CN110495221B - 功率高效基站 - Google Patents

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Abstract

基站利用多个基站组件中的每个的占空比要求来有效地消耗功率。基站可以包括同步模块，该同步模块允许基站将收集的数据从高速缓存发送到网关，然后网关将其向上发送到云。基站还可以包括传感器连接模块，该传感器连接模块在基站与被部署以收集数据以存储在高速缓存中的数据收集设备之间建立连接。基站控制器用作由传感器模块收集的数据的高速缓存，并且使用同步模块将数据发送到网关以在云中进行同步。基站控制器根据当前可用于基站的功率、网络需求和天气状况来以功率高效的方式确定/协调传感器连接模块和同步模块的占空比。

Description

功率高效基站
背景技术
物联网(IoT)服务和设备市场正在迅速扩大。IoT连接设备的数目预计在未来几十年中将达到数百亿甚至数千亿的数目。利用IoT连接设备的基于因特网或“云”的服务的范围和数目也预计迅速扩大。
向IoT连接设备提供服务的关键挑战是需要在缺乏良好因特网连接的偏远地区提供服务以及诸如电网等其他基础设施服务。例如，在基于云的服务可能被证明有用的地理偏远地区，功率可用性通常是不可靠的。在基于云的服务也可能被证明有用的发展中国家，不可靠的功率可用性也很常见。这迫使对其他电源(诸如太阳能、风能和/或电池供电的电源)的依赖，以为这些远程IoT设备和网络提供功率。
发明内容
提供本“发明内容”以便以简化的形式介绍一些概念，这些概念将在下面的“具体实施方式”中进一步描述。本“发明内容”并不旨在专门标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在帮助确定所要求保护的主题的范围。
本公开的实施例提供了在以下环境中的用于与物联网(IoT)(即，“云”)连接的网络一起使用的基站的实现：其中来自电网的功率或者不可用或仅间歇地可用于基站和/或网络。例如，基站的实现能够用于偏远位置中的云连接网络，其中基站的电源可能受到约束或限制。根据实现的基站进行操作以优化/最小化由基站从电源汲取的功率消耗。例如，电源可以是太阳能电池板、风力发电机和/或电池。可以配置基站的若干实现，以提供在以下情况下可用于节省网络功率的优点：其中到云连接网络的因特网连接仅间歇性地可用，和/或仅以较差质量或低速/低带宽连接可用。
实施例的实现可以包括太阳能电池板/备用电池供电的基站，该基站包括用于与连接到云的网关/网络通信的第一模块。第一模块可以使用诸如使用电视空白空间(TVWS)频率的Wi-Fi协议等无线协议与网关/网络通信。基站还可以包括第二模块，该第二模块用于使用例如2.5GHz/5GHz频带中的Wi-Fi协议与至少一个数据收集设备(诸如传感器)通信。基站可以起到以下作用：从数据收集设备收集数据，将收集的数据存储在基站高速缓存中，并且将数据传输到网关/网络以发送到云。基站还可以起到以下作用：从网关接收控制数据，并且还向数据收集设备发送适当的控制信号。在一种实现中，基站可以包括第三无线模块，诸如Wi-Fi模块，该第三无线模块为基站区域中的移动设备提供无线连接，以允许移动设备被用来向基站和/或数据收集设备发送控制信号。第三模块还可允许移动设备的用户通过基站和网关/网络访问云。如果第二模块正在使用适当的Wi-Fi协议，则第三模块可以被配置为与第二模块是同一模块。
该实现的基站确定由基站的太阳能电池板/备用电池电源在一时间段内提供的功率的功率预算。例如，在一种实现中，可以将24小时时间段用作该时间段。至少基于功率预算和与基站的各种组件的功率消耗相关的数据，基站确定该时间段内各种基站组件的功率高效的通/断占空比。在确定通/断占空比时，基站使用第一模块根据同步占空比来确定要执行的一组同步，以将基站高速缓存中收集的数据传输/发送到网关。网关然后可以将数据同步到云。基站还确定将用于从数据收集设备收集基站高速缓存的数据的第二模块的数据收集占空比。在进行确定时，可以相对于彼此对该组同步中的每个进行优先级排序，以允许在优先级基础上将高优先级数据同步到云。数据收集占空比也可以基于数据收集设备的相对优先级来确定。该时间段的功率消耗确定可以包括考虑由第一模块在同步期间使用的功率、由第二模块在数据收集期间使用的功率、由第三模块用来允许移动设备与基站通信的功率、电池泄漏的功率损耗以及基站电路的功率消耗。功率消耗确定还可以包括考虑自前一时间段以来剩余的电池功率的过剩/不足。在实现中，基站的占空比可以基于预测的天气预报来调节。而且，基站可以被配置为在移动设备用户靠近基站时无缝地通电，以允许用户将其设备连接到因特网/云。基站还可以配置为在移动设备用户移出基站附近时断电。
在其他实现中，电源可以包括风力发电机/备用电池，并且基站可以基于由基站的风力发电机/备用电池电源提供的功率来确定功率预算。在其他实现中，电源可以是任何其他类型的电源，例如，不使用备用电池的太阳能电池板或风力发电机、或者单独使用的电池、或者来自间歇/不可靠的并且由电池备用的电网的功率。
附图说明
图1A是示出根据实施例的包括功率高效基站的示例系统的简化图；
图1B是示出用于与示例数据传感器和示例网关进行通信的基站的实现的简化图；
图2是示出基站的实现的功能块的简化框图；
图3是示出在示例基站中执行的用于确定功率高效的通/断占空比时间的操作的流程图；
图4是示出在示例基站中执行的用于确定一时间段内的功率高效的一组数据同步的操作的流程图；
图5是示出示例基站的占空比γ与占空比接通时间Ton的曲线图；
图6A、6B、6C和6D是示出基于天气使用不同占空比的基站中的功率节省的曲线图；以及
图7是示出示例基站的简化框图。
具体实施方式
现在将通过使用示例实施例来描述该系统和方法。为了说明的目的，在本公开中给出示例实施例，示例实施例并非旨在约束或限制本文中呈现的公开内容或权利要求的范围。
收集和/或处理数据的大多数物联网(IoT)网络/服务在很大程度上取决于与云的连接以提供服务，但是网络可能位于远程。例如，IoT网络/服务可以包括网络，该网络包括用于农业、采矿、地图绘制或其他远程数据收集应用的远程定位的数据收集设备。数据收集设备每个可以与一个或多个远程放置的基站配对以与数据收集设备通信，以将收集的数据传输到其他网络装置(诸如网关)，并且然后传输到因特网。由于基站所位于的偏远地区功率不足，因此这些类型的基站可以由例如电池支持的太阳能来供电。
尽管用于网络/服务的云连接的IoT模型通常对于连接的家庭或企业来说良好工作，但是该模型通常无法在功率可能受限的环境中提供足够的服务。例如，在必须长期依赖太阳能电池板和/或电池作为数据收集设备、基站和网关等的电源的偏远地区，电源中断可能会使服务严重劣化。同样，如果远程网络依赖太阳能或风能，则天气状况可能会对电源的可用性产生不利影响。
