无源无线传感网能量感知管理组件的制作方法

本发明涉及无源无线传感网技术领域，特别涉及一种无源无线传感网能量感知管理组件。

背景技术

无源无线传感网又名能量收集传感网，是一种由具有能量收集能力的传感器节点组成的网络，可以通过能量收集装置收集环境中的太阳能、振动能、热能、流体能等能量，并转化为电能使用，极大地延长了网络寿命并降低了成本。

无源无线传感网中一个重要的环节是能量管理，与传统的使用电池供电的传感网络不同，无源无线传感网收集的能量具有波动和不确定性，需要设计合理的能量感知、管理方案保证能量供给的可靠性。

然而，传统能量感知管理方案存在的问题如下：

1.缺乏一个统一的实施标准，对于不同的传感器芯片型号、储电容量、采集能力缺乏一个快速可靠地实施方案。

2.无法很好地协调本地和外部节点的能量感知与管理。

3.可扩展性差，对于新的算法策略的更新成本较高，不易维护。

4.对于大规模传感网的能量感知管理设计尚不成熟，限制了网络规模。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种无源无线传感网能量感知管理组件，该组件可以很好地协调本地和外部节点的能量感知与管理，有效提高管理组件的可扩展性和可维护性，简单易实现。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种无源无线传感网能量感知管理组件，包括：第一获取模块，用于获取无源无线传感网的本地的能量信息；第二获取模块，用于获取所述无源无线传感网的外部节点的能量信息；存储模块，用于存储所述本地的能量信息、所述外部节点的能量信息和数据索引；计算模块，用于通过预设的能量预测模型进行能量预测，以得到预测能量；交互模块，用于根据所述本地的能量信息、所述外部节点的能量信息和所述数据索引向外提供数据服务和管理服务。

本发明实施例的无源无线传感网能量感知管理组件，通过本地的能量信息、外部节点的能量信息和数据索引向外提供数据服务和管理服务，从而可以很好地协调本地和外部节点的能量感知与管理，有效提高管理组件的可扩展性和可维护性，简单易实现。

另外，根据本发明上述实施例的无源无线传感网能量感知管理组件还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：初始化模块，用于初始化节点功率信息、电池容量、芯片外围电路连接方式、信息获取频率、信息存储空间大小和时长。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述存储模块进一步用于根据初始化时设定的最大存储空间和存储时长工作，并擦除超过预设存储时长的数据。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述计算模块进一步用于根据预测目标节点的id预测时长预测所述预测能量。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述交互模块包括：数据接口，所述数据接口包括本地能量信息获取接口、外部节点能量信息获取接口、能量预测信息获取接口、数据存储接口，以通过调用所述数据接口进行信息获取和信息存储；管理接口，所述管理接口包括初始化接口和能量预测函数设定接口，以通过调用所述管理接口进行信息初始化和能量预测。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第二获取模块还用于获取不同邻居节点的能量信息，以根据每个节点的id进行能量查询。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述每个节点的id为节点地址或标识符。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述本地的能量信息和所述外部节点的能量信息均包括节点剩余能量、节点能量收集速率和节点功率。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的无源无线传感网能量感知管理组件的结构示意图；

图2为根据本发明一个实施例的无源无线传感网能量感知管理组件在协议栈中的位置示意图；

图3为根据本发明一个具体实施例的无源无线传感网能量感知管理组件的结构示意图；

图4为根据本发明一个实施例的能量信息构成示意图；

图5为根据本发明一个实施例的本地能量信息获取和外部节点信息获取的流程图；

图6为根据本发明一个实施例的本地能量信息存储和外部节点能量信息存储流程图；

图7为根据本发明一个实施例的能量预测模型结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的无源无线传感网能量感知管理组件。

图1是本发明一个实施例的无源无线传感网能量感知管理组件的结构示意图。

如图1所示，该无源无线传感网能量感知管理组件10包括：第一获取模块100、第二获取模块200、存储模块300、计算模块400和交互模块500。

其中，第一获取模块100用于获取无源无线传感网的本地的能量信息。第二获取模块200用于获取无源无线传感网的外部节点的能量信息。存储模块300用于存储本地的能量信息、外部节点的能量信息和数据索引。计算模块400用于通过预设的能量预测模型进行能量预测，以得到预测能量。交互模块500用于根据本地的能量信息、外部节点的能量信息和数据索引向外提供数据服务和管理服务。本发明实施例的管理组件10可以很好地协调本地和外部节点的能量感知与管理，有效提高管理组件的可扩展性和可维护性，简单易实现。

