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龍圖騰網(wǎng)獲悉重慶朗奕迪實(shí)業(yè)有限公司;重慶三峽學(xué)院申請(qǐng)的專(zhuān)利一種基于移動(dòng)終端的中繼自組網(wǎng)通信方法和系統(tǒng)獲國(guó)家發(fā)明授權(quán)專(zhuān)利權(quán)，本發(fā)明授權(quán)專(zhuān)利權(quán)由國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局授予，授權(quán)公告號(hào)為：CN120390267B 。

龍圖騰網(wǎng)通過(guò)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局官網(wǎng)在2025-09-26發(fā)布的發(fā)明授權(quán)授權(quán)公告中獲悉：該發(fā)明授權(quán)的專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?專(zhuān)利號(hào)為：202510874306.8，技術(shù)領(lǐng)域涉及：H04W40/22；該發(fā)明授權(quán)一種基于移動(dòng)終端的中繼自組網(wǎng)通信方法和系統(tǒng)是由左子垚;譚楨興;譚澤富;雷國(guó)平設(shè)計(jì)研發(fā)完成，并于2025-06-27向國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的專(zhuān)利申請(qǐng)。

本一種基于移動(dòng)終端的中繼自組網(wǎng)通信方法和系統(tǒng)在說(shuō)明書(shū)摘要公布了：本發(fā)明提供一種基于移動(dòng)終端的中繼自組網(wǎng)通信方法和系統(tǒng)，涉及移動(dòng)終端的中繼自組網(wǎng)通信技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明通過(guò)移動(dòng)終端集成動(dòng)能轉(zhuǎn)換器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能量補(bǔ)給速率，計(jì)算能量可持續(xù)指數(shù)，估算鄰近節(jié)點(diǎn)距離，構(gòu)建多維空間中的能量?地理聯(lián)合梯度場(chǎng)，且節(jié)點(diǎn)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)密度動(dòng)態(tài)調(diào)整能量與地理的權(quán)重系數(shù)，生成綜合梯度向量，利用IMU采集運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)修正地理梯度場(chǎng)以提高位置預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性；當(dāng)中繼鏈路失效時(shí)，上游節(jié)點(diǎn)可重新廣播請(qǐng)求，觸發(fā)局部梯度場(chǎng)的更新，周?chē)?jié)點(diǎn)根據(jù)最新信息刷新梯度場(chǎng)，選擇新的中繼節(jié)點(diǎn)；同時(shí)將梯度信息嵌入數(shù)據(jù)包頭部，當(dāng)節(jié)點(diǎn)能量可持續(xù)指數(shù)低于閾值時(shí)引入能量衰減因子，及時(shí)退出中繼任務(wù)，由高能量節(jié)點(diǎn)接管，從而均衡網(wǎng)絡(luò)能耗。

