CN112055337A

CN112055337A - 一种物联网中的环境自适应终端工作模式调整方法

Info

Publication number: CN112055337A
Application number: CN202010920899.4A
Authority: CN
Inventors: 王洋
Original assignee: Shenzhen Polytechnic
Current assignee: Shenzhen Polytechnic
Priority date: 2020-09-04
Filing date: 2020-09-04
Publication date: 2020-12-08
Anticipated expiration: 2040-09-04
Also published as: CN112055337B

Abstract

本发明提供了一种物联网中的环境自适应终端工作模式调整方法，包括以下步骤：所述第一通讯节点根据所述第二通讯节点的电量信息确定所述第二通信节点发送数据的工作模式；当所述第一通信节点判定所述第二通信节点的电量大于等于最大电量的80%时，所述第二通信节点配置第一种工作模式传输所述数据，当所述第一通信节点判定所述第二通信节点的电量小于最大电量的40%时，所述第二通信节点配置第二种工作模式传输所述数据，当所述第一通信节点判定所述第二通信节点的电量小于最大电量的80%且大于等于最大电量的40%时，所述第二通信节点配置第三种工作模式传输所述数据。克服现有物联网中终端电量不足无法与基站通信的问题，提高了物联网系统的服务质量。

Description

一种物联网中的环境自适应终端工作模式调整方法

技术领域

本发明属于无线通信领域，尤其涉及一种物联网中的环境自适应终端工作模式调整方法。

背景技术

5G将满足人们在居住、工作、休闲和交通等各种区域的多样化业务需求，即便在密集住宅区、办公室、体育场、露天集会、地铁、快速路、高铁和广域覆盖等具有超高流量密度、超高连接数密度、超高移动性特征的场景，也可以为用户提供超高清视频、虚拟现实、增强现实、云桌面、在线游戏等极致业务体验。与此同时，5G还将渗透到物联网及各种行业领域，与工业设施、医疗仪器、交通工具等深度融合，有效满足工业、医疗、交通等垂直行业的多样化业务需求，实现真正的“万物互联”。

5G应用场景可以分为两大类，即移动宽带 (MBB, Mobile Broadband)和物联网（IoT，Internet of Things）。其中，移动宽带接入的主要技术需求是高容量，提供高数据速率，以满足数据业务需求的不断增长。物联网主要是受机器通信（MTC, Machine TypeCommunication）需求的驱动，可以进一步分为两种类型，包括低速率的海量机器通信（MMC,Massive Machine Communication）和低时延高可靠的机器通信。其中，对于低速率的海量机器通信，海量节点低速率接入，传输的数据包通常较小，间隔时间会相对较长，这类节点的成本和功耗通常也会很低；对于低时延高可靠的机器通信，主要面向实时性和可靠性要求比较高的机器通信，例如实时警报、实时监控等。

第五代移动通信系统中，一种需要研究的场景是存在大量物联网终端的广袤区域中，有部分终端由于电量不足无法与物联网基站进行通信的情况，如何解决这部分终端的电量补充及数据传输问题，是物联网系统亟待解决的重要问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种物联网中的环境自适应终端工作模式调整方法，旨在解决物联网中部分终端由于电量不足无法与基站通信的问题。

本发明是这样实现的，一种物联网中的环境自适应终端工作模式调整方法，所述方法包括以下步骤：

S1：第二通讯节点将电量信息反馈至第一通讯节点，所述第一通讯节点根据所述第二通讯节点的电量信息确定所述第二通信节点发送数据的工作模式；

S2：如果所述第一通讯节点判定所述第二通信节点的电量大于等于最大电量的80%时，执行步骤S3，如果所述第一通信节点判定所述第二通信节点的电量小于最大电量的40%时，执行步骤S4，如果所述第一通信节点判定所述第二通信节点的电量小于最大电量的80%且大于等于最大电量的40%时，执行步骤S5；

S3：当所述第一通信节点判定所述第二通信节点的电量大于等于最大电量的80%时，所述第一通信节点给所述第二通信节点配置第一种工作模式传输所述数据，所述第一种工作模式是所述第二通信节点利用自身现有的电量传输所述数据；

S4：当所述第一通信节点判定所述第二通信节点的电量小于最大电量的40%时，所述第一通信节点给所述第二通信节点配置第二种工作模式传输所述数据，所述第二种工作模式是所述第二通信节点利用电视信号的能量通过反向散射方式来传输所述数据；

