技术领域
[0001] 本
发明属于实验室设备优化技术领域，具体涉及一种实验室物联网管理系统的能效优化方法及其优化设备。
背景技术
[0002] 实验室是培养人才的摇篮、是技术开发的诞生地、同时也是学校实现科研及教学的重要基地。因此高校对教学实验室的的管理尤为重要。只有管理好教学实验室，才能顺利的进行科研活动，才能使得实验更为精准进而得出准确而重要的结论。
[0003] 如今高校教学实验室的管理重点主要集中在以下几个方面：实验物品和环境条件、仪器设备以及实验室管理员，核心问题是怎样系统的管理好这些方面所存在的问题。相比传统的实验室管理阶段，如今的实验室管理更为科学化和现代化。大多数高校的实验室管理系统相对来说已经比较完整，但是这种现在的这种管理系统仍然还有很多的不足和局限性。从体制方面来考虑，如今人们一般都认为实验室教学远远没有理论教学重要，并不是很重视实验课；且这种实验室管理并没有实现完全的自动化管理，很多操作还是需要人工来进行统计和记录，特别是如果学校需要建立新的校区，就必须要实现设备搬迁、资产清查和过期报废等时，这些工作都需要对设备的数据及信息进行核对，这样不仅增加了管理人员的工作量，且容易造成数据信息出现错误；第三就是考虑到安全的问题，因为没办法实时的了解设备的信息，所以在实验教学的过程中容易发生意外。所以本课题所提出以物联网为
基础的实验室管理系统就能够解决上述所提及的问题，这样高校实验室的管理才会变得高效及智能化。
[0004] 如今物联网技术在不断的发展和成熟，人们所考虑的不仅相关的理论研究，更多的是由于技术成熟会让日常生活更为便捷。而物联网能够发展起来最重要的一点就是提高
电子标签读取的准确度。所以，本系统的核心是能够一步步改进及完善收集信息的技术。由于能够实现快速
定位及查找功能，物联网的应用具有很好高的有效性及实用性。这个系统可以给客户提供便捷的生活、能够满足客户的个性化需求，因此可以很好的符合要求。
[0005] 系统管理员是权利最高的管理者。其主要工作是实现监控数据、检测运转、维护功能及配置系统。而实验室的管理人员其工作主要是，通过这个系统来完成信息管理、工作量统计及设备的管理等。要想教师及学生能够更和谐的实现教学活动，就必须提前进行预约管理和排课管理。这样可以很便捷的实现对设备其信息的
跟踪和查询，而且可以产生相应的报表等。通过这个系统，老师可以提前为实验环境的做好准备，预先了解仪器、以及实验设备的相关情况，且能够实现在网上对学生出勤和实验安排、课表查询、实验报告以及成绩查询等情况的了解。学生可以在这个系统上完成网上预约和实验设计、报告的提交与查询、实验室信息查询、在线交流以及通知接收等。这个系统的设计理念即改变传统人工管理的模式，使管理方式趋向智能化。从设备来考虑，设备的入库和出库、使用及维修等过程都变得自动化，可以实现设备信息的写入和读取、统计及分析；从对于教学方面来考虑，学生能够通过这个系统查询到实验室的具体所在
位置且能够提前预约实验，而教师能够通过这个系统来查询学生的试验情况和出勤情况以及实验的安排情况；管理员能够利用这个系统对实验室的相关情况，如实验室的
温度和环境、设备信息、学生信息以及教课老师信息有个实时的掌控。简单来说，这个系统，让高校实验室的管理越来越现代化及科技化。
[0006] 然而如何能够将实验室系统进行优化，提高系统能效是对实验室节约成本、控制安全提出的必要要求。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于提出一种能够节约成本、控制损耗的实验室物联网管理系统的能效优化方法及其优化设备。
[0008] 本发明的目的是这样实现的：
[0009] 一种实验室物联网管理系统的能效优化方法，实验室物联网管理系统包括实验室待管理的设备，所述实验室待管理的设备的编号为i1，i2，i3…..in，其中n代表设备的序号、能无线连接各实验室的中继系统A、
服务器B、第一终端C和第二终端D，所述第一终端C用于所述服务器连接WEB端，所述第二终端D用于所述服务器连接控制端；所述实验室物联网管理系统通过控制所述设备的能耗进行能效优化，具体包括：
[0010] (1)每个所述实验室待管理的设备将其参数信息列表发送至所述中继系统A，所述参数信息列表包括对应信道的
感知信噪比、传输速率以及传输功率；
[0011] (2)所述服务器B根据所述中继系统A发送的所述参数信息列表，结合实验室待管理的设备的传输需求进行规划，为所述实验室待管理的设备分配需要的功率，并将分配结果发送至所述中继系统A，所述中继系统A将分配结果发送至所述实验室待管理的设备；
[0012] (3)所述服务器B检测所述第一终端C和所述第二终端D的空闲信道；
[0013] (4)所述服务器B根据检测到的空闲信道，为所述第一终端C和所述第二终端D分配合适的信道及对应的传输时间，并将最终分配方案传送至有传输需求的所述第一终端C和第二终端D，若无空闲信道则不进行信道分配，只需向所述第一终端C和所述第二终端D发送无空闲信道信息；