此外，通过因特网连接从远程位置发送诸如视频等大数据文件可能会消耗宝贵的功率，并且花费大量时间进行传输。例如，这些问题对于使用大容量数据收集设备(诸如收集视频数据的无人机)的IoT应用而言尤其严重。在15分钟的飞行期间进行的典型的高清无人机视频的大小通常可以超过千兆字节(GB)。通过本地网络中的基站通过因特网连接发送这样大小的整个视频以在云网络中进行处理可能会花费很长时间，并且会消耗大量功率来维持因特网连接。利用视频的服务可能会因电源状况造成的不利影响而使正常运行时间、服务等待时间和服务质量劣化。在发送大型视频或数据文件时，在相似功率条件下依赖于同一因特网连接的其他服务也可能会劣化。
本公开的实施例提供了允许在包括从一个或多个远程数据收集设备收集数据的远程基站的本地网络中有效地提供服务的方法和装置。远程基站可以通过网关连接到云网络。远程数据收集设备可以包括数据传感器，诸如热传感器、红外传感器、湿度传感器、运动传感器、固定式相机、化学传感器、或可配置为向网关提供有关环境的数据的任何其他类型的传感器。基站还可以被配置为从在移动车辆或遥控车辆中实现的数据传感器接收数据。例如，本地网络可以被配置为从在无人机(即，无人飞行器(UAV))中实现的视频相机接收视频数据。
在IoT网络中使用基站的实施例的实现提供了优于现有IoT网络的优势。基站允许网络以可忽略的停机时间操作。例如，当发生断电时(例如，由于电网功率损耗)，在基站处不会停止从传感器收集数据，并且平台将继续提供服务，因为网络依赖其太阳能/电池支持的太阳能电源或其他类型的电源。
另外，由于在各种天气状况下由电池支持的太阳能为基站供电，其中多云天气会大大降低太阳能的输出并且耗尽基站的电池，因此基站可以作为天气感知基站设计进行操作。例如，基站可以使用天气预报来适当地确定基站的不同组件的占空比。与传统部署的基站相比，向IoT基站中增加天气意识可以大大减少基站的停机时间(并且因此减少网络停机时间)。
在一种实现中，基站在执行其操作时利用多个基站组件中的每个的不同占空比要求来有效地消耗功率。例如，在农业/农场环境中，农民通常在晚上不活动，并且不太可能在网络的网关处检查收集的农场数据。在这种情况下，可以关闭将收集的农场数据从基站发送到网络的网关的基站模块，以允许基站节省功率，同时仍然使用其他模块在高速缓存中从数据传感器收集数据以从数据传感器接收数据。农业实现还允许农民以功率高效的方式打开和关闭基站，以在农民在农场时通过网关接入Wi-Fi以进行生产力应用。例如，基站可以被配置为在作为移动设备用户的农民接近基站时无缝地使Wi-Fi接入通电，以允许农民将设备连接到因特网/云。基站还可以配置为当作为移动设备用户的农民离开基站附近时使Wi-Fi接入断电。
在一种实现中，基站包括同步模块，该同步模块允许基站将收集的数据从高速缓存发送到网络网关，然后网络网关将其向上发送到云。同步模块可以是例如以电视空白空间(TVWS)频率操作的模块。基站还包括传感器连接模块，该传感器连接模块在基站与被部署为为网络收集数据的数据收集设备(传感器)之间建立连接。传感器连接模块可以是例如Wi-Fi路由器。这种类型的传感器连接模块可以比同步模块具有更低的功率要求。基站还可以包括负责两个功能的基站控制器。首先，它用作由传感器模块收集的传感器数据的高速缓存，并且在使用同步模块打开TVWS设备时将数据与IoT网关同步。其次，它根据基站当前可用的功率和天气状况，以功率高效的方式计划和实施传感器连接模块和同步模块的占空比。
其他实现允许向要从数据收集设备传输到云网络的不同类型的数据分配不同的优先级，并且基于基站的可用功率在优先级的基础上传输这些数据。例如，可以根据任务/服务关键性或期望的服务等待时间，将非时间敏感、中间时间敏感或时间敏感的优先级分配给收集的数据。这允许基于可用的基站功率在优先级的基础上在数据收集设备与基站之间传送正在执行的数据收集服务的最关键数据，并且然后将这些数据传输到网络网关和云。
上述优点也适用于其他实现，其中电源可以是任何其他类型的电源。例如，电源可以包括风力发电机/备用电池、不使用备用电池的太阳能电池板或风力发电机、单独使用的电池、或来自间歇性/不可靠的并且由电池支持的电网的功率。
图1A是示出根据实施例的包括功率高效基站的示例系统的简化图。图1A示出了系统100，系统100包括网关102和104、基站103a-103c、基站107a-107c、数据收集设备111a-111c和数据收集设备113a-113c。在图1A的实现中，根据实施例，基站103a-103c和基站107a-107c可以被配置为功率高效基站。相应地，基站103a-130c可以包括太阳能电池板105a-105c，并且基站107a-107c可以包括太阳能电池板109a-109b。网关102和104可以被配置为分别通过链路110和112与云网络116通信，并且提供本地服务125和149。链路110和112每个可以包括例如通过本地因特网/云接口实现的超文本传输协议(HTTP)或高级消息队列协议(AMQP)连接，诸如Wi-Fi连接。网关102可以通过无线接口106a-106c从基站103a-103c接收数据106，该无线接口106a-106c是使用例如电视空白(TVWS)频谱、Wi-Fi频谱或任何其他合适的无线频谱来实现的。网关104可以通过无线接口108a-108c从基站107a-107c接收数据108，该无线接口108a-108c是使用例如电视空白(TVWS)频谱、Wi-Fi频谱或任何其他合适的无线频谱来实现的。使用较低频率的TVWS频谱可以使信号传播得比2.4GHz或900MHz频谱中的信号快得多。TVWS信号也可能传播通过偏远环境的叶子和作物冠层。诸如相机、传感器或配备传感器的无人机等数据收集设备111a-111c可以使用诸如MQ遥测传输(MQTT)、传输控制协议(TCP)或文件传输协议(FTP)等协议分别将数据传送到基站103a-103c，这取决于所使用的特定相机、传感器或无人机的配置。诸如相机、传感器或配备传感器的无人机等数据收集设备113a-113c可以使用诸如MQ遥测传输(MQTT)、传输控制协议(TCP)或文件传输协议(FTP)等协议分别将数据传送到基站107a-107c，这取决于所使用的特定相机、传感器或无人机的配置。
在图1A的示例中，网关102、基站103a-103c和数据收集设备111a-111c可以包括一个局域网，并且网关104、基站107a-107c和数据收集设备113a-113c可以包括另一局域网。
