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

1.本发明涉及智能电表技术领域，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：

2.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。
3.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；
4.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。
5.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。
6.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：
7.一、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。
8.二、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。
9.三、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。
10.四、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。
11.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。


技术实现要素：

12.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；
13.本发明实施例的技术方案是这样实现的：
14.第一方面
15.一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：
16.step 1:初始化：
17.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；
18.step 1.2:设元胞状态为c_i(d_i,n_i)；
19.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；
20.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。
21.step 2:数据压缩：
22.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；
23.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)；
24.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)。
25.step 3:数据分片：
26.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；
27.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)；
28.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)。
29.step 4:元胞自动机规则定义：
30.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)；
31.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)；
32.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)。
33.step 5:数据包发送：
34.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；
35.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；
36.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。
37.step 6:arq重传策略：
38.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；
39.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；
40.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。
41.step 7:网络状态监控
42.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；
43.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；
44.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。
45.step 8:数据校验
46.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；
47.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；
48.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。
49.step 9:对等网络存储
50.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；
51.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。
52.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。
53.step 10:重复步骤4至9
54.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。
55.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。
56.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。
57.第二方面
58.一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。
59.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。
60.第三方面
61.一种存储介质，存储有能够实现如上述所述的传输方法的程序指令。
62.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。
63.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
64.一、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。
65.二、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。
66.三、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。
67.四、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。
68.五、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。
附图说明
69.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
70.图1为本发明的工序流程逻辑图；
71.图2为本发明的实施例拓扑结构示意图；
72.图3为本发明的实施例拓扑结构示意图；
73.图4为本发明的实施例拓扑结构示意图；
74.图5为本发明的c++控制程序示意图(第一部分)；
75.图6为本发明的c++控制程序示意图(第二部分)；
76.图7为本发明的c++控制程序示意图(第三部分)。
具体实施方式
77.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制；
78.在现有技术中，传统的弱网自适应化电表技术存在以下缺点：传输效率低，无法适
应网络状况的变化；数据可靠性差，容易受到干扰和丢失；系统稳定性差，缺乏实时的网络状态监测和反馈机制；缺乏灵活性和可扩展性，难以应对不同网络环境和应用场景的需求；为此，请参阅图1，本具体实施方式将提供相关技术方案以解决上述技术问题：
79.一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：
80.step 1:初始化：
81.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；
82.step 1.2:设元胞状态为c_i(d_i,n_i)；
83.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；
84.在本方案中，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。
85.具体的：初始化步骤旨在为后续的操作和算法建立起初始状态。通过设定每个智能电表的原始数据和网络连接状态，将这些信息转化为元胞状态，形成c_i(d_i,n_i)的表示方式。元胞状态是对每个电表的数据和网络状态进行组合表示的一种形式，方便后续对电表进行集合操作和分析。
86.可以理解的是，在本具体实施方式中，初始化步骤的功能在于为后续的智能电表管理和数据处理提供初始状态。通过将原始数据和网络连接状态转换为元胞状态，可以方便地对电表进行统一的管理和分析。这为后续的数据传输、能源管理和算法运算等操作提供了基础。初始化的目的是确保电表系统的起始状态是明确定义的，并为后续的计算和决策提供准确的数据基础。
87.step 2:数据压缩：
88.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；
89.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)；
90.在本方案中，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)。
91.具体的：数据压缩的目的是减少数据的存储空间和传输带宽的消耗，同时保持数据的重要信息。在这个技术段落中，采用了哈夫曼编码算法作为数据压缩的方式。哈夫曼编码根据数据的频率和出现概率来构建变长编码，将出现频率较高的数据用较短的编码表示，从而实现数据的高效压缩。
92.可以理解的是，在本具体实施方式中，数据压缩的功能在于减少数据的存储和传输开销，提高系统的效率和性能。通过应用哈夫曼编码算法进行数据压缩，可以将原始数据d_i转换为更紧凑的表示形式d'_i。压缩后的数据占用更少的存储空间，减少了存储成本，并且在数据传输过程中占用更少的带宽，提高了数据传输的效率。同时，通过哈夫曼编码的特性，频率较高的数据可以用较短的编码表示，提高了数据的压缩比例。这样，数据压缩可以有效地降低能源消耗和网络负载，提升智能电表系统的整体性能。
93.step 3:数据分片：
94.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；
95.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)；
96.在本方案中，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)。
97.具体的：数据分片的目的是将大数据拆分为多个小的数据包，方便传输和处理。在这个技术段落中，采用了分片函数f(d')对压缩后的数据进行分片。分片函数将数据d'划分为n个大小相等的数据包，每个数据包的大小为s。这样做的好处是，可以将数据包根据传输能力和网络限制进行合理的划分，避免数据传输过程中的拥塞和延迟。
98.可以理解的是，在本具体实施方式中，数据分片的功能在于提高数据传输的效率和可靠性。通过将压缩后的数据进行分片，可以将大数据拆分为多个小的数据包，适应不同的网络传输环境。这样可以提高数据的传输速度和并行处理能力。同时，分片后的数据包大小相对较小，可以降低数据传输过程中的丢包率和传输错误率。另外，分片后的数据包可以根据网络条件进行灵活调度和重传，提高数据传输的可靠性。通过数据分片，可以更好地适应智能电表系统中的数据传输需求，保证数据的高效传输和准确接收。
99.就上述的step1～3而言，示例性的：
100.step 1:初始化
101.设有3个智能电表，即n＝3。每个电表分别记录的原始数据为：
102.d_1＝"1101010101010101",d_2＝"1111000011110000",d_3＝"1010101010101010".
