一种能量评估方法和系统与流程

本发明属于基于媒体接入的能耗性能测试与评估技术领域，尤其涉及一种能量评估方法和系统。

背景技术：

无线体域网是利用体表与体内无线通信技术，实现人体生物体征信息实时采集的新一代医疗信息技术，是医疗信息化和移动医疗的重要手段。目前已发布的ieee802.15.6标准，包括适用于无线体域网应用的媒体接入层技术和物理层技术。

在媒体接入控制方面，该标准主要具有以下技术特点：

1)为不同优先级业务划分不同的接入时段：最高优先级业务在eap(exclusiveaccessphase，独占接入时段)以独占方式接入，最高优先级和其他优先级业务可以在rap(randomaccessphase，随机接入时段)以竞争方式接入，规划或者突发业务在map(managedaccessphase，管理接入时段)以问讯方式接入；

2)为权重不同(不同权重对应不同优先级，权重越大，优先级越高)的业务提供了基于优先级的csma/ca(carriersensemultipleaccesswithcollisionavoidance，冲突避免的载波侦听接入)接入机制：优先级越高，竞争窗口越少，优先级越低，竞争窗口越大，从而保证高优先级业务的qos(qualityofservice，服务质量)。

基于ieee802.15.6等协议的媒体接入机制进行无线体域网业务指标评估，对实现面向业务的网络设计及网络性能评估具有重要意义，而能量是评估无线体域网业务和网络性能的重要指标，同时，超低功耗(能量)是延长网络寿命和降低人体辐射水平的根本要求，关系着人类的生命安全及健康，基于此，本领域需提供一种基于媒体接入机制的无线体域网业务的能量评估方案。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能量评估方法和系统，旨在实现对无线体域网业务进行有效的能量评估，进而实现为面向业务的网络设计及网络性能评估提供支持。

为此，本申请公开以下技术方案：

一种能量评估方法，包括：

获取预设能量评估参数的数值；其中，所述预设能量评估参数包括：业务发送数据包环节所涉及的一个或多个表征能量消耗的参数；

获取预先制定的能量评估规则；

基于所述能量评估规则及所述预设能量评估参数的数值，评估业务发送数据包所需消耗的能量，得到能量评估结果。

上述方法，优选的，所述获取预设能量评估参数的数值包括：

获取数据重传消耗的能量、数据接收消耗的能量以及状态转换消耗的能量。

上述方法，优选的，所述获取预先制定的能量评估规则包括：

获取预先制定的能量评估计算式。

上述方法，优选的，所述基于所述能量评估规则及所述预设能量评估参数的数值，评估业务发送数据包时需消耗的能量，得到能量评估结果包括：

利用预先制定的能量评估计算式，对所述预设能量评估参数的数值进行计算，得到业务发送数据包所需消耗能量的能量评估结果。

上述方法，优选的，还包括：

基于业务发送数据包所需消耗能量的仿真测试结果，对所述能量评估结果的准确可靠性进行验证。

一种能量评估系统，包括：

第一获取模块，用于获取预设能量评估参数的数值；其中，所述预设能量评估参数包括：业务发送数据包环节所涉及的一个或多个表征能量消耗的参数；

第二获取模块，用于获取预先制定的能量评估规则；

评估模块，用于基于所述能量评估规则及所述预设能量评估参数的数值，评估业务发送数据包所需消耗的能量，得到能量评估结果。

上述系统，优选的，所述第一获取模块包括：

第一获取单元，用于获取数据重传消耗的能量、数据接收消耗的能量以及状态转换消耗的能量。

上述系统，优选的，所述第二获取模块包括：

第二获取单元，用于获取预先制定的能量评估计算式。

上述系统，优选的，所述评估模块包括：

计算单元，用于利用预先制定的能量评估计算式，对所述预设能量评估参数的数值进行计算，得到业务发送数据包所需消耗能量的能量评估结果。

上述系统，优选的，还包括：

验证模块，用于基于业务发送数据包所需消耗能量的仿真测试结果，对所述能量评估结果的准确可靠性进行验证。

由以上方案可知，本申请公开的能量评估方法和系统，通过获取预设能量评估参数的数值(所述预设能量评估参数包括业务发送数据包环节所涉及的一个或多个表征能量消耗的参数)，以及获取预先制定的能量评估规则，实现了基于所述预设能量评估参数的数值及所述能量评估规则的能量评估，并最终得到业务发送数据包所需消耗能量的能量评估结果。从而，应用本申请方案可实现对无线体域网业务进行有效的能量评估，进而可实现为面向业务的网络设计及网络性能评估提供支持。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一种能量评估方法实施例一的流程图；