在系统100的实现中，网关102和104中的每个可以包括位于弱连接环境中的网关，即，在如下环境中：其中用于链路110和112的通过本地因特网/云接口的连接仅间歇性地可用，和/或仅以较差质量或低速/低带宽连接可用。网关102和104可以彼此远离。基站103a-103c和107a-107c也可以远程定位，并且以允许基站103a-103c和基站107a-107c分别从数据收集设备111a-111c和113a-113c收集数据的方式分散。网关102和104中的每个可以分别通过位于特定网关的服务区域中的用户的用户接口和/或连接设备来提供服务125和149。服务125和149可以包括不需要与云网络116的通信的本地服务。基站103a-103c和基站107a-107c还可以被配置为允许靠近基站之一的用户分别使用移动设备通过与基站的无线连接(例如，Wi-Fi)访问本地服务125和149。服务125和149还可以包括需要与云网络116的通信的本地服务。来自网关102和104的数据的使用还可以实现数据库118的创建以及向位于整个系统100中远离网关102和104的用户提供云服务120和122。服务120和122也可以由位于特定网关102或104之一的服务区域中的用户通过网关102与云网络116之间的数据通信来使用。例如，可以将从网关102传送到云网络116的数据与云网络116中的来自网关104以及其他类似网关的数据组合，以便向位于每个网关102或104的服务区域中的用户提供增强的基于云的服务120和122。云服务120和122也可以被提供给远离网关102和104的用户。例如，基站103a-103c和基站107a-107c也可以被配置为允许靠近基站之一的用户使用移动设备通过与基站的无线连接(例如，Wi-Fi)访问云服务120和122。
从网关102和网关104传送到云网络116的数据也可以与云网络116中的其他数据114(诸如天气数据)组合以提供增强的基于云的服务120和122。
系统100中的示例基站103a-103c和107a-107c的实现适用于以下偏远位置中的情况：没有电网可用于为诸如基站等网络设备供电并且只有弱连接的通信接口可用于将网关连接到云。在这些情况下，基站可以由太阳能电池板或电池支持的太阳能电池板组合供电。这些实现提供了在以下情况下提供优点的功率高效基站：例如，难以进行允许频繁更换电池的访问和/或长时间的阴雨天气不利地影响太阳能电池板的充电能力。这些情况可能还包括以下情况：网络在仅间歇性或低质量/低带宽数据连接可用的偏远位置操作，或者高质量/高带宽数据连接的价格过高且基于功率消耗考虑需要优先进行收集数据。例如，系统100可以具有用于向诸如采矿、地图绘制、地理研究、空间研究、海洋学、环境研究、林业、安全、监控或农业等操作提供服务的应用。在其他实现中，太阳能电池板105a-105c和太阳能电池板109a-109c中的任何一个可以替换为任何其他适当类型的电源(例如，风力发电机)。
图1B是示出用于与示例数据传感器116a和示例网关102通信的基站103a的实现的简化图。图1B的基站103a示出了图1A的基站103a的示例实现。基站103b-103c和基站107a-107c可以类似地实现。图1B的网关102示出了图1A的网关102的示例实现。网关104可以类似地实现。
基站103a可以包括TVWS模块115、传感器连接模块117和基站控制器119。TVWS模块通过无线链路106a在基站103a与网关102的传感器接口124之间提供接口。传感器连接模块117提供用于来自传感器116a和其他设备的连接的Wi-Fi接口。在该实现中，将Wi-Fi接口用于传感器连接模块117确保了基站可以连接到大多数现成的传感器、相机和无人机。Wi-Fi接口还用作设备连接模块，以允许用户使用其移动设备访问网络生产力应用和因特网。基站103a还可以包括向基站103a提供功率的一个或多个太阳能电池板105a。还可以在基站103a中配置可充电的电池支持的电源，并且将其与太阳能电池板105a组合使用以在没有太阳能可用的时间提供功率。
网关102可以包括传感器接口124、处理器126、服务功能128、web服务器130、存储装置132和云同步134。传感器接口124包括用于通过MQTT链路106a与一个或多个基站(诸如基站103a)通信的MQTT代理124a。传感器接口124还可以包括用于通过FTP链路106a从一个或多个基站接收视频文件的FTP服务器124b。
网关102的web服务器130可以通过例如Wi-Fi链路148连接到一个或多个设备144，以允许网关102在不需要云连接的情况下(即，在离线的同时)向设备144的用户提供本地网络服务。一个或多个设备144可以包括应用，例如无人飞行器(UAV)飞行计划器，以控制携带有收集视频的传感器116a的相机的无人机。网关102还可以通过HTTP/AMQP链路110通过IoT集线器116连接到云网络。基于从网关102接收的数据和/或从其他网关接收的数据，云网络116可以提供云服务，诸如图1A的服务120和122。设备144还可以向用户提供对远程web服务器138的访问，以允许用户在因特网/云连接可用时访问由云网络116提供的服务120和122。从设备144到web服务器138的链路150可以通过与HTTP/AMQP链路110相同的本地Wi-Fi因特网/云接口来实现。云网络116也可以包括到存储供服务128使用的数据的全局存储装置140的连接。
在示例实现中，基站103a和网关102可以被实现为农业服务环境中的本地网络的一部分。在农业服务环境中，基站103a可以从传感器116a接收和收集数据，并且网关102可以被实现为将本地网络连接到因特网/云的网关。在一个示例实现中，本地网络可以向农场的所有者提供农业服务，在该农场内配置了包括基站103a和网关102的本地网络。本地网络可以包括例如图1A所示的其他基站和网关。
尽管缺乏一致的太阳能，无法进行频繁的电池更换，在现场缺乏廉价的因特网/云连接，以及从网关102到云网络116的网络连接缓慢且不可靠，但是可以将本地网络配置为有效且可靠地提供服务。可以基于基站控制器119以功率高效的方式控制基站103a的模块的通/断占空比来执行从传感器116a收集数据以及向网关102和/或云发送收集的数据。基站控制器119可以将收集的数据存储在高速缓存中达与模块通/断占空比相一致的时间段。可以使用网关102与云网络116之间的任务分配和数据传输方案来提供服务，该任务分配和数据传输方案允许基于由传感器116a收集的数据来在该环境中有效地提供本地服务125以及云服务120和122。网关102的处理器126可以使用正马赛克函数126b构造动态的精度图126a，该函数捕获并且呈现农场土地区域上的各种环境参数的时间变化。各种数据集也可以备份在存储装置132中以发送到云网络116，以实现在云网络116中执行的跨农场(即，在不同农场之间)和长期分析。基于分配的优先级，对各种数据集排队以发送给一个或多个云网络，这些优先级允许在弱连接环境中有效地提供本地125以及云服务120和122。任务分配和各种数据集可以被配置为避免向/从连接的环境发送大型数据集。