103.在初始时刻，假设所有电表的网络连接状态都是良好的，即n_i0＝"良好"，i＝1,2,3.
104.每个元胞的初始状态为：c_i(d_i,n_i0)。
105.step 2:数据压缩
106.选择哈夫曼编码作为压缩函数c(d)。哈夫曼编码是一种广泛应用于数据压缩的算法，它是一种最小化平均符号长度的算法。在本例中，为了简化，假设哈夫曼编码长度减半，但是原理是相同的：
107.压缩后的数据为：
108.d'_1＝c(d_1)＝"1101",d'_2＝c(d_2)＝"1111",d'_3＝c(d_3)＝"1010".
109.step 3:数据分片
110.假设将每份数据分为每份包含2位的数据包，即s＝2。
111.应用分片函数f(d'_i)，可以得到：
112.f(d'_1)＝{p1_1＝"11",p2_1＝"01"},f(d'_2)＝{p1_2＝"11",p2_2＝"11"},f(d'_3)＝{p1_3＝"10",p2_3＝"10"}.
113.至此，已经完成了数据的初始化、压缩和分片。
114.step 4:元胞自动机规则定义：
115.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)；
116.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)；
117.在本方案中，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)。
118.具体的：元胞自动机是一种基于离散空间和离散时间的模型，通过规定转移规则来描述元胞在时间上的演化过程。在这个技术段落中，通过定义转移规则r，根据元胞i的当前状态和周围元胞的状态，确定元胞的下一个状态。转移规则可以基于元胞的原始数据和网络状态，以及与周围元胞的相互作用，来决定元胞状态的变化。
119.可以理解的是，在本具体实施方式中，元胞自动机的转移规则定义了元胞状态的演化规律，具有重要的功能。通过定义转移规则，可以根据元胞的当前状态和周围元胞的状态，预测元胞的下一个状态。这样可以实现元胞的自主决策和适应性调整。在智能电表系统中，转移规则可以根据元胞的原始数据和网络状态，以及与周围元胞的交互，来决定电表的下一步操作，如数据传输、能源管理等。转移规则的定义使得元胞能够根据环境的变化做出相应的响应和决策，从而提高系统的智能化和自适应性。
120.step 5:数据包发送：
121.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；
122.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；
123.在本方案中，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。
124.具体的：数据包发送的过程是将数据从元胞传输到基站的关键步骤。在这个技术段落中，通过发送函数s(p_k_i,n_i)来实现数据包的发送。发送函数根据元胞i的网络状态n_i，选择合适的传输方式和机制，确保数据包能够成功到达基站。网络状态可以包括连接质量、传输带宽、网络拥塞等信息，用于决策数据包的发送策略。
125.可以理解的是，在本具体实施方式中，数据包发送的功能在于将元胞中的数据包传输到基站，实现数据的汇总和分析。发送函数根据网络状态选择合适的传输方式，以确保数据包的可靠传输。如果发送函数返回成功，表示数据包已被基站接收，可以继续进行后续的数据处理和分析。否则，需要进行数据包的重传，以保证数据的完整性和准确性。通过数据包发送的过程，可以实现智能电表数据的集中管理和监控，为能源管理和决策提供及时、准确的数据支持。
126.step 6:arq重传策略：
127.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；
128.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；
129.在本方案中，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。
130.具体的：arq(自动重传请求)是一种可靠数据传输协议，用于检测和纠正数据传输中的错误。在这个技术段落中，通过定义重传函数r(p_k_i)来实现arq的重传策略。当基站接收到数据包后，与元胞i发送的数据包进行比较。如果发现数据包不匹配或存在错误，即数据包在传输过程中出现了丢失、损坏或重排序等问题，就会调用重传函数r(p_k_i)进行数据包的重传。重传过程会反复进行，直到基站接收到正确的数据包为止。
131.可以理解的是，在本具体实施方式中，arq重传策略的功能在于确保数据包的可靠传输和接收。通过定义重传函数r(p_k_i)，可以在数据包传输过程中进行错误的检测和纠正。如果数据包在发送过程中发生错误或未成功到达基站，就会触发重传策略，重新发送数据包。重传的目的是通过不断的尝试，保证数据包的完整性和准确性。arq重传策略可以提高数据传输的可靠性和稳定性，确保智能电表系统中的数据能够准确、及时地传输到基站，为后续的数据处理和决策提供可靠的基础。
