CN111654439A - 消息传输方法、装置、终端设备及计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种消息传输方法、装置、终端设备及计算机可读存储介质,其中,所述方法包括:以基站为中心将监测区域划分为若干子区域;在每个子区域中选择若干簇头;分别连接每个子区域中的所有簇头,以在每个子区域中形成消息传输链;以及,基于每个子区域中的消息传输链传输消息。本公开实施例至少可以本保证消息传输效率,同时均衡网络中能量。
Description
技术领域
本公开涉及通信技术领域,尤其涉及一种消息传输方法、一种消息传输装置、一种终端设备以及一种计算机可读存储介质。
背景技术
在无线传感器网络中,节点通常都是通过电池来进行供电,由于节点的能量受限,部分节点在传输数据较多时容易导致能量消耗过快,从而出现节点提前死亡的现象,影响了整个网络的连通性。
目前常用的消息传输方法主要有:动态源路由消息传输方法和按需距离矢量消息传输方法。其中动态源路由消息传输方法的核心思想是仅当两个节点通信时才缓存路由记录,该方法的缺点是节点在发起路由请求时采用的是泛洪方式,导致能量开销较大;而按需距离矢量消息传输方法的核心思想是利用节点的跳数来计算到达目的节点的距离,该方法不需要大的能量开销,但是其缺点是网络收敛速度太慢,需要很长的时间来传输路由信息。
当前的消息传输方法要么是能量开销大,要么是收敛速度慢。因此提出一种可以提高消息传输效率,同时均衡网络能量的方案是目前亟待解决的问题。
发明内容
本公开提供了一种消息传输方法、装置、终端设备及计算机可读存储介质,以至少解决上述问题。
根据本公开实施例的一方面,提供一种消息传输方法,包括:
以基站为中心将监测区域划分为若干子区域;
在每个子区域中选择若干簇头;
分别连接每个子区域中的所有簇头,以在每个子区域中形成消息传输链;以及,
基于每个子区域中的消息传输链传输消息。
在一种实施方式中,在每个子区域中选择若干簇头,包括:
以基站为中心按不同半径将每个子区域由内至外划分为若干层;以及,
分别在每个子区域的每一层中选择簇头。
在一种实施方式中,分别在每个子区域的每一层中选择簇头,包括:
获取每个子区域中远离基站的最外层的所有节点,并在每个子区域中所述最外层的所有节点中选择第一簇头;
获取每个子区域中紧靠所述最外层的第一相邻层的所有节点,并基于每个子区域中的第一簇头在该子区域中所述第一相邻层的所有节点中选择第二簇头;
判断所述第一相邻层是否为接近基站的最内层;
若不是接近基站的最内层,则继续获取每个子区域中紧靠所述第一相邻层且接近基站一侧的第二相邻层的所有节点,并基于每个子区域中的第二簇头在该子区域中所述第二相邻层的所有节点中选择第三簇头,直至找到相应的相邻层为接近基站的最内层为止。
在一种实施方式中,在每个子区域中最外层的所有节点中选择第一簇头,包括:
分别计算每个子区域中远离基站的最外层的各个节点的剩余能量值及其到基站的距离,得到第一计算结果;以及,
基于所述第一计算结果,选择每个子区域中所述最外层的所有节点中剩余能量值与其到基站的距离的比值最大的节点作为第一簇头。
在一种实施方式中,基于每个子区域中的第一簇头在该子区域中所述第一相邻层的所有节点中选择第二簇头,包括:
分别计算每个子区域中所述第一相邻层的所有节点的剩余能量值及其到所述第一簇头的距离,得到第二计算结果;以及,
基于所述第二计算结果,选择每个子区域中所述第一相邻层的所有节点中剩余能量值与其到第一簇头的距离的比值最大的节点作为第二簇头。
根据本公开实施例的另一方面,提供一种消息传输装置,包括:
子区域划分模块,其设置为以基站为中心将监测区域划分为若干子区域;
簇头选取模块,其设置为在每个子区域中选择若干簇头;
连接模块,其设置为分别连接每个子区域中的所有簇头,以在每个子区域中形成消息传输链;以及,
传输模块,其设置为基于每个子区域中的消息传输链传输消息。
在一种实施方式中,所述簇头选取模块包括:
层级划分单元,其设置为以基站为中心按不同半径将每个子区域由内至外划分为若干层;以及,
选择单元,其设置为分别在每个子区域的每一层中选择簇头。
在一种实施方式中,所述选择单元包括:
获取选择子单元,其设置为获取每个子区域中远离基站的最外层的所有节点,并在每个子区域中的所述最外层的所有节点中选择第一簇头;
所述获取选择子单元还设置为,获取每个子区域中所述最外层的第一相邻层的所有节点,并基于每个子区域中的第一簇头在该子区域中所述第一相邻层的所有节点中选择第二簇头;
判断子单元,其设置为判断所述第一相邻层是否为接近基站的最内层;
所述获取子单元还设置为,在所述判断子单元判断为所述第一相邻层不是接近基站的最内层时,继续获取每个子区域中紧靠所述第一相邻层且接近基站一侧的第二相邻层的所有节点,并基于每个子区域中的第二簇头在该子区域中所述第二相邻层的所有节点中选择第三簇头,直至找到相应的相邻层为接近基站的最内层为止。根据本公开实施例的又一方面,提供一种终端设备,包括存储器和处理器,所述存储器中存储有计算机程序,当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时,所述处理器执行所述的消息传输方法。
