一种基于物联网的电子通信控制方法及系统
本发明属于通信领域，具体而言涉及一种基于物联网的电子通信控制方法及系统。
背景技术：
1、物联网(iot)指的是通过各种信息传感设备(如rfid、红外传感器、gps、激光扫描仪等)和网络通信技术，将物理世界中的物体(包括设备、车辆、建筑物等)连接到互联网，实现物与物之间、物与人之间的信息交换和通信，从而实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。
2、物联网的电子通信指的是物联网设备之间通过电子和通信技术实现数据的传输和交换。电子通信在物联网中起着至关重要的作用，因为它实现了设备之间的信息交互，是物联网系统运行的基础。
3、现有技术中存在拓扑经常变动的物联网场景，如移动中的自动导引车(agv)、无人机、工业机器人等。此类网类中网络中的节点数量较多，连接关系复杂且变化频繁。无线信道的特性导致链路质量不稳定，出现频繁的连接和断开。节点可能动态加入或离开网络，导致网络拓扑不断变化。
4、此类物联网中需要能够快速适应拓扑变化的动态路由协议，确保数据在不稳定的链路中可靠传输，减少数据丢失。同时节点通常受电池供电限制，需要优化能量消耗。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中的问题，本发明提供一种基于物联网的电子通信控制方法，包括如下步骤：
2、可移动通信节点维护一个邻居节点的邻居信息表，周期性地接收邻居节点的广播，并更新所述邻居信息表，所述邻居信息表至少包括：邻居节点的id、邻居节点的位置、邻居节点的速度、邻居节点的剩余能量、链路质量；在当前周期，根据所述邻居信息表预测下一周期邻居节点的位置；根据预测的邻居节点的位置、邻居节点的剩余能量、链路质量以及固定站位置，综合优化选择可以以最小能量代价将数据传送至固定站的节点为中继节点；将数据传输至所述中继节点；所述中继节点接收并聚合数据，并采用reed-solomon编码进行数据冗余；在下一周期，所述中继节点将聚合的数据通过预测路径传输至下一中继节点或固定站。
3、进一步地，采用自适应广播频率，基于节点的移动性和网络密度动态调整广播周期：
4、
5、其中t是广播周期，tbase是基础广播周期，v和ρ是当前移动速度和当前网络密度，vmax和ρmax分别是最大移动速度和最大网络密度，∈是小常数以防止分母为零。
6、进一步地，根据所述邻居信息表预测下一周期邻居节点的位置包括：
7、为每个节点生成n个可能的位置
8、
9、其中，是在时间t-1的第k个位置；
10、根据状态转移函数，对每个可能位置进行状态预测，得到时间t的预测可能位置集
11、
12、其中是过程噪声，f是状态转移函数
13、使用观测数据计算每个可能位置的权重
14、
15、其中，是观测模型，表示在可能位置下观测到的概率；
16、计算所有可能位置的权重总和，并对每个可能位置的权重进行归一化：
17、
18、计算每个可能位置的累积权重，用于确定可能位置的复制次数：
19、
20、其中，是第k个可能位置的累积权重；
21、生成n个均匀分布的随机数{u1,u2,…,un}满足
22、
23、其中，是均匀分布的随机偏移量；
24、通过比较累积权重和随机数，选择新的可能位置集合
25、
26、使用归一化后的权重计算可能位置的加权平均位置
27、
28、其中，是第i个邻居节点在第t时间周期的位置估计。
29、进一步地，述过程噪声为高斯分布：
30、
31、其中q是协方差矩阵。
32、进一步地，所述状态转移函数为：
33、
34、其中，是节点在时间t-1的速度；△t是时间步长；是过程噪声。
35、进一步地，所述观测模型为
36、
37、其中是观测函数，将可能位置映射到观测空间，r是观测噪声协方差矩阵。
38、进一步地，综合优化选择可以以最小能量代价将数据传送至固定站的节点为中继节点包括：
39、在时间t有多个邻居节点，每个节点的位置、能量和链路质量分别为固定站位置为xf；
40、传输代价定义为：
41、
42、其中，是节点i到固定站的距离，用欧几里得距离表示：
43、
44、遍历所有邻居节点，计算每个节点的传输代价，选择代价最小的节点作为中继节点：
45、
46、进一步地，引入权重因子we,wd,wq分别表示能量、距离和链路质量的权重；
47、所述传输代价函数表示为：
48、