132.示例性的，就上述step4～6而言：step 4:元胞自动机规则定义：
133.设定元胞自动机的规则如下：若元胞i与元胞j的数据包校验均成功，且网络状态良好，则元胞状态c'_i＝c_i。如果元胞i的数据包校验失败或网络状态不良，则元胞状态c'_i＝c_j，即元胞i从元胞j获取数据包。这种规则使得元胞i可以在网络状态不良或数据包损坏时，从其他元胞获取数据，实现对等网络存储的弱网适应化。
134.r(c_i(d'_i,n_i),c_j(d'_j,n_j))＝
135.如果v(p_k_i)＝v(p_k_j)且n_i＝"良好"，返回c'_i＝c_i；
136.如果v(p_k_i)≠v(p_k_j)或n_i≠"良好"，返回c'_i＝c_j。
137.step 5:数据包发送
138.定义发送函数s(p_k_i,n_i)如下：如果元胞i的网络状态良好，即n_i＝"良好"，则发送数据包p_k_i到基站，否则，返回发送失败。
139.s(p_k_i,n_i)＝
140.如果n_i＝"良好"，返回"发送成功"；
141.如果n_i≠"良好"，返回"发送失败"。
142.step 6:arq重传策略
143.定义重传函数r(p_k_i)如下：如果数据包p_k_i发送失败，即s(p_k_i,n_i)＝"发送失败"，则重新发送数据包p_k_i，否则，认为数据包p_k_i发送成功。
144.r(p_k_i)＝
145.如果s(p_k_i,n_i)＝"发送成功"，返回"传输成功"；
146.如果s(p_k_i,n_i)＝"发送失败"，返回"重传"。
147.在这个过程中，如果网络状态不良导致数据包发送失败，元胞i可以从元胞j获取数据包，以便在网络状态恢复后重发。这种策略保证了在网络状态不稳定的环境中，数据仍然可以被传输和存储，体现了对等网络存储的弱网适应化的特性。
148.再进一步示例性的：step 4:应用元胞自动机规则：
149.假设元胞1的网络状态变差，即n_1＝"差"，并且元胞1的数据包p2_1校验失败。在这种情况下，应用元胞自动机的规则，将元胞1的状态从c_1更新为c'_1＝c_2，即从元胞2获取数据包。
150.c'_1＝r(c_1(d'_1,n_1),c_2(d'_2,n_2))＝c_2(d'_2,n_2)＝c'_1(d'_2,"差")。
151.step 5:数据包发送
152.试图发送元胞1的数据包p2_1，但由于网络状态不佳，发送失败。所以应用发送函数s(p2_1,n_1)，得到：
153.s(p2_1,n_1)＝"发送失败"。
154.step 6:arq重传策略
155.由于元胞1的数据包p2_1发送失败，应用重传策略，从元胞2获取数据包p2_2，并在网络状态恢复后重新发送。应用重传函数r(p2_1)，得到：
156.r(p2_1)＝"重传"。
157.在这个过程中，模拟了在网络状态不稳定的情况下，如何使用元胞自动机规则和arq重传策略实现对等网络存储的弱网适应化。在网络状态恢复后，元胞1可以重发从元胞2获取的数据包p2_2，以确保数据的完整性。
158.step 7:网络状态监控
159.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；
160.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；
161.在本方案中，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。
162.具体的：网络状态监控的目的是实时获取网络的性能指标，以便进行网络管理和优化。在这个技术段落中，通过定义网络监控函数w(n)，可以获取当前的网络状态信息。网络监控函数可能基于网络设备的监测、数据包传输的统计等方式，收集网络带宽、延迟等性能指标。这些指标可以用于评估网络的质量和可用性，帮助决策和调整网络参数。
163.可以理解的是，在本具体实施方式中，网络状态监控的功能在于实时获取和更新网络的性能指标。通过应用网络监控函数w(n)，可以监控每个元胞i的网络状态n_i，并更新为最新的状态n'_i。网络状态包括带宽、延迟等信息，这些信息对于智能电表系统的数据传输和通信至关重要。通过实时监测网络状态，可以及时发现网络问题，如拥塞、带宽瓶颈等，并采取相应的措施进行调整和优化。网络状态监控为智能电表系统提供了网络性能的评估和管理依据，保证数据的高效传输和系统的稳定运行。
164.step 8:数据校验
165.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；
166.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；
167.在本方案中，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。