S5：当所述第一通信节点判定所述第二通信节点的电量小于最大电量的80%且大于等于最大电量的40%时，所述第一通信节点给所述第二通信节点配置第三种工作模式传输所述数据，所述第三种工作模式是所述第二通信节点先利用所述第一通信节点发送的特定波束进行能量收集，然后再利用自身的电量传输所述数据。

本发明的进一步技术方案是：所述步骤S3包括以下步骤：

S31：如果所述第二通信节点自身现有的电量大于等于最大电量的80%，则所述第二通信节点发送的所述数据只包含与业务有关的信息；

S32：如果所述第二通信节点自身的电量小于最大电量的80%且大于等于最大电量的40%，则所述第二通信节点发送的所述数据包含与业务有关的信息及所述第二通信节点的电量信息；

S33：如果所述第二通信节点自身的电量小于最大电量的40%且大于等于最大电量的20%，则所述第二通信节点发送的所述数据包含与业务有关的信息、所述第二通信节点的电量信息及所述第二通信节点的第一位置信息；

S34：如果所述第二通信节点自身的电量小于等于电量的20%，则所述第二通信节点发送的所述数据仅包含所述第二通信节点的第二位置信息。

本发明的进一步技术方案是：所述步骤S4包括以下步骤：

S41：如果所述第二通信节点检测到的所述电视信号的能量大于等于-60dBm，则所述第二通信节点发送的所述数据包含与业务有关的信息、所述第二通信节点的电量信息及所述第二通信节点的位置信息；

S42：如果所述第二通信节点检测到的所述电视信号的能量小于-60dBm且大于等于-90dBm，则所述第二通信节点发送的所述数据包含与业务有关的信息及所述第二通信节点的第一位置信息；

S43：如果所述第二通信节点检测到的所述电视信号的能量小于-90dBm，则所述第二通信节点发送的所述数据仅包含所述第二通信节点的第二位置信息。

本发明的进一步技术方案是：所述步骤S5中，所述第二通信节点先利用所述第一通信节点发送的特定波束进行时间长度为T秒的能量收集，然后再利用自身的能量传输所述数据，所述T的取值与所述第一通信节点预测的所述第二通信节点的当前电量P和最大电量Pmax有关，T=10*Pmax/P，所述步骤S5包括以下步骤：

S51：如果所述第二通信节点自身现有的电量大于等于最大电量的80%，则所述第二通信节点发送的所述数据只包含与业务有关的信息；

S52：如果所述第二通信节点自身的电量小于最大电量的80%且大于等于最大电量的40%，则所述第二通信节点发送的所述数据包含与业务有关的信息及所述第二通信节点的电量信息；

S53：如果所述第二通信节点自身的电量小于最大电量的40%且大于等于最大电量的20%，则所述第二通信节点发送的所述数据包含与业务有关的信息、所述第二通信节点的电量信息及所述第二通信节点的第一位置信息；

S54：如果所述第二通信节点自身的电量小于等于电量的20%，则所述第二通信节点发送的所述数据仅包含所述第二通信节点的第二位置信息。

本发明的进一步技术方案是：所述第二通信节点的第一位置信息的定位精度小于所述第二通信节点的第二位置信息的定位精度。

本发明的进一步技术方案是：所述第二通信节点发送的所述数据包含所述第二通信节点是否支持太阳能充电的信息。

本发明的进一步技术方案是：如果所述第二通信节点支持太阳能充电，且所述第一通信节点计算得到的所述数据收集信息发送之前的24小时内的太阳辐射能量可以使所述第二通信节点增加的电量达到所述最大电量，则所述第一通信节点可以给所述第二通信节点配置所述第一种工作模式；如果所述第二通信节点支持太阳能充电，且所述第一通信节点计算得到的所述数据收集信息发送之前的24小时内的太阳辐射能量可以使所述第二通信节点增加的电量达到所述最大电量的50%，则所述第一通信节点可以给所述第二通信节点配置所述第一种工作模式或所述第三种工作模式；如果所述第二通信节点支持太阳能充电，且所述第一通信节点计算得到的所述数据收集信息发送之前的24小时内的太阳辐射能量可以使所述第二通信节点增加的电量达到所述最大电量的10%，则所述第一通信节点可以给所述第二通信节点配置所述第二种工作模式或所述第三种工作模式。

本发明的进一步技术方案是：所述特定波束的方向是所述第一通信节点与所述第二通信节点通过波束训练获得的，其中，所述第一通信节点发送所述特定波束使用的载频高于所述第一通信节点发送所述数据收集信息使用的载频。

