基于自适应增益控制的电缆场景低功耗无线数据传输方法与流程

1.本发明涉及电力传感通信领域，尤其涉及一种基于自适应增益控制的电缆场景低功耗无线数据传输方法。

背景技术：

2.自组网是一种不依赖于现有的网络基础设施、网络拓扑动态变化、可以快速布设的无线移动通信网络，具有高抗毁性以及自愈性。自组网技术将移动通信技术的应用领域进行了扩展，自组网凭借其组网迅速、灵活方便的特点，能够为缺少基础运营商通信设施的场景提供可靠的通信支持，对于低功耗传感器的行业应用具有十分重要的意义。
3.对于任何一个通信系统而言，有效的媒介接入协议可以为节点合理分配信道资源、降低数据包碰撞的概率和重传次数，进而缩短数据传输的端到端时延。传统的超多跳自组网通常采用tdma和基于竞争的csma媒介接入控制协议。
4.tdma协议采用时隙轮询机制，为每个节点预先分配时隙。目前对于tdma协议下可靠数据重传机制的研究主要分为基于优化时延的和动态分配时隙。
5.例如，一种在中国专利文献上公开的“动态时隙分配tdma实现装置”，其公告号cn101296229b，在tdma通信系统上采用动态时隙调度方法。主端发送给从端是主端根据各从端设备需要传送数据的优先级和数据的长度调度，广播给各个从端。上行数据的时隙调度是主端根据从端上一帧上传的优先级和需要上传数据的长度来统一安排给本从端这一帧上传时隙的时间。
6.另一种在多跳自组网中应用较为广泛的是基于竞争的csma媒介接入控制协议，它的核心是节点在发送数据之前首先对无线信道进行监听，信道空闲时才发送数据报文，如果信道忙则执行退避算法直到信道空闲。csma协议分为非坚持、１坚持和ｐ坚持三种。
7.但无论是基于tdma协议还是基于竞争的csma协议，为了保障数据传输的可靠性，都要通过接收ack帧以确认数据的到达。通常在现场环境复杂时，一般会提高传感器无线通信的发射功率，以提高数据传输的可靠性。但同时不可避免地会增大传感器电量的开销，这与传感器的低功耗设计相矛盾。
8.同时，电缆隧道环境是一个典型的多金属环境。电缆环境内金属构架较多，金属对天线辐射出来的信号的吸收作用，这个影响在接地金属导体和大块大面积的金属导体上表现最为明显。电磁波辐射出天线后，金属会吸收掉空气中的一部分能量，从而降低了整个通信系统的能量转化效率，从而影响了通信效果。而在电缆隧道中随着传感器部署位置的不同，也会存在对传感器数据发送功率需求的差异，需要通过传感器的发射功率进行精细化设置，以满足高可靠性的数据传输要求。

