一种能量均衡的无线数据传输方法和装置与流程

本发明涉及无线传输领域，尤其涉及一种能量均衡的无线数据传输方法。

背景技术：

1、随着新型电力系统的深入发展，新能源比例逐步升高，对于电缆稳定运行也增加了些许风险；为了保障隧道电缆运行的稳定性，运检部门开始要求电缆本体及隧道环境内增加多种类型监控传感器，但隧道内通道资源有限，大多数情况下缺少有线通道；针对分布式的传感器数据接入传输需求，中短距离无线传输成为优选辅助手段，一般选择lpwan(low-power wide-area network，低功率广域网络)方式较多。隧道内中短距离无线通信存在一个较大的能量供应不足问题，隧道环境电源部署较难，传感器或本地通信网关一般采用锂电池或者消防电源供电，消防电源一般只在条件较好的隧道内部署，而锂电池局级功率较大、并在封闭空间的情况下存在爆炸的安全风险，因此需要对隧道监控系统的整体能量进行最优化管理，保障隧道内有限的能量利用率达到最高。

技术实现思路

1、本发明实施例所要解决的技术问题是：提供了一种能量均衡的无线数据传输方法，通过构建能量均衡模型和基于联邦学习的路由算法，降低了通信开销，提高了电缆隧道内的网络能量利用率。

2、为了解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例提供一种能量均衡的无线数据传输方法，包括：

3、获取设于电缆隧道内的传感器节点采集的初始数据；

4、对所述初始数据进行数据预处理；其中，所述数据预处理包括数据清洗和完整性校验；

5、构建数据组网拓扑，为每一所述传感器节点定义路由表；

6、建立参数组合矩阵，利用所述参数组合矩阵对能耗代价进行评估，根据评估结果确定路由路径；

7、将预处理后的数据通过所述路由路径传送至服务器。

8、进一步地，所述建立参数组合矩阵，利用所述参数组合矩阵对能耗代价进行评估，根据评估结果确定路由路径，包括：

9、根据传感器节点与网关节点的无向图建立参数组合矩阵；

10、根据所述参数组合矩阵更新所述传感器节点的通信代价参数；其中，所述通信代价参数包括通信频率、扩频因子、带宽、编码率、传输功率；

11、以所述通信代价参数为核心，对能量消耗进行评估；

12、根据评估结果确定所述传感器节点之间的路由路径。

13、进一步地，所述根据评估结果确定路由路径之后，还包括：

14、构建能量均衡模型，根据所述能量均衡模型进行自适应路径规划。

15、进一步地，所述构建能量均衡模型，根据所述能量均衡模型进行自适应路径规划，包括：

16、确定所述传感器节点路径选择的相关因子；其中，所述路径选择相关因子包括功率因子、信道编码因子、传输速率、可扩展因子；

17、根据所述相关因子和所述传感器节点的能耗，发送数据至指定网关；

18、所述指定网关根据接收的数据调整所述相关因子，进行自适应路径规划。

19、进一步地，所述根据评估结果确定路由路径之后，还包括：

20、采用基于联邦学习的路由算法，对所述最优路由路径进行优化。

21、进一步地，所述采用基于联邦学习的路由算法，对所述最优路由路径进行优化，包括：

22、构建初始全局网络模型；

23、将所述传感器节点的数据源划分为已选集和待选集；

24、所述已选集和所述待选集分别对所述初始全局网络模型进行训练；

25、将训练后的模型参数加密上传至网关，以使网关对所述初始全局网络模型进行训练；

26、根据所述网关的训练结果对所述最优路由路径进行优化。

27、进一步地，所述已选集和所述待选集分别对所述初始全局网络模型进行训练，包括：

28、所述已选集和所述待选集接收第三方协作者发送的公钥；

29、对所述初始全局网络模型进行训练，将训练的中间结果和下降梯度参数通过所述公钥发送给协作者；

30、通过协作者返回的真实梯度值，对所述已选集和所述待选集的模型参数进行更新。

31、为了解决上述技术问题，第二方面，本发明实施例提供一种能量均衡的无线数据传输装置，包括：

32、数据获取模块，用于获取传感器节点采集的初始数据；

33、数据预处理模块，用于对所述初始数据进行数据预处理；

34、网络构建模块，用于构建数据组网拓扑，为每一所述传感器节点定义路由表；

35、路径确定模块，用于建立参数组合矩阵，利用所述参数组合矩阵对能耗代价进行评估，根据评估结果确定路由路径；

36、数据传输模块，用于将预处理后的数据通过所述路由路径传送至服务器。

37、为了解决上述技术问题，第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，其特征在于，包括：

38、存储器，用于存储计算机程序；

39、处理器，用于执行所述计算机程序；

40、其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一方面任一项所述的能量均衡的无线数据传输方法。

41、为了解决上述技术问题，第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现上述第一方面任一项所述的能量均衡的无线数据传输方法。

42、与现有技术相比，本发明实施例提供的一种能量均衡的无线数据传输方法，其有益效果在于：通过能量均衡的路径选择方法，计算出一套能量最低、传输效果最优的路由路径，基于联邦深度学习的路由算法，增强了无线数据传输的安全性能，大大提升了网络生命周期的运行瓶颈和网络能量效率。

技术特征：

1.一种能量均衡的无线数据传输方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的能量均衡的无线数据传输方法，其特征在于，所述建立参数组合矩阵，利用所述参数组合矩阵对能耗代价进行评估，根据评估结果确定路由路径，包括：

3.如权利要求1所述的能量均衡的无线数据传输方法，其特征在于，所述根据评估结果确定路由路径之后，还包括：

4.如权利要求3所述的能量均衡的无线数据传输方法，其特征在于，所述构建能量均衡模型，根据所述能量均衡模型进行自适应路径规划，包括：

5.如权利要求1所述的能量均衡的无线数据传输方法，其特征在于，所述根据评估结果确定路由路径之后，还包括：

6.如权利要求5所述的能量均衡的无线数据传输方法，其特征在于，所述采用基于联邦学习的路由算法，对所述最优路由路径进行优化，包括：

7.如权利要求6所述的能量均衡的无线数据传输方法，其特征在于，所述已选集和所述待选集分别对所述初始全局网络模型进行训练，包括：

8.一种能量均衡的无线数据传输装置，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如权利要求1至7任一项所述的能量均衡的无线数据传输方法。

技术总结
本发明公开了一种能量均衡的无线数据传输方法、装置、设备及存储介质。该方法包括：获取设于电缆隧道内的传感器节点采集的初始数据；对初始数据进行数据预处理；其中，数据预处理包括数据清洗和完整性校验；构建数据组网拓扑，为每一传感器节点定义路由表；建立参数组合矩阵，利用参数组合矩阵对能耗代价进行评估，根据评估结果确定路由路径；将预处理后的数据通过路由路径传送至服务器。通过能量均衡的路径选择方法，计算出一套能量最低、传输效果最优的路由路径，基于联邦学习的路由算法，增强了无线数据传输的安全性能，大大提升了网络生命周期的运行瓶颈和网络能量效率。

技术研发人员：金旻昊,樊立波,韩荣杰,孙智卿,王亿,朱卫东,王一达,程炜东,张水云,方响,黄佳斌,来益博,屠永伟,宣羿,蒋建,陈益芳,李颖玥,王奇锋,陆涛,邵鹏程
受保护的技术使用者：国网浙江省电力有限公司杭州供电公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17