[發明專利]一種面向大規模可充電物聯網的監測系統及分布式協議

有效

• 申請號: 202010033172.4
• 申請日: 2020-01-13
• 公開（公告）號: CN111245941B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 何騰蛟;林龍新;劉小麗;謝昊
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: H04L67/12
• 分類號: H04L67/12;H04W4/38;H04W40/22;H02J7/35;H02J50/20;H02J50/50
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 鄭浦娟

本發明公開了一種面向大規模可充電物聯網的監測系統及分布式協議，監測系統包括物聯網節點和多個射頻能源模塊，其中，物聯網節點包括用于采集環境數據的采集節點、中繼節點和匯聚節點，采集節點連接中繼節點，并根據自身的數據發送概率向中繼節點傳輸節點數據，中繼節點連接匯聚節點，并根據自身的數據發送概率向匯聚節點傳輸節點數據；每個射頻能源模塊用于采集能量，并基于能量的發送功率，通過射頻波束賦形產生的射頻信號向周圍的采集節點和中繼節點發送對應的能量。本發明能基于節點的本地信息公平采集節點數據和合理分配充電量，有利于提高節點能量利用效率，可應用在網絡規模大、覆蓋范圍廣以及部署環境差的可充電物聯網中。

技術領域

本發明涉及通信保護技術領域，特別涉及一種面向大規?？沙潆娢锫摼W的監測系統及分布式協議。

背景技術

物聯網監測系統要求能夠及時接收各個物聯網節點的監測數據，往往涉及到節點電量問題。由于物聯網節點體積小巧，攜帶電量有限，定期更換節點電池是工業界的主流方案。然而，未來通信設備具有高速傳輸、海量連接、能耗巨大等特點，大規模且頻繁更換節點電池不切實際。因此，為節點充電成為解決該問題的重要技術手段。

當前，利用太陽能采集技術為節點充電的方式被廣泛應用，但是，該技術的能源不可控制，無法提供穩定能量。另一種充電方法，無線充電技術可以為節點提供可控能量，但是，該技術中的電感耦合方式需要發送端與接收端彼此接觸；磁耦合諧振方式所需的設備巨大體積不適合物聯網節點；電磁輻射方式在傳輸過程中衰減明顯。而基于射頻波束賦形技術的充電方式，通過分布射頻能源將能量集中發送為節點充電，可以克服如上幾種方式的不足，完成遠距離充電。

但是，現有的基于射頻波束賦形技術的可充電物聯網監測系統存在以下問題：在充電策略方面，當前技術忽略了非線性射頻能量轉換過程和時變信道對能量與數據傳輸造成的影響，降低了充電決策的準確性，影響節點充電效果；在數據采集方面，當前技術大多采用單跳網絡，缺少與多跳網絡的路由選擇和鏈路調度相結合，不能從提升節點能量和降低節點能耗兩個方面提高節點能量利用效率；在網絡規模方面，當前技術大多考慮基于單個射頻能源的充電方式，且射頻能源需要連接主干電網，從而限制了物聯網的網絡規模、覆蓋范圍以及部署環境。因此，有必要研究出能解決如上問題的新的可充電物聯網監測系統。

發明內容

本發明的第一目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種面向大規?？沙潆娢锫摼W的監測系統，該系統能夠做出合理公平的充電決策，可應用在網絡規模大、覆蓋范圍廣以及部署環境差的可充電物聯網中。

本發明的第二目的在于提供一種分布式協議，該協議能夠使監測系統中的射頻能源模塊根據本地信息完成充電，使節點根據本地信息完成數據采集和傳輸，達到監測系統節點間的數據公平采集的目的。

本發明的第一目的通過下述技術方案實現：一種面向大規?？沙潆娢锫摼W的監測系統，包括物聯網節點和多個射頻能源模塊，其中，

物聯網節點包括用于采集環境數據的采集節點、中繼節點和匯聚節點，采集節點連接中繼節點，并根據自身的數據發送概率向中繼節點傳輸節點數據，中繼節點連接匯聚節點，并根據自身的數據發送概率向匯聚節點傳輸節點數據；

每個射頻能源模塊用于采集能量，并基于能量的發送功率，通過射頻波束賦形產生的射頻信號向周圍的采集節點和中繼節點發送對應的能量。

優選的，射頻能源模塊包括用于采集太陽能的太陽能電池板、第一可充電電池、第一處理器和天線陣列，太陽能電池板通過第一可充電電池連接天線陣列，處理器連接并控制第一可充電電池和天線陣列，天線陣列的每個天線都具有經第一處理器計算得到的發送功率；