根据本公开实施例的再一方面,提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时,所述处理器执行所述的消息传输方法。
本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果:
本公开实施例提供的消息传输方法,通过以基站为中心将监测区域划分为若干子区域,并在每个子区域中选择若干簇头,然后分别连接每个子区域中的所有簇头,以在每个子区域中形成消息传输链,最后,基于每个子区域中的消息传输链传输消息。本公开实施例至少可以保证消息传输效率,同时均衡网络中能量。
本公开的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本公开而了解。本公开的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本公开技术方案的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本公开的实施例一起用于解释本公开的技术方案,并不构成对本公开技术方案的限制。
图1为本公开实施例提供的一种消息传输方法的流程示意图;
图2为本公开实施例中区域划分的场景示意图;
图3为图1中步骤S102的流程示意图;
图4为本公开另一实施例提供的一种消息传输方法的流程示意图;
图5为图4中步骤S401的流程示意图;
图6为本公开又一实施例提供的一种消息传输方法的流程示意图;
图7为本公开实施例提供的一种消息传输装置的结构示意图;
图8为本公开实施例提供的一种终端设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开,并不用于限制本公开。
需要说明的是,本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序;并且,在不冲突的情况下,本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在后续的描述中,使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本公开的说明,其本身没有特定的意义。因此,“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。
为解决上述问题,本公开实施例提出了一种消息传输方法,该方法在保证网络连通性的同时,以最大限度减少节点能量消耗以及延长网络生存时间为目标,利用分区产生链的方式来进行数据传输,能够达到减少节点能量消耗以及延长网络生存时间的目的,如图1所示,图1为本公开实施例提供的一种消息传输方法的流程示意图,所述方法包括步骤S101-S104。
在步骤S101中,以基站为中心将监测区域划分为若干子区域。
结合图2所示,本实施例将监测区域按照直角坐标系方向分成标识序号为1、2、3、4个均等面积的四个子区域,并结合下述多区域进行分层,分层序号为L、M、N,其中1子区域中的各层可以表示为L1、M1、N1,其它子区域同理。具体地,基站位于传感器监测区域的中心,基站首先向网络中的所有节点发送广播消息,然后网络中的传感器节点将自身的ID信息、位置信息等反馈给基站。基站以自己为圆心将监测区域分成子区域,基站完成节点与区域的对应后,会把各节点的信息进行广播,让节点知道自身所属的区域,节点将自身ID与所属区域号一一对应起来。
可以理解的是,传感器节点的ID信息用以标识传感器节点,网络中每个节点有属于自己的唯一ID。
在步骤S102中,在每个子区域中选取若干簇头。
本实施例中,如图3所示,所述步骤S102包括步骤S102a和S102b。
在步骤S102a中,以基站为中心按不同半径将每个子区域由内至外划分为若干层;以及,
在步骤S102b中,分别在每个子区域的每一层中选择簇头。
本实施例中,结合图2所示,将每个子区域划分为3层,通过将基站以自己为圆心将监测区域分成子区域,然后以基站为中心,在同心圆维度按不同半径分成L、M、N层次,然后在每个子区域中的各层的所有节点中选择簇头,再将各层的簇头连接成链,可以选择出最大化均衡网络中能量的簇头进行消息传输。
在步骤S103中,分别连接每个子区域中的所有簇头,以在每个子区域中形成消息传输链;以及,
在步骤S104中,基于每个子区域中的消息传输链传输消息。
本实施例通过将监测区域划分为若干子区域,并对每个子区域进行分层,然后在每个子区域的每一层中选择用于传输消息的簇头,然后将簇头连接成传输链,再基于该传输链传输消息,相较于相关技术中的动态源路由消息传输方法和按需距离矢量消息传输方法,利用分区产生传输链的方式,既不会导致大的能量开销,同时提高了消息传输效率,最大化均衡了网络中能量。