在一种实现中，传感器116a可以包括部署在农场的整个区域(诸如在农田或牲畜放牧区域中)的农场网络的环境传感器。传感器116a可以包括配备有相机的无人机，该无人机被部署为在农田或牲畜放牧区域上空飞行以拍摄该区域的鸟瞰视频。在一种实现中，环境传感器和无人机可以使用传感器连接模块117在到基站113a的链路129上通过Wi-Fi信道进行通信，基站113a使用TVWS模块115通过电视空白空间(TVWS)中的信道将数据中继到网关102。网关102可以被实现为PC形状因子的设备，并且可以被放置在农民的房屋或办公室中在具有对云的因特网访问的位置内。为了避免将整个无人机生成的视频发送到云，并且为了低等待时间响应，网关102可以执行大量本地计算。
图2是示出基站的实现的功能块的简化框图。图2可以表示图1A和1B的基站103a的示例实现。基站103b-103c和基站107a-107c可以类似地实现。
基站103a包括基站控制器119，该基站控制器119包括数据传输控制器119a和占空比/同步确定器119b。基站103a还包括高速缓存123、TVWS模块115、按需Wi-Fi模块121和传感器连接模块117。功率功能127可以表示为基站103a的每个部分提供功率的组合的电池支持的太阳能电池板电源。在其他实现中，电源127可以仅是太阳能电池板，或仅是电池源，或者可以表示可以通过使用功率高效基站来增强的任何其他供电方式。TVWS模块115包括通过无线链路106a向网关102提供接口的功能。按需Wi-Fi模块121通过无线链路131向位于基站103a附近(覆盖范围内)的设备提供Wi-Fi连接，并且传感器连接模块117通过无线链路129向传感器116a提供接口。在一种实现中，按需Wi-Fi模块121和传感器连接模块117可以被实现为同一模块。
数据传输控制器119a管理TVWS模块115与传感器连接模块117之间的整体协调，以便以功率高效的方式将从传感器116a收集的数据传输到网关102。为了管理模块之间的协调，数据传输控制器通过链路210向TVWS模块115传送控制信号，并且通过链路204向传感器连接模块117传送控制信号。数据传输控制器119a可以使用由占空比/同步确定器119b提供的控制数据来控制用于传输数据的TVWS模块115和传感器连接模块的占空比。占空比/同步确定器119b可以从功率预算参数数据库125接收控制数据/信息，以生成控制数据以控制数据传输控制器119a。功率预算参数125可以包括与以下有关的参数的数据库：基站103a的组件的功率消耗、天气预报、基站103a的Wi-Fi接入的估计使用、以及与过去使用相关联的基站操作参数、和/或从数据传感器116a收集数据以及到云的数据同步的定时/优先级。传感器连接模块117从传感器116a收集传感器数据，并且使用链路206将传感器数据存储在高速缓存123中。然后，可以由数据传输控制器119a基于TVWS模块115的占空比通过数据链路208将传感器数据传输到TVWS模块115。按需Wi-Fi模块121通过链路202向数据传输控制器119a发送/接收设备数据，数据传输控制器119a然后使用TVWS模块115向网关/云发送设备数据/从网关/云接收设备数据。另外，按需Wi-Fi模块121和传感器连接模块117也可以被实现为同一模块。
可以对基站103a进行占空比设置以明确考虑天气预报、可用太阳能和电池的当前充电状态。基站的两个方面使占空比变得具有挑战性：a)传感器连接模块117的功率要求比TVWS模块115低得多。功率的高效使用需要传感器连接模块117与TVWS模块115之间的功率使用的高效比例以获取最佳性能，并且b)基站103a允许用户(诸如农民)手动接通基站103a(或者，基站103a可以自动接通)以连接到因特网以允许用户在其手机上使用生产力应用。这两个因素增加了基站功率消耗的可变成分。基站103a的操作的关键目标包括能量中性，其中占空比的目的是实现能量中性目标。对于给定计划周期，可以将目标设置为最大消耗与能够从太阳能电池板收集的功率一样多的功率。可以为该操作设置其他目标，诸如包括允许可变接入，其中基站103a允许用户按需接入Wi-Fi连接。例如，为了节省提供Wi-Fi接入所消耗的功率，基站103a可以监测是否需要Wi-Fi接入的指示。如果基站103a确定存在需要Wi-Fi接入的指示，则基站103a可以确保TVWS模块115打开以提供Wi-Fi接入。如果基站103a确定不存在需要Wi-Fi接入的指示，则当TVWS模块115不在占空比的接通时间和向网关102发送数据时，基站103a可以至少关闭TVWS模块115以节省功率。在一个示例中，基站103a可以通过从提供Wi-Fi接入的基站模块(按需Wi-Fi模块121或传感器连接模块117，这取决于实现)中对移动设备执行ping操作来监测对Wi-Fi接入的可能需要的指示，并且确定没有需要Wi-Fi接入的指示。例如，可以通过从ping响应时间确定移动设备处于功率节省模式达预定时间段来执行确定。替代地，基站103a可以使用其他方法，诸如通过运动感测进行的接近度检测。
因此，基站103a的功率消耗是使用驱动的，并且每天变化。必须执行占空比计划以提前计划该可变延迟。该操作的关键目标还包括最小化数据间隙。“数据间隙”表示没有传感器测量可用的情况下的连续时间间隔。这种间隙需要最小化，以避免错过有趣的数据趋势。因此，基站103a的操作必须包括如下占空比，该占空比旨在在能量中性和可变接入的约束下最小化最大数据间隙的长度。
图3是示出在示例基站中执行的用于确定功率高效的通/断占空比时间的操作的流程图。可以参考图1A和1B以及图2的基站103a来解释图3。
在针对图3描述的实现中，按需Wi-Fi模块121将被视为与传感器连接模块117实现为同一模块。在这些实现中，传感器连接模块提供了用于从数据传感器116a收集数据和Wi-Fi接入提供的功能。
该过程开始于302，在302，基站控制器119的占空比/同步确定器119b确定计划周期Tp。计划周期可以是从用户输入的功率预算参数数据库125中获取的值。在示例实现中，可以使用与太阳升起和落下相一致的24小时计划周期。在其他实现中，也可以使用允许期望的数据收集的任何其他适当的计划周期。例如，在基站仅由电池供电的实现中，计划周期可以基于初始电池功率和估计的电池寿命。
接下来，在304，基站控制器119的占空比/同步确定器119b确定下一计划周期的功率预算。因为基站的唯一电源是电池支持的一组太阳能电池板105a，所以太阳能电池板105a和电池的太阳能输出随一天中的时间和天气状况而变化。给定天气状况，可以使用标准方法来估计太阳能电池板105a的输出。在下一计划周期内从太阳能电池板105a输出的该能量可以被定义为SI。由于估算可能并不总是准确的，并且存在使用可变性，因此前一计划周期可能会有一些贷项或借项。该贷项可以定义为CI。因此，在下一计划周期内基站103a的总功率预算为SI+CI。该公式将按需Wi-Fi使用模式的可变性吸收到功率预算确定中。如果按需Wi-Fi使用模式稳定，则CI项将降至零。接下来，在306，基站控制器119的占空比/同步确定器119b确定在一个计划周期Tp内由于电池泄漏和基站控制器119的处理器/电路而导致的平均能量损耗。这可以定义为ED。