168.具体的：数据校验是一种重要的技术手段，用于验证数据在传输过程中是否发生了错误或损坏。在这个技术段落中，通过定义校验函数v(p_k_i)，使用crc算法对数据包p_k_i进行校验。crc算法基于生成多项式，通过对数据进行除法运算，得到校验值。在发送每个数据包之前，先计算其校验值，并将校验值附加到数据包中。接收端在接收到数据包后，同样使用crc算法进行校验，将计算得到的校验值与接收到的校验值进行比较，以判断数据是否正确传输。
169.可以理解的是，在本具体实施方式中，数据校验的功能在于保证数据在传输过程中的完整性和准确性。通过定义校验函数v(p_k_i)和应用crc算法，可以对每个数据包进行校验，以检测传输过程中是否存在错误或损坏。校验值的附加可以使接收端能够对接收到的数据进行验证，如果校验值不匹配，则表明数据包可能在传输过程中出现了错误。数据校验技术可以提高智能电表系统中数据传输的可靠性和准确性，保证数据的完整性，避免因传输错误引起的数据丢失或错误分析。
170.step 9:对等网络存储
171.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；
172.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。
173.在本方案中，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。
174.具体的：对等网络存储是一种分布式存储技术，其中多个节点(元胞)共享和存储数据。在这个技术段落中，通过定义数据存储函数m(d,c_j)，可以将数据d存储在元胞i或元胞j中。数据存储的选择依赖于元胞j的状态c_j，它可以表示元胞j的可用性、存储容量等信息。如果元胞i的数据传输失败或元胞i不可用，可以从元胞j中获取备份的数据，实现数据的冗余存储和容错性。
175.可以理解的是，在本具体实施方式中，对等网络存储的功能在于提供数据的冗余存储和容错能力。通过定义数据存储函数m(d,c_j)，可以将数据备份到多个元胞中，以防止数据的丢失和损坏。当元胞i的数据传输失败或不可用时，可以通过访问元胞j中的备份数据来恢复丢失的数据。对等网络存储可以提高数据的可用性和可靠性，确保数据在网络中的多个节点之间进行备份和共享。这种分布式存储的方式使得数据更具弹性和可扩展性，增强了智能电表系统的数据冗余和容错能力，提高了系统的稳定性和可靠性。
176.step 10:重复步骤4至9
177.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。
178.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。
179.在本方案中，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。
180.具体的：重复执行步骤4至9是为了确保数据的可靠传输和系统的稳定运行。在每个时间步中，应用元胞自动机的规则r来根据当前元胞的状态和周围元胞的状态进行转移，更新元胞的状态。这样根据网络的实时情况和数据的传输状态，进行自适应的调整和优化。同时，循环执行步骤4至9，持续进行数据压缩、分片、发送、重传、校验和存储等操作，直到所有的数据都被成功传输到基站。
181.可以理解的是，在本具体实施方式中，重复执行步骤4至9的功能在于保证数据的可靠传输和系统的稳定运行。通过应用元胞自动机的规则r来更新元胞的状态，根据网络的实时情况进行自适应调整，确保数据传输的高效性和可靠性。同时，循环执行步骤4至9，持续进行数据压缩、分片、发送、重传、校验和存储等操作，以处理各种网络条件和传输问题。这样保证数据的完整性、正确性和可用性，确保所有的数据都被成功传输到基站，完成智能电表系统的通信任务。重复执行步骤4至9是整个智能电表系统运行的关键步骤，它提供了可靠的数据传输和通信机制。
182.示例性的，就上述step7～10而言：
183.step 7:存储数据
184.设定终端存储函数m如下：m接收来自基站的每个数据包，存储它们在对应的电表位置。在此例中，m将接收到p1_1,p1_2,p1_3,p2_2(代替p2_1)和p2_3。
185.m(p_k_i)＝"存储成功"。
186.step 8:校验数据
187.使用v函数对存储的数据包进行校验。在这个例子中，由于p2_1在元胞2上被复制，假设它的校验是成功的。
188.v(p_k_i)＝如果校验成功，则返回"校验成功"/如果校验失败，则返回"校验失败"。
189.step 9:元胞状态更新
190.每个元胞根据自身的数据包校验结果和网络状态更新其状态。由于在这个例子中，元胞1的数据包p2_1在元胞2上被复制，并成功发送到基站，所以假设元胞1的网络状态已经恢复，即n_1＝"良好"。
191.c”_1＝r(c'_1(d'_2,n_1),c_2(d'_2,n_2))＝c'_1(d'_1,n_1)＝c”_1(d'_1,"良好")。
192.step 10:网络监控
193.应用网络监控函数w，监控每个元胞的网络状态，并更新元胞的网络状态。在这个例子中，假设元胞1的网络状态已经恢复，而元胞2和元胞3的网络状态保持不变，即n_2＝n_3＝"良好"。
194.w(n_i)＝"良好"，i＝1,2,3.