49、进一步地，所述中继节点每个周期可能收到多个其它节点的数据，在这个过程中，每个节点都可能成为其它节点的中继节点，当收到数据后都将收到的数据进行聚合，对每一份数据都使用其源发送节点进行标注。
50、本发明另一方面还公开一种基于物联网的电子通信控制系统，包括如下模块：
51、邻居信息模块，用于可移动通信节点维护一个邻居节点的邻居信息表，周期性地接收邻居节点的广播，并更新所述邻居信息表，所述邻居信息表至少包括：邻居节点的id、邻居节点的位置、邻居节点的速度、邻居节点的剩余能量、链路质量；在当前周期，根据所述邻居信息表预测下一周期邻居节点的位置；
52、预测模块，用于根据预测的邻居节点的位置、邻居节点的剩余能量、链路质量以及固定站位置，综合优化选择可以以最小能量代价将数据传送至固定站的节点为中继节点；
53、传输模块，用于将数据传输至所述中继节点；所述中继节点接收并聚合数据，并采用reed-solomon编码进行数据冗余；在下一周期，所述中继节点将聚合的数据通过预测路径传输至下一中继节点或固定站。
54、本发明通过上述技术方案，可以产生如下有益效果：
55、通过周期性更新邻居节点信息表并预测下一周期的节点位置，可以准确了解邻居节点的动态变化，选择最优的中继节点，从而提高数据传输的可靠性和稳定性
56、综合考虑邻居节点的剩余能量和链路质量，选择最小能量代价的中继节点进行数据传输，有助于均衡各节点的能量消耗，延长整个网络的使用寿命。
57、采用多周期数据传输策略和预测路径传输数据，可以减少同时传输数据带来的冲突和干扰，降低数据丢失率，减少重传需求，从而提高传输效率。
58、通过维护邻居信息表和周期性更新，可以灵活应对网络拓扑的变化，适应节点移动和环境变化，保持网络的灵活性和可扩展性。通过综合优化选择中继节点和路径，确保数据传输的高效性和能量消耗的最优化，整体提升网络性能和数据传输效率。
59、本基于物联网的电子通信控制方法，通过周期性更新邻居信息表、预测节点位置、综合优化选择中继节点以及采用reed-solomon编码进行数据冗余等技术手段，显著提高了数据传输的可靠性、稳定性和效率，同时优化了能量消耗，增强了网络的自适应能力和整体性能，是高效且可靠的通信控制方案。
技术特征：
1.一种基于物联网的电子通信控制方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于物联网的电子通信控制方法，其特征在于采用自适应广播频率，基于节点的移动性和网络密度动态调整广播周期：
3.根据权利要求1所述的基于物联网的电子通信控制方法，其特征在于根据所述邻居信息表预测下一周期邻居节点的位置包括：
4.根据权利要求3所述的基于物联网的电子通信控制方法，其特征在于所述过程噪声为高斯分布：
5.根据权利要求3所述的基于物联网的电子通信控制方法，其特征在于所述状态转移函数为：
6.根据权利要求3所述的基于物联网的电子通信控制方法，其特征在于所述观测模型为
7.根据权利要求3所述的基于物联网的电子通信控制方法，其特征在于综合优化选择可以以最小能量代价将数据传送至固定站的节点为中继节点包括：
8.根据权利要求7所述的基于物联网的电子通信控制方法，其特征在于引入权重因子we,wd,wq分别表示能量、距离和链路质量的权重；
9.根据权利要求8所述的基于物联网的电子通信控制方法，其特征在于：所述中继节点每个周期可能收到多个其它节点的数据，在这个过程中，每个节点都可能成为其它节点的中继节点，当收到数据后都将收到的数据进行聚合，对每一份数据都使用其源发送节点进行标注。
10.一种基于物联网的电子通信控制系统，其特征在于所述系统包括如下模块：
技术总结
本发明属于通信领域，提供一种基于物联网的电子通信控制方法及系统，包括：可移动通信节点维护一个邻居节点的邻居信息表，周期性地接收邻居节点的广播，并更新邻居信息表；在当前周期，根据邻居信息表预测下一周期邻居节点的位置；根据预测的邻居节点的位置、邻居节点的剩余能量、链路质量以及固定站位置，综合优化选择可以以最小能量代价将数据传送至固定站的节点为中继节点；将数据传输至中继节点；中继节点接收并聚合数据，并采用Reed‑Solomon编码进行数据冗余；在下一周期，中继节点将聚合的数据通过预测路径传输至下一中继节点或固定站。本发明可以高效且可靠地基于物联网的电子通信控制。
技术研发人员：侯爱霞,朱亚红
受保护的技术使用者：重庆科创职业学院
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23