接下来，在308，基站控制器119的占空比/同步确定器119b确定Wi-Fi接入功率预算。该Wi-Fi接入功率预算考虑了用户在计划周期Tp内用于按需Wi-Fi接入的功率。为了确定这一点，将固定时间预算Tv分配给Wi-Fi接入。在图3的实现中，Wi-Fi接入将使用由TVWS模块115和传感器连接模块117(用作按需Wi-Fi模块)两者提供的连接。如果将TVWS模块116的功率消耗定义为PT，并且将传感器连接模块的功率消耗定义为PS，则需要为可变Wi-Fi接入分配Tv(PT+PS)。如果Wi-Fi接入由诸如图2所示的按需Wi-Fi模块121等单独模块提供，则可以使用该模块的功率消耗来代替PS。
接下来，在310，基站控制器119的占空比/同步确定器119b为基站与网关102同步确定一组期望的同步时间。在这些同步中，TVWS模块115用于将存储在基站高速缓存中的收集的传感器数据与网关同步。为了确定同步时间，基站103a可以从功率预算参数数据库125中检索调度S。调度S包括用于基站与网关同步的一组期望的同步时间。调度S可以用作确定TVWS模块115的占空比的基础。调度S可以取决于实现基站103a的特定应用/网络的使用模式和传感器类型。调度S可以是手动编程的，也可以是例如根据过去的使用数据自动推断的。
在312，基站控制器119的占空比/同步确定器119b确定调度S中的同步时间的一组权重。集合S中的同步时间均具有来自由集合W给出的一组权重的对应权重。集合W中的每个权重可以对应于相关联的同步时间的相对优先级。例如，在农业应用中，高权重同步时间可以是日出，因为那是农民开始一天的时间。因此，当计划一天的活动时，农民希望访问最新的传感器数据。通过在网关与基站103a之间的同步时间中并入灵活性以及对同步时间进行加权，网络可以适应具有不同要求的数据收集应用。
接下来，在314，基站控制器119的占空比/同步确定器119b基于下一计划周期的功率预算SI+CI、下一计划周期的电池泄漏和处理器/电路的能量损耗ED、以及下一计划周期的Wi-Fi接入功率预算Tv(PT+PS)来确定将要由TVWS模块115执行的集合S的同步和传感器连接模块117的占空比时间。对于传感器连接模块117，可以将要执行的集合S的同步定义为集合S1，并且可以将传感器连接模块117的占空比时间定义为γ，其中γ＝Ton/Toff。
接下来，在316，基站控制器119的数据传输控制器119a控制传感器连接模块117根据确定的占空比时间γ从传感器116a收集数据，并且将收集的数据存储在传感器连接模块117的高速缓存123中。数据传输控制器119a还控制TVWS模块115根据确定的同步集合S1将高速缓存中存储的数据传输到网关102。网关102然后可以在云中同步收集的数据。
图4是示出在示例基站中执行的用于确定一时间段内的功率高效的一组数据同步的操作的流程图。在基站103a的实现中，图4的操作可以在图3的操作314处执行。
在402，占空比/同步确定器119b将集合S1初始化为空(空的)集合。在404，占空比/同步确定器119b将S的最高优先级同步添加到S1。然后，其从功率预算中减去|S1|PTTS，其中|.|表示集合基数，并且TS表示用于使用TVWS模块115来执行同步操作的时间。
在408，占空比/同步确定器119b确定与当前集S1相对应的传感器连接模块的占空比。如上所述，占空比被定义为γ＝Ton/Toff。
在410，占空比/同步确定器119b确定在408处确定的占空比是否能够确保S中的下一最高加权同步将具有来自传感器的附加数据以与网关102同步。如果传感器连接模块117的确定的占空比确保S中的下一最高加权同步将具有来自传感器的附加数据以与网关同步，则过程移动到412，并且占空比/同步确定器119b将该下一优先级同步操作添加到集合S1。然后，将重复操作406、408、410和412，同时以减小的权重顺序将同步添加到S1，直到在操作410处基于占空比确定S1中的同步中没有一个将具有要共享的新数据。当在410处确定S1中的同步中没有一个将具有要共享的新数据时，该过程将移动到操作414，然后可以将其作为图3的操作314来执行。随着在操作406、408、410和412期间更多同步操作被添加到集合S1中，用于传感器连接模块的功率预算减小。在较低的功率预算的情况下，传感器连接模块可以减少从传感器收集数据的频率，因此频繁进行同步以查看新数据的可能性较小。因此，图4的过程调节并且平衡网关102与基站103a之间的同步操作。
为了在操作408处确定传感器连接模块117的占空比γ＝Ton/Toff，可以将系统的能量支出定义为ED+(PS+PT)Tv+PT TS|S1|+PSTpγ。由于计划算法的目标是估计Ton和Toff，以使得能量支出在计划周期内不超过能量预算，因此施加以下约束：
Figure BDA0002229484560000161
Tconnect可以定义为传感器连接模块打开和建立与传感器的连接所花费的时间。此外，Tsensor定义为与传感器连接模块117通信的所有传感器唤醒和向基站传输所花费的时间。由于传感器连接模块117的接通时间必须足够长以使所有传感器都能够将其数据传送到基站103a，因此施加另一约束：
TON≥Tconnect+Ttransfer
＝＞γToff≥Tconnect+Ttransfer
由于该过程的目标是在由以上两个等式施加的功率约束下使数据间隙最小化，因此尝试使Toff最小化。
图5是示出示例基站的在轴502上的占空比γ与在轴504上的占空比接通时间Ton的关系的曲线图。来自上述两个等式的不等式在γ与Toff的曲线图中定义了二维空间中的凸区域，其在图5中以阴影区域512表示。由于成本函数Toff是线性的，因此最小值出现在由两个不等式506和508定义的相交区域的角510上。当两个不等式完全满足时，可以实现最小等待时间。
在针对图3和4描述的实现中，传感器连接模块117的占空比断开时间设置为小于Ttransfer，以确保传感器连接模块117接通时传感器116a可以传输数据。一种替代实现将允许基站103a将唤醒时间发送到传感器以节省传感器功率。针对图3和4描述的实现适合与可能比基站平均消耗少3-4个数量级的功率的非常低功率的传感器一起使用。
虽然基站103a的所描述的实现利用图3和4中描述的过程来计划不同组件的占空比，但是基站103a在计划中也可以考虑天气。例如，可以将天气应用安装在基站103a上，并且由基站处理器119使用以检索天气预报并且相应地计划占空比方案。例如，可以考虑接下来的24小时的天气预报。在一种实现中，可以使用在接下来的24小时内的时间间隔(以小时为单位)的预测云量百分比。
