专利名称：无线网络设备能量管理系统及管理方法
无线网络设备能量管理系统及管理方法
技术领域：
本发明涉及一种能量管理方法，尤其涉及一种无线网络设备的能量管理的系统以及使用该系统进行能量管理的方法。
背景技术：
在无线网络的应用中，有些无线设备是固定的，能量供给稳定可靠，但是由于应用领域的特性，有些无线设备是需要经常移动的，能量供给不方便，无法提供一个均衡、统一、 稳定的能量源以保障设备的正常运行。比如荒岛上的环境和生态监控，原始森林的防火和动物活动情况监测，污染区域以及地震和火灾等突发灾难现场的监控等。随着移动自组织网络的发展和应用，为保障无线设备和无线网络长期可靠的运行，对低功耗控制与能量管理的要求逐步升高。无线网络之所以无线，在于它省掉了繁琐的有线传输布线，如果因为能量供给上的要求再专门提供电源线，那就丧失了其真正意义。在能量与功能间追求平衡，在相当长的时间内将是无线移动自组织组网设备的目标。鉴于此，本发明即提供一种无线网络设备能量管理系统以及管理方法来达成上述目标。
发明内容本发明要解决的技术问题在于提供一种能量与功能间达到平衡的能量管理系统与能量管理方法。本发明通过这样的技术方案解决上述的技术问题提供一种无线网络设备能量管理系统，该系统包括能量管理架构以及与该能量管理架构进行数据交换的无线通信网络，无线通信网络中包括若干设备，该能量管理架构包括支持混合电源输入并能对电源接口与设备能量结构进行采样的能量管理物理模块、对能量管理物理模块的电源接口进行逻辑映射并计算设备能量接口实际能量的能量管理逻辑模块以及对无线通信网络中的设备进行配置优化的能量管理应用模块。作为一种改进，混合电源输入包括补充电源、储能电源、板级电源或者其组合。作为一种改进，补充电源、储能电源、板级电源分别通过端口连接到无线通信网络中的设备的采样探测口。作为一种改进，无线通信网络中的设备包括根据能量应用模块优化的端机节点与
基站节点。本发明另提供一种无线网络设备能量管理方法，该方法包括以下步骤提供能量管理架构以及与该能量管理架构进行数据交换的无线通信网络，无线通信网络中包括若干设备，该能量管理架构包括支持混合电源输入并能对电源接口与设备能量结构进行采样的能量管理物理模块、对能量管理物理模块的电源接口进行逻辑映射并计算设备能量接口实际能量的能量管理逻辑模块以及对无线通信网络中的设备进行配置优化的能量管理应用模块；通过能量管理物理模块进行设备电源属性接口采样；能量管理逻辑模块进行各设备属性接口的实际能量，将实际能量与预设值进行比对分析，从而引导能量管理应用模块对设备进行优化管理。与现有技术相比较，本发明具有以下优点设备可通过对能量状态的检测，根据自身的默认配置，在保障节能和实现自身在无线网络中功能的基础上，自动调节状态或任务， 在能量与任务间做均衡管理，保障无线网络良好运行。
图1是本发明无线网络设备能量管理系统的系统架构图。图2是本发明无线网络设备能量管理系统中混合能源供给模式以及能量探测示意图。
具体实施方式下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式
。总体来说，本发明提出了一种分层能量管理构架，公开了一种基于混合能源供电或者能量不均衡供电的无线网络设备的工作状态转换与管理方法。在能量供给受限，或者需要做低功耗控制与能量管理以达到节能目的的无线网络中，基于相同或相似的物理功能器件的设备，按照功能角色划分，存在一定的差异。有些设备只需要实现数据传输等简单功能，有些设备则在简单功能基础上添加了网络管理或其他任务而变得功能复杂，因此带来了能量消耗的差别。在本发明中，通过设备对自身能量状态做监测，根据配置类型，在各种任务间相互转换，做到能量和任务的均衡管理，保障无线网络良好运行。本发明提供一种无线网络设备能量管理系统，该所述的无线网络是由多个无线设备构建的网络，无线设备的能源供给方式具有多样性或不均衡性，无线网络设备本身支持或者通过外接模块支持多种能源混合供给，设备可通过对能量状态的检测，根据自身的默认配置，在保障节能和实现自身在无线网络中功能的基础上，自动调节状态或任务，在能量与任务间做均衡管理，保障无线网络良好运行。一个无线网络通常有具有不同功能的设备节点组成，包括普通功能的端机节点和复杂功能的基站节点等。