一种智能电子设备的能量均衡使用管理方法

技术领域

本发明涉及便携式智能电子设备能量管理技术领域，具体涉及一种智能电子设备的基于博弈论的能量均衡使用管理方法。

背景技术

随着无线通信技术的快速发展，智能手机以及智能可穿戴设备也得到了突飞猛进的发展，近几年来，智能可穿戴设备逐渐在生物、健康、医疗、教育、运动等领域得到应用。不同种类的便携式智能电子设备在拥有其特定的功能的同时，也产生出很多彼此交叉重叠的使用功能，比如：智能电话手表的电话通话功能和智能手机的通话功能是交叉重叠的；智能电话手表的简单信息收发功能和智能手机的短信功能也是重叠的。未来，智能可穿戴设备彼此之间也还会产生很多交叉重叠的使用功能。智能可穿戴设备以其灵巧的携带方式和探测功能为人们提供了极大的使用便利。但是智能可穿戴设备也受到便携性的限制，设备往往较小，一般缺乏足够大的空间放置提供系统电源的电池系统，在现有电池技术条件下，体积过小的电池无法做到高容量，这注定了这些智能可穿戴设备无法拥有像智能手机一样的大容量电池，通常其电池的电能容量约为智能手机的四分之一左右。而由于功能单元的不断增加，导致智能可穿戴设备系统耗电不断增大，会缩短智能可穿戴设备的使用时间，进而降低了用户体验。对于如何让多种智能可穿戴设备及智能手机的电能协同管理且同时工作更长的时间，现有技术已无法满足这一需求。

发明内容

博弈论是研究相互依赖、相互影响的决策主体的理性决策行为以及这些决策的均衡结果的理论。对可连接智能电子设备的选择实质上是能量均衡的一种资源分配方式，每个设备都希望自己能使用的时间更久，利益最大化，这就是一种典型的非合作博弈模型，我们将该模型引入能量均衡管理策略中。本发明提出一种智能电子设备的能量均衡使用管理方法，运用博弈论的思想实现设备能量使用的优化调度，均衡智能手机和智能可穿戴设备的用电损耗，实现科学合理的智能电子设备的能量管理。

本发明提出一种智能电子设备的能量均衡使用管理方法，应用于具有蓝牙通讯功能的智能电子设备，所述智能电子设备包括智能手机和智能可穿戴设备。

智能可穿戴设备，包括：智能电话手表、智能手环、智能眼镜等，与智能手机间的能量均衡使用管理方法可简略表述为：所述智能可穿戴设备与所述智能手机在所述智能手机的蓝牙网络最大通信半径范围内，通过蓝牙网络在所述智能手机和所述智能可穿戴设备间建立通信连接；运行于所述智能手机的博弈能量均衡管理系统可监测处于所述智能手机蓝牙网络中每个所述智能电子设备的电量状态、当前的忙闲状态及之前一段固定时间内的电量变化率；当收到事件请求，则判断事件类型，当事件属于可在多个智能电子设备上执行的事件时，则调用博弈能量均衡管理方法自动选择能量及功能均适合的所述智能电子设备完成事件的响应；当所述智能可穿戴设备在所述智能手机蓝牙网络最大通信半径的范围之外，则恢复各智能电子设备的独立工作状态；当所述智能可穿戴设备再次进入所述智能手机蓝牙网络最大通信半径范围内，且接收事件属于可在多个智能电子设备上执行的事件时，则恢复调用博弈能量均衡管理方法，选择最佳的智能电子设备响应事件请求。

本发明提出一种智能电子设备的能量均衡使用管理方法，包括以下步骤：

步骤一：定义智能可穿戴设备和智能手机的某一功能使用为事件，包括但不限定于：拨打电话、通话接听、短信收发、定位、请求数据、观看视频；将事件进行形式化表示，可以把事件Event形式化为一个五元组描述的实体，即：

Event＝＜ID,A/B,D,S,E＞ (1)

ID:Event的标识符,具有唯一性；

A/B：Event的类型，分为可在多个智能电子设备上执行的事件A和只能在接收事件的本设备执行的事件B；

D：事件的原接收设备；

S：事件的状态集，Event中的行为,是描述事件进行中由一个状态转移到另外一个状态的整体过程；

E:执行该使用事件所消耗的能量；

这样，可定义一组Event，建立它们之间的关系和交互规则，体现共同完成任务的过程；

步骤二：所述智能手机作为所述蓝牙通信网络的主节点,搜索处于其蓝牙网络通讯范围内且有权力使用的所述智能电子设备，与其组成蓝牙通信网络；当没有搜索到至少一个智能电子设备在蓝牙网络中，则所述各智能电子设备保持各自独立的工作状态，所述智能手机保持本步骤的蓝牙搜索状态；当搜索到至少一个智能电子设备在蓝牙网络中，则进入到步骤三；

