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一種5.5G物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的節(jié)能通信方法及系統(tǒng)

專利號
CN119521359B
公開日期
2025-04-25
申請人
上??岢笨萍脊煞萦邢薰?span id="kunk6x7v9" class="geo-highlight">(上海市奉賢區(qū)望園路2165弄12號324室)
發(fā)明人
束長俊; 朱韋偉; 蒙鐘楠
IPC分類
H04W52/02; H04W28/02; H04W28/06; H04W12/03
技術(shù)領(lǐng)域
物聯(lián)網(wǎng),聯(lián)網(wǎng),數(shù)據(jù),通信,緩存,密文,數(shù)據(jù)采集,加密,采集,策略
地域: 上海市 上海市奉賢區(qū)

摘要

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),通過對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備收集的歷史數(shù)據(jù)的時間特征進(jìn)行分析,構(gòu)建并訓(xùn)練調(diào)度模型,自適應(yīng)控制設(shè)備的數(shù)據(jù)采集頻率;基于設(shè)備的歷史狀態(tài)信息和通信數(shù)據(jù),訓(xùn)練通信策略計(jì)算模型,綜合考慮通信時刻、頻率、數(shù)據(jù)量和功率因素,通過設(shè)置獎賞函數(shù)權(quán)衡通信性能和能耗,得到最優(yōu)策略;在設(shè)備中構(gòu)建數(shù)據(jù)緩存區(qū),設(shè)定數(shù)據(jù)傳輸間隔和上傳閾值,根據(jù)時間和占用情況判斷是否上傳數(shù)據(jù);對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密壓縮后,通過5.5G網(wǎng)絡(luò)上傳至邊緣節(jié)點(diǎn)。本發(fā)明方法有效降低了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的能耗,提高了通信效率和數(shù)據(jù)安全性。