本發(fā)明授權(quán)一種基于移動(dòng)終端的中繼自組網(wǎng)通信方法和系統(tǒng)在權(quán)利要求書(shū)中公布了：1.一種基于移動(dòng)終端的中繼自組網(wǎng)通信方法，其特征在于，具體步驟包括： 步驟1：移動(dòng)終端通過(guò)集成動(dòng)能轉(zhuǎn)換器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其能量補(bǔ)給速率，并基于預(yù)設(shè)時(shí)間窗口和當(dāng)前能耗速率計(jì)算能量可持續(xù)指數(shù)，同時(shí)終端通過(guò)RSSI估算鄰近節(jié)點(diǎn)距離、廣播自身能量狀態(tài)與地理位置信息，構(gòu)建能量梯度場(chǎng)和地理梯度場(chǎng)，形成多維空間中的能量-地理聯(lián)合梯度場(chǎng)； 步驟2：移動(dòng)終端利用IMU采集加速度與角速度數(shù)據(jù)，結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)模型預(yù)測(cè)未來(lái)位移，并通過(guò)速度矢量計(jì)算位置預(yù)測(cè)的置信度，使用該置信度修正地理梯度場(chǎng)以補(bǔ)償移動(dòng)帶來(lái)的路徑偏差，終端根據(jù)網(wǎng)絡(luò)密度調(diào)整能量與地理的權(quán)重系數(shù)，生成綜合梯度向量以指導(dǎo)中繼選擇； 步驟3：當(dāng)某個(gè)中繼鏈路因節(jié)點(diǎn)移動(dòng)或能量耗盡而失效時(shí)，失效節(jié)點(diǎn)的上游終端重新廣播請(qǐng)求，觸發(fā)局部梯度場(chǎng)的更新，周?chē)?jié)點(diǎn)根據(jù)最新的能量可持續(xù)指數(shù)和位置信息刷新梯度場(chǎng)，并重新計(jì)算綜合梯度向量，從而選擇新的中繼節(jié)點(diǎn)； 步驟4：將梯度信息嵌入終端的數(shù)據(jù)包頭部，當(dāng)終端能量可持續(xù)指數(shù)低于閾值時(shí)，引入能量衰減因子并退出中繼任務(wù)，由高能量節(jié)點(diǎn)接管以均衡網(wǎng)絡(luò)能耗； 移動(dòng)終端通過(guò)集成動(dòng)能轉(zhuǎn)換器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其能量補(bǔ)給速率，并基于預(yù)設(shè)時(shí)間窗口和當(dāng)前能耗速率計(jì)算能量可持續(xù)指數(shù)的邏輯為： 當(dāng)終端移動(dòng)或振動(dòng)時(shí)，PZT-5H壓電片受機(jī)械應(yīng)力產(chǎn)生電荷，電荷量隨振動(dòng)頻率和幅度變化，通過(guò)加速度傳感器檢測(cè)終端加速度和振動(dòng)頻率，計(jì)算能量補(bǔ)給速率所依據(jù)的公式為： 其中，為材料轉(zhuǎn)換效率常數(shù)，且的單位為mW·s3m2，為加速度平方反映機(jī)械能輸入強(qiáng)度，為振動(dòng)頻率決定了能量收集的持續(xù)性； 使用電流傳感器測(cè)量終端電池放電電流，電壓傳感器監(jiān)測(cè)電池電壓：，其中為瞬間功耗，計(jì)算單位時(shí)間的能耗速率所依據(jù)的公式為： 其中，為終端當(dāng)前總能耗速率，為滑動(dòng)時(shí)間窗口，為當(dāng)前時(shí)刻，t為時(shí)間變量； 設(shè)定全局時(shí)間窗口為，計(jì)算所述能量可持續(xù)指數(shù)所依據(jù)的公式為： 若，表示能量盈余，繼續(xù)承擔(dān)中繼任務(wù)，若，表示能量赤字，減少中繼負(fù)載； 使終端通過(guò)RSSI估算鄰近節(jié)點(diǎn)距離，廣播自身能量狀態(tài)與地理位置信息，構(gòu)建能量梯度場(chǎng)和地理梯度場(chǎng)，形成多維空間中的能量-地理聯(lián)合梯度場(chǎng)的邏輯為： 集成多模GNSS芯片，接收GPS北斗雙系統(tǒng)定位，輸出經(jīng)緯度坐標(biāo)，廣播頻率設(shè)定為基礎(chǔ)頻率每5秒廣播一次，根據(jù)鄰居數(shù)量增加動(dòng)態(tài)降低頻率，設(shè)定廣播周期為：；其中為當(dāng)前鄰居數(shù)，為最大鄰居閾值；設(shè)定廣播頻率為：； 