绿色物联网：能源消耗与移动管理的创新解决方案

### 绿色物联网：能源消耗与移动管理的创新解决方案 #### 1. 基于物联网评估绿色解决方案的架构 在当今科技飞速发展的时代，各种先进技术正不断推动着车辆、道路和驾驶员安全评估的进步。而这里要介绍的是一种新颖且自适应的物联网架构，它能够对城市道路网络的安全状况进行评估。 这个架构的评估元素十分关键，它们可以综合成一个有意义的安全指标。架构的组件及其相互关系也很重要，其中包含一个强大的用于安全评估的计算核心。此架构的目标之一是实现一种具有成本效益的动态评估解决方案，其设置不仅用于探索，还用于验证。 在连接方面，如果传感元素能够直接连接到云存储库，比如盒子加密狗或智能手机，这种连接是被允许的；否则，会通过另一个设备间接建立连接，例如记录仪通过笔记本电脑，扫描工具的加密狗通过智能手机。 然而，基于WLAN和WWAN的物联网面临着过载或拥塞的重大挑战。针对此，Liu等人提出了一种偏移监听间隔算法，以缓解网络争用和延迟。该算法确保M2M流量在WLAN信标周期内以计算好的偏移量均匀分布，接入点制定唤醒计划，使在特定信标周期内唤醒的设备数量最少。不过，对于应急应用中对延迟敏感的物联网设备，还需要进一步改进以确保不同的延迟界限。 Lin等人则提出了一种深度睡眠机制，通过为低能耗设备动态授予更高的信道访问优先级，增强了IEEE 802.11 PSM。该机制解决了监听或拥塞问题，因为设备的唤醒时间是随机延迟的。物联网设备在一定时间后必须唤醒，然后物联网网关将所有缓冲数据包传输到所有设备。 另外，对帧时隙Aloha和树分裂争用解决这两种争用解决机制下的能量和延迟进行了分析。基于最优数据包长度，这些机制确保了M2M网络的能源效率和最小延迟。如果风扇出现故障，根据风扇频率从查找表中获取的空气流量率将与实际空气流量率产生偏差。将不正确的气流作为冷却塔模型的输入，会导致估计参数偏离正常范围，从而检测到故障。 在电力消耗方面，节能优化是一个具有挑战性的领域，需要新的方法来解决潜在问题。对于电池供电系统来说，电力是至关重要的资源。尽管最近的技术进步使这类系统在尺寸和重量上实现了小型化，但功耗在设计过程中仍然是一个主要问题。在评估真正的功耗时，需要同时考虑系统的软件和硬件方面，通常硬件部分被认为更消耗资源。在上下文感知的问题中，节能至关重要。因为上下文感知系统可能是移动的，它依赖于设备上的内部传感器和环境中的外部传感器，所以需要节约电力。此外，上下文识别本身也是一个耗电任务，一旦收集到上下文，就必须进行处理，而处理也会消耗电力。这种技术需要先验信息，以有效地预测何时轮询传感器，以及在传感器提供连续数据时何时处理上下文。如果将上下文分类作为一种预测算法，将有助于实现功耗感知任务；否则，系统将使用两种不同的学习算法，一种用于上下文分类，另一种用于传感器轮询。 #### 2. 物联网生态系统与通信挑战 典型的生态系统架构展示了智能对象之间或对象内部通过不同协议层（如MAC层、网络层、处理层、服务层和业务层）进行的传感器节点通信。无线传感器网络（WSNs）是一个真正的跨学科研究课题，但实现网络范围内的通信是一个重大挑战。由于电池无法更换，通信协议应尽可能节能，这意味着大部分时间要关闭无线电芯片。与传统无线网络不同，源节点和目标节点大多不在通信范围内，需要中间节点转发消息。在这种多跳方案中，会出现新的问题，如处理转发过程中增加的负载，或找到源节点和目标节点之间合适的多跳路径。 物联网被描述为网络的网络，它有着自己的历史、三种愿景和发展历程。智能电网是物联网最重要的应用之一，其架构和元素也备受关注。然而，这些系统的故障检测很困难，因为它们规模庞大，由许多耦合子系统组成，依赖于建筑物和设备，并且在时变条件下工作。实际上，这样的系统可能会运行数周甚至数月，这意味着差异幅度会更大。不过，与实际的物联网场景相比，即使在模拟时间内，所提出的P2P雾模型在带宽吞吐量方面也比云计算和雾计算更优。还提出了一个模型来研究雾 - 云计算和传统云计算中的功耗和延迟，并提出了一种受进化算法启发的解决方案来解决权衡问题。模拟和数值结果表明，该方法在大量实时、低延迟的物联网应用中具有实际意义。 #### 3. 电子物理结构在能源系统中的应用 当前，改变整体能源结构是在推动经济现实和保护世界之间进行的一场危险权衡。减少二氧化碳排放至关重要，《巴黎协定》建议将全球气温上升限制在21°C。有效的能源系统变革需要创新发展、经济改善、技术干预和社会变革等多方面的共同努力。其中，一些方面特别令人鼓舞，例如低碳电力方法。此外，能源结构中分散式发电和储能的出现模糊了传统生产者和消费者之间的界限，催生了“产消者”。我们正处于能源系统从普遍孤立的能源储存室和直接有效链向具有关联部分和附属物的互联复杂结构转变的关键节点。 电子物理结构方面，其目标是概念化电子技术的各种更新及其对能源结构的影响，特别关注常规合理性和经济合法性。先进的计量结构（AMI）可能是能源系统中大数据的重要来源，而大数据的评估可以通过人工智能（AI）和机器学习（ML）来实现。物联网可以通过语义网实现数据共享，从而形成物理实体的虚拟轮廓，由此引出了网络物理系统（CPS）的概念。 CPS是相关计算机和物理系统在水平（身体和计算机内部独立）和垂直（物理系统和计算机之间的融合）层面的策略。在这里，CPS被描述为物理和计算部分共同生产的接口结构，而