其中，端机节点是构成网络的一个基本要素，它负责收集各种数据，并将数据传输给其他设备，包括下面将要阐述到的具有汇聚和路由功能的基站节点。端机节点也接收其他设备传来的控制信息或相关网络信息。这种端机节点任务简单，对能量的消耗相对较小。基站节点是指那些在网络中具有路由，数据汇聚和网络管理功能的节点。基站节点也具备数据采集功能，并将采集的数据或其他设备传递来的信息继续传输给其他基站， 直至最终目的设备。同时，网络控制命令或相关信息也通过基站节点以直接或路由方式传给目的设备，基站节点任务复杂，对能量的消耗相对较大。请参图1，本发明的无线网络设备能量管理系统包括能量管理架构10以及无线通信网络20，其中，能量管理架构10包括能量管理物理模块11、能量管理逻辑模块12以及能量管理与应用模块13 ；无线通信网络20包括若干设备21 M，该等设备可根据其某时刻的功能，划分为端机节点或者为基站节点。能量管理架构10的能量管理应用模块13通过通信通道25与无线通信网络20中的设备进行数据交互。
同一无线通信网络中的设备，都基于相同或相似的物理功能器件，具体谁做端机节点，谁做基站节点或者其它的功能节点，可以通过程序来配置，或者做基于能量的自配置，随着能量状态的变化，自身的功能也能随着变化。无线网络设备的应用环境不同，其电源供电接入方式也各异，即使同一网络的无线设备，其能量供给也存在不均衡性。为了支持各种不同的电源接入方式，对设备能量做更好的管理，需要定义出能量管理物理模块11。能量管理物理模块11的功能可包括(一)支持混合电源接入；( 二)支持补充电源，储能电源和板级电源等三种属性的能量供给接口 ；(三)支持三种属性电源接口探测和A/D采样等。混合能源供给包含有能量补充方式和无能量补充方式，具有补充电源，储能电源和板级电源三种属性。其中补充电源是指能量补充源，例如各种交流、直流电源，包括居民用电电源，工业用电电源，太阳能，风能等。储能电源是指储能装置，例如各种组合的储能电池，超级电容等。板级电源是各种通过变换后最终输入到设备的电源供给口的电源。混合能源供给方式可以通过不同形式加以实施，并不应该将本发明视为局限于这里的阐述实例。结合图2，无线设备可由同时具备补充电源2，储能电源3和板级电源4三种属性的电源供电，此时的储能电源3具有可充电特性；也可以由只具备补充电源2和板级电源4 或者只具备储能电源3和板级电源4两种属性的电源供电。在采用补充电源2和板级电源 4能量供给模式中，缺少储能电源3，补充电源2通过5连接到DC/DC模块或者通过6直接连到板级电源4。储能电源3可以在经过DC-DC转换后，成为板级电源给设备供电，或者本身满足板级电源电平标准而不需要DC-DC转换，此时储能电源3和板级电源4是一种电源。补充电源2、储能电源3和板级电源4分别通过端口 7，8，9连接到无线网络设备的 A/D采样探测口，有利于设备判定当前能量供给状态。能量管理逻辑模块12负责对能量管理物理模块11的电源接口进行逻辑映射，并对应计算出补充电源接口，储能电源接口和板极电源接口的能量值。因此这一层的作用是(一 )物理接口到实际能量供给接口属性的逻辑映射；( 二)计算对应各属性接口的实际能量值等。能量管理应用模块13的主要目的是(一)接入混合电源供电；( 二)设备能量供给类型配置；(三)设备功能角色配置；(四)设备能量状态判断；(五)设备功能角色优化；(六)设备工作和休眠占空比优化等。在能量管理应用模块13，根据各种不同的环境接入不同的组合电源类型，比如无能量补充的电池组合类型供电，太阳能充电的电池组合类型供电，常规市电充电的电池组合类型供电等。定义这些能量组合，在无线设备中给出预先配置，并根据实际接入情况修改。态，常态，缺失态，保护态等级别。根据网络应用与规划，配置设备的功能角色，可以强制指定设备做能量消耗高的复杂任务角色，比如基站节点，或强制指定设备为能量消耗低的简单任务角色，比如端机节点，或指定设备为可以根据能量状态在复杂任务和简单任务之间切换的不定角色，比如既可以做基站，又可以做端机，但是在某个时刻，设备的角色是确定的。设备在正常工作时，根据电源管理逻辑模块12测算的各电源接口的实际能量值和应用模块划分能量状态的标准，判断当前自身的能量供应级别，做出功能调整。