一種5.5G物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的節(jié)能通信方法及系統(tǒng) 技術(shù)領(lǐng)域 [0001] 本發(fā)明涉及物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種5.5G物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的節(jié)能通信方法及系統(tǒng)。 背景技術(shù) [0002] 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通常由電池供電，能源有限，因此如何在保證通信性能的同時(shí)降低能耗，延長設(shè)備的使用壽命，成為亟待解決的問題。 [0003] 傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通信方法通常采用固定的數(shù)據(jù)采集和傳輸策略，未充分考慮設(shè)備的能耗和通信環(huán)境的動態(tài)變化。例如，設(shè)備以固定頻率采集和上傳數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)變化不大或通信條件惡劣時(shí)，頻繁的通信不僅浪費(fèi)能源，而且可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞和數(shù)據(jù)丟失。同時(shí)，由于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的計(jì)算和存儲資源有限，復(fù)雜的通信優(yōu)化算法難以在設(shè)備端實(shí)現(xiàn)。 [0004] 現(xiàn)有的自適應(yīng)通信方法存在一些不足。一方面，這些方法大多假設(shè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備以固定頻率采集數(shù)據(jù)，未考慮動態(tài)調(diào)整采樣率的策略。另一方面，由于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通常采用低功耗的微處理器，直接在設(shè)備上運(yùn)行復(fù)雜的最優(yōu)化算法難以實(shí)現(xiàn)。因此，研究一種輕量級的、端到端的自適應(yīng)通信框架仍是亟待解決的問題。 [0005] 此外，隨著5G技術(shù)的成熟和演進(jìn)，5.5G作為5G的延伸，具有更高的頻譜效率、更低的傳輸時(shí)延和更靈活的業(yè)務(wù)支撐能力，為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的節(jié)能通信提供了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。 因此，充分發(fā)揮5.5G的技術(shù)優(yōu)勢，設(shè)計(jì)適用于5.5G網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備節(jié)能通信方案具有重要的理論和實(shí)踐意義。 [0006] 鑒于此，本發(fā)明提出一種5.5G物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的節(jié)能通信方法及系統(tǒng)。 發(fā)明內(nèi)容 [0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種5.5G物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的節(jié)能通信方法及系統(tǒng)，具體技術(shù)方案如下： [0008] 一種5.5G物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的節(jié)能通信方法，包括： [0009] 根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備收集的歷史數(shù)據(jù)的時(shí)間特征，構(gòu)建并訓(xùn)練物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集頻率調(diào)度模型，控制物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集頻率； [0010] 基于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的歷史狀態(tài)信息和歷史通信數(shù)據(jù)，訓(xùn)練通信策略計(jì)算模型，通信策略包括通信時(shí)刻、頻率、數(shù)據(jù)量以及功率多個(gè)決策變量，通信策略計(jì)算模型通過設(shè)置獎賞函數(shù)，權(quán)衡通信性能和能耗的平衡； [0011] 在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中構(gòu)建數(shù)據(jù)緩存區(qū)，臨時(shí)存儲物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備收集的數(shù)據(jù)，設(shè)定物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備向邊緣節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸間隔時(shí)間以及上傳閾值，根據(jù)間隔時(shí)間和上傳閾值判斷是否上傳數(shù)據(jù)； [0012] 對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備采集的數(shù)據(jù)在上傳前進(jìn)行加密和壓縮，通過5.5G網(wǎng)絡(luò)上傳到邊緣節(jié)點(diǎn)。 [0013] 優(yōu)選的，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備收集的歷史數(shù)據(jù)的時(shí)間特征，構(gòu)建并訓(xùn)練物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集頻率調(diào)度模型，控制物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集頻率； [0014] 設(shè)歷史數(shù)據(jù)集為： [0015] [0016] 其中，表示數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)量， 表示第 條數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量， 表示數(shù)據(jù)類型，表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間戳， 表示數(shù)據(jù)優(yōu)先級， 表示設(shè)備類型， 表示設(shè)備ID， 表示設(shè)備電量； [0017] 使用滑動窗口法對 進(jìn)行特征提取，設(shè)窗口長度為 ，滑動步長為 ，則第 個(gè)時(shí)間窗口的特征向量為： [0018] [0019] 其中 表示取均值， 表示取標(biāo)準(zhǔn)差， 表示計(jì)數(shù)； [0020] 將所有窗口的特征向量構(gòu)成時(shí)間特征數(shù)據(jù)集 ，使用時(shí)間特征 訓(xùn)練集和對應(yīng)的目標(biāo)值 訓(xùn)練LSTM模型， 為數(shù)據(jù)采集頻率， ； [0021] 搭建LSTM模型結(jié)構(gòu)，輸入 個(gè)連續(xù)的時(shí)間窗口特征向量，輸出為第 個(gè)時(shí)間窗口之后的最優(yōu)數(shù)據(jù)采集頻率，將LSTM模型表示為： [0022] [0023] 其中， 為LSTM模型函數(shù)， 為第 個(gè)時(shí)間窗口之后的最優(yōu)數(shù)據(jù)采集頻 率； [0024] 基于訓(xùn)練完成的LSTM模型，得到物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集頻率： [0025] [0026] ； [0027] 其中， 是數(shù)據(jù)采集頻率的計(jì)算函數(shù)， 表示第 個(gè)時(shí)間窗口的最優(yōu)數(shù)據(jù)采集頻率。 [0028] 優(yōu)選的，基于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的歷史狀態(tài)信息和歷史通信數(shù)據(jù)，訓(xùn)練通信策略計(jì)算模型，基于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的歷史狀態(tài)信息和歷史通信數(shù)據(jù)，訓(xùn)練通信策略計(jì)算模型，通信策略包括通信時(shí)刻、頻率、數(shù)據(jù)量以及功率多個(gè)決策變量，通信策略計(jì)算模型通過設(shè)置獎賞函數(shù)，權(quán)衡通信性能和能耗的平衡； [0029] 定義物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的狀態(tài)特征向量 ，包括CPU利用率 ，表示第 時(shí)刻物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備CPU的使用率；內(nèi)存利用率 ，表示第 時(shí)刻物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備內(nèi)存的使用率；電池電量，表示第 時(shí)刻物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備電池的剩余電量；信號強(qiáng)度 ，表示第 時(shí)刻物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接收到的無線信號強(qiáng)度；狀態(tài)特征向量 表示為 ； [0030] 定義物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的通信特征向量 ，包括通信時(shí)刻 ，表示第 次通信傳輸?shù)臅r(shí)間戳；數(shù)據(jù)量 ，表示第 次通信傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大??；功率 ，表示第 次通信傳 輸使用的發(fā)射功率；通信特征向量 表示為 ；

1.一種5.5G物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的節(jié)能通信方法，其特征在于，包括： 根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備收集的歷史數(shù)據(jù)的時(shí)間特征，構(gòu)建并訓(xùn)練物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集頻率調(diào)度模型，控制物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集頻率； 基于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的歷史狀態(tài)信息和歷史通信數(shù)據(jù)，訓(xùn)練通信策略計(jì)算模型，通信策略包括通信時(shí)刻、頻率、數(shù)據(jù)量以及功率多個(gè)決策變量，通信策略計(jì)算模型通過設(shè)置獎賞函數(shù)，權(quán)衡通信性能和能耗的平衡； 在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中構(gòu)建數(shù)據(jù)緩存區(qū)，臨時(shí)存儲物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備收集的數(shù)據(jù)，設(shè)定物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備向邊緣節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸間隔時(shí)間以及上傳閾值，根據(jù)間隔時(shí)間和上傳閾值判斷是否上傳數(shù)據(jù)； 對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備采集的數(shù)據(jù)在上傳前進(jìn)行加密和壓縮，通過5.5G網(wǎng)絡(luò)上傳到邊緣節(jié)點(diǎn)。 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種5.5G物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的節(jié)能通信方法，其特征在于，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備收集的歷史數(shù)據(jù)的時(shí)間特征，構(gòu)建并訓(xùn)練物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集頻率調(diào)度模型，控制物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集頻率； 設(shè)歷史數(shù)據(jù)集為： ； 其中, 表示數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)量, 表示第 條數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量， 表示數(shù)據(jù)類型， 表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間戳， 表示數(shù)據(jù)優(yōu)先級， 表示設(shè)備類型， 表示設(shè)備ID， 表示設(shè)備電量； 使用滑動窗口法對 進(jìn)行特征提取，設(shè)窗口長度為 ，滑動步長為 ，則第 個(gè)時(shí)間窗口的特征向量為： ； 其中 表示取均值， 表示取標(biāo)準(zhǔn)差， 表示計(jì)數(shù)； 將所有窗口的特征向量構(gòu)成時(shí)間特征數(shù)據(jù)集 ，使用時(shí)間特征訓(xùn)練 集和對應(yīng)的目標(biāo)值 訓(xùn)練LSTM模型， 為數(shù)據(jù)采集頻率， ； 搭建LSTM模型結(jié)構(gòu)，輸入 個(gè)連續(xù)的時(shí)間窗口特征向量，輸出為第 個(gè)時(shí)間窗口之后的最優(yōu)數(shù)據(jù)采集頻率，將LSTM模型表示為： ； 其中， 為LSTM模型函數(shù)， 為第 個(gè)時(shí)間窗口之后的最優(yōu)數(shù)據(jù)采集頻率； 基于訓(xùn)練完成的LSTM模型，得到物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集頻率： ； 其中， 是數(shù)據(jù)采集頻率的計(jì)算函數(shù)， 表示第 個(gè)時(shí)間窗口的最優(yōu)數(shù)據(jù)采集頻率。 3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種5.5G物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的節(jié)能通信方法，其特征在于，基于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的歷史狀態(tài)信息和歷史通信數(shù)據(jù)，訓(xùn)練通信策略計(jì)算模型，通信策略包括通信時(shí)刻、頻率、數(shù)據(jù)量以及功率多個(gè)決策變量，通信策略計(jì)算模型通過設(shè)置獎賞函數(shù)，權(quán)衡通信性能和能耗的平衡；