說明書

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[0066] 設(shè)計(jì)基于字典編碼和游程編碼相結(jié)合的壓縮算法,流程如下: [0067] 將密文 按字節(jié)劃分為密文塊,每個密文塊長度為 個字節(jié);設(shè)劃分后的密文塊為 , 為密文塊總數(shù); [0068] 構(gòu)建一個初始字典 ,其中包含所有單個字節(jié)的編碼;對于每一個密文塊 ,,執(zhí)行以下步驟: [0069] 在字典 中查找 的最長匹配子串 ,將其對應(yīng)的編碼記為 ; [0070] 將 作為 的壓縮編碼,添加到壓縮結(jié)果中; [0071] 如果 與 不完全匹配,則將 中未匹配的部分作為新的子串 ,將 添加到 字典 中,并為其分配一個新的編碼 ; [0072] 對壓縮結(jié)果進(jìn)行游程編碼,將連續(xù)重復(fù)的編碼用編碼和重復(fù)次數(shù)的形式表示,減小數(shù)據(jù)量; [0073] 將游程編碼后的結(jié)果作為最終的壓縮數(shù)據(jù); [0074] 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通過5.5G網(wǎng)絡(luò)將壓縮后的密文數(shù)據(jù)上傳至邊緣節(jié)點(diǎn)。 [0075] 一種5.5G物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的節(jié)能通信系統(tǒng),其用于實(shí)現(xiàn)所述的一種5.5G物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的節(jié)能通信方法,包括:數(shù)據(jù)采集頻率控制模塊、通信策略模塊、數(shù)據(jù)上傳控制模塊以及加密壓縮模塊; [0076] 所述數(shù)據(jù)采集頻率控制模塊,根據(jù)物理物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備收集的歷史數(shù)據(jù)的時間特征,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; [0077] 所述通信策略模塊,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刻、頻率、數(shù)據(jù)量以及功率多個決策變量,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; [0078] 所述數(shù)據(jù)上傳控制模塊,在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中構(gòu)建數(shù)據(jù)緩存區(qū),臨時存儲物聯(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)傳輸間隔時間以及上傳閾值,根據(jù)間隔時間和上傳閾值判斷是否上傳數(shù)據(jù); [0079] 所述加密壓縮模塊,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)。 [0080] 一種電子設(shè)備,包括:處理器和存儲器,其中,所述存儲器中存儲有可供處理器調(diào)用的計(jì)算機(jī)程序;所述處理器通過調(diào)用所述存儲器中存儲的計(jì)算機(jī)程序,執(zhí)行所述的一種 5.5G物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的節(jié)能通信方法。 [0081] 一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì),儲存有指令,當(dāng)所述指令在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時,使得計(jì)算機(jī)執(zhí)行所述的一種5.5G物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的節(jié)能通信方法。 [0082] 本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明通過根據(jù)歷史數(shù)據(jù)的時間特征訓(xùn)練物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集頻率調(diào)度模型,可以自適應(yīng)地調(diào)整數(shù)據(jù)采集頻率,減少不必要的采樣,有效降低設(shè)備的能耗,延長電池壽命。 [0083] 本發(fā)明通過訓(xùn)練通信策略計(jì)算模型,綜合考慮通信時刻、頻率、數(shù)據(jù)量和功率等多個決策變量,并權(quán)衡通信性能和能耗,可以得到最優(yōu)的通信策略,在保證通信質(zhì)量的同時最小化能耗。 [0084] 本發(fā)明在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中構(gòu)建數(shù)據(jù)緩存區(qū),并設(shè)定數(shù)據(jù)傳輸間隔時間,可以減少頻繁的數(shù)據(jù)上傳,降低通信能耗。同時,當(dāng)緩存區(qū)存滿時再觸發(fā)數(shù)據(jù)上傳,可以提高傳輸效率,減少數(shù)據(jù)丟失。 [0085] 本發(fā)明對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和壓縮后再通過5.5G網(wǎng)絡(luò)上傳,可以提高數(shù)據(jù)的安全性和傳輸效率,減少數(shù)據(jù)在傳輸過程中的泄露風(fēng)險和帶寬占用,節(jié)省能源。 附圖說明 [0086] 圖1為本發(fā)明提供的一種5.5G物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的節(jié)能通信方法流程圖; [0087] 圖2為本發(fā)明提供的一種5.5G物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的節(jié)能通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 具體實(shí)施方式 [0088] 為了更好地理解本發(fā)明,將參考附圖對本發(fā)明的各個方面做出更詳細(xì)的說明。應(yīng)理解,這些詳細(xì)說明只是對本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的描述,而非以任何方式限制本發(fā)明的范圍。在說明書全文中,相同的附圖標(biāo)號指代相同的元件。表述“和/或”包括相關(guān)聯(lián)的所列項(xiàng)目中的一個或多個的任何和全部組合。 [0089] 在附圖中,為了便于說明,已稍微調(diào)整了元素的大小、尺寸和形狀。附圖僅為示例而并非嚴(yán)格按比例繪制。如在本文中使用的,用語“大致”、“大約”以及類似的用語用作表近似的用語,而不用作表程度的用語,并且旨在說明將由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員認(rèn)識到的、測量值或計(jì)算值中的固有偏差。另外,在本發(fā)明中,各步驟處理描述的先后順序并不必然表示這些處理在實(shí)際操作中出現(xiàn)的順序,除非有明確其他限定或者能夠從上下文推導(dǎo)出的除外。 [0090] 還應(yīng)理解的是,諸如“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”等表述在本說明書中是開放性而非封閉性的表述,其表示存在所陳述的特征、元件和/或部件,但不排除一個或多個其它特征、元件、部件和/或它們的組合的存在。此外,當(dāng)諸如“...中的至少一個”的表述出現(xiàn)在所列特征的列表之后時,其修飾整列特征,而非僅僅修飾列表中的單獨(dú)元件。此外,當(dāng)描述本發(fā)明的實(shí)施方式時,使用“可”表示“本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式”。并且,用語“示例性的”旨在指代示例或舉例說明。