本发明的进一步技术方案是：当工作在所述第一工作模式或第三工作模式的所述第二通信节点的电量小于等于最大电量的5%时，所述第二通信节点所述数据只包含电量异常信息。

本发明的进一步技术方案是：当工作在所述第二通信节点检测到的所述电视信号的能量小于-120dBm时，所述第二通信节点发送数据只包含电视信号无法利用信息。

本发明的有益效果是：采用本发明所提供的方案，与现有技术相比，克服现有物联网中终端电量不足无法与基站通信的问题，提高了物联网系统的服务质量。

附图说明

图1是本发明方法的主流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

图1示出了本发明提供的一种物联网中的环境自适应终端工作模式调整方法，所述方法包括以下步骤：

优先地，所述步骤S3包括以下步骤：

优先地，所述步骤S4包括以下步骤：

优先地，所述步骤S5中，所述第二通信节点先利用所述第一通信节点发送的特定波束进行时间长度为T秒的能量收集，然后再利用自身的能量传输所述数据，所述T的取值与所述第一通信节点预测的所述第二通信节点的当前电量P和最大电量Pmax有关，T=10*Pmax/P，所述步骤S5包括以下步骤：

优先地，所述第二通信节点的第一位置信息的定位精度小于所述第二通信节点的第二位置信息的定位精度。

优先地，所述第二通信节点发送的所述数据包含所述第二通信节点是否支持太阳能充电的信息。

优先地，如果所述第二通信节点支持太阳能充电，且所述第一通信节点计算得到的所述数据收集信息发送之前的24小时内的太阳辐射能量可以使所述第二通信节点增加的电量达到所述最大电量，则所述第一通信节点可以给所述第二通信节点配置所述第一种工作模式；如果所述第二通信节点支持太阳能充电，且所述第一通信节点计算得到的所述数据收集信息发送之前的24小时内的太阳辐射能量可以使所述第二通信节点增加的电量达到所述最大电量的50%，则所述第一通信节点可以给所述第二通信节点配置所述第一种工作模式或所述第三种工作模式；如果所述第二通信节点支持太阳能充电，且所述第一通信节点计算得到的所述数据收集信息发送之前的24小时内的太阳辐射能量可以使所述第二通信节点增加的电量达到所述最大电量的10%，则所述第一通信节点可以给所述第二通信节点配置所述第二种工作模式或所述第三种工作模式。

优先地，所述特定波束的方向是所述第一通信节点与所述第二通信节点通过波束训练获得的，其中，所述第一通信节点发送所述特定波束使用的载频高于所述第一通信节点发送所述数据收集信息使用的载频。

优先地，当工作在所述第一工作模式或第三工作模式的所述第二通信节点的电量小于等于最大电量的5%时，所述第二通信节点所述数据只包含电量异常信息。

优先地，当工作在所述第二通信节点检测到的所述电视信号的能量小于-120dBm时，所述第二通信节点发送数据只包含电视信号无法利用信息。

实施例1：

基站根据终端的电量信息确定终端发送数据的工作模式，并将包含工作模式配置信息的数据收集信息发送给终端；当基站判定终端的电量大于等于最大电量的80%时，基站给终端配置第一种工作模式传输数据，这样做的原因是此时基站认为终端的电量比较多，可以快速用自己的电量来传输数据给基站，需要说明，这里只是基站预测终端有这么多的电量，但也存在终端实际并没有这么多电量的可能；当基站判定终端的电量小于最大电量的80%且大于等于最大电量的40%时，基站给终端配置第三种工作模式传输数据，这样做的原因是此时基站认为终端可用的能量有限，所以需要先给终端无线充电后再让终端给基站传输数据，提高数据传输的可靠性；当基站判定终端的电量小于最大电量的40%时，基站给终端配置第二种工作模式传输数据，这样做的原因是此时基站认为终端的电量比较低，最好是利用空间中已有的电磁波能量来辅助其传输数据，类似于射频标签中标签的被动数据传输技术，其中，第一种工作模式是终端利用自身现有的电量传输数据，第二种工作模式是终端利用电视信号的能量通过反向散射方式来传输数据，第三种工作模式是终端先利用基站发送的特定波束进行能量收集，然后再利用自身的电量传输数据。