步骤三：在所述蓝牙网络通信范围内的处于正常工作状态的智能可穿戴设备和智能手机等待所述事件的触发，包括：拨打电话、通话接听、短信收发、定位、请求数据、观看视频等触发命令；

步骤四：当有任一所述事件的触发发生，所述智能手机接收到有所述事件请求的智能电子设备的所述事件触发信息，代入步骤一所定义的Event数组，判断该使用事件Event的类型。对于触发的所述事件，当

步骤五：所述智能手机获取所有在所述智能手机蓝牙网络通信最大通信半径H范围内的所述智能可穿戴设备和所述智能手机的剩余待机时间t

所述之前一段固定时间的设定遵循如下规则：

当所述智能电子设备的剩余电量大于60％时,所述之前一段固定时间设为10分钟；当所述智能电子设备的剩余电量小于等于60％、大于30％时，所述之前一段固定时间设为5分钟；当所述智能电子设备的剩余电量小于等于30％时，所述之前一段固定时间设为2分钟。

假设所述智能可穿戴设备和智能手机单位时间内消耗的电量为w，运行时间为t，则其在这段时间内的耗电量为

W＝w*t (2)

根据物理学中的知识，电功率(即所谓电量)计算公式为

W＝U*I*T (3)

其中U为电压值，I为电流值，T为运行时间。由于在一部设备中，电压值U是一般是不变的，因此参数U可视为常数，仅以电流及时间即可表示电量值，则设备的剩余待机时间为

t

其中W

在博弈中，每个可连接设备被称为“参与者”，每个参与者都能选择实际可行的完整的行动方案，可选择连接或断开，即为策略集。参与者可从一组可行的策略集中选择一个单一的策略。参与者之间的互动表现为在所有参与者选择了他们的策略之后，每个参与者都会对结果产生影响。每个参与者可以通过一个效用函数来评估其选择的策略结果。在正常情况下，博弈的标准形式由Γ(N,S,{P

·参与者集合N：博弈中参与者的集合可以表示为N＝{1,2,…n}，其中N是参与者的数量，这里就是可连接设备的数量。

·策略集S：参与者i的策略集合表示为S

·参与者i的收益函数P

其中l

由上面的收益函数我们可以得到博弈模型的势函数：

如果设备i的连接策略由p

而势函数的差值为：

我们令

由上面公式(9)我们可以得到sgn(ΔP

根据上述收益函数的结果，从所有在所述智能手机蓝牙网络通信最大半径H范围内且能执行所述事件的设备中选择使得收益函数最大的智能电子设备来执行该使用事件；

步骤六：基于所述智能手机的判断和所发送的指令，由被选择的所述智能电子设备执行所触发的所述事件；当所述事件属于类型B，则完成所述事件响应后，进入低能耗能量管理模式，返回步骤二；

步骤七：在完成所述事件响应后，所述智能手机继续探测在所述智能手机蓝牙网络最大通信半径H范围内的所述智能电子设备的事件Event请求和所述剩余电量状态；当在之后一定时间内未探测到事件Event的触发，则所述智能电子设备退出博弈能量均衡管理模式并进入低能耗能量管理模式，返回步骤二；当在之后一定时间内探测到事件Event的触发，则返回步骤四；

所述之后一定时间的设定遵循如下规则：

当所述智能手机的电量小于25％时，且在接下来的5秒钟内未探测到事件Event的触发，则这些在所述智能手机蓝牙网络最大通信半径H范围内的所述智能可穿戴设备及智能手机退出博弈能量均衡管理模式，进入低能耗能量管理模式，然后返回至步骤二；当在接下来的5秒钟内探测到有使用事件Event的触发，则跳转至步骤四；当所述智能手机的电量处在25％-50％范围内时，且在接下来的15秒钟内未探测到使用事件Event的触发，则这些在所述智能手机蓝牙网络最大通信半径H范围内的所述智能可穿戴设备及智能手机退出博弈能量均衡管理模式，进入低能耗能量管理模式，然后返回至步骤二；当在接下来的15秒钟内探测到有使用事件Event触发，则跳转至步骤四；当所述智能手机的电量处在大于50％时，且在接下来的40秒钟内未探测到使用事件Event的触发，则这些在所述智能手机蓝牙网络最大通信半径H范围内的所述智能可穿戴设备及智能手机退出博弈能量均衡管理模式，进入低能耗能量管理模式，然后返回至步骤二；当在接下来的40秒钟内探测到有使用事件Event触发，则跳转至步骤四。

本发明在各智能电子设备总电量不变的前提下，通过博弈论算法协同优化智能可穿戴设备和智能手机的剩余电量的使用机制，通过优化智能电子设备的连接，可均衡所述各智能电子设备的能耗，优化任务分配，最大程度上利用所述智能电子设备的现有能量，提高所述智能电子设备的正常使用时长，提升用户体验度。

