻率；

26、基于所述最優(yōu)數(shù)據(jù)傳輸參數(shù)，調(diào)整所述多個(gè)無(wú)線傳感器的數(shù)據(jù)傳輸頻率和數(shù)據(jù)包容量，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信效率和響應(yīng)速度，得到傳輸參數(shù)調(diào)整結(jié)果。

27、在一些實(shí)施例中，所述根據(jù)所述多個(gè)無(wú)線傳感器的能耗預(yù)測(cè)結(jié)果，確定所述多個(gè)無(wú)線傳感器的數(shù)據(jù)質(zhì)量需求，根據(jù)所述數(shù)據(jù)質(zhì)量需求，評(píng)估所述多個(gè)無(wú)線傳感器的數(shù)據(jù)采集需求，得到工作需求評(píng)估結(jié)果，包括：

28、獲取所述多個(gè)無(wú)線傳感器的地理位置和網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)；

29、根據(jù)所述多個(gè)無(wú)線傳感器的能耗預(yù)測(cè)結(jié)果，以及所述多個(gè)無(wú)線傳感器的地理位置和網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)，確定所述多個(gè)無(wú)線傳感器的數(shù)據(jù)質(zhì)量需求，所述數(shù)據(jù)質(zhì)量需求包括實(shí)時(shí)性需求和準(zhǔn)確性需求；

30、估算所述多個(gè)無(wú)線傳感器在差異化的數(shù)據(jù)采集頻率下的功耗水平，生成功耗水平分析結(jié)果；

31、基于所述功耗水平分析結(jié)果和數(shù)據(jù)質(zhì)量需求，計(jì)算所述多個(gè)無(wú)線傳感器的最優(yōu)數(shù)據(jù)采集頻率參數(shù)，得到所述多個(gè)無(wú)線傳感器的工作需求評(píng)估結(jié)果。

32、在一些實(shí)施例中，所述能耗預(yù)測(cè)模型的訓(xùn)練過(guò)程包括：

33、獲取樣本無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)樣本無(wú)線傳感器的歷史運(yùn)行日志數(shù)據(jù)，對(duì)所述歷史運(yùn)行日志數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到所述多個(gè)樣本無(wú)線傳感器的多個(gè)歷史工作狀態(tài)和多個(gè)歷史狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間，以及所述多個(gè)樣本無(wú)線傳感器在多個(gè)歷史工作狀態(tài)下的歷史能耗數(shù)據(jù)；

34、基于所述多個(gè)樣本無(wú)線傳感器在多個(gè)歷史工作狀態(tài)下的歷史能耗數(shù)據(jù)，確定所述多個(gè)樣本無(wú)線傳感器的歷史能耗分析結(jié)果；

35、將所述多個(gè)樣本無(wú)線傳感器的多個(gè)歷史工作狀態(tài)和多個(gè)歷史狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間輸入至初始能耗預(yù)測(cè)模型，得到所述初始能耗預(yù)測(cè)模型輸出的所述多個(gè)樣本無(wú)線傳感器的能耗預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)；

36、基于所述多個(gè)樣本無(wú)線傳感器的能耗預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，以及所述多個(gè)樣本無(wú)線傳感器的歷史能耗分析結(jié)果，計(jì)算損失函數(shù)值；

37、基于所述損失函數(shù)值，對(duì)所述初始能耗預(yù)測(cè)模型的參數(shù)進(jìn)行迭代優(yōu)化，得到所述能耗預(yù)測(cè)模型。

38、在一些實(shí)施例中，所述基于所述多個(gè)樣本無(wú)線傳感器在多個(gè)歷史工作狀態(tài)下的歷史能耗數(shù)據(jù)，確定所述多個(gè)樣本無(wú)線傳感器的歷史能耗分析結(jié)果，包括：

39、基于每一樣本無(wú)線傳感器在多種歷史工作狀態(tài)下的歷史能耗數(shù)據(jù)，計(jì)算所述每一樣本無(wú)線傳感器的歷史平均能耗；

40、基于所述每一樣本無(wú)線傳感器在多種歷史工作狀態(tài)下的歷史能耗數(shù)據(jù)，計(jì)算所述每一樣本無(wú)線傳感器在多種歷史工作狀態(tài)下的歷史能耗等級(jí)和歷史能耗波動(dòng)范圍，得到所述每一樣本無(wú)線傳感器的歷史能耗對(duì)比信息；