终端接收数据收集信息，根据工作模式信息确定数据的传输模式。

如果基站要求终端工作在第一种工作模式，则终端利用自身现有的电量传输数据，如果终端自身现有的电量大于等于最大电量的80%，则终端发送的数据只包含与业务有关的信息，这样做的好处是此时终端电量充足，短期不会发生异常，所以只传输与业务有关的信息给基站即可，与业务有关的信息可以是终端采集到的周边的环境信息，例如湿度、温度、果实成熟度等等信息；如果终端自身的电量小于最大电量的80%、且大于等于最大电量的40%，则终端发送的数据包含与业务有关的信息、终端的电量信息，这样做的原因是此时终端的电量处于中等水平，存在后续电量不足以支持基站与终端通信的可能，告知基站终端的电量信息后，基站可基于终端的电量信息确定后续终端传输数据使用的工作模式；如果终端自身的电量小于最大电量的40%、且大于等于最大电量的20%，则终端发送的数据包含与业务有关的信息、终端的电量信息、终端的第一位置信息，这样做的原因是此时终端的电量处于相对较低的水平，增加位置信息的告知可以让基站根据终端的位置信息确定后续采用的数据传输策略；如果终端自身的电量小于等于电量的20%，则终端发送的数据仅包含终端的第二位置信息，这样做的原因是此时终端的电量处于相对较低的水平，只告知终端的位置信息可以尽可能地提升该信息传输的可靠性，从而让基站根据终端的位置信息确定后续采用的数据传输策略。

如果基站要求终端工作在第二种工作模式，则终端利用电视信号的能量通过反向散射方式来传输数据，如果终端检测到的电视信号的能量大于等于-60dBm，则终端发送的数据包含与业务有关的信息、终端的电量信息、终端的位置信息，这样做的好处是此时终端可充分利用电视信号能量强的条件传输更多的数据给基站；如果终端检测到的电视信号的能量小于-60dBm、大于等于-90dBm，则终端发送的数据包含与业务有关的信息、终端的第一位置信息，这样做的好处是终端利用电视信号能量比较强的条件传输有限的数据给基站；如果终端检测到的电视信号的能量小于-90dBm，则终端发送的数据仅包含终端的第二位置信息，这样做的原因是此时终端所述的位置观测到的电视信号强度比较弱，只能传输少量的重要信息给基站。

如果基站要求终端工作在第三种工作模式，则终端先利用基站发送的特定波束进行时间长度为T秒的能量收集，然后再利用自身的能量传输数据，如果终端自身现有的电量大于等于最大电量的80%，则终端发送的数据只包含与业务有关的信息，这样做的好处是此时终端电量充足，短期不会发生异常，所以只传输与业务有关的信息给基站即可，与业务有关的信息可以是终端采集到的周边的环境信息，例如湿度、温度、果实成熟度等等信息；如果终端自身的电量小于最大电量的80%、且大于等于最大电量的40%，则终端发送的数据包含与业务有关的信息、终端的电量信息，这样做的原因是此时终端的电量处于中等水平，存在后续电量不足以支持基站与终端通信的可能，告知基站终端的电量信息后，基站可基于终端的电量信息确定后续终端传输数据使用的工作模式；如果终端自身的电量小于最大电量的40%、且大于等于最大电量的20%，则终端发送的数据包含与业务有关的信息、终端的电量信息、终端的第一位置信息，这样做的原因是此时终端的电量处于相对较低的水平，增加位置信息的告知可以让基站根据终端的位置信息确定后续采用的数据传输策略；如果终端自身的电量小于等于电量的20%，则终端发送的数据仅包含终端的第二位置信息，这样做的原因是此时终端的电量处于相对较低的水平，只告知终端的位置信息可以尽可能地提升该信息传输的可靠性，从而让基站根据终端的位置信息确定后续采用的数据传输策略。

实施例2：

在实施例1的基础上，终端的第一位置信息的定位精度小于第二通信的第二位置信息的定位精度，这样做的原因是当终端电量比较充足时，短期传输出问题的可能性比较小，所以发送第一位置信息给基站就足够了，从而节省传输能量，当终端电量比较低时，短期传输出问题的可能性增加，所以需要发送更为精确的第二位置信息给基站，以便终端出现问题时基站可快速通知维护人员去现场进行维护。

实施例3：

在实施例1的基础上，终端发送的数据包含终端是否支持太阳能充电的信息，基站可以根据该信息确定中终端未来可能的电量情况。

实施例4：

在实施例3的基础上，如果终端支持太阳能充电，且基站计算得到的数据收集信息发送之前的24小时内的太阳辐射能量可以使终端增加的电量达到最大电量，则基站可以给终端配置第一种工作模式。

实施例5：

在实施例3的基础上，如果终端支持太阳能充电，且基站计算得到的数据收集信息发送之前的24小时内的太阳辐射能量可以使终端增加的电量达到最大电量的50%，则基站可以给终端配置第一种工作模式、或第三种工作模式。这样做的原因是此时基站可以预测终端的电量至少可以达到最大电量的50%以上，因此可以配置终端使用自身电量进行数据传输的第一种工作模式、或第三种工作模式。