195.至此，完成了对整个过程的模拟。模拟了在网络状态不稳定的情况下，如何使用元胞自动机规则、arq重传策略、存储函数、校验函数和网络监控函数，实现对等网络存储的弱网适应化。
196.总结性的，针对传统技术中的相关问题，本具体实施方式基于上述所提供的一种对等网络存储弱网适应化智能电表传输方法及系统，采用了如下的技术手段或特征实现了解决：
197.(1)提高传输效率：本具体实施方式的技术采用了数据压缩和分片的方法，通过哈夫曼编码算法对数据进行压缩，并将压缩后的数据分片成多个数据包。这样做可以减少数据量，提高传输效率。此外，本具体实施方式的技术还引入了自适应重传策略，即在数据包传输失败时进行重传，避免了传统技术中需要重新传输全部数据的情况，进一步提高了传输效率。
198.(2)提升数据可靠性：本具体实施方式的技术引入了数据校验的步骤，通过crc算法对数据包进行校验，确保数据的完整性。在数据包发送过程中，如果基站接收到的数据包与元胞发送的数据包不匹配，会触发重传机制，保证了数据的可靠传输。此外，通过使用对等网络存储的方式，即将数据存储在其他元胞中作为备份，可以在元胞数据传输失败时从备份中获取数据，进一步提升数据的可靠性。
199.(3)提高系统稳定性：本具体实施方式的技术引入了网络状态监控的功能，通过监测网络状态的带宽、延迟等信息，并及时更新元胞的网络状态。这使得系统能够实时感知网络的变化，并根据网络状态进行相应的调整和优化，提高了系统的稳定性和适应能力。
200.(4)增强灵活性和可扩展性：本具体实施方式的技术中的元胞自动机规则定义和处理器执行的程序指令使得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的状态和周围元胞的状态进行自适应转移，使系统能够根据不同的网络环境进行动态调整。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，提供了灵活性和可扩展性。
201.在本具体实施方式中，进一步提供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。
202.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。存储器中的程序指令被设计为能够驱动处理器执行传输方法中的每个步骤。这些指令可能包括初始化电表状态、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。通过处理器执行这些指令，系统能够按照预定的流程和规则进行数据传输，并根据网络状态的变化进行自适应调整，以适应弱网环境下的传输需求。因此，这种对等网络存储弱网适应化智能电表传输系统通过处理器和存储器的协同工作，能够实现对等网络存储弱网适应化智能电表传输方法中的各项功能，从而提供可靠和高效的数据传输方案。这种系统的设计使得智能电表能够适应弱网环境，保证数据的完整性和准确性，为智能电网的运行提供可靠的数据支持。
203.在本技术一些具体实施方式中，请结合参阅图5～7：图中所示的为本具体实施方式上述所提供的一种对等网络存储弱网适应化智能电表传输方法及系统在实际应用时，对
其进行驱动或控制的程序，该程序存储于上述存储器内，其原理为：
204.(1)数据生成阶段(step 1.1,2.1,4.1)：每个电表元胞在自己的电表上生成数据，模拟电力消耗情况。
205.(2)数据压缩阶段(step 5.1,5.2,5.4)：每个元胞将生成的数据进行压缩，以减少数据量。
206.(3)数据分片和复制阶段(step 6.1,6.2,6.4)：元胞将压缩后的数据分片，并将分片复制给相邻的元胞，以实现数据的冗余存储和传输。
207.(4)存储数据阶段(step 7.1,7.2,7.4)：每个元胞将接收到的数据片存储在本地，以备后续使用。
208.(5)元胞自动机阶段(step 8.1,8.2,8.4)：根据元胞自动机的规则，元胞根据当前的网络状态和邻居节点的可用性，调整自己的行为，例如选择合适的路径传输数据。
209.(6)数据校验阶段(step 9.1,9.2,9.4)：基站从各个元胞接收数据，并进行数据校验，以确保数据的完整性和准确性。
210.(7)存储和使用阶段(step 10.1)：基站将校验通过的数据存储，并用于后续的电力管理和分析。
211.在这个程序中，包括如下类：
212.(1)cell：表示一个电表元胞，具有生成数据、压缩数据、分片数据、复制数据等方法。
213.(2)network：表示整个电表网络，包括多个电表元胞，提供元胞之间的连接关系和网络状态的更新。
214.(3)basestation：表示基站，负责接收和校验数据，并进行存储和使用。
215.以下是每个关键函数的原理：
216.(1)cell::generatedata()：根据电力消耗模型，模拟生成电表数据，以表示电力消耗情况。
217.(2)cell::compressdata()：对生成的数据进行压缩，可以使用各种压缩算法，如gzip、lz77等，以减少数据的大小。
218.(3)cell::splitandreplicatedata()：将压缩后的数据进行分片，并将分片复制给相邻的元胞，以实现数据的冗余存储和传输。可以根据具体的分片策略，将数据均匀地分片并复制给相邻的元胞。
219.(4)cell::receivedata()：接收相邻元胞传输过来的数据片，并存储在本地，以备后续使用。
220.(5)network::updatecellstate()：根据网络状态和邻居节点的可用性，更新每个元胞的状态，例如判断连接是否可达、选择合适的路径传输数据等。
221.(6)basestation::receivedata()：从各个元胞接收数据片，并进行数据校验，可以使用校验和、哈希等方法，确保数据的完整性和准确性。
222.(7)basestation::storedata()：将校验通过的数据存储在本地，以备后续的电力管理和分析。
223.这些关键函数共同实现了对等网络存储的弱网适应化的原理，通过数据生成、压缩、分片、复制、传输、校验和存储等步骤，使得电表数据能够在弱网环境下进行有效的存储