图2是本发明提供的一种能量评估方法实施例二的流程图；

图3-图4是本发明实施例三提供的能量评估系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本发明实施例一公开一种能量评估方法，参考图1示出的能量评估方法流程图，所述方法可以包括以下步骤：

s101：获取预设能量评估参数的数值；其中，所述预设能量评估参数包括：业务发送数据包环节所涉及的一个或多个表征能量消耗的参数。

s102：获取预先制定的能量评估规则。

s103：基于所述能量评估规则及所述预设能量评估参数的数值，评估业务发送数据包所需消耗的能量，得到能量评估结果。

本发明方法为申请人根据ieee802.15.6等协议的媒体接入机制，结合无线体域网等业务的业务属性以及ieee802.15.6等协议的参数设置，所提出的一种适用于基于媒体接入的应用业务的能耗性能评估方法，具体地，本发明根据业务优先级、数据包大小、速率、超帧周期长度和接入时段划分等设置，提出业务发送一个数据包所需的平均能量的评估方案。

一般来说，业务完成一个数据包的发送所需消耗的能量包括三部分，分别为：

a、数据重传消耗的能量；

b、数据接收消耗的能量；

c、状态转换消耗的能量。

基于此，本实施例预先制定针对上述三部分能耗因素的能量评估规则。本领域技术人员在实施本发明时，可基于业务发送数据包环节所涉及的各个实际能耗部分自行设定能量评估时所需获取的参数及需采用的评估规则，本发明对此不作限定。

本实施例中，所述能量评估规则包括能量评估过程中所需的一系列能量评估计算式。如业务完成一个数据包发送所需消耗的能量与上述三部分能耗因素间的函数关系计算式，以及获得上述三部分能耗因素所消耗的能量时各自对应需采用的函数计算式等。

其中，在业务完成一个数据包发送所需消耗的能量与上述三部分能耗因素间的函数关系计算式中，业务完成一个数据包的发送所需消耗的能量与所述三部分能耗因素均呈正向关系，即三部分能耗因素中任一因素所消耗的能耗越大，则最终计算出的业务完成一个数据包发送所需消耗的能量值也越大。

对于第一部分能耗因素即数据重传消耗的能量来讲，在其对应的函数计算式中，该部分因素所消耗能量与重传次数成正比，以及与每次重传消耗的能量成正比，其中，所述每次重传消耗的能量包括数据发送消耗的能量以及信道侦听消耗的能量两部分。

数据发送消耗的能量与数据包长度成正比，与发送功率成正比，与传输速率成反比。

信道侦听消耗的能量与侦听功率成正比，与侦听时间成正比，与侦听时隙个数成正比，侦听时隙个数包括两部分，分别为竞争窗口时隙个数，及信道繁忙产生的等待时隙个数，信道繁忙产生的等待时隙个数与信道繁忙时间成正比，与csma时隙时间成反比。信道繁忙时间可用csma过程中数据包传输占用的时间进行估算，具体地信道繁忙时间与超帧周期内发送数据包的密度成正比，与csma时间和数据包的平均发送时间有关，上述两项时间越长，信道繁忙时间越久。

假设该接入机制与业务量匹配，基本满负荷运行。最高优先级业务只能在eap时段进行发送，不挤占其他接入时段。对于超帧周期内发送数据包的密度来讲，当业务的优先级不是最高优先级时，其与超帧周期内非eap时段发送的网络数据的数据量成正比，与超帧周期内非eap时段的数据发送时间成反比；当业务的优先级为最高优先级时，其与超帧周期内eap时段发送的网络数据包的数据量成正比，与eap时段的时间成反比。

超帧周期内非eap时段发送的网络数据的数据量可基于eap时段发送的网络数据数据量计算得到，其中，eap时段发送的网络数据的数据量与eap时段成正比，与采样间隔成反比。超帧周期内非eap时段发送的网络数据为超帧周期内发送的网络数据量与eap时段发送的网络数据量的差值。所述超帧周期内发送的网络数据量包括所有优先级业务发送的数据包的数据量：非最高优先级业务发送的数据包数据量与重传次数成正比，与非eap时段的时长成正比，与采样间隔成反比，其中业务优先级越高，重传次数越少；最高优先级业务发送的数据包数据量与eap时段的时长成正比，与采样间隔成反比。