实施例6：

在实施例3的基础上，如果终端支持太阳能充电，且基站计算得到的数据收集信息发送之前的24小时内的太阳辐射能量可以使终端增加的电量达到最大电量的10%，则基站可以给终端配置第二种工作模式、或第三种工作模式。这样做的原因是此时基站可以推断终端的电量至少可以达到最大电量的10%以上，因此可以配置终端使用自身电量进行数据传输的第三种工作模式、或不需要使用自身电量的第二种工作模式。

实施例7：

在实施例1的基础上，T（单位为秒）的取值与基站预测的终端当前电量P和最大电量Pmax有关，T=10*Pmax/P，也就是说终端当前电量P越小，T的取值越大，充电时间越长。

实施例8：

在实施例1的基础上，特定波束的方向是基站与终端通过波束训练获得的，其中，基站发送特定波束使用的载频高于基站发送数据收集信息使用的载频。这样做的原因是通过高频段的定向波束让基站给终端充电，提高了充电效率。

实施例9：

在实施例1的基础上，当工作在第一工作模式或第三工作模式的终端的电量小于等于最大电量的5%时，终端数据只包含电量异常信息。这样做的原因是此时终端的电量不足以传输更多的信息，因此需要终端快速地给基站上报工作异常的信息。

实施例10：

在实施例1的基础上，当工作在终端检测到的电视信号的能量小于-120dBm时，终端发送数据只包含电视信号无法利用信息。这样做的原因是此时电视信号的能量不足以传输更多的信息，因此需要终端快速地给基站上报工作异常的信息，避免基站以后继续给终端配置第二种工作模式发送上行数据。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种物联网中的环境自适应终端工作模式调整方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种物联网中的环境自适应终端工作模式调整方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种物联网中的环境自适应终端工作模式调整方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种物联网中的环境自适应终端工作模式调整方法，其特征在于，所述步骤S5中，所述第二通信节点先利用所述第一通信节点发送的特定波束进行时间长度为T秒的能量收集，然后再利用自身的能量传输所述数据，所述T的取值与所述第一通信节点预测的所述第二通信节点的当前电量P和最大电量Pmax有关，T=10*Pmax/P，所述步骤S5包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种物联网中的环境自适应终端工作模式调整方法，其特征在于，所述第二通信节点的第一位置信息的定位精度小于所述第二通信节点的第二位置信息的定位精度。

6.根据权利要求4所述的一种物联网中的环境自适应终端工作模式调整方法，其特征在于，所述第二通信节点发送的所述数据包含所述第二通信节点是否支持太阳能充电的信息。

7.根据权利要求6所述的一种物联网中的环境自适应终端工作模式调整方法，其特征在于，如果所述第二通信节点支持太阳能充电，且所述第一通信节点计算得到的所述数据收集信息发送之前的24小时内的太阳辐射能量可以使所述第二通信节点增加的电量达到所述最大电量，则所述第一通信节点可以给所述第二通信节点配置所述第一种工作模式；如果所述第二通信节点支持太阳能充电，且所述第一通信节点计算得到的所述数据收集信息发送之前的24小时内的太阳辐射能量可以使所述第二通信节点增加的电量达到所述最大电量的50%，则所述第一通信节点可以给所述第二通信节点配置所述第一种工作模式或所述第三种工作模式；如果所述第二通信节点支持太阳能充电，且所述第一通信节点计算得到的所述数据收集信息发送之前的24小时内的太阳辐射能量可以使所述第二通信节点增加的电量达到所述最大电量的10%，则所述第一通信节点可以给所述第二通信节点配置所述第二种工作模式或所述第三种工作模式。

8.根据权利要求4所述的一种物联网中的环境自适应终端工作模式调整方法，其特征在于，所述特定波束的方向是所述第一通信节点与所述第二通信节点通过波束训练获得的，其中，所述第一通信节点发送所述特定波束使用的载频高于所述第一通信节点发送所述数据收集信息使用的载频。

9.根据权利要求1所述的一种物联网中的环境自适应终端工作模式调整方法，其特征在于，当工作在所述第一工作模式或第三工作模式的所述第二通信节点的电量小于等于最大电量的5%时，所述第二通信节点所述数据只包含电量异常信息。

10.根据权利要求1所述的一种物联网中的环境自适应终端工作模式调整方法，其特征在于，当工作在所述第二通信节点检测到的所述电视信号的能量小于-120dBm时，所述第二通信节点发送数据只包含电视信号无法利用信息。