图6A、6B、6C和6D是示出基于天气使用不同占空比的基站中的功率节省的益处的曲线图。图6A示出了轴602上的云量百分比的预测(由曲线618示出)与轴604上的预测时间段中的天数的示例。每天的开始可以被定义为当地时间上午6点。这三天的集合可以用于通过记录和比较基站103a中的太阳能备用电池的充电状态来比较基站103a的示例操作方案。图6B示出了基站总是打开的情况。如图6B所示，随着云百分比的变化，轴606上的电池电荷(由曲线620示出)与轴608上的天数在晴天期间上升，而在夜间下降。在图6B中，尽管基站在第一天保持能量中性，但是在随后的几天，由于多云天气，其电池耗尽，导致基站103a断电并且在第三天不可用。图6C示出了一种替代方法的在轴610上的电池电荷(由曲线622示出)与在轴线612上的天数。对于图6C所示的3天，可以将基站103a设置为保守的占空比周期。这确保了基站103a在阴天可用。但是，在图6C中，基站电池在晴天期间充电至多100％，从而浪费了原本可以利用的太阳能。而且，由于基站103a的占空比间隔是保守的，因此它收集的数据少于优化的占空比。图6D示出了另一种替代方法的轴614上的电池电荷(由曲线624所示)与轴线616上的天数。由于太阳能的高可用性，基站103a在前两天更频繁地收集数据。但是，在第三天，它会基于预测调度切换到更保守的占空比以节省功率。与固定占空比相比(图6C与图6D之间的比较)实现的数据收集频率的好处的一个重要因素是由以不同于传感器连接模块117的占空比对TVWS模块115进行占空比设置而引起的。此外，与根据所公开的实现的天气/功率感知基站(停机时间可能为零)相比，不使用占空比的基站在多云的月份可能会面临大量的停机时间。
图7是示例基站700的简化框图。基站700的功能可以在诸如图1A和1B的基站103a等基站中实现。基站700可以包括处理单元712、存储器/存储装置716、TVWS收发器702、按需Wi-Fi收发器704和传感器连接收发器706。TVWS收发器702、按需Wi-Fi收发器704和传感器连接收发器706可以被实现以执行图1B的分别针对TVWS模块115、按需Wi-Fi模块121和传感器连接模块117所描述的无线功能。用户接口714提供了允许基站用户与基站700交换控制/配置信息的接口。用户接口714可以被实现为基站700的一部分，或者可以通过使用诸如通过TVWS收发器702进行通信的移动设备等设备来实现。基站700还可以包括电源，该电源包括太阳能电源708和备用电池710。
存储器/存储装置716可以被实现为任何类型的计算机可读存储介质，包括非易失性和易失性存储器。存储器/存储装置716被示出为包括操作系统(OS)718、高速缓存720、数据传输控制程序622、同步确定程序724和占空比确定程序726。处理单元712可以包括实现基站控制器的功能以根据所公开的实施例提供对基站700的总体控制的一个或多个处理器或其他控制电路或处理器和控制电路的任何组合。
数据传输控制程序722可以引起处理单元712引起基站700执行分别在图3和4的操作316和414中描述的功能。同步确定程序724可以引起处理单元712控制基站700提供关于图3和4描述的同步时间确定操作。占空比确定程序726可以引起处理单元712控制基站700执行关于图3和4描述的占空比确定操作。
本文中公开的示例实施例可以在存储在存储器中的处理器可执行代码或指令的一般上下文中描述，存储器可以包括一个或多个计算机可读存储介质(例如，有形非暂态计算机可读存储介质，诸如存储器716)。应当容易理解，术语“计算机可读存储介质”或“非暂态计算机可读介质”包括用于存储数据、代码和程序指令的介质，诸如存储器716，并且不包括用于存储暂态传播或调制的数据通信信号的介质部分。
虽然已经公开并且描述了具有在网络中操作的特定无线设备上实现的功能的实现，但是该设备的所描述的功能中的一个或多个可以在与附图所示的不同的设备上实现，或者在不同系统中操作的不同类型的设备上实现。
尽管通过参考功能块和处理器或处理单元、控制器以及包括指令和代码的存储器使用实施例的各种组件和设备的描述通过示例性示例对本文中公开的功能进行了描述，但是实施例的功能和过程可以使用任何适当的功能块、处理器类型、电路、或处理器和/或电路和代码的组合来实现施和执行。这可以至少部分包括一个或多个硬件逻辑组件。例如而非限制，可以使用的说明性类型的硬件逻辑组件包括现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、片上系统(SOC)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)等。在本公开中对术语“处理器”或“处理单元”的使用旨在包括所有这样的实现。
所公开的实施例包括一种装置，该装置包括：用于与网络通信的第一模块、用于与至少一个数据收集设备通信的第二模块、与第一模块和第二模块通信的一个或多个处理器；以及与一个或多个处理器通信的存储器，存储器包括高速缓存并且还包括在被执行时引起一个或多个处理器控制该装置进行以下操作的代码：确定由该装置的电源在一时间段内提供的功率的功率预算，以及在该时间段内控制第一模块从至少一个数据收集设备收集数据以存储在高速缓存中，以及在该时间段内至少基于功率预算来控制第二模块使高速缓存与网络同步。该代码还可以引起一个或多个处理器通过控制该装置进行以下操作来控制该装置控制第一模块和第二模块：至少基于功率预算来确定将要使用第一模块执行的一组同步和第二模块的占空比，其中一组同步中的每个同步是从用于在高速缓存与网络之间进行同步的一个或多个同步中确定的，控制第一模块在该时间段内与网络通信以执行一组同步；以及控制第二模块在该时间段内根据占空比与至少一个数据收集设备通信以收集数据以用于高速缓存。该代码还可以引起一个或多个处理器控制该装置确定一个或多个权重，一个或多个权重中的每个权重与一个或多个同步之一相关联，并且至少基于功率预算和一个或多个权重来确定一组同步和占空比。一个或多个同步每个可以与同步时间相关联，并且该代码还可以引起一个或多个处理器控制该装置确定一个或多个权重，一个或多个权重中的每个权重与一个或多个同步的同步时间相关联，并且至少基于功率预算和一个或多个权重来确定一组同步和占空比。该代码还可以引起一个或多个处理器通过控制该装置进行以下操作来控制该装置确定一组同步和占空比：将一组同步初始化为空；将一个或多个同步中的最高优先级同步放入一组同步中；从功率预算中去除最高优先级同步的功率消耗；确定与一组同步相对应的占空比；基于占空比来确定下一最高优先级同步是否将具有要与网络同步的数据；以及如果下一最高优先级同步将具有要同步的数据，则将下一最高优先级同步放入一组同步中；以及重复上述操作：去除功率消耗，确定占空比，以及确定是否存在下一最高优先级同步，其中下一最高优先级同步代替最高优先级同步。该代码还可以引起一个或多个处理器通过控制该装置进行以下操作来控制该装置确定一组同步和占空比：如果下一最高优先级同步将没有要同步的数据，则控制第一模块在该时间段内与网络通信以执行一组同步；以及控制第二模块在该时间段内根据占空比与至少一个数据收集设备通信以收集数据以用于高速缓存。