对于第二部分能耗因素即数据接收消耗的能量来讲，在其对应的函数计算式中，该部分因素所消耗能量包括两部分：接收信标帧消耗的能量和接收ack(确认信息)消耗的能量。

其中，接收信标帧消耗的能量与信标帧长度成正比，与接收功率成正比，与采样间隔成正比，与传输速率成反比，与信标周期成反比，与重传次数成反比。接收ack消耗的能量与ack长度成正比，与接收功率成正比，与传输速率成反比。

对于第三部分能耗因素即状态转换消耗的能量来讲，在其对应的函数计算式中，该部分因素所消耗能量与状态转换功率成正比，与状态转换时间成正比，与采样间隔成正比，与信标周期成反比，与重传次数成反比。

在预先制定包含一系列函数计算式的能量评估规则的基础上，可通过获取能量评估所需的各参数的数值，并利用相应计算式对获取的各参数数值进行分析、计算，来得到业务发送一个数据包所需消耗能量的能量评估结果。

由以上方案可知，本申请公开的能量评估方法，通过获取预设能量评估参数的数值(所述预设能量评估参数包括业务发送数据包环节所涉及的一个或多个表征能量消耗的参数)，以及获取预先制定的能量评估规则，实现了基于所述预设能量评估参数的数值及所述能量评估规则的能量评估，并最终得到业务发送数据包所需消耗能量的能量评估结果。从而，应用本申请方案可实现对无线体域网业务进行有效的能量评估，进而可实现为面向业务的网络设计及网络性能评估提供支持。

实施例二

本实施例二中，参考图2，所述能量评估方法还可以包括以下步骤：

s104：基于业务发送数据包所需消耗能量的仿真测试结果，对所述能量评估结果的准确可靠性进行验证。

本实施例通过将基于本申请方法计算出的业务发送一个数据包所需消耗能量的能量评估结果与同条件下的仿真测试结果进行比对，来验证本申请方法以及基于本申请方法的能量评估结果的准确可靠性。

具体地，本实施例以基于ieee802.15.6协议的能量评估为例，将基于ieee802.15.6协议的能量评估模型(即本申请方法对应的模型)与ns2仿真平台的实验结果进行对比。

实验结果表明，基于ieee802.15.6协议的能量评估方法与ns2平台的实验结果吻合良好，具有近似的均值和接近于1的相关系数。基于此，本发明提出了可靠、准确的基于ieee802.15.6协议的能量评估方法。

实施例三

本实施例公开一种能量评估系统，该系统与实施例一至实施例二公开的能量评估方法相对应。

相应于实施例一，参考图3，所述能量评估系统包括第一获取模块100、第二获取模块200和评估模块300。

第一获取模块100，用于获取预设能量评估参数的数值；其中，所述预设能量评估参数包括：业务发送数据包环节所涉及的一个或多个表征能量消耗的参数。

所述第一获取模块100包括第一获取单元，用于获取数据重传消耗的能量、数据接收消耗的能量以及状态转换消耗的能量。

第二获取模块200，用于获取预先制定的能量评估规则。

所述第二获取模块200包括：第二获取单元，用于获取预先制定的能量评估计算式。

评估模块300，用于基于所述能量评估规则及所述预设能量评估参数的数值，评估业务发送数据包所需消耗的能量，得到能量评估结果。

所述评估模块300包括计算单元，用于利用预先制定的能量评估计算式，对所述预设能量评估参数的数值进行计算，得到业务发送数据包所需消耗能量的能量评估结果。

相应于实施例二，参考图4，所述能量评估系统还包括验证模块400，用于基于业务发送数据包时所需能量的仿真测试结果，对所述能量评估结果的准确可靠性进行验证。

对于本发明实施例三公开的能量评估系统而言，由于其与实施例一至实施例二公开的能量评估方法相对应，所以描述的比较简单，相关相似之处请参见实施例一至实施例二中能量评估方法部分的说明即可，此处不再详述。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

为了描述的方便，描述以上系统或装置时以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一、第二、第三和第四等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。