技术实现要素：

9.本发明主要解决现有技术无法在现场环境复杂时兼顾数据传输的可靠性传感器成本的问题；提供一种基于自适应增益控制的电缆场景低功耗无线数据传输方法，在进行
数据接收灵敏度感知的基础上，自动调整发射功率，以达到提高数据传输可靠性的同时降低功耗的目的。
10.本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：基于自适应增益控制的电缆场景低功耗无线数据传输方法，包括以下步骤：s1：定义数据传输参数，数据传输参数包括调整倍数和调整值；s2：根据调整倍数和调整值计算调整因数；s3：定义数据传输功率的损耗，计算损耗带来的误差值；s4：更新发射功率，并将更新后的发射功率迭代调整值计算，直至获得设定的参考终值。
11.通过在自组网过程中采用基于最小误差估计的自适应增益控制算法，实现传感器在电缆通道不同位置处数据无线传输及组网过程中无线发射功率的自动优化，并达到高可靠数据发送与传感器低功耗的动态统一。
12.作为优选，所述的数据传输参数包括发射功率最大值p1、误差系数e、参考终值pe、迭代次数i、调整倍数a和调整值b；调整值b的初始值为p1/a。调整倍数代表了发射功率的收敛速度。
13.作为优选，所述的调整因数d的计算过程为：d=y(i)/p1；其中，y（i）为调整倍数a与第i次迭代时的调整值b的乘积。
14.第一次计算调整倍数与初始值的乘积，记为y(1)，此处y(1)=p1，调整因数即为y(1)/p1。
15.作为优选定义数据传输功率的损耗值为y_mag；y_mag = k
×
y(i)；其中，k为损耗系数。
16.考虑空气及电缆隧道中金属导体对数据传输功率的损耗。
17.作为优选，第i次迭代时误差值err(i)的计算过程为：err(i)=pe-y_mag；其中，pe为定义的参考终值；y_mag为数据传输功率的损耗值。
18.控制传感器接收灵敏度在-60dbm左右，以实现在保证数据可靠传输的同时降低传感器的功耗水平。
19.作为优选，更新后的发射功率p（n）为：p（n）=p（n-1）+e*err(i)；其中，p（n-1）为更新前的发射功率；e为误差系数。
20.控制传感器接收灵敏度在-60dbm左右，以实现在保证数据可靠传输的同时降低传感器的功耗水平。
21.作为优选，将调整前的发射功率替换为调整后的发射功率后，重复步骤s2-s4，直至达到预设的迭代次数。
22.在一定发射功率p的条件下实现数据接收灵敏度稳定在-60dbm。
23.本发明的有益效果是：采用基于最小误差估计的自适应增益控制算法，实现传感器在电缆通道不同位置处数据无线传输及组网过程中无线发射功率的自动优化，并达到高可靠数据发送与传感器低功耗的动态统一。
附图说明
24.图1是本发明的一种无线数据传输方法流程图。
具体实施方式
25.下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
26.实施例：本实施例的一种基于自适应增益控制的电缆场景低功耗无线数据传输方法，如图1所示，包括以下步骤：s1：定义数据传输参数，数据传输参数包括调整倍数和调整值。
27.数据传输参数包括发射功率最大值p1、误差系数e、参考终值pe、迭代次数i、调整倍数a和调整值b；调整值b的初始值为p1/a。
28.在传感器接收无线数据时，会计算出其接收灵敏度。一般的，当接收灵敏度大于-85dbm，则传感器可以稳定地接收数据。当接收灵敏度过高时，可有效增加传感器的传输距离，但同时会相应地增加传感器的功耗，减少续航时间。因此，可控制传感器接收灵敏度在-60dbm左右，以实现在保证数据可靠传输的同时降低传感器的功耗水平。
29.在本实施例中，定义误差系数e为0.1，参考终值pe为-60dbm，迭代次数i为20次。定义调整倍数为5，则初始值为p1/5。
30.此时调整倍数代表了发射功率的收敛速度。
31.s2：根据调整倍数和调整值计算调整因数。
32.调整因数d的计算过程为：d=y(i)/pi；其中，y（i）为调整倍数a与第i次迭代中的调整值b的乘积。
33.第一次计算调整倍数与初始值的乘积，记为y(1)，此处y(1)=p1，调整因数即为y(1)/p1。初始值为在第1次迭代中使用。
34.s3：定义数据传输功率的损耗，计算损耗带来的误差值。
35.定义数据传输功率的损耗值为y_mag；y_mag = k
×
y(i)；其中，k为损耗系数。
36.第一次迭代时的数据传输功率损耗值为y_mag = k
×
y(1)。
37.考虑空气及电缆隧道中金属导体对数据传输功率的损耗。
38.损耗系数k按照电缆通道内部环境确定，在本实施例中，损耗系数k的取值范围为：空旷1/400，钢结构1/100，混凝土1/40，空心砖1/4，石膏板1/2，玻璃1/2，镀膜玻璃1/16。
39.误差值err(i)的计算过程为：
err(i)=pe-y_mag；其中，pe为定义的参考终值；y_mag为数据传输功率的损耗值。
40.err(i)为第i次迭代的误差值。
41.计算第一次迭代过程中误差值err(1)为参考终值与y(1)的差，即err(1) =
ꢀ‑
60
ꢀ–ꢀ
y_mag。
42.s4：更新发射功率，并将更新后的发射功率迭代调整值计算，直至获得设定的参考终值。
43.更新后的发射功率p（n）为：p（n）=p（n-1）+e*err(i)；其中，p（n-1）为更新前的发射功率；e为误差系数。
44.将调整前的发射功率替换为调整后的发射功率后，重复步骤s2-s4，直至达到预设的迭代次数。
45.对发射功率的值进行更新，更新值为：误差值与误差系数相乘后与原发射功率的和，即：p2=p1+0.1*err(1)。
46.将p2替换为p1后，再次代入到算法中，进行上述步骤s2-s4的计算，迭代20次，即可将实现在一定发射功率p的条件下实现数据接收灵敏度稳定在-60dbm。
47.本方案只与迭代次数相关，且在迭代结束后是一个收敛优化过程，避免其他优化方法可能出现的发射功率调节振荡现象，进而实现发射功率的增益自优化调节，满足传感器在电缆场景下的应用需求。