接收到鄰居廣播包后，提取信號(hào)強(qiáng)度，利用對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型估算距離所依據(jù)的公式為： 其中，為物理距離，即終端與鄰居節(jié)點(diǎn)的實(shí)際直線距離，為路徑損耗指數(shù)，為在參考距離時(shí)測(cè)得的信號(hào)強(qiáng)度，米為參考距離，表示信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量的基準(zhǔn)距離，為環(huán)境噪聲； 接收鄰居廣播包，解析鄰居的能量可持續(xù)指數(shù)和位置，通過(guò)信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算與鄰居的物理距離，計(jì)算單鄰居能量梯度場(chǎng)所依據(jù)的公式為： 其中，j為鄰居節(jié)點(diǎn)的索引，為鄰居與自身的能量可持續(xù)性差異，為終端自身的能量可持續(xù)指數(shù)，為鄰居節(jié)點(diǎn)j的能量可持續(xù)指數(shù)，為終端與鄰居j的物理距離；是鄰居節(jié)點(diǎn)j的地理坐標(biāo)向量，是本終端當(dāng)前的地理坐標(biāo)向量，表示沿連接線方向的能量梯度大小，表示從本終端指向鄰居j的方向單位向量； 聚合所有鄰居的梯度場(chǎng)，生成全局能量梯度場(chǎng)所依據(jù)的公式為： 其中，為鄰居j的權(quán)重，為鄰居總數(shù)； 終端基于自身與目標(biāo)位置構(gòu)建地理梯度場(chǎng)所依據(jù)的公式為： 其中，為歐幾里得距離，為數(shù)據(jù)包的目標(biāo)位置坐標(biāo)，為終端的實(shí)時(shí)地理位置； 若目標(biāo)位置未知，設(shè)定，僅依賴(lài)能量梯度場(chǎng)決策； 移動(dòng)終端根據(jù)網(wǎng)絡(luò)密度調(diào)整能量與地理的權(quán)重系數(shù)，生成綜合梯度向量以指導(dǎo)中繼選擇的邏輯為： 統(tǒng)計(jì)當(dāng)前鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)，定義密度因子：，其中為預(yù)設(shè)的最大鄰居數(shù)，動(dòng)態(tài)權(quán)重系數(shù)公式為： 其中，為密度衰減因子，控制密度對(duì)權(quán)重的影響速度，為當(dāng)前鄰居數(shù)，；當(dāng)時(shí)無(wú)鄰居，即，完全依賴(lài)地理梯度場(chǎng)，當(dāng)時(shí)高密度，，優(yōu)先考慮能量梯度場(chǎng)； 融合能量梯度場(chǎng)與地理梯度場(chǎng)計(jì)算綜合梯度向量，生成最優(yōu)中繼方向向量，所依據(jù)的公式為： 其中，為能量梯度向量，為地理梯度向量，為動(dòng)態(tài)權(quán)重系數(shù)；中繼方向偏向能量更優(yōu)且靠近目標(biāo)的節(jié)點(diǎn)； 終端利用IMU采集加速度與角速度數(shù)據(jù)，結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)模型預(yù)測(cè)未來(lái)位移，并通過(guò)速度矢量的模長(zhǎng)計(jì)算位置預(yù)測(cè)的置信度，修正地理梯度場(chǎng)以補(bǔ)償移動(dòng)帶來(lái)的路徑偏差的邏輯為： 加速度校準(zhǔn)，通過(guò)姿態(tài)角計(jì)算去除重力分量，得到線性加速度所依據(jù)的公式為： 其中，為俯仰角，為原始加速度，為重力加速度； 角速度積分，通過(guò)陀螺儀數(shù)據(jù)計(jì)算偏航角： 其中，為Z軸角速度，為采樣間隔，是時(shí)刻t的偏航角，是前一時(shí)刻的偏航角； 