[发明专利]通信调度方法、系统及监测系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术领域，尤其涉及一种通信调度方法、系统及监测系统和方法。

背景技术

无线传感器网络是由大量传感器节点以自组织方式构成的多跳无线网络系统,其目的是协同地感知、采集、处理和传输网络覆盖区域内感知对象的监测信息,并报告给用户。无线传感器网络融合了传感技术、嵌入式技术、无线网络技术、分布式智能信息处理等技术，具有规模大、成本低、组网灵活等特点，已经广泛应用于军事、科研、工业监控、医疗等领域。

物流领域是无线传感器网络的重要应用领域。运输过程中，货物状态的实时监测是传感器网络重要的应用之一。在火车货物运输实时监测的应用中，每列货车由几十节车厢组成，每节车厢上部署一个网关和若干个传感器节点。传感器节点可以感知运输货物的温度、湿度、回潮率和烟雾等信息，并可以通过短距离无线通信协议发送给网关。网关一方面收集传感器节点的信息，另一方面需要将收集到的信息通过蜂窝网络发送到远程服务器，进行进一步的数据存储和实时分析处理。

蜂窝网由其高覆盖率、移动切换性好、低资费等特点成为目前移动接入的首选。但是蜂窝网络固有高功耗的特点，尤其在数据业务模式下，使得在列车货物运输监测中，使用电池供电的网关模块的能耗问题成为影响其性能的关键问题之一。

在蜂窝网络中，能量控制和信道编码都是必须要实现的功能，移动终端的发送功率及发送速率存在多个等级，其可以根据环境中测得的环境参数进行实时调整，例如接收电平信号等级等。其目的主要是降低移动终端的能耗、提高数据速率和减少设备间的干扰。而功率控制和传输速率的控制是与当前位置的信号强度相关的。因此，当在信号质量好的地方进行通信时，可以通过降低发送功率和提高发送速率，来降低每比特能耗。

在火车货物运输应用中，部署于火车车厢上的网关，正是经历着一个时变的信道，信道质量随着火车的运行呈现高低变化。因此可以通过控制数据包的发送时间，使数据包在信号质量好的地方进行发送，从而能够节省能量。

由于蜂窝通信中，基站的位置相对固定，其参数也在一定的时间内保持不变，因此，信号强度呈现出很强的位置相关性。即，在同一个地理位置处，不同时间内测得的蜂窝网信号强度变化不大。可以利用蜂窝网信号强度在地理位置上的相关性，预先测量好所要经过地理位置的信号强度值进行数据包的发送调度。

针对这个基本思路已经有些研究：利用人活动的规律性，即每天行走的路线差别不大，现有工作基于蜂窝网络信号强度的空间相关性，预先测量道路的信号变化轨迹，在此后经过此路段时，利用历史信号强度轨迹，进行数据包发送时间和位置的调度。

但是，基于历史轨迹的方法并不适用于铁路货物运输的数据发送，一是因为火车运输线路较长，预先测量会增加额外的工作量；二是因为火车上装载的货物及货物运输的目的地不尽相同，在中间站点可能会进行列车车厢的重组操作，使得无法估计每个车厢的运输路线。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种通信调度方法、系统及监测系统和方法，减少能耗。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种通信调度方法，应用于包括第一网关和第二网关的通信系统，所述第一网关和所述第二网关位于同一列火车的不同车厢上，在火车的行进方向上，所述第一网关位于所述第二网关之前，所述第一网关与所述第二网关之间通过短距离无线通信信道进行通信，所述通信调度方法包括：

所述第一网关采集当前位置的第一蜂窝网信号强度信息，并通过短距离无线通信信道发送给所述第二网关；

所述第二网关接收并根据所述第一蜂窝网信号强度信息预测自身前方路段的第二蜂窝网信号强度；

所述第二网关根据所述第二蜂窝网信号强度的预测结果进行蜂窝网通信信道数据发送时间和发送数量的调度。

进一步地，上述通信调度方法还可具有以下特点，所述蜂窝网为通用无线分组业务网、第三代移动通信技术网或全球微波互联接入网。

为解决上述技术问题，本发明还提出了一种通信调度系统，包括至少两个网关，所述至少两个网关位于同一列火车的不同车厢上，所述至少两个网关之间通过短距离无线通信信道进行通信，所述网关包括：

采集模块，用于采集本车厢当前位置的第一蜂窝网信号强度信息；

第一短距离通信模块，用于通过短距离无线通信信道将所述第一蜂窝网信号强度信息发送给第一网关以及接收第二网关发送的第二蜂窝网信号强度信息，所述第一网关为在火车行进方向上位于本车厢后面车厢上的网关，所述第二网关为在火车行进方向上位于本车厢前面车厢上的网关；