41、基于所述每一樣本無(wú)線傳感器的歷史能耗對(duì)比信息，評(píng)估不同歷史工作狀態(tài)和不同歷史狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件對(duì)所述每一樣本無(wú)線傳感器的歷史能耗的影響，結(jié)合所述每一樣本無(wú)線傳感器的歷史平均能耗，得到每一樣本無(wú)線傳感器的歷史能耗分析結(jié)果。

42、第二方面，本發(fā)明還提供一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量控制系統(tǒng)，包括：

43、獲取單元，用于獲取無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)無(wú)線傳感器的工作狀態(tài)和狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間；

44、預(yù)測(cè)單元，用于將所述多個(gè)無(wú)線傳感器的工作狀態(tài)和狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間輸入至預(yù)先構(gòu)建的能耗預(yù)測(cè)模型，得到所述能耗預(yù)測(cè)模型輸出的所述多個(gè)無(wú)線傳感器的能耗預(yù)測(cè)結(jié)果，所述能耗預(yù)測(cè)模型是基于多個(gè)樣本無(wú)線傳感器的多個(gè)歷史工作狀態(tài)、多個(gè)歷史狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間和歷史能耗分析結(jié)果進(jìn)行訓(xùn)練得到的；

45、評(píng)估單元，用于根據(jù)所述多個(gè)無(wú)線傳感器的能耗預(yù)測(cè)結(jié)果，確定所述多個(gè)無(wú)線傳感器的數(shù)據(jù)質(zhì)量需求，根據(jù)所述數(shù)據(jù)質(zhì)量需求，評(píng)估所述多個(gè)無(wú)線傳感器的數(shù)據(jù)采集需求，得到工作需求評(píng)估結(jié)果；

46、調(diào)整單元，用于基于所述工作需求評(píng)估結(jié)果，對(duì)所述多個(gè)無(wú)線傳感器的休眠周期進(jìn)行調(diào)整，得到所述多個(gè)無(wú)線傳感器的休眠參數(shù)，基于所述休眠參數(shù)，對(duì)所述多個(gè)無(wú)線傳感器的數(shù)據(jù)傳輸參數(shù)進(jìn)行調(diào)整；

47、監(jiān)測(cè)單元，用于監(jiān)測(cè)所述多個(gè)無(wú)線傳感器調(diào)整后的能耗水平，識(shí)別能耗異常的無(wú)線傳感器，生成異常節(jié)點(diǎn)檢測(cè)記錄，基于所述異常節(jié)點(diǎn)檢測(cè)記錄，調(diào)整所述多個(gè)無(wú)線傳感器的連接路徑。

48、本發(fā)明提供的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量控制方法及系統(tǒng)，通過(guò)獲取無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)無(wú)線傳感器的工作狀態(tài)和狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間，將工作狀態(tài)和狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間輸入至預(yù)先構(gòu)建的能耗預(yù)測(cè)模型，得到能耗預(yù)測(cè)模型輸出的能耗預(yù)測(cè)結(jié)果，根據(jù)能耗預(yù)測(cè)結(jié)果，確定數(shù)據(jù)質(zhì)量需求，評(píng)估數(shù)據(jù)采集需求，得到工作需求評(píng)估結(jié)果，基于工作需求評(píng)估結(jié)果，對(duì)多個(gè)無(wú)線傳感器的休眠周期和數(shù)據(jù)傳輸參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，監(jiān)測(cè)多個(gè)無(wú)線傳感器調(diào)整后的能耗水平，識(shí)別異常節(jié)點(diǎn)，調(diào)整多個(gè)無(wú)線傳感器的連接路徑。本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)控制傳感器的能耗，及時(shí)識(shí)別異常節(jié)點(diǎn)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)連接，提高了傳感器網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率、穩(wěn)定性和可靠性。