權(quán)利要求

1 2 3 4 5
當(dāng)?shù)竭_(dá)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上傳數(shù)據(jù)定時器預(yù)定時間時,讀取物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備當(dāng)前緩存區(qū)的存儲狀態(tài),計(jì)算當(dāng)前緩存區(qū)的占用率 ,設(shè)定緩存區(qū)的上傳閾值 ; 當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定時間時,若計(jì)算出緩存區(qū)的占用率 大于或等于緩存區(qū)的上傳閾值 時,將物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的緩存區(qū)數(shù)據(jù)上傳到上級邊緣節(jié)點(diǎn);若計(jì)算出緩存區(qū)的占用率 小于緩存區(qū)的上傳閾值 時,不將物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的緩存區(qū)數(shù)據(jù)上傳到上級邊緣節(jié)點(diǎn)。 5.根據(jù)權(quán)利要求4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,在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集過程中,監(jiān)測緩存區(qū)的占用率 ,以小于數(shù)據(jù)傳輸間隔時長 的周期,計(jì)算緩存區(qū)的占用率 ; 設(shè)定緩存區(qū)占用率的上閾值 和下閾值 ,在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備向上級邊緣節(jié)點(diǎn)上傳數(shù)據(jù)的間隙中檢測緩存區(qū)占用率,當(dāng)占用率大于上閾值 時,觸發(fā)緩存區(qū)數(shù)據(jù)上傳,當(dāng)占用率小于下閾值 時,觸發(fā)緩存區(qū)縮容; 當(dāng)緩存區(qū)的占用率 大于上閾值 時,物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備向邊緣節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)傳輸指令,將緩存區(qū)內(nèi)的所有數(shù)據(jù)上傳至邊緣節(jié)點(diǎn),同時對緩存區(qū)進(jìn)行擴(kuò)容,擴(kuò)容的緩存區(qū) 大小計(jì)算公式為: ; 其中, 為擴(kuò)容前的緩存區(qū)大小,為擴(kuò)容系數(shù),控制擴(kuò)容幅度; 當(dāng)緩存區(qū)占用率 小于下閾值 時,對緩存區(qū)進(jìn)行縮容,減小緩存區(qū)的存儲空間; 縮容的緩存區(qū)大小 的計(jì)算公式為: ; 其中,為縮容系數(shù),控制縮容幅度。 6.根據(jù)權(quán)利要求5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,對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密上傳,將物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備采集的數(shù)據(jù)加密上傳到上級邊緣節(jié)點(diǎn); 設(shè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備采集的數(shù)據(jù)為原始明文數(shù)據(jù) ,加密后的數(shù)據(jù)為密文 ,密鑰為 ;加密過程表示為: ;其中, 為加密函數(shù),接收明文數(shù)據(jù) 和密鑰 作為輸入,生成密文 作為輸出; 設(shè)計(jì)基于異或運(yùn)算和置換操作的加密算法,流程如下: 將明文數(shù)據(jù) 按字節(jié)劃分為明文塊,每個明文塊長度為 個字節(jié),不足 個字節(jié)的部分用0填充;設(shè)劃分后的明文塊為 ; 對于每一個明文塊 , ,為明文塊總數(shù),執(zhí)行以下步驟: 步驟a:將 與密鑰 進(jìn)行按位異或運(yùn)算,得到中間結(jié)果 : 其中, 表示按位異或運(yùn)算; 步驟b:對 進(jìn)行置換操作,得到置換結(jié)果 : ;其中, 為置換函數(shù),將的字節(jié)順序按照預(yù)定義的規(guī)則進(jìn)行重新排列; 步驟c:?將置換結(jié)果 作為當(dāng)前明文塊的加密結(jié)果,即密文塊 : ; 步驟d:將所有密文塊 拼接起來,得到最終的密文 : ;其中,表示拼接操作; 在數(shù)據(jù)上傳前,物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備使用加密算法對明文數(shù)據(jù) 進(jìn)行加密,得到密文 。
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