使用運(yùn)動(dòng)學(xué)模型預(yù)測(cè)位移，對(duì)于速度計(jì)算，通過(guò)線性加速度積分得到速度： 其中，為時(shí)刻t的速度矢量，為前一時(shí)刻的速度矢量； 預(yù)測(cè)位移，假設(shè)勻速運(yùn)動(dòng)，預(yù)測(cè)未來(lái)秒的位移，所依據(jù)的公式為： 對(duì)于位置預(yù)測(cè)置信度的計(jì)算，所依據(jù)的公式為： 其中，為調(diào)節(jié)系數(shù)，控制速度對(duì)置信度的影響強(qiáng)度；為時(shí)刻t的速度矢量的模長(zhǎng)，且；低速時(shí)，，完全信任地理梯度場(chǎng)；高速時(shí)，，地理梯度權(quán)重減半； 根據(jù)預(yù)測(cè)位移和置信度修正地理梯度場(chǎng)，預(yù)測(cè)位置計(jì)算： 其中，為偏航角，為時(shí)刻t的位置信息，為預(yù)測(cè)位置信息，為預(yù)測(cè)位移；為方向余弦與正弦，即將位移分解為平面坐標(biāo)的投影分量； 修正地理梯度場(chǎng)所依據(jù)的公式為： 其中，為修正后的地理梯度向量，結(jié)合預(yù)測(cè)位移和置信度的地理方向向量，通過(guò)預(yù)測(cè)模型修正原始地理梯度場(chǎng)；為預(yù)測(cè)地理梯度場(chǎng)，且； 根據(jù)修正地理梯度場(chǎng)計(jì)算修正后的綜合梯度向量為：； 根據(jù)修正后的綜合梯度選擇最優(yōu)中繼節(jié)點(diǎn)，僅考慮與綜合梯度向量方向夾角小于45°的鄰居，節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級(jí)按梯度投影值排序，所依據(jù)的公式為： 其中，為鄰居節(jié)點(diǎn)的得分，鄰居節(jié)點(diǎn)位置坐標(biāo)，為自身位置坐標(biāo)，為鄰居節(jié)點(diǎn)的評(píng)分；選擇得分最高的節(jié)點(diǎn)作為中繼； 當(dāng)某個(gè)中繼鏈路因節(jié)點(diǎn)移動(dòng)或能量耗盡而失效時(shí)，失效節(jié)點(diǎn)的上游終端會(huì)重新廣播請(qǐng)求，觸發(fā)局部梯度場(chǎng)的更新的邏輯為： 通過(guò)ACK確認(rèn)機(jī)制：上游節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包后，啟動(dòng)ACK等待定時(shí)器，設(shè)定超時(shí)時(shí)間為秒，若超時(shí)未收到下一跳的ACKNACK，判定鏈路失效，失效判斷公式為： 心跳檢測(cè)：上游終端每秒向下一跳發(fā)送心跳包，連續(xù)丟失3次心跳包即判定鏈路失效； 上游節(jié)點(diǎn)發(fā)送請(qǐng)求包，請(qǐng)求包初始，每經(jīng)過(guò)一跳則，當(dāng)時(shí)停止轉(zhuǎn)發(fā)，限制在3跳內(nèi)傳播，鄰居節(jié)點(diǎn)僅處理的請(qǐng)求包，節(jié)點(diǎn)僅響應(yīng)與上游節(jié)點(diǎn)的距離小于100米的請(qǐng)求，即以失效節(jié)點(diǎn)為中心，半徑米的圓形區(qū)域，通過(guò)信號(hào)強(qiáng)度衰減模型確定受影響節(jié)點(diǎn)：； 收到請(qǐng)求的鄰居節(jié)點(diǎn)立即測(cè)量當(dāng)前能量補(bǔ)給速率，更新能量可持續(xù)指數(shù)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)處于移動(dòng)狀態(tài)，通過(guò)IMU預(yù)測(cè)更新自身位置： 其中，為終端的當(dāng)前移動(dòng)速度，秒為位置信息更新的時(shí)間間隔，為更新后的位置信息，為舊的位置信息； 局部梯度重新計(jì)算，更新后的能量梯度場(chǎng)： 