请参照图4,图4为本公开另一实施例提供的一种消息传输的流程示意图,本实施例在上一实施例的基础上,示例了每个子区域中的每一层的簇头的具体选择方式,以进一步提高簇头选择的合理性,从而实现消息传输过程中最大限度的均衡网络中能量,具体地,步骤S102b包括步骤S401-S404。
在步骤S401中,获取每个子区域中远离基站的最外层的所有节点,并在每个子区域中所述最外层的所有节点中选择第一簇头。
本实施例中,相较于相关技术中从网络中所有节点同步选择簇头的方式,本实施例首先选择每个子区域中远离基站侧的最外层区域中的簇头,再逐步选择靠近基站侧的层区域中的簇头,以最大化均衡网络中能量。
进一步的,如图5所示,在每个子区域中的最外层的所有节点中选择第一簇头(即,步骤S401),包括步骤S401a和步骤S401b。
在步骤S401a中,分别计算每个子区域中远离基站的最外层的各个节点的剩余能量值及其到基站的距离,得到第一计算结果;以及,
在步骤S401b中,基于所述第一计算结果,选择每个子区域中所述最外层的所有节点中剩余能量值与其到基站的距离的比值最大的节点作为第一簇头。
具体地,结合图2,在网络最外层L层进行簇头的选择,NL1为L层1区域传感器节点的数量,所有节点[0-NL1]被编号在范围内。在该区域中,选择该区域内节点的剩余能量与节点到基站距离的比值最大的节点作为簇头。
需要说明的是,通常情况下,远离基站侧的最外层为最靠近用户发出消息的一层,为了保证消息可以高效传输至基站,本实施例通过计算最外层各个节点的剩余能量值以及各个节点到基站的距离,基于计算结果中二者的比值选择第一簇头,其中,节点的剩余能量值越大,其传输消息的效益值越高,在网络中越不容易死亡,节点与基站的距离越短,传输的效率也越高。
可以理解的是,为了提高簇头选择效率,在选择完簇头后,该簇头会向其它节点广播自己当选簇头的消息,例如,L1区域的第一簇头会向它周围的节点发送广播消息告知自己已成功当选为L1区域的簇头。
在步骤S402中,获取每个子区域中紧靠所述最外层的第一相邻层的所有节点,并基于每个子区域中的第一簇头在该子区域中所述第一相邻层的所有节点中选择第二簇头。
本实施例中,在完成选择每个子区域中最外层的第一簇头后,进一步选择每个子区域中最外层的第一相邻层的第二簇头,具体地,步骤S402,包括以下步骤:
分别计算每个子区域中所述第一相邻层的所有节点的剩余能量值及其到所述第一簇头的距离,得到第二计算结果;以及,
基于所述第二计算结果,选择每个子区域中所述第一相邻层的所有节点中剩余能量值与其到第一簇头的距离的比值最大的节点作为第二簇头。
在步骤S403中,判断所述第一相邻层是否为接近基站的最内层;若是,则所有簇头选择完毕,并执行步骤S103,否则,执行步骤S404,继续选择下一层的簇头。
可以理解的是,当执行到的相应相邻层外靠近基站的最内层,说明该层为传输消息的最后一层,至此所有簇头选择完毕,然后执行步骤S103。
在步骤S404中,继续获取每个子区域中紧靠所述第一相邻层且接近基站一侧的第二相邻层的所有节点,并基于每个子区域中的第二簇头在该子区域中所述第二相邻层的所有节点中选择第三簇头,直至找到相应的相邻层为接近基站的最内层为止。
需要说明的是,本实施例至少将各子区域划分为两层,而在一些实施例中,对于需要消耗较多能量的消息传输场景,为了均衡网络中能量,可以将每个子区域至少划分为三层,并基于这三层所选择簇头形成的消息传输链进行消息传输,根据实际应用,也可以根据传输消息所需要的能量大小,将每个子区域划分不止三层,此处不再赘述。
请参照图6,图6为本公开又一实施例提供的一种消息传输方法的流程示意图,与上一实施例不同的是,本实施例为进一步均衡网络中能量,将每个子区域至少划分为三层,具体地,在步骤S402之后,跳出步骤S403和S404,并执行步骤S603-S605。
在步骤S603中,获取每个子区域中所述第一相邻层靠近基站一侧的第二相邻层的所有节点,并基于每个子区域中的第二簇头在该子区域中所述第二相邻层所有节点中选择第三簇头。
具体地,步骤S603包括以下步骤:
分别计算每个子区域中所述第二相邻层的所有节点的剩余能量值及其到所述第二簇头的距离,得到第三计算结果;以及,
基于所述第三计算结果,选择每个子区域中所述第二相邻层的所有节点中剩余能量值与其到第二簇头的距离的比值最大的节点作为第三簇头。
例如,M1区域的节点接收到L1区域簇头节点的广播消息后,会将自身的剩余能量和位置信息返回给L1区域的簇头,别的区域的节点接收到广播消息后不会返回信息,L1区域的簇头会对M1区域的节点反馈的信息计算效益值Q(即,M1区域的节点的剩余能量值与其到第一簇头的距离的比值)。
其中,E表示M1区域节点的剩余能量值,d表示L1区域的簇头与M1区域节点的距离。
在步骤S604中,判断所述第二相邻层是否为接近基站的最内层,若是,则所有簇头选择完毕,并执行步骤S103,否则,执行步骤S405,继续选择下一层的簇头。