和传输，保证了电力数据的可靠性和可用性。
224.以上所述具体实施方式的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述具体实施方式中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
225.实施例一
226.为使本发明的上述具体实施方式更加明显易懂，接下来将采用实施例的形式对本发明做详细的应用性的说明。本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的实施例的限制。
227.在本实施例中，均基于上述具体实施方式所提供的一种对等网络存储弱网适应化智能电表传输方法及系统结构、原理作为实施方式，并展示一个应用的场景，在该场景中采用了如上述具体实施方式所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的结构、原理进行应用性推导说明及展示，其中：
228.设一个物联网场景，其中包含三个智能电表(将它们称为元胞)和一个基站。每个电表每小时产生一个数据包，需要发送到基站。将在接下来的24小时内模拟这个过程。
229.step 1.1:初始化
230.每个元胞(电表)的网络状态都设定为“良好”。每个元胞都有自己的数据存储区，用于存储生成的数据包。这里，设定初始网络状态n_1,n_2,n_3＝"良好"。
231.step 2.1:数据生成
232.在第一小时，每个元胞(电表)都生成一个数据包。假设有三个数据包，每个都标记为p_k_i，其中k代表电表编号，i代表数据包编号。在这个例子中，有p1_1,p2_1,p3_1。
233.step 3.1:发送数据
234.每个元胞尝试将数据发送到基站。由于所有元胞的网络状态都是良好，因此所有数据包都成功发送到基站。s(p_k_i)＝"发送成功"。
235.step 4.1:网络状态更新
236.基站接收数据包后，更新每个元胞的网络状态。在这个例子中，假设元胞1的网络状态变得不稳定，即n_1＝"不良"。网络状态更新后为n_1＝"不良"，n_2＝n_3＝"良好"。
237.step 5.1:重传策略
238.因为元胞1的网络状态为“不良”，所以它的数据包p1_2在第二小时内无法成功发送到基站。采用arq重传策略，元胞1尝试再次发送数据包p1_2，但由于网络状态仍然不良，所以无法成功发送。
239.step 6.1:数据分片与复制
240.由于元胞1的网络状态为“不良”，数据包p1_2无法发送到基站。所以，元胞1将数据包p1_2分片并复制到相邻的元胞2。设定f(p1_2)＝{p1_2_a,p1_2_b}，其中p1_2_a和p1_2_b是p1_2的分片。
241.step 7.1:存储数据
242.元胞2收到数据片p1_2_a和p1_2_b，将它们存储在本地。然后，元胞2将数据片p1_2_a和p1_2_b重新组合成数据包p1_2，并尝试将数据包p1_2发送到基站。假设元胞2的网络状态为良好，因此数据包p1_2成功发送到基站。此时，m(p1_2_a,p1_2_b)＝"存储成功"，s
(p1_2)＝"发送成功"。
243.step 8.1:元胞自动机
244.由于元胞1的网络状态为“不良”，所以根据元胞自动机的规则，元胞1尝试模仿元胞2的网络状态，即n_1＝n_2。所以，元胞1的网络状态更新后为n_1＝"良好"。
245.step 9.1:数据校验
246.基站接收到数据包后，对数据包进行校验。在这个例子中，假设所有数据包都通过校验。v(p_k_i)＝"校验成功"。
247.step 10.1:存储与使用
248.最后，基站将收到的数据包存储在本地，并用于后续的电力管理和分析。
249.以上过程循环进行，每个元胞(电表)每小时都生成一个新的数据包，基站会根据网络状态和数据质量更新网络状态。通过这种方式，即使在网络环境不良的情况下，也能确保数据的传输和使用，从而实现了对等网络存储的弱网适应化。
250.以上所述实施例仅表达了本发明的相关实际应用的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
251.实施例二
252.为使本发明的上述具体实施方式更加明显易懂，接下来将采用实施例的形式对本发明做详细的应用性的说明。本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的实施例的限制。
253.在本实施例中，均基于实施例一进行进一步的说明，其中：
254.设有一段时间(例如从第5小时到第8小时)，在这段时间内，元胞1和元胞3都处于弱网络环境，即n_1,n_3＝"不良"。该物联网的系统拓扑结构如图2所示；
255.元胞1和元胞3都与元胞2相邻。所以，当元胞1和元胞3的网络环境都不良时，它们都可以将数据包分片并复制到元胞2。
256.当元胞1和元胞3的网络状态变为"不良"时，按照之前的步骤(step 6.1:数据分片与复制和step 7.1:存储数据)，元胞1和元胞3将它们的数据包分片并复制到元胞2，元胞2存储并发送这些数据片到基站。然后元胞2尝试将这些数据片重新组合成完整的数据包，并尝试发送到基站。
257.在这个例子中，可以看到，即使在网络环境不稳定的情况下，数据也可以通过相邻元胞的帮助成功传输到基站。这种对等网络存储的方式，使得数据在网络环境不佳的情况下仍能被成功传输，从而实现了对等网络存储的弱网适应化。
258.此外，元胞自动机在这个过程中起到了关键的作用。当一个元胞的网络状态为"不良"时，它会尝试模仿它的邻居元胞的网络状态(step 8.1:元胞自动机)。这种方式使得网络状态能够根据周围环境自动调整，提高了数据传输的成功率。同时，这种自我调整的能力也体现了元胞自动机的动态性和自适应性，这是实现对等网络存储的弱网适应化的关键。
259.因此，上述步骤(step 1～10)能够有效地解决弱网络环境下的数据传输问题，实现对等网络存储的弱网适应化。
260.实施例三