其中，為與鄰居節(jié)點(diǎn)的物理距離，即終端與鄰居j的直線距離，為距離權(quán)重系數(shù)，距離越近的鄰居對(duì)梯度影響越大，為安全距離偏移量，用于在鄰居與終端位置完全重合時(shí)避免分母為零的數(shù)值不穩(wěn)定； 周?chē)?jié)點(diǎn)根據(jù)最新的能量可持續(xù)指數(shù)和位置信息刷新梯度場(chǎng)，并重新計(jì)算綜合梯度向量，從而選擇新的中繼節(jié)點(diǎn)的邏輯為： 更新后的地理梯度場(chǎng)分為地理方向單位和距離標(biāo)量： 其中，用于指示朝向，用于反映距離；引入地理權(quán)重：，其中為防零常數(shù)； 根據(jù)當(dāng)前局部請(qǐng)求包覆蓋范圍內(nèi)的鄰居數(shù)，即請(qǐng)求包覆蓋范圍內(nèi)的鄰居數(shù)，計(jì)算： 更新后的綜合梯度計(jì)算為： 其中，為用權(quán)重放大后的地理方向； 通過(guò)排除剩余能量不足的節(jié)點(diǎn)，僅選擇與向夾角小于等于30°的節(jié)點(diǎn)；更新后的優(yōu)先級(jí)排序按梯度投影值降序排列，所依據(jù)的公式為： 其中，為更新后的鄰居節(jié)點(diǎn)的得分，為鄰居節(jié)點(diǎn)位置坐標(biāo)，為自身位置坐標(biāo)，選擇得分最高的節(jié)點(diǎn)作為新中繼； 將梯度信息嵌入終端的數(shù)據(jù)包頭部，當(dāng)終端能量可持續(xù)指數(shù)低于閾值時(shí)，引入能量衰減因子并退出中繼任務(wù)的邏輯為： 將能量梯度、地理梯度及能量狀態(tài)嵌入數(shù)據(jù)包頭部，避免單獨(dú)發(fā)送控制包，僅當(dāng)數(shù)據(jù)包發(fā)送至中繼節(jié)點(diǎn)時(shí)，頭部攜帶發(fā)送者的梯度信息，接收節(jié)點(diǎn)提取梯度信息更新本地鄰居表，無(wú)需額外交換控制包； 在能量梯度計(jì)算中引入能量衰減因子，每10秒周期性地檢查能量可持續(xù)指數(shù)，設(shè)定能量可持續(xù)指數(shù)閾值： 當(dāng)，，正常模式，不衰減，參與中繼；當(dāng)，警告模式，，延長(zhǎng)廣播周期20%；當(dāng)，退出模式，，退出中繼，發(fā)送告警； 降低自身在鄰居梯度場(chǎng)中的影響所依據(jù)的公式為： 其中，為節(jié)點(diǎn)在鄰居梯度場(chǎng)中的影響，為原始能量梯度向量，為能量衰減因子； 當(dāng)時(shí)，衰減20%，吸引力下降為；當(dāng)時(shí)，衰減50%，吸引力下降為；當(dāng)時(shí)，無(wú)衰減； 延長(zhǎng)狀態(tài)廣播周期： 其中，為更新后的狀態(tài)廣播周期；當(dāng)時(shí)，廣播周期延長(zhǎng)至；在數(shù)據(jù)包頭部設(shè)置節(jié)點(diǎn)狀態(tài)標(biāo)志位為0，即不參與中繼，鄰居節(jié)點(diǎn)收到后不再將其作為候選；發(fā)送能量告警包至當(dāng)前中繼鏈路的上游節(jié)點(diǎn)，觸發(fā)其提前選擇備用路； 由高能量節(jié)點(diǎn)接管以均衡網(wǎng)絡(luò)能耗的邏輯為： 計(jì)算高能量節(jié)點(diǎn)，在梯度計(jì)算中增加權(quán)重系數(shù)： 其中，為高能量節(jié)點(diǎn)的能量梯度，，為權(quán)重系數(shù)，根據(jù)能量可持續(xù)指數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整； 高能量節(jié)點(diǎn)，即，縮短廣播周期至，快速擴(kuò)散狀態(tài)，在數(shù)據(jù)包頭部標(biāo)記高優(yōu)先級(jí)標(biāo)志，吸引下游節(jié)點(diǎn)優(yōu)先選擇。

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