一种对等网络存储弱网适应化智能电表传输方法及系统与流程

本发明涉及智能电表，特别涉及一种对等网络存储弱网适应化智能电表传输方法及系统。

背景技术：

1、传统的智能电表通常使用有线传输方式进行数据传输。智能电表通过物理连接(如电缆或电话线)与数据收集器或中央数据管理系统相连。这种传输方式可靠性高，传输速度较快，不易受到干扰。然而，有线通信需要布线和安装额外的设备，增加了成本和复杂性。一些高端的智能电表使用光纤传输数据。光纤通信具有高带宽和抗干扰性能，能够传输大量数据。然而，光纤通信需要专用的设备和基础设施，并且成本较高。

2、但是，这些传统的有线传输方法在稳定的网络环境下表现良好，在弱网环境下却存在一些挑战。在一些偏远地区或发展中国家的农村地区，网络基础设施可能不完善，网络连接可能不稳定或者速度较慢。此外，天气条件、建筑物遮挡和电磁干扰等因素也可能影响有线传输的性能。因此，弱网适应化的智能电表应用而生；

3、弱网适应化的智能电表则通过采用无线传输技术来应对弱网环境的挑战。无线传输技术可以基于无线通信标准，如蜂窝网络(如2g、3g、4g、5g)、wi-fi、lorawan(低功耗广域网)或nb-iot(窄带物联网)等。这些无线技术具有较远的覆盖范围和较低的传输成本，适用于弱网环境。传统的有线传输方式在网络覆盖不完善的地区或农村地区无法使用，而弱网适应化的智能电表可以通过无线传输技术在这些地区提供智能电表服务。无线传输技术相比有线传输方式，不需要布线和额外设备，降低了安装和维护的成本。无线传输可以实现即时数据传输，使得能源公司或用户可以实时了解能源使用情况，从而更好地管理能源消耗和优化能源分配。无线传输技术可以支持多种通信标准，具有较高的灵活性和可扩展性。根据特定地区或用户的需求，可以选择适合的无线技术。

4、弱网适应化的智能电表通过采用无线传输技术，能够在弱网环境下提供智能电表服务，降低成本，提供实时数据，并具备灵活性和可扩展性。这对于推动能源管理的智能化和提高能源利用效率具有重要意义。

5、但是，经过发明人长期工作与研究发现，传统技术中弱网适应化的智能电表存在如下的技术问题亟需解决：

6、一、传输效率相对较低：传统技术在面对弱网环境时，往往无法有效地适应网络状况的变化。它可能采用固定的传输策略和算法，无法根据网络的实时状况进行调整和优化。这导致了传输效率低下，数据传输速度慢，可能出现数据丢失和传输中断的情况。

7、二、数据可靠性差：由于传统技术无法针对弱网环境进行自适应调整，数据在传输过程中容易受到干扰和丢失。传统技术缺乏数据校验和重传机制，无法有效地处理数据传输过程中的错误和丢失。这可能导致数据的不完整和不准确，影响智能电网系统的正常运行和数据分析。

8、三、系统稳定性差：传统技术对于网络状态的监控和调整能力有限。它缺乏实时的网络状态监测和反馈机制，无法及时感知网络的变化并作出相应的调整。这可能导致系统的不稳定性，难以应对弱网环境下的数据传输需求，影响整个智能电表系统的性能和可靠性。

9、四、缺乏灵活性和可扩展性：传统技术往往采用固定的传输方法和算法，难以适应不同网络环境和应用场景的需求。它缺乏灵活性和可扩展性，无法根据不同的弱网条件和数据量进行动态调整和优化。这限制了传统技术在面对复杂网络环境和大规模应用时的适应能力。

10、为此，提出一种对等网络存储弱网适应化智能电表传输方法及系统。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施例希望提供一种对等网络存储弱网适应化智能电表传输方法及系统，以解决或缓解现有技术中存在的技术问题，至少提供一种有益的选择；

2、本发明实施例的技术方案是这样实现的：

3、第一方面

4、一种对等网络存储弱网适应化智能电表传输方法，包括如下步骤：

5、step 1:初始化：

6、step 1.1:设有n个智能电表，其中每个电表i的原始数据为d_i，网络连接状态为n_i；

7、step 1.2:设元胞状态为c_i(d_i,n_i)；

8、step 1.3:每个元胞的初始状态为c_i(d_i,n_i0)，其中n_i0为元胞i的初始网络状态；

9、在上述的实施方式中，通过初始化的方式对一组智能电表进行设定。每个智能电表具有原始数据d_i和网络连接状态n_i。此外，引入了元胞的概念，每个元胞的状态表示为c_i(d_i,n_i)。初始状态为c_i(d_i,n_i0)，其中n_i0表示元胞i的初始网络状态。