可以理解的是，本发明实施例的管理组件10在协议栈中的位置如图2所示，包括第一获取模块100、第二获取模块200、存储模块300、计算模块400和交互模块500，下面将分别对每一部分进行详细阐述。

进一步地，第一获取模块100可以为本地能量信息获取模块，如图3所示，本地能量信息获取模块可以获取本地的能量信息，并如图4所示，包含节点剩余能量、节点能量收集速率、节点功率等信息，并将这些信息存储于能量存储模块提供给外部访问，可以屏蔽底层不同硬件的差异，提供标准的服务。

具体而言，如图3和图4所示，本地能量信息获取模块可以获取实时的本地能量信息，其中包含节点剩余能量、节点能量收集速率、节点功率。其中，节点剩余能量用adc引脚采集的当前电池电压表示，单位使用v；节点能量收集速率通过读取能量信息存储模块获得，单位使用mw；节点功率通过读取能量信心存储模块获得，包含休眠功率、启动但不发送数据功率、启动并发送数据功率，单位使用mw。可以通过数据接口调用本地能量信息获取模块获取上述信息。

进一步地，在本发明的一个实施例中，第二获取模块200还用于获取不同邻居节点的能量信息，以根据每个节点的id进行能量查询。

其中，在本发明的一个实施例中，每个节点的id为节点地址或标识符。

可以理解的是，第二获取模块200可以为外部节点能量信息获取模块，如图3所示，外部节点能量信息获取模块可以获取外部节点的能量信息，并且如图4所示，包含节点剩余能量、节点能量收集速率、节点功率，信息的查询通过查询节点id实现。

具体而言，如图3和图4所示，外部节点能量信息获取模块可以获取外部节点的能量信息，其中包含节点剩余能量、节点能量收集速率、节点功率，此部分信息表示及单位与本地能量信息获取模块相同。信息获取方式是读取能量信息存储模块。不同的是，本模块可获取不同邻居节点的能量信息，对每个节点以其id作为标识查询，id可以是其地址，也可以是人为设置的唯一标识符。同样的，可以通过数据接口调用外部能量信息获取模块获取上述信息。

进一步地，在本发明的一个实施例中，本地的能量信息和外部节点的能量信息均包括节点剩余能量、节点能量收集速率和节点功率。

具体而言，能量信息获取：能量信息获取包含本地能量信息获取和外部节点信息获取，流程如图5所示。其中，获取本地能量信息时，首先调用对外服务接口模块中的本地能量信息获取接口，该接口调用本地能量信息获取模块，本地能量信息获取模块返回一组数据，数据包含节点剩余能量、节点能量收集速率、节点功率，节点剩余能量通过adc引脚采集的当前电池电压获得，单位使用v，节点能量收集速率通过调用能量信息计算模块获得，单位使用mw，节点功率通过读取能量信心存储模块获得，包含休眠功率、启动但不发送数据功率、启动并发送数据功率，单位使用mw；获取外部节点能量信息时，首先调用对外服务接口模块中的外部节点能量信息获取接口，调用接口时，需要给接口传递一个参数，即外部节点id，告知查询的外部节点身份，然后该接口调用外部节点能量信息获取模块，该模块根据id向能量信息存储模块查询一组数据，数据包含节点剩余能量、节点能量收集速率、节点功率，并将所得数据返回

进一步地，在本发明的一个实施例中，存储模块300进一步用于根据初始化时设定的最大存储空间和存储时长工作，并擦除超过预设存储时长的数据。

可以理解的是，存储模块300可以为能量信息存储模块，如图3所示，能量信息存储模块负责存储本地节点的能量信息和外部节点的能量信息，以及数据索引，可以通过数据接口调用该模块进行数据存储。该模块根据初始化时设定的最大存储空间和存储时长工作，会自动擦除超过规定存储时长的数据。能量信息存储模块可以与本地能量信息获取模块和外部节点能量信息获取模块进行交互，向其提供数据。