在步骤S605中,继续获取每个子区域中靠近所述第二相邻层接近基站一侧的第三相邻层的所有节点,并基于每个子区域中的第三簇头在该子区域中所述第三相邻层的所有节点中选择第四簇头,直至找到相应的相邻层为靠近基站的最内层为止。
基于相同的技术构思,本公开实施例相应还提供一种消息传输装置,如图7所示,所述装置包括子区域划分模块71、簇头选取模块72、连接模块73以及传输模块74,其中,
子区域划分模块71,其设置为以基站为中心将监测区域划分为若干子区域;
簇头选取模块72,其设置为在每个子区域中选择若干簇头;
连接模块73,其设置为分别连接每个子区域中的所有簇头,以在每个子区域中形成消息传输链;以及,
传输模块74,其设置为基于每个子区域中的消息传输链传输消息。
在一种实施方式中,所述簇头选取模块72,包括:
层级划分单元,其设置为以基站为中心按不同半径将每个子区域由内之外划分为若干层;以及,
选择单元,其设置为分别在每个子区域的每一层中选择簇头。
进一步地,所述选择单元,包括:
获取选择子单元,其设置为获取每个子区域中远离基站的最外层的所有节点,并在每个子区域中的所述最外层的所有节点中选择第一簇头;
所述获取选择子单元还设置为,获取每个子区域中所述最外层的第一相邻层的所有节点,并基于每个子区域中的第一簇头在该子区域中所述第一相邻层的所有节点中选择第二簇头;
判断子单元,其设置为判断所述第一相邻层是否为接近基站的最内层;
所述获取子单元还设置为,在所述判断子单元判断为所述第二相邻层不是接近基站的最内层,则继续获取每个子区域中紧靠所述第一相邻层且接近基站一侧的第二相邻层的所有节点,并基于每个子区域中的第二簇头在该子区域中所述第二相邻层的所有节点中选择第三簇头,直至找到相应的相邻层为接近基站的最内层为止。
进一步地,所述获取选择子单元具体设置为,
分别计算每个子区域中远离基站的最外层的各个节点的剩余能量值及其到基站的距离,以得到第一计算结果;以及,
基于所述第一计算结果,选择每个子区域中所述最外层的所有节点中剩余能量值与其到基站的距离的比值最大的节点作为第一簇头。
进一步地,所述获取选择子单元具体设置为,
分别计算每个子区域中所述第一相邻层的所有节点的剩余能量值及其到所述第一簇头的距离;以及,
基于所述第二计算结果,选择每个子区域中所述第一相邻层的所有节点中剩余能量值与其到第一簇头的距离的比值最大的节点作为第二簇头。
基于相同的技术构思,本公开实施例相应还提供一种终端设备,如图8所示,所述终端设备包括存储器81和处理器82,所述存储器81中存储有计算机程序,当所述处理器82运行所述存储器81存储的计算机程序时,所述处理器执行所述的消息传输方法。
基于相同的技术构思,本公开实施例相应还提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时,所述处理器执行所述的消息传输方法。
综上所述,本公开实施例提供的消息传输方法、装置、终端设备及计算机可读存储介质,通过以基站为中心将监测区域划分为若干子区域,并在每个子区域中选择若干簇头,然后分别连接每个子区域中的所有簇头,以在每个子区域中形成消息传输链,最后,基于每个子区域中的消息传输链传输消息。本公开实施例至少可以保证消息传输效率,同时均衡网络中能量。
本领域普通技术人员可以理解,上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中,在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分;例如,一个物理组件可以具有多个功能,或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器,如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件,或者被实施为硬件,或者被实施为集成电路,如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上,计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的,术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外,本领域普通技术人员公知的是,通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据,并且可包括任何信息递送介质。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本公开的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本公开进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本公开各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种消息传输方法,其特征在于,包括:
以基站为中心将监测区域划分为若干子区域;
在每个子区域中选择若干簇头;
分别连接每个子区域中的所有簇头,以在每个子区域中形成消息传输链;以及,
基于每个子区域中的消息传输链传输消息。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在每个子区域中选择若干簇头,包括:
以基站为中心按不同半径将每个子区域由内至外划分为若干层;以及,
分别在每个子区域的每一层中选择簇头。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,分别在每个子区域的每一层中选择簇头,包括:
获取每个子区域中远离基站的最外层的所有节点,并在每个子区域中所述最外层的所有节点中选择第一簇头;
获取每个子区域中紧靠所述最外层的第一相邻层的所有节点,并基于每个子区域中的第一簇头在该子区域中所述第一相邻层的所有节点中选择第二簇头;
判断所述第一相邻层是否为接近基站的最内层;
若不是接近基站的最内层,则继续获取每个子区域中紧靠所述第一相邻层且接近基站一侧的第二相邻层的所有节点,并基于每个子区域中的第二簇头在该子区域中所述第二相邻层的所有节点中选择第三簇头,直至找到相应的相邻层为接近基站的最内层为止。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,在每个子区域中最外层的所有节点中选择第一簇头,包括:
分别计算每个子区域中远离基站的最外层的各个节点的剩余能量值及其到基站的距离,得到第一计算结果;以及,
基于所述第一计算结果,选择每个子区域中所述最外层的所有节点中剩余能量值与其到基站的距离的比值最大的节点作为第一簇头。
5.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,基于每个子区域中的第一簇头在该子区域中所述第一相邻层的所有节点中选择第二簇头,包括:
分别计算每个子区域中所述第一相邻层的所有节点的剩余能量值及其到所述第一簇头的距离,得到第二计算结果;以及,
基于所述第二计算结果,选择每个子区域中所述第一相邻层的所有节点中剩余能量值与其到第一簇头的距离的比值最大的节点作为第二簇头。
6.一种消息传输装置,其特征在于,包括:
子区域划分模块,其设置为以基站为中心将监测区域划分为若干子区域;
簇头选取模块,其设置为在每个子区域中选择若干簇头;
连接模块,其设置为分别连接每个子区域中的所有簇头,以在每个子区域中形成消息传输链;以及,
传输模块,其设置为基于每个子区域中的消息传输链传输消息。
7.根据权利要求6所述的装置,其特征在于,所述簇头选取模块包括:
层级划分单元,其设置为以基站为中心按不同半径将每个子区域由内至外划分为若干层;以及,
选择单元,其设置为分别在每个子区域的每一层中选择簇头。
8.根据权利要求7所述的装置,其特征在于,所述选择单元包括:
获取选择子单元,其设置为获取每个子区域中远离基站的最外层的所有节点,并在每个子区域中的所述最外层的所有节点中选择第一簇头;
所述获取选择子单元还设置为,获取每个子区域中所述最外层的第一相邻层的所有节点,并基于每个子区域中的第一簇头在该子区域中所述第一相邻层的所有节点中选择第二簇头;
判断子单元,其设置为判断所述第一相邻层是否为接近基站的最内层;
所述获取子单元还设置为,在所述判断子单元判断为所述第一相邻层不是接近基站的最内层时,继续获取每个子区域中紧靠所述第一相邻层且接近基站一侧的第二相邻层的所有节点,并基于每个子区域中的第二簇头在该子区域中所述第二相邻层的所有节点中选择第三簇头,直至找到相应的相邻层为接近基站的最内层为止。
9.一种终端设备,其特征在于,包括存储器和处理器,所述存储器中存储有计算机程序,当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时,所述处理器执行根据权利要求1至5中任一项中所述的消息传输方法。
10.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时,所述处理器执行根据权利要求1至5中任一项所述的消息传输方法。
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Citations (7)
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- 2020-06-02 CN CN202010489821.1A patent/CN111654439A/zh active Pending
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