一种物联网智能水表数据传输功率自适应控制的方法与流程

本申请涉及人工智能，具体而言，涉及一种物联网智能水表数据传输功率自适应控制的方法。

背景技术：

1、物联网智能水表是全电子式结构水表，具有计量准确度高、对水资源的实时监控、自动完成阶梯水价计费、交易结算便捷等特点。然而，物联网智能水表长期安装在户外，通常使用电池作为主要的能源来源。电池的电量与智能水表的使用寿命有着很大的关系，电池的电量消耗完毕之后，也就表明智能水表无法工作，需要进行更换了。

2、而智能水表在向上级的集中器进行通信时，智能电表与上级的集中器之间的通信线路并不一定稳定，经常需要智能水表通过提升通信模组的功率的方式来增加通信线路的稳定性，保证信号的传输。

3、而现有的方案中，在智能水表发现无法与集中器进行通信连接时，就会直接增加智能水表的通信模组的功率，以及保证能够进行稳定的线路连接，这种操作方式很容易导致通信效率冗余，使得电池的电能消耗在多余的通信效率上，降低了智能水表的使用寿命。

技术实现思路

1、本申请的内容部分用于以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。本申请的内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。

2、作为本申请的第一个方面，为了解决以上背景技术部分提到的技术问题，本申请的一些实施例提供了一种物联网智能水表数据传输功率自适应控制的方法包括如下步骤：

3、步骤1：在智能水表与外界通信时，收集表征智能水表通信质量的影响参数和智能水表的剩余电量；

4、步骤2：将影响参数和剩余电量进行预处理得到输入数据；

5、步骤3：预先配置标签项，标签项包括增加传输功率、减少传输功率，以及保持当前传输功率；

6、步骤4：将输入数据输入至神经网络模型中，得到对应的标签项，根据得到的标签项调整智能水表的通信功率，直至智能水表通信结束。

7、本申请所提供的技术方案中，在智能水表与外界进行通信时，收集当前的通信质量和电池的剩余电量，根据电池的剩余电量和通信质量，来控制最终的通信功率，进而能够在尽量保证具有良好的通信质量的情况下，对通信功率进行精准的控制，避免电池的剩余电量消耗太大而影响电池的剩余寿命。

8、进一步的，步骤1包括如下步骤：

9、步骤11：当智能水表的通信模组工作时，收集通模组向外发送的信息的影响参数，影响参数包括信号强度s1、信噪比s2、数据包丢失率s3，以及传输延迟s4；

10、步骤12：实时监测智能水表的剩余电量s5。

11、进一步的，步骤2中，将信号强度s1、信噪比s2、数据包丢失率s3，以及传输延迟s4和剩余电量s5进行归一化处理。

12、进一步的，步骤3包括如下步骤：

13、预先配置标签项，标签项分别为增加传输功率、减少传输功率，以及保持当前传输功率；其中，增加传输功率和减少传输功率的数值为有效功率的最小数值。

14、进一步的，步骤4中，神经网络模型的奖励函数为：奖励函数r(s,a,s')，其中s表示当前状态，a表示采取的动作，s'表示下一个状态。这个奖励函数可以表示为：

15、r(s,a,s')＝

16、针对成功的数据传输：一个正的奖励值；

17、针对失败的数据传输：一个负的奖励值。

18、进一步的，步骤4中，奖励函数的更新函数为：

19、q(s,a)＝q(s,a)+α[r+γmaxa'q(s’,a')-q(s,a)]；

20、其中，α是学习率，控制新信息的影响程度；r是当前的即时奖励；r是折扣因子，用于权衡未来奖励的重要性；s'是下一个状态，a'是在下一个状态下选择的动作，s是指当前的状态，a是指采取的动作，q是q值的更新函数，q(s，a)是s状态下采取a动作得到的q值，maxa'是指在下一个状态所应该获取的最大q值。

21、进一步的，步骤4中，奖励函数的更新函数为：

22、q1(st,at)＝q1(st,at)+α[rt+γmaxa'q2(s’,a')-q(st+1,a)]；

23、q2(st,at)＝q2(st,at)+α[rt+γmaxa'q1(s’,a')-q(st+1,a)]；

24、q1(st,at)和q2(st,at)分别表示两个q网络的值函数，α是学习率，rt是在状态st执行动作at后获得的奖励，γ是折扣因子，表示未来奖励的重要性；

25、st和st+1分别表示下一个状态，at是在状态st选择的动作，maxa'q1(s’,a')-q(st+1,a)表示下一个状态st+1中最大的q值。

26、进一步的，步骤4包括如下步骤：

27、步骤41：建立反馈神经网络模型；

28、步骤42：预先获取对应的数据集，将数据集划分为训练数据和验证数据；

29、步骤43：将训练数据用于对神经网络模型的修正，然后用验证数据对神经网络模型进行验证；

30、步骤44：将输入数据输入至神经网络模型中，得到对应的标签项，根据得到的标签项调整智能水表的通信功率，直至智能水表通信结束。

31、进一步的，通过实际环境中运行物联网智能水表，并不断更新q值，使得算法能够逐步学习最优的功率调节策略。

技术特征：

1.一种物联网智能水表数据传输功率自适应控制的方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的物联网智能水表数据传输功率自适应控制的方法，其特征在于：步骤1包括如下步骤：

3.根据权利要求1所述的物联网智能水表数据传输功率自适应控制的方法，其特征在于：步骤2中，将信号强度s1、信噪比s2、数据包丢失率s3，以及传输延迟s4和剩余电量s5进行归一化处理。

4.根据权利要求1所述的物联网智能水表数据传输功率自适应控制的方法，其特征在于：步骤3包括如下步骤：

5.根据权利要求1所述的物联网智能水表数据传输功率自适应控制的方法，其特征在于：步骤4中，神经网络模型的奖励函数为：奖励函数r(s,a,s')，其中s表示当前状态，a表示采取的动作，s'表示下一个状态。这个奖励函数可以表示为：

6.根据权利要求5所述的物联网智能水表数据传输功率自适应控制的方法，其特征在于：步骤4中，奖励函数的更新函数为：

7.根据权利要求5所述的物联网智能水表数据传输功率自适应控制的方法，其特征在于：步骤4中，奖励函数的更新函数为：

8.根据权利要求1所述的物联网智能水表数据传输功率自适应控制的方法，其特征在于：步骤4包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的物联网智能水表数据传输功率自适应控制的方法，其特征在于：进一步的，步骤44中，通过实际环境中运行物联网智能水表，并不断更新q值，使得算法能够逐步学习最优的功率调节策略。

技术总结本申请公开了一种物联网智能水表数据传输功率自适应控制的方法包括。一种物联网智能水表数据传输功率自适应控制的方法包括如下步骤：步骤1：在智能水表与外界通信时，收集表征智能水表通信质量的影响参数和智能水表的剩余电量；步骤2：将影响参数和剩余电量进行预处理得到输入数据。本申请所提供的技术方案中，在智能水表与外界进行通信时，收集当前的通信质量和电池的剩余电量，根据电池的剩余电量和通信质量，来控制最终的通信功率，进而能够在尽量保证具有良好的通信质量的情况下，对通信功率进行精准的控制，避免电池的剩余电量消耗太大而影响电池的剩余寿命。技术研发人员：张军,罗长荣,张彬,李磊,王龙龙,于伟,张忠元,李晓雄,陈永平,马浩东受保护的技术使用者：宁夏隆基宁光仪表股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/27