附图说明

图1为本发明实施例所述的智能电子设备的能量均衡使用管理方法应用场景示意图；

图2为本发明实施例所述的智能电子设备的能量均衡使用管理方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

随着计算机与嵌入式技术的不断发展，出现了各种类型的便携式智能电子设备，除了智能手机和掌上电脑，还有许多智能可穿戴设备，包括智能电话手表、智能手环、智能首饰、智能眼镜等。

通常的，智能可穿戴设备可以包括但不限于以下功能：依靠智能手表随时电话交谈、实时身体健康侦测、实时定位、借助智能眼镜通过语音和动作可听音乐、看视频、添加日程、地图导航、拍摄、视频通话、接打电话等。智能可穿戴设备由于体积限制，通常不能携带高电量的电池，在现有电池技术条件下，体积过小的电池无法做到高容量，其电池电量通常只能为智能手机电池电量的四分之一左右，随着使用频率和功能的不断增加，导致智能可穿戴设备系统的耗电率不断增大，会缩短智能可穿戴设备的使用时间，进而降低了用户体验。如何保证其充分的有效使用时间成为一个突出的问题。需要发明一种使多种智能可穿戴设备和智能手机的电量获得协同优化管理、使之同时尽可能工作更长时间的方法。

以下的实施例中，为了描述方便，仅以智能电话手表、智能手环和智能眼镜为例，本发明对智能可穿戴设备并不以此为限定。

本发明提供了一种智能电子设备的能量均衡使用管理方法。如图1所示，系统包括智能手机、智能电话手表、智能手环、智能眼镜。智能手机和智能可穿戴设备均具有蓝牙通讯功能，可以通过蓝牙通讯网络互联并进行数据交互。我们将智能手机作为蓝牙通信网络的主节点,则该智能手机的蓝牙网络最大通信半径H为蓝牙网络最大通信半径。当智能可穿戴设备距智能手机的距离h

如图2所示，本发明提供了一种智能电子设备的能量均衡使用管理方法，步骤如下：

步骤一：定义智能可穿戴设备和智能手机的某一功能使用为事件，包括但不限定于：拨打电话、通话接听、短信收发、定位、请求数据、观看视频等；将事件进行形式化表示，可以把事件Event形式化为一个五元组描述的实体，即：

Event＝＜ID,A/B,D,S,E＞ (1)

ID:Event的标识符,具有唯一性；

A/B：Event的类型，分为可在多个智能电子设备上执行的事件A和只能在接收事件的本设备执行的事件B；

D：事件的原接收设备；

S：事件的状态集，Event中的行为,是描述事件进行中由一个状态转移到另外一个状态的整体过程；

E:执行该使用事件所消耗的能量；

这样，可定义一组Event，建立它们之间的关系和交互规则，体现共同完成任务的过程；

步骤二：所述智能手机作为所述蓝牙通信网络的主节点,搜索处于其蓝牙网络通讯范围内且有权力使用的所述智能电子设备，与其组成蓝牙通信网络；若没有搜索到至少一个智能电子设备在蓝牙网络中，则所述各智能电子设备保持各自独立的工作状态，所述智能手机保持本步骤的蓝牙搜索状态；当搜索到至少一个智能电子设备在蓝牙网络中，则进入到步骤三；

步骤三：在所述蓝牙网络通信范围内的处于正常工作状态的智能可穿戴设备和智能手机等待所述事件的触发，包括：拨打电话、通话接听、短信收发、定位、请求数据、观看视频等触发命令；

步骤四：当有任一所述事件的触发发生，所述智能手机接收到有所述事件请求的智能电子设备的所述事件触发信息，代入步骤一所定义的Event数组，判断该使用事件Event的类型。对于触发的所述事件，当

步骤五：所述智能手机获取所有在所述智能手机蓝牙网络通信最大通信半径H范围内的所述智能可穿戴设备和所述智能手机的剩余待机时间t

所述之前一段固定时间的设定遵循如下规则：

当所述智能电子设备的剩余电量大于60％时,所述之前一段固定时间设为10分钟；当所述智能电子设备的剩余电量小于等于60％、大于30％时，所述之前一段固定时间设为5分钟；当所述智能电子设备的剩余电量小于等于30％时，所述之前一段固定时间设为2分钟。

假设所述智能可穿戴设备和智能手机单位时间内消耗的电量为w，运行时间为t，则其在这段时间内的耗电量为

W＝w*t (2)

根据物理学中的知识，电功率(即所谓电量)计算公式为

W＝U*I*T (3)