261.为使本发明的上述具体实施方式更加明显易懂，接下来将采用实施例的形式对本发明做详细的应用性的说明。本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的实施例的限制。
262.在本实施例中，均基于实施例二进行进一步的说明，其中：
263.设本实施例的网络中存在一个更复杂的问题：网络延迟。在一些情况下，由于网络拥塞或其他原因，数据包的传输速度会减慢，导致数据包到达基站的时间比预期要长。在这个场景中，假设在元胞2到基站的路径中出现了严重的网络延迟，也就是说，元胞2发送的数据包需要很长时间才能到达基站。
264.此时，本实施例的系统需要适应这种新的网络环境。本实施例的元胞自动机需要进行以下步骤来适应网络延迟：
265.(该物联网系统的拓扑结构如图3所示)
266.元胞1、2、3和4都与相邻的元胞相连。
267.step 1.1,2.1,3.1,4.1:数据生成
268.假设在这个时间点，所有的元胞都生成了一个数据包。
269.step 5.1,5.2,5.3,5.4:数据压缩
270.每个元胞都压缩自己生成的数据包。
271.step 6.1,6.2,6.3:数据分片和复制
272.因为元胞2的网络延迟，元胞1和元胞3将自己的数据包分片并复制到元胞2。
273.step 7.1,7.2,7.3:存储数据
274.元胞1和元胞3将自己的数据片存储在元胞2中，元胞2将自己的数据包和接收到的数据片存储在自己和元胞4中。
275.step 8.1,8.2,8.3:元胞自动机
276.元胞1、元胞3和元胞2根据元胞自动机的规则，尝试改变自己的网络状态。
277.step 9.1,9.2,9.3,9.4:数据校验
278.基站接收到元胞4的数据包后，进行数据校验。
279.step 10.1:存储和使用
280.基站将通过校验的数据包存储在本地，并用于后续的电力管理和分析。
281.在这个例子中，可以看到，即使在网络延迟的情况下，数据也可以通过相邻元胞的帮助成功传输到基站。这种对等网络存储的方式，使得数据在网络环境不佳的情况下仍能被成功传输，从而实现了对等网络存储的弱网适应化。
282.实施例四
283.为使本发明的上述具体实施方式更加明显易懂，接下来将采用实施例的形式对本发明做详细的应用性的说明。本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的实施例的限制。
284.在本实施例中，均基于实施例二进行进一步的说明，其中：
285.拟定一个重大的恶性因素：24小时内，全部电表处于弱网环境或网络延迟环境，该
物联网系统的拓扑结构如图3所示；
286.元胞1、2、3和4都与相邻的元胞相连，形成了一个链式网络。
287.在24小时内，所有元胞都处于弱网络环境，所以网络传输的延迟将会增加，而本实施例的元胞自动机策略会自动适应这种环境，以下是详细的步骤：
288.step 1.1,2.1,3.1,4.1:数据生成
289.每个元胞都在自己的电表上生成数据。
290.step 5.1,5.2,5.3,5.4:数据压缩
291.因为网络环境恶劣，为了减小传输的数据量，每个元胞都将自己的数据进行压缩。
292.step 6.1,6.2,6.3,6.4:数据分片和复制
293.每个元胞都将自己的压缩数据分片，并复制给相邻的元胞。在这种情况下，由于整个网络的环境都很差，所以元胞可以将自己的数据分片复制给多个相邻元胞，以提高数据的可靠性。
294.step 7.1,7.2,7.3,7.4:存储数据
295.每个元胞都将接收到的数据片存储在本地。
296.step 8.1,8.2,8.3,8.4:元胞自动机
297.根据元胞自动机的规则，元胞会根据当前网络状态调整自己的行为。在这种情况下，由于所有元胞都在弱网络环境中，所以元胞可能会选择减小发送数据的频率，以适应当前的网络环境。
298.step 9.1,9.2,9.3,9.4:数据校验
299.尽管网络环境恶劣，但基站仍然会从每个元胞接收数据，进行数据校验。如果数据没有问题，那么就可以使用；如果数据有问题，那么基站可以请求元胞重新发送数据。
300.step 10.1:存储和使用
301.基站将校验通过的数据存储并用于后续的电力管理和分析。
302.在这种极端的网络环境下，本实施例的对等网络存储的弱网适应化策略仍然可以工作。元胞通过将数据压缩、分片并复制给相邻的元胞，以及根据网络状态调整自己的行为，从而在保证数据可靠性的同时，适应了弱网络环境。这就是本实施例的弱网适应化策略的原理。
303.实施例五
304.为使本发明的上述具体实施方式更加明显易懂，接下来将采用实施例的形式对本发明做详细的应用性的说明。本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的实施例的限制。
305.在本实施例中，均基于实施例二进行进一步的说明，其中：
306.设其中一个关键节点的电表因为硬件故障处于离线状态，导致周围的电表无法与其进行通讯。这个挑战可能导致数据的传播出现问题，但本实施例的弱网适应化策略可以处理这种情况。元胞1、2、3和4都与相邻的元胞相连，形成了一个链式网络，拓扑结构如图4所示。设元胞3因为硬件故障处于离线状态。现在，本实施例需要根据这个新的情况，对前面的步骤进行一些调整：
307.在这个新的情况下，本实施例假设其中一个关键节点的电表因为硬件故障处于离
线状态，导致周围的电表无法与其进行通讯。这个挑战可能导致数据的传播出现问题，但本实施例的弱网适应化策略可以处理这种情况。
308.元胞1、2、3和4都与相邻的元胞相连，形成了一个链式网络。假设元胞3因为硬件故障处于离线状态。
309.现在，本实施例需要根据这个新的情况，对前面的步骤进行一些调整：
310.step 1.1,2.1,4.1:数据生成
311.元胞1、2和4在自己的电表上生成数据，元胞3因为硬件故障无法生成数据。
312.step 5.1,5.2,5.4:数据压缩
313.元胞1、2和4将自己的数据进行压缩。
314.step 6.1,6.2,6.4:数据分片和复制
315.元胞1和2将自己的数据分片，并复制给元胞2和1。元胞4因为元胞3离线，无法将数据复制给元胞3，所以只能将数据复制给元胞2。