10、step 2:数据压缩：

11、step 2.1:定义压缩函数c(d)，为对数据d应用哈夫曼编码算法进行压缩；

12、step 2.2:应用压缩函数c(d)，将每个元胞i的原始数据d_i压缩为d'_i，d'_i＝c(d_i)；

13、在上述的实施方式中，采用数据压缩的方法对每个元胞中的原始数据进行处理。首先，定义了一个压缩函数c(d)，该函数将应用哈夫曼编码算法对数据d进行压缩。然后，应用压缩函数c(d)，将每个元胞i的原始数据d_i压缩为压缩后的数据d'_i，即d'_i＝c(d_i)。

14、step 3:数据分片：

15、step 3.1:定义分片函数f(d')，为将数据d'分片为n个数据包，每个数据包的大小为s；

16、step 3.2:应用分片函数f(d'_i)，将每个元胞i的压缩后的数据d'_i分片为n个数据包{p1_i,p2_i,...,pn_i}，{p1_i,p2_i,...,pn_i}＝f(d'_i)；

17、在上述的实施方式中，采用数据分片的方法对压缩后的数据进行处理。首先，定义了一个分片函数f(d')，该函数将压缩后的数据d'分成n个大小相等的数据包，每个数据包的大小为s。然后，应用分片函数f(d'_i)，将每个元胞i的压缩后的数据d'_i分片为n个数据包{p1_i,p2_i,...,pn_i}，即{p1_i,p2_i,...,pn_i}＝f(d'_i)。

18、step 4:元胞自动机规则定义：

19、step 4.1:根据元胞i的状态c_i(d_i,n_i)及其周围元胞状态c_j(d_j,n_j)(j≠i)；

20、定义元胞自动机的转移规则r，r(c_i(d_i,n_i),c_j(d_j,n_j))返回下一步的状态c_i'(d'_i,n'_i)；

21、在上述的实施方式中，根据元胞i的状态c_i(d_i,n_i)以及周围其他元胞的状态c_j(d_j,n_j)(j≠i)，定义了元胞自动机的转移规则r。转移规则r是一个函数，接受元胞的当前状态和周围元胞的状态作为输入，返回元胞的下一个状态c_i'(d'_i,n'_i)。

22、step 5:数据包发送：

23、step 5.1:定义发送函数s(p_k_i,n_i)为根据网络状态n_i将数据包p_k_i从元胞i发送到基站；

24、step 5.2:如果s(p_k_i,n_i)返回成功，表示基站接收到p_k_i，否则，p_k_i需要重传；

25、在上述的实施方式中，定义了一个发送函数s(p_k_i,n_i)，该函数用于将数据包p_k_i从元胞i发送到基站。发送函数的实现依赖于元胞i的网络状态n_i。通过判断网络状态，确定数据包的发送方式和机制，以保证数据包的可靠传输。如果发送函数s(p_k_i,n_i)返回成功，表示基站已成功接收到数据包p_k_i；否则，需要进行数据包的重传。

26、step 6:arq重传策略：

27、step 6.1:定义重传函数r(p_k_i)；如果数据包p_k_i在s(p_k_i,n_i)失败后重新发送，即r(p_k_i)＝success；

28、step 6.2:通过比较基站接收到的数据包和元胞i发送的数据包，如果不匹配，调用r(p_k_i)重传数据包；

29、在上述的实施方式中，定义了一个重传函数r(p_k_i)，用于实现arq(自动重传请求)的重传策略。当数据包p_k_i在发送函数s(p_k_i,n_i)失败后，即未成功传输到基站时，会调用重传函数r(p_k_i)。重传函数的目的是重新发送数据包，使其能够成功传输到基站。如果重传函数r(p_k_i)返回成功，表示数据包已成功重传；否则，需要继续进行重传操作，直到数据包成功到达基站为止。

30、step 7:网络状态监控

31、step 7.1:定义网络监控函数w(n)，返回网络当前状态n'_i，其中包括网络带宽、延迟等信息；

32、step 7.2:应用w(n)监控每个元胞i的网络状态n_i，并更新为n'_i；

33、在上述的实施方式中，定义了一个网络监控函数w(n)，用于监控当前的网络状态。网络监控函数接受网络当前状态n作为输入，并返回更新后的网络状态n'_i，其中包括网络带宽、延迟等信息。通过应用网络监控函数w(n)，可以对每个元胞i的网络状态n_i进行实时监测和更新。

34、step 8:数据校验

35、step 8.1:定义校验函数v(p_k_i)为对数据包p_k_i应用crc算法进行校验；

36、step 8.2:在发送每个数据包p_k_i前，先计算校验值v(p_k_i)，并将其附加到数据包中；

37、在上述的实施方式中，定义了一个校验函数v(p_k_i)，用于对数据包p_k_i应用crc(循环冗余校验)算法进行校验。crc算法是一种常用的校验方法，通过对数据进行计算，生成校验值，以检测数据传输过程中是否存在错误。在发送每个数据包p_k_i之前，先计算校验值v(p_k_i)，并将其附加到数据包中，以确保数据包的完整性和准确性。