技术特征：

1.基于自适应增益控制的电缆场景低功耗无线数据传输方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：定义数据传输参数，数据传输参数包括调整倍数和调整值；s2：根据调整倍数和调整值计算调整因数；s3：定义数据传输功率的损耗，计算损耗带来的误差值；s4：更新发射功率，并将更新后的发射功率迭代调整值计算，直至获得设定的参考终值。2.根据权利要求1所述的基于自适应增益控制的电缆场景低功耗无线数据传输方法，其特征在于，所述的数据传输参数包括发射功率最大值p1、误差系数e、参考终值pe、迭代次数i、调整倍数a和调整值b；调整值b的初始值为p1/a。3.根据权利要求1或2所述的基于自适应增益控制的电缆场景低功耗无线数据传输方法，其特征在于，所述的调整因数d的计算过程为：d=y(i)/p1；其中，y（i）为调整倍数a与第i次迭代时的调整值b的乘积。4.根据权利要求3所述的基于自适应增益控制的电缆场景低功耗无线数据传输方法，其特征在于，定义数据传输功率的损耗值为y_mag；y_mag = k
×
y(i)；其中，k为损耗系数。5.根据权利要求1或4所述的基于自适应增益控制的电缆场景低功耗无线数据传输方法，其特征在于，第i次迭代时误差值err(i)的计算过程为：err(i)=pe-y_mag；其中，pe为定义的参考终值；y_mag为数据传输功率的损耗值。6.根据权利要求5所述的基于自适应增益控制的电缆场景低功耗无线数据传输方法，其特征在于，更新后的发射功率p（n）为：p（n）=p（n-1）+e*err(i)；其中，p（n-1）为更新前的发射功率；e为误差系数。7.根据权利要求6所述的基于自适应增益控制的电缆场景低功耗无线数据传输方法，其特征在于，将调整前的发射功率替换为调整后的发射功率后，重复步骤s2-s4，直至达到预设的迭代次数。

技术总结

本发明公开了基于自适应增益控制的电缆场景低功耗无线数据传输方法。为了克服现有技术无法在现场环境复杂时兼顾数据传输的可靠性传感器成本的问题；本发明包括以下步骤：S1：定义数据传输参数，数据传输参数包括调整倍数和调整值；S2：根据调整倍数和调整值计算调整因数；S3：定义数据传输功率的损耗，计算损耗带来的误差值；S4：更新发射功率，并将更新后的发射功率迭代初始值计算，直至获得设定的参考终值。实现传感器在电缆通道不同位置处数据无线传输及组网过程中无线发射功率的自动优化，并达到高可靠数据发送与传感器低功耗的动态统一。一。一。