316.step 7.1,7.2,7.4:存储数据
317.元胞1、2和4将接收到的数据片存储在本地。
318.step 8.1,8.2,8.4:元胞自动机
319.根据元胞自动机的规则，元胞会根据当前网络状态调整自己的行为。在这种情况下，元胞2和4需要调整自己的行为，寻找新的方式传输数据，例如直接跳过元胞3，将数据直接发送给元胞1。
320.step 9.1,9.2,9.4:数据校验
321.基站从元胞1、2和4接收数据，进行数据校验。
322.step 10.1:存储和使用
323.基站将校验通过的数据存储并用于后续的电力管理和分析。
324.在这种情况下，虽然有一个元胞离线，但是本实施例的弱网适应化策略仍然可以工作。元胞通过将数据压缩、分片并复制给相邻的元胞，以及根据网络状态调整自己的行为，从而在保证数据可靠性的同时，适应了当前的网络环境。这就是本实施例的弱网适应化策略的原理。

技术特征：
1.一种对等网络存储弱网适应化智能电表传输方法，其特征在于，包括如下步骤：step1:初始化：step1.1: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；step2:数据压缩：step2.1:定义压缩函数c(d)；step2.2: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)；step3:数据分片：step3.1: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；step4:元胞自动机规则定义：step4.1: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)；step5:数据包发送：step5.1: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；step6:arq重传策略：step6.1: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；step7:网络状态监控：step7.1: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；step7.2:应用w(n)监控每个元胞i的网络状态n_i，并更新为n'_i；step8:数据校验：step8.1: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；step9:对等网络存储：step9.1: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；step9.2:如果元胞i的数据传输失败，从元胞j中获取备份的数据。2.根据权利要求1所述的传输方法，其特征在于：在所述step1中：step1.2:设元胞状态为c_i(d_i,n_i)；step1.3: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。3.根据权利要求2所述的传输方法，其特征在于：在所述step2中，为对数据d应用哈夫曼编码算法进行压缩。4.根据权利要求2所述的传输方法，其特征在于：在所述step3中：step3.2: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)。5.根据权利要求1～4任意一项所述的传输方法，其特征在于：在所述step4中，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)。6.根据权利要求5所述的传输方法，其特征在于：在所述step5中：
step5.2: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；在所述step6中：step6.2: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。7.根据权利要求5所述的传输方法，其特征在于：在所述step8中：step8.2: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。8.根据权利要求7所述的传输方法，其特征在于：还包括：step10:重复步骤4至9：step10.1: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。step10.2:重复步骤4至9，直到所有的数据都被成功传输到基站。9.一种对等网络存储弱网适应化智能电表传输系统，其特征在于，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权利要求1-8中任一项权利要求所述的传输方法。10.一种存储介质，其特征在于，存储有能够实现如权利要求1-8中任一项所述的传输方法的程序指令。

技术总结
本发明公开了一种对等网络存储弱网适应化智能电表传输方法及系统，包括如下步骤：STEP1:初始化：STEP1.1: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；STEP1.2:设元胞状态为C_i(D_i,N_i)；STEP1.3: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；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；一、高自适应性：以元胞自动机为主要设计理念，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。局部网络状况自主调整和优化传输策略。局部网络状况自主调整和优化传输策略。


技术研发人员：常兴智 张军 王再望 党政军 杨杰 马强 陈良才 马恩赐 纳晓文
受保护的技术使用者：马睿
技术研发日：2023.06.12
技术公布日：2023/8/23