电源可以包括太阳能发电机，并且该代码还可以引起一个或多个处理器控制该装置通过以下方式来确定由太阳能发电机提供的功率的功率预算：在功率预算中包括由太阳能发电机在该时间段内产生的功率的估计。该装置可以提供对移动设备的Wi-Fi接入，并且该代码还可以引起一个或多个处理器控制该装置通过在功率预算中包括该装置处在该时间段内的Wi-Fi接入功率使用的估计来以确定功率预算。第二模块还可以提供Wi-Fi接入，并且该装置处在该时间段内的Wi-Fi接入功率使用的估计可以包括第一模块和第二模块处用于将移动设备连接到网络的功率使用的估计。该时间段可以包括当前时间段，电源可以包括电池和太阳能电源，并且该代码还可以引起一个或多个处理器控制该装置进行以下操作：通过控制处理器在当前时间段的功率预算中包括来自前一时间段的功率过剩/不足来确定功率预算。电源可以包括电池，并且该代码还可以引起一个或多个处理器控制该装置通过以下方式来确定功率预算：控制处理器在功率预算中包括在该时间段内的电池泄漏的功率损耗和一个或多个处理器的功率消耗。该电源可以包括太阳能或风能电源，并且该代码还可以引起一个或多个处理器控制该装置通过以下方式来确定功率预算：控制处理器在功率预算中包括在该时间段内对太阳能电源的天气影响。
公开的实施例还包括一种系统，该系统包括基站，该基站包括用于与一个或多个数据收集设备通信的传感器模块、用于与网络通信的同步模块、与同步模块和传感器模块通信的一个或多个处理器、包括向传感器模块、同步模块和一个或多个处理器提供功率的太阳能发电机的电源、以及与一个或多个处理器通信的存储器，该存储器包括高速缓存并且还包括在被执行时引起一个或多个处理器控制该装置进行以下操作的代码：确定在一时间段内来自电源的用于基站的功率预算，并且在该时间段内并且至少基于功率预算来控制传感器模块从一个或多个数据收集设备收集数据以存储在高速缓存中，并且控制同步模块将数据从高速缓存传输到网络。该系统还可以包括一个或多个传感器设备，每个传感器设备包括用于与基站的传感器模块通信的通信模块，其中一个或多个传感器设备提供一个或多个数据收集设备的功能。该系统还可以包括网关，该网关包括用于与基站的同步模块通信的通信模块，其中网关提供基站与网络之间的连接以将数据同步到网络。该代码还可以引起一个或多个处理器通过以下方式来控制基站控制传感器模块和同步模块：控制基站至少基于功率预算来确定要执行的一组同步和第二模块的占空比，其中一组同步中的每个被包括在一个或多个同步中，该同步将被执行以使用第一模块将数据从高速缓存传输到网络，控制同步模块在该时间段内与网络通信以执行一组同步，并且控制传感器模块在该时间段内与至少一个数据收集设备通信以根据占空比收集数据以用于高速缓存。该代码还可以引起一个或多个处理器控制基站在该时间段内基于对太阳能发电机的预测的天气影响来确定功率预算。
所公开的实现还包括一种基站，该基站包括用于与网络通信的第一模块、用于与移动设备和一个或多个传感器设备通信的第二模块、与第一模块和第二模块通信的一个或多个处理器、为第一模块、第二模块和一个或多个处理器提供功率的电源、以及与一个或多个处理器通信的存储器，该存储器包括高速缓存并且还包括在被执行时引起一个或多个处理器控制该装置进行以下操作的代码：使用第二模块从一个或多个传感器设备收集数据，并且根据具有接通时间的占空比使用第一模块将数据传输到网络，监测对Wi-Fi接入的可能需求的指示，确定没有Wi-Fi接入需求的指示，并且响应于确定没有Wi-Fi接入需求的指示，当第一模块不在占空比的接通时间内时，关闭第一模块。基站可以通过使用第二模块监测来自移动设备的ping来监测对Wi-Fi接入的可能需求的指示，并且可以通过确定移动设备已经处于功率节省模式达预定时间段来确定不存在Wi-Fi接入需求的指示。基站可以包括电源，并且该代码在被执行时还可以引起一个或多个处理器控制该装置确定在一时间段内来自电源的用于基站的功率预算，至少基于功率预算来确定具有接通时间的占空比，并且使用第二模块从一个或多个传感器收集数据，并且在占空比的接通时间内使用第一模块将数据传输到网络。
此外，尽管已经用结构特征和/或方法操作或动作专用的语言描述了主题，但是应当理解，所附权利要求中定义的主题不必限于上述特定特征、操作或动作。相反，上述特定特征、操作和动作被公开作为实现权利要求的示例实施例、实现和形式，并且在不脱离本公开的范围的情况下，这些示例配置和布置可以被显著地改变。此外，尽管已经参考支持过程的特定元素和操作示出了示例实施例，但是这些元素和操作可以与实现实施例的预期功能的任何合适的设备、组件、架构或过程组合，或者由其替换。本领域技术人员可以确定很多其他改变、替换、变化、变更和修改，并且意图在于，本公开涵盖落入所附权利要求的范围内的所有这样的改变、替换、变化、变更和修改。

Claims (17)

1.一种用于通信的装置，包括：
第一模块，用于与网络通信；
第二模块，用于与至少一个数据收集设备通信；
一个或多个处理器，与所述第一模块和所述第二模块通信；以及
存储器，与所述一个或多个处理器通信，所述存储器包括高速缓存并且还包括在被执行时引起所述一个或多个处理器控制所述装置进行以下操作的代码：
确定由所述装置的电源在一时间段内提供的功率的功率预算；
至少基于所述功率预算来确定将要使用所述第一模块执行的一组同步和所述第二模块的占空比，其中所述一组同步中的每个同步是从用于在所述高速缓存与所述网络之间进行同步的一个或多个同步中确定的；
控制所述第一模块在所述时间段内与所述网络通信以执行所述一组同步；以及
控制所述第二模块在所述时间段内根据所述第二模块的所述占空比与所述至少一个数据收集设备通信以收集数据以用于所述高速缓存；
其中所述一个或多个同步各自与同步时间相关联，并且所述代码还引起所述一个或多个处理器控制所述装置：确定一个或多个权重，并且至少基于所述功率预算和所述一个或多个权重来确定所述一组同步和所述第二模块的所述占空比，所述一个或多个权重中的每个权重与所述一个或多个同步的同步时间相关联。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述代码还引起所述一个或多个处理器通过控制所述装置进行以下操作来控制所述装置确定所述一组同步和所述第二模块的所述占空比：
将所述一组同步初始化为空；
将所述一个或多个同步中的最高优先级同步放入所述一组同步中；
从所述功率预算中去除所述最高优先级同步的功率消耗；
确定与所述一组同步相对应的占空比；
基于与所述一组同步相对应的所述占空比来确定下一最高优先级同步是否将具有要与所述网络同步的数据；以及
如果所述下一最高优先级同步将具有要同步的数据，则：
将所述下一最高优先级同步放入所述一组同步中；以及