当设备被强制指定为某种类型任务角色时，设备根据当前能量状态调整工作时间和休眠时间，适度调整占空比，或者在工作与休眠中切换，或者完全工作态，或者完全休眠态。当设备为可以根据能量状态在复杂任务和简单任务之间切换的角色时，在能量充足时，在保障网络功能的基础上，设备在耗能较高的复杂任务和耗能相对较低的简单任务间自由切换；在能量不足时，设备只执行简单任务。设备在选择执行不同的任务模式并正常工作后，也根据能量状态适度调整占空比，或者在工作与休眠中切换，或者完全工作态，或者完全休眠态。另外，本发明提供一种利用上述系统的无线网络设备能力管理系统的能量管理方法，该方法通过能量管理物理模块11进行设备电源属性接口采样，能量管理逻辑模块进行各设备属性接口的实际能量，将实际能量与预设值进行比对分析，从而引导能量管理应用模块13对设备进行优化管理，包括调整设备的占空比优化、功能角色优化、能量状态级别判断、功能类型角色配置、能量供给类型配置、混合电源接入等，从而实现各设备依据能量的输入调整运行状态，达到在能量供给受限的环境中设备正常运作的效果，或者需要做低功耗控制与能量管理以达到节能目的的无线网络中，实现设备正常运作。以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
权利要求
1.一种无线网络设备能量管理系统，其特征在于，该系统包括能量管理架构以及与该能量管理架构进行数据交换的无线通信网络，无线通信网络中包括若干设备，该能量管理架构包括支持混合电源输入并能对电源接口与设备能量结构进行采样的能量管理物理模块、对能量管理物理模块的电源接口进行逻辑映射并计算设备能量接口实际能量的能量管理逻辑模块以及对无线通信网络中的设备进行配置优化的能量管理应用模块。
2.根据权利要求1所述的无线网络设备能量管理系统，其特征在于，混合电源输入包括补充电源、储能电源、板级电源或者其组合。
3.根据权利要求2所述的无线网络设备能量管理系统，其特征在于，补充电源、储能电源、板级电源分别通过端口连接到无线通信网络中的设备的采样探测口。
4.根据权利要求1所述的无线网络设备能量管理系统，其特征在于，无线通信网络中的设备包括根据能量应用模块优化的端机节点与基站节点。
5.一种无线网络设备能量管理方法，其特征在于该方法包括以下步骤提供能量管理架构以及与该能量管理架构进行数据交换的无线通信网络，无线通信网络中包括若干设备，该能量管理架构包括支持混合电源输入并能对电源接口与设备能量结构进行采样的能量管理物理模块、对能量管理物理模块的电源接口进行逻辑映射并计算设备能量接口实际能量的能量管理逻辑模块以及对无线通信网络中的设备进行配置优化的能量管理应用模块；通过能量管理物理模块进行设备电源属性接口采样；能量管理逻辑模块进行各设备属性接口的实际能量，将实际能量与预设值进行比对分析，从而引导能量管理应用模块对设备进行优化管理。
6.根据权利要求5所述的无线网络设备能量管理方法，其特征在于，混合电源输入包括补充电源、储能电源、板级电源或者其组合。
7.根据权利要求6所述的无线网络设备能量管理方法，其特征在于，补充电源、储能电源、板级电源分别通过端口连接到无线通信网络中的设备的采样探测口。
8.根据权利要求5所述的无线网络设备能量管理方法，其特征在于，无线通信网络中的设备包括根据能量应用模块优化的端机节点与基站节点。
全文摘要
本发明关于一种无线网络设备能量管理系统，该系统包括能量管理架构以及与该能量管理架构进行数据交换的无线通信网络，无线通信网络中包括若干设备，该能量管理架构包括支持混合电源输入并能对电源接口与设备能量结构进行采样的能量管理物理模块、对能量管理物理模块的电源接口进行逻辑映射并计算设备能量接口实际能量的能量管理逻辑模块以及对无线通信网络中的设备进行配置优化的能量管理应用模块。本发明另提供利用上述系统的能量管理方法。设备可通过对能量状态的检测，根据自身的默认配置，在保障节能和实现自身在无线网络中功能的基础上，自动调节状态或任务，在能量与任务间做均衡管理，保障无线网络良好运行。
文档编号H04W52/02GK102378328SQ20101025773
公开日2012年3月14日 申请日期2010年8月19日 优先权日2010年8月19日
发明者何宁, 冯改玲, 王漫, 裴俊 申请人:上海市计算技术研究所