具体而言，能量信息存储：能量信息存储包含本地能量信息存储和外部节点能量信息存储，如图6所示。本地能量信息存储时，能量信息存储模块按照管理接口设定的信息存储频率定期调用adc，获取本地的剩余能量信息并存储，当存储数据超过设定时长时，则删除最早的历史数据直至满足要求；外部节点能量信息存储时，由协议栈其余组件调用对外服务接口模块中的数据存储接口，将通过无线方式接收到的外部节点数据存储在中间件中的能量信息存储模块中，该数据包含节点id、节点剩余能量、节点能量收集速率、节点功率。

进一步地，在本发明的一个实施例中，计算模块400进一步用于根据预测目标节点的id预测时长预测预测能量。

可以理解的是，计算模块400可以为能量信息计算模块，如图3所示，能量信息计算模块用来根据用户设定的模型进行能量预测，可以通过数据接口调用该模块获得预测的能量，需要提供的参数是预测目标节点的id预测时长，能量信息模块提供了一个可用户自定义的能量预测函数，用户可通过管理接口重写该函数设定自己的能量预测模型，能量预测模型的更新可以快速便捷的实现，无需改动其余模块。

进一步地，在本发明的一个实施例中，交互模块500包括：数据接口和管理接口。

其中，数据接口包括本地能量信息获取接口、外部节点能量信息获取接口、能量预测信息获取接口、数据存储接口，以通过调用数据接口进行信息获取和信息存储；管理接口包括初始化接口和能量预测函数设定接口，以通过调用管理接口进行信息初始化和能量预测。

可以理解的是，交互模块500可以为对外服务接口模块，如图3所示，对外服务接口模块向外提供数据服务和管理服务，应用层、网络层、mac层可通过对外服务接口模块获取能量信息以便决定发送策略，便捷快速实现跨层能量优化。对外服务接口模块包含数据接口和管理接口，其中数据接口包含本地能量信息获取接口、外部节点能量信息获取接口、能量预测信息获取接口、数据存储接口。管理接口包含初始化接口、能量预测函数设定接口。

具体而言，能量预测模型设定：能量预测模型设定如图7(a)，调用对外服务接口模块的管理接口中的能量预测函数设定接口，该接口可以获取动态更新的能量历史数据并以变量表示，用户使用该变量，根据自己的需求编写相应的能量预测算法并写入该接口的函数中，从而达到动态预测的目的。

能量信息预测：在使用中，当需要预测未来一段时间节点的能量收集速率，首先需要提前设定好能量预测模型，然后通过对外服务接口模块中的能量预测信息获取接口调用能量信息计算模块，传入要预测节点的id和预测时长参数，由能量信息计算模块按照设定的预测模型进行计算并返回结果，如图7(b)所示。

进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的管理组件10还包括：初始化模块。其中，初始化模块，用于初始化节点功率信息、电池容量、芯片外围电路连接方式、信息获取频率、信息存储空间大小和时长。

可以理解的是，如图3所示，初始化模块负责初始化节点功率信息、电池容量、芯片外围电路连接方式、信息获取频率、信息存储空间大小及时长等参数。

具体而言，初始化模块负责初始化节点功率信息、电池容量、芯片外围电路连接方式、信息获取频率、信息存储空间大小及时长等参数。其中节点功率信息包含休眠功率、启动但不发送数据功率、启动并发送数据功率，单位使用mw；电池容量参数为节点使用电池的容量大小，单位使用mah；芯片外围电路连接方式是包含采集电池电压使用的adc引脚、存储数据的flash的写入引脚，这两个引脚用于之后的电池电压采集和信息存储；信息获取频率是指测量本节点电池电压的频率，单位使用hz；信息存储空间大小是指使用的flash大小，数据存储超过该大小会自动删除旧数据，单位是kb；存储时长指最多存储最近多少秒的数据，单位使用s。

根据本发明实施例提出的无源无线传感网能量感知管理组件，通过本地的能量信息、外部节点的能量信息和数据索引向外提供数据服务和管理服务，从而可以很好地协调本地和外部节点的能量感知与管理，有效提高管理组件的可扩展性和可维护性，简单易实现。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。