重复所述操作以去除功率消耗，确定与所述一组同步相对应的占空比，以及确定是否存在下一最高优先级同步，所述下一最高优先级同步代替所述最高优先级同步。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述代码还引起所述一个或多个处理器通过控制所述装置进行以下操作来控制所述装置确定所述一组同步和所述占空比：
如果所述下一最高优先级同步将没有要同步的数据，则：
控制所述第一模块在所述时间段内与所述网络通信以执行所述一组同步；以及
控制所述第二模块在所述时间段内根据所述第二模块的所述占空比与所述至少一个数据收集设备通信以收集数据以用于所述高速缓存。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述电源包括太阳能发电机，并且所述代码还引起所述一个或多个处理器控制所述装置：通过在所述功率预算中包括由所述太阳能发电机在所述时间段内产生的功率的估计，来确定由所述太阳能发电机提供的功率的所述功率预算。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述电源包括风力发电机，并且所述代码还引起所述一个或多个处理器控制所述装置：通过在所述功率预算中包括由所述风力发电机在所述时间段内产生的功率的估计，来确定由所述风力发电机提供的功率的所述功率预算。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置提供对移动设备的Wi-Fi接入，并且所述代码还引起所述一个或多个处理器控制所述装置：通过在所述功率预算中包括所述装置处在所述时间段内的Wi-Fi接入功率使用的估计来确定所述功率预算。
7.根据权利要求6所述的装置，其中所述第二模块提供所述Wi-Fi接入，其中所述装置处在所述时间段内的所述Wi-Fi接入功率使用的估计包括由所述第一模块和所述第二模块用于将所述移动设备连接到所述网络的功率使用的估计。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述时间段包括当前时间段，所述电源包括电池和太阳能电源，并且所述代码还引起所述一个或多个处理器控制所述装置：通过控制所述一个或多个处理器在所述当前时间段的所述功率预算中包括来自前一时间段的功率过剩/不足来确定所述功率预算。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述电源包括电池，并且所述代码还引起所述一个或多个处理器控制所述装置：通过控制所述一个或多个处理器在所述功率预算中包括在所述时间段内的电池泄漏的功率损耗和所述一个或多个处理器的功率消耗，来确定所述功率预算。
10.根据权利要求1所述的装置，其中所述电源包括太阳能电源，并且所述代码还引起所述一个或多个处理器控制所述装置：通过控制所述一个或多个处理器在所述功率预算中包括在所述时间段内对所述太阳能电源的天气影响，来确定所述功率预算。
11.根据权利要求1所述的装置，其中所述电源包括风力发电机，并且所述代码还引起所述一个或多个处理器控制所述装置：通过控制所述一个或多个处理器在所述功率预算中包括在所述时间段内对所述风力发电机的天气影响，来确定所述功率预算。
12.一种用于通信的系统，包括：
基站，包括：
用于与一个或多个数据收集设备通信的传感器模块；
用于与网络通信的同步模块；
与所述同步模块和所述传感器模块通信的一个或多个处理器；
向所述传感器模块、所述同步模块和所述一个或多个处理器提供功率的电源；以及
与所述一个或多个处理器通信的存储器，所述存储器包括高速缓存并且还包括在被执行时引起所述一个或多个处理器控制所述系统进行以下操作的代码：
确定在一时间段内来自所述电源的用于所述基站的功率预算；
至少基于所述功率预算来确定要被执行的一组同步和所述传感器模块的占空比，其中所述一组同步中的每个同步被包括在要被执行以使用所述同步模块将所述数据从所述高速缓存传输到所述网络的一个或多个同步中；
控制所述同步模块在所述时间段内与所述网络通信以执行所述一组同步；以及
控制所述传感器模块在所述时间段内与所述一个或多个数据收集设备通信以根据所述传感器模块的所述占空比收集数据以用于所述高速缓存，其中所述一个或多个同步各自与同步时间相关联，并且所述代码还引起所述一个或多个处理器控制所述系统：确定一个或多个权重，并且至少基于所述功率预算和所述一个或多个权重来确定所述一组同步和所述传感器模块的所述占空比，所述一个或多个权重中的每个权重与所述一个或多个同步的同步时间相关联。
13.根据权利要求12所述的系统，还包括一个或多个传感器设备，所述一个或多个传感器设备各自包括用于与所述基站的所述传感器模块通信的通信模块，其中所述一个或多个传感器设备提供所述一个或多个数据收集设备的功能。
14.根据权利要求12所述的系统，还包括网关，所述网关包括用于与所述基站的所述同步模块通信的通信模块，其中所述网关提供所述基站与所述网络之间的连接以用于将所述数据同步到所述网络。
15.根据权利要求12所述的系统，其中所述代码还引起所述一个或多个处理器控制所述基站在所述时间段内基于对所述电源的预测的天气影响来确定所述功率预算。
16.一种基站，包括：
用于与网络通信的第一模块；
用于与移动设备和一个或多个传感器设备通信的第二模块；
与所述第一模块和所述第二模块通信的一个或多个处理器；
向所述第一模块、所述第二模块和所述一个或多个处理器提供功率的电源；以及
与所述一个或多个处理器通信的存储器，所述存储器包括高速缓存并且还包括在被执行时引起所述一个或多个处理器控制所述基站进行以下操作的代码：
确定在一时间段内由所述电源提供的功率的功率预算；
至少基于所述功率预算来确定将要使用所述第一模块执行的一组同步和所述第二模块的占空比，其中所述一组同步中的每个同步是从用于在所述高速缓存与所述网络之间进行同步的一个或多个同步中确定的；
控制所述第一模块在所述时间段内与所述网络通信以执行所述一组同步；以及
控制所述第二模块在所述时间段内根据所述第二模块的所述占空比与所述一个或多个传感器设备通信以收集数据以用于所述高速缓存；
其中所述一个或多个同步各自与同步时间相关联，并且所述代码还引起所述一个或多个处理器控制所述基站：确定一个或多个权重，并且至少基于所述功率预算和所述一个或多个权重来确定所述一组同步和所述第二模块的所述占空比，所述一个或多个权重中的每个权重与所述一个或多个同步的同步时间相关联。
17.根据权利要求16所述的基站，其中所述基站通过使用所述第二模块监测来自所述移动设备的ping来监测对Wi-Fi接入的可能需求的指示，并且通过确定所述移动设备已经处于功率节省模式达预定时间段来确定不存在对Wi-Fi接入的需求的指示。
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