[发明专利]一种能量收集型物联网的传感器能量分配方法和装置

说明书

本发明公开了一种能量收集型物联网的传感器能量分配方法和装置，通过获取当前物联网所包含的传感器节点的节点数量以及节点能量，基于当前物联网所处状态调用不同的能量分配算法，结合获取到的时隙数量、节点数量、节点能量和物联网所对应的信道矩阵，确定能量分配矩阵，最后根据物联网所处的状态下发能量分配矩阵到各个传感器节点组成的传感器网络，从而将各个传感器节点在各个时隙内的能量消耗量作为独立变量进行能量收集型物联网的能量分配，优化各个节点在各个时隙内的能量消耗量，降低物联网数据获取所需的时延。

技术领域

本发明涉及能量分配技术领域，尤其涉及一种能量收集型物联网的传感器能量分配方法和装置。

背景技术

物联网的连接数量正在以一个不可思议的速度发展，万物互联的时代正在到来。目前，物联网常用的节点是电池供电的小型传感器，其寿命受到电池可用能量的限制，而电池更换代价昂贵且很不方便，如果传感器处于极端环境，例如有毒环境或在人体内，甚至不可能更换电池，因此传感器寿命成为限制物联网发展的关键问题之一。

近年来，能量收集技术已经成为延长传感器节点寿命最有前景的解决方案。在采用能量收集技术的能量收集型物联网中，传感器节点所携带的能量收集模块通过从太阳能，风能，热能，电磁或其它来源收集能量，能得到几乎永久的能量供给。然而，由于不同的收集条件，例如阳光的照射角度和风速的不同，各能量收集型传感器节点通常具有不同的能量收集率，且只能间歇地获得微弱、不可靠的可用能量。另一方面，由于频谱资源的限制，在大规模无线物联网连接场景中，如何以尽可能低的延迟精确获取信号仍然是一个极具挑战的任务。海量连接的物联网系统中各节点采集了大量数据，在有限的通信资源下其传输过程往往难以满足低时延的要求。

近年来，利用信号的稀疏性，压缩感知(Compressed sensing,CS)作为一种有效的工具被用来解决该问题。在多址接入信道(MAC)通信模型中，各节点在不同时隙的传输能量与实际的信道影响一起,等效构成了标准CS问题中的测量矩阵。根据CS理论，该等效测量矩阵的性能直接决定了保证数据精确重构所需的测量数。因此，为了在精确获取信号的同时降低系统的时延，理想的等效测量矩阵应该具有尽可能优异的感知性能；然而由于各传感器节点的能量收集存在波动且仅能收集微弱的能量，以及受信道衰落的影响，使得等效测量矩阵的性能不佳，无法在较低时延的情况下精确获取信号。

发明内容

本发明提供了一种能量收集型物联网的传感器能量分配方法和装置，解决了现有技术由于各传感器节点的能量收集存在波动且仅能收集微弱的能量，以及受信道衰落的影响，使得等效测量矩阵的性能不佳，无法在较低时延的情况下精确获取信号的技术问题。

本发明提供的一种能量收集型物联网的传感器能量分配方法，包括：

获取当前物联网的传感器节点的节点数量和节点能量；

若所述当前物联网所处状态为离线状态，则调用预设的第一能量分配算法，结合所述时隙数量、所述节点数量、所述节点能量和所述当前物联网的信道矩阵，确定第一能量分配矩阵；

若所述当前物联网所处状态为在线状态，则获取第p时隙内全部所述传感器节点采集到的总节点能量；

调用预设的第二能量分配算法，结合所述时隙数量、所述节点数量、所述总节点能量和所述信道矩阵，确定第二能量分配矩阵；

下发所述第一能量分配矩阵或所述第二能量分配矩阵到由全部所述传感器节点组成的传感器网络。

可选地，所述第一能量分配算法包括：

根据所述节点能量与马尔科夫估计法，确定在m个所述时隙的预测能量收集矩阵；

初始化第一最小约束和第一最大约束，构建第一初始目标函数；

采用Majorization-Minimization优化框架对所述第一初始目标函数进行转换，得到第一目标函数；