其中U为电压值，I为电流值，T为运行时间。由于在一部设备中，电压值U是一般是不变的，因此参数U可视为常数，仅以电流及时间即可表示电量值，则设备的剩余待机时间为

t

其中W

在博弈中，每个可连接设备被称为“参与者”，每个参与者都能选择实际可行的完整的行动方案，可选择连接或断开，即为策略集。参与者可从一组可行的策略集中选择一个单一的策略。参与者之间的互动表现为在所有参与者选择了他们的策略之后，每个参与者都会对结果产生影响。每个参与者可以通过一个效用函数来评估其选择的策略结果。在正常情况下，博弈的标准形式由Γ(N,S,{P

·参与者集合N：博弈中参与者的集合可以表示为N＝{1,2,…n}，其中N是参与者的数量，这里就是可连接设备的数量。

·策略集S：参与者i的策略集合表示为S

·参与者i的收益函数P

其中l

由上面的收益函数我们可以得到博弈模型的势函数：

如果设备i的连接策略由p

而势函数的差值为：

我们令

由上面公式(9)我们可以得到sgn(ΔP

根据上述收益函数的结果，从所有在所述智能手机蓝牙网络通信最大半径H范围内且能执行所述事件的设备中选择使得收益函数最大的智能电子设备来执行该使用事件；

步骤六：基于所述智能手机的判断和所发送的指令，由被选择的所述智能电子设备执行所触发的所述事件；当所述事件属于类型B，则完成所述事件响应后，进入低能耗能量管理模式，返回步骤二；

步骤七：在完成所述事件响应后，所述智能手机继续探测在所述智能手机蓝牙网络最大通信半径H范围内的所述智能电子设备的事件Event请求和所述剩余电量状态；当在之后一定时间内未探测到事件Event的触发，则所述智能电子设备退出博弈能量均衡管理模式并进入低能耗能量管理模式，返回步骤二；当在之后一定时间内探测到事件Event的触发，则返回步骤四；

所述之后一定时间的设定遵循如下规则：

当所述智能手机的电量小于25％时，且在接下来的5秒钟内未探测到事件Event的触发，则这些在所述智能手机蓝牙网络最大通信半径H范围内的所述智能可穿戴设备及智能手机退出博弈能量均衡管理模式，进入低能耗能量管理模式，然后返回至步骤二；当在接下来的5秒钟内探测到有使用事件Event的触发，则跳转至步骤四；当所述智能手机的电量处在25％-50％范围内时，且在接下来的15秒钟内未探测到使用事件Event的触发，则这些在所述智能手机蓝牙网络最大通信半径H范围内的所述智能可穿戴设备及智能手机退出博弈能量均衡管理模式，进入低能耗能量管理模式，然后返回至步骤二；当在接下来的15秒钟内探测到有使用事件Event触发，则跳转至步骤四；当所述智能手机的电量处在大于50％时，且在接下来的40秒钟内未探测到使用事件Event的触发，则这些在所述智能手机蓝牙网络最大通信半径H范围内的所述智能可穿戴设备及智能手机退出博弈能量均衡管理模式，进入低能耗能量管理模式，然后返回至步骤二；当在接下来的40秒钟内探测到有使用事件Event触发，则跳转至步骤四。

本发明实施例中，博弈论是研究相互依赖、相互影响的决策主体的理性决策行为以及这些决策的均衡结果的理论。可连接设备的选择实质上是能量均衡的一种资源分配方式，每个设备都希望自己能使用的时间更久，利益最大化，这就是一种典型的非合作博弈模型，我们将该模型引入能量均衡管理方法中。本发明实施例提出了一种智能可穿戴设备的能量均衡使用管理方法，运用博弈论的思想实现智能可穿戴设备和智能手机设备能量使用的优化调度。

智能可穿戴设备，包括：智能电话手表、智能手环、智能眼镜等，与智能手机间的能量均衡管理方法可简略表述为：当智能可穿戴设备与智能手机在智能手机蓝牙网络最大通信半径范围内，则通过蓝牙网络在智能手机和智能可穿戴设备间建立通信连接。运行于智能手机的博弈能量均衡管理系统可智能监测处于智能手机蓝牙网络中每个智能电子设备的电量状态，当收到事件请求，则判断事件类型，然后根据博弈论算法自动选择能量及功能均适合的设备完成事件的响应，从而达到能量均衡管理，通过优化智能电子设备的连接，在各智能电子设备总电量不变的情况下，均衡各智能电子设备的能耗，优化任务分配，最大程度上利用智能电子设备的现有能量，使得整个系统中的所有智能电子设备尽可能同时工作更长时间，提升用户体验度。当智能可穿戴设备在智能手机蓝牙网络最大通信半径的范围之外，则恢复各个设备的独立工作状态；当下次智能可穿戴设备再次进入智能手机蓝牙网络最大通信半径范围内，则恢复调用本博弈能量均衡管理方法，选择连接最佳的智能电子设备响应事件请求。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。