38、step 9:对等网络存储

39、step 9.1:定义数据存储函数m(d,c_j)为将数据d存储在元胞i或元胞j中，其中c_j为元胞j的状态；

40、step 9.2:如果元胞i的数据传输失败，可以从元胞j中获取备份的数据。

41、在上述的实施方式中，定义了一个数据存储函数m(d,c_j)，用于将数据d存储在元胞i或元胞j中。其中，c_j表示元胞j的状态，可以作为数据存储的依据。通过应用数据存储函数m(d,c_j)，可以将数据d备份到元胞i或元胞j中，以实现对等网络存储。

42、step 10:重复步骤4至9

43、step 10.1:在每个时间步，应用元胞自动机的规则r更新每个元胞的状态。

44、step 10.2:重复步骤4至9，直到所有的数据都被成功传输到基站。

45、在上述的实施方式中，重复执行步骤4至9，以实现智能电表系统的数据传输和通信过程。在每个时间步中，应用元胞自动机的规则r来更新每个元胞的状态。同时，循环执行步骤4至9，直到所有的数据都被成功传输到基站。

46、第二方面

47、一种对等网络存储弱网适应化智能电表传输系统，所述传输系统包括处理器、与所述处理器耦接的存储器，所述存储器中存储有程序指令，所述程序指令被所述处理器执行时，使所述处理器执行如上述所述的传输方法。

48、这种对等网络存储弱网适应化智能电表传输系统包括处理器和与处理器耦合的存储器。存储器中存储有程序指令，当这些程序指令被处理器执行时，系统能够执行之前描述的传输方法。通过处理器的执行，系统能够实施对等网络存储弱网适应化智能电表传输方法中的各个步骤。处理器通过读取存储器中存储的程序指令，按照预定的顺序和逻辑执行这些指令，以实现传输系统的各项功能。

49、第三方面

50、一种存储介质，存储有能够实现如上述所述的传输方法的程序指令。

51、这种存储介质是一种用于存储程序指令的媒介，其中存储了能够实现之前描述的传输方法的程序指令。这种存储介质可以采用多种形式，例如闪存、硬盘、固态硬盘、内存芯片等。它具有足够的容量和读写速度，以存储传输方法所需的程序指令，并在需要时能够快速读取和加载这些指令。存储介质中存储的程序指令被设计为能够驱动传输系统的各个步骤，包括初始化、数据压缩、数据分片、元胞自动机规则定义、数据包发送、arq重传策略、网络状态监控、数据校验等。这些程序指令按照特定的顺序和逻辑组织，以实现传输方法的各项功能。通过使用这种存储介质，传输系统可以轻松地获取和加载程序指令，并根据需要执行这些指令，以实现智能电表的弱网适应化数据传输。存储介质的可靠性和稳定性确保了程序指令的可靠存储和读取，从而确保了传输方法的正确执行。因此，这种存储介质的存在为智能电表传输系统提供了所需的程序指令，使其能够实现弱网适应化的数据传输。它在智能电表领域中发挥着关键的作用，为智能电网提供可靠、高效的数据传输解决方案。

52、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

53、一、高自适应性：以元胞自动机为主要设计理念，本发明的技术在智能电表传输系统中能够实现自适应性。元胞自动机的特点在于每个元胞根据自身状态和周围元胞的状态进行局部决策，通过集体行为产生全局的效果。这种设计理念使得智能电表能够根据局部网络状况自主调整和优化传输策略，从而在整体上提高系统的性能和效果。

54、二、增加灵活性和可扩展性：采用了元胞自动机作为设计理念，通过定义元胞自动机的规则和处理器执行的程序指令，使系统具备了灵活性和可扩展性。元胞自动机规则定义允许根据元胞状态和周围元胞状态进行自适应转移，以适应不同的网络环境。同时，处理器执行的程序指令能够根据需要执行不同的功能，满足不同应用场景的需求。

55、三、提高传输效率：通过数据压缩和分片的方式，减少了传输数据的大小，从而提高了传输效率。此外，引入自适应重传策略和数据校验，避免了不必要的重传和数据传输错误，进一步提高了传输效率。

56、四、提升数据可靠性：通过引入数据校验和重传机制，确保数据的完整性和正确性。数据校验能够检测出数据传输过程中的错误，而重传机制可以在发生传输错误时进行数据包的重新传输，保证了数据的可靠性。

57、五、增强系统稳定性：通过网络状态监控功能，实时感知网络的带宽、延迟等信息，并及时更新元胞的网络状态。这使得系统能够根据网络的实际情况进行调整和优化，提高了系统的稳定性和适应能力。