[0014] (5)所述第一终端C和所述第二终端D根据所述最终分配方案接入信道进行传输，若收到无空闲信道的信息，则切换至休眠状态直至下一个周期到来。
[0015] 在一个
实施例中，所述最终分配方案确定的步骤包括：
[0016] (1.1)设有M个所述第一终端C和N个所述第二终端D，所述第一终端C和所述第二终端D的集合分别表示为：
[0017] α＝{1,2,3…M}；
[0018] β＝{1,2,3…N}；
[0019] 所述第一终端C和所述第二终端D共享M个上行
频谱资源
块；
[0020] 实验室物联网管理系统链路的信道模型为：
[0021] n＝|μ|2b-β；
[0022] μ为链路的小尺度衰落值，服从瑞利分布，μ～CN(0,1)，b表示实验室物联网管理系统中设备的发射端与接收端的距离；β是链路损失指数；
[0023] (1.2)计算共同占用第j个频谱的所述第一终端j和所述第二终端i的信噪比SI；
[0024]
[0025]
[0026] 表示所述第一终端到所述服务器B的发射功率， 表示所述第二终端到其
信号接收端的发射功率， 表示所述第一终端到所述服务器B的信道； 表示所述第二终端i到其信号接收端的信道， 表示所述第二终端对所述第一终端频谱资源的复用状态；M0表示系统噪声功率；
[0027] (1.3)计算共同占用第j个频谱的所述第一终端j和所述第二终端i的频谱效率；
[0028] ej＝log2(1+SIj)；
[0029] ei＝log2(1+SIi)；
[0030] (1.4)计算共同占用第j个频谱的所述第一终端j和所述第二终端i的总功耗；
[0031] Wj＝wj+Ec；
[0032] Wi＝wi+Ec；
[0033] wj为所述第一终端j的发送功率，wi为所述第二终端i的发送功率；Ec为每一个设备的
电路功率；
[0034] (1.5)计算所述第一终端C和所述第二终端D的总能效：
[0035]
[0036] (1.6)对所述第一终端C和所述第二终端D的总能效进行模拟，求出最小值下各设备的最佳能耗值。
[0037] 在一个实施例中，所述的实验室待管理的设备的能耗通过如下方法进行优化：
[0038] (2.1)计算实验室待管理的设备的常规能耗：
[0039]
[0040] Pz为实验室固有电路功率；Pzt(i)为实验室待管理的设备i进行工作时的传输功率；Pk(i)为实验室待管理的设备i空闲时的传输功率；T为单位时间；Tzt为实验室待管理的设备进行工作的时间；Tk为实验室待管理的设备空闲的时间；
[0041] (2.2)计算实验室待管理的设备的空闲模式的概率：
[0042] pk(i)＝(1-pb(i))(1-p(i))；
[0043] pb(i)为实验室待管理的设备i的缓存器非空概率；p(i)为实验室待管理的设备i的标准工作概率；
[0044] (2.3)计算实验室待管理的设备的工作模式的概率：
[0045] pzt(i)＝p(i)+(p(i)-1)pb(i)；
[0046] (2.4)计算实验室待管理的设备的通信能效为：
[0047]
[0048] η为实验室待管理的设备的通信到达率：
[0049]
[0050] 为通信数据的平均长度；为实验室能耗
平均功率；TS为实验室信道通讯时间；
[0051] (2.5)对实验室待管理的设备的通信能效进行模拟，求出实验室待管理的设备的最小值达到系统的最佳能耗值。
[0052] 在一个实施例中，通过所述中继系统A和所述服务器B对待优化设备的传输过程进行监控，具体方法包括：
[0053] (3.1)设待优化iu的坐标为(Xiu，Yiu)，设待优化相关联的m个设备的坐标为(X1，Y1)，(X2，Y2)…(Xm，Ym)，m≥3；
[0054] 所述待优化相关联的的设备为待优化的且同处于一所述中继系统的设备；
[0055] (3.2)该待优化与相关联的m个设备的欧氏距离为：
[0056]
[0057] 对上式进行推导得：
[0058]
[0059] 将该式通过简化结构进行计算得到待优化的坐标：
[0060]
[0061]
[0062]
[0063]
[0064] (3.3)设待优化iu与所述中继系统A的距离r，路径损耗通信距离为r0；接收功率的平均值为P(r0)；待优化iu的传输功率为Pzt(i)；则：
[0065]
[0066] β为传播路径损耗指数，通过计算获得待优化iu与所述中继系统A的距离r；
[0067] (3.4)计算能够获得待优化iu通信信号的实验室设备ix与iu的距离s；
[0068]
[0069]
[0070]
[0071]
[0072] s0为实验室设备ix与已知设备ip通信信号的距离，Xσ为随机值的正太分布取法，其标准偏差为[4，10]，b(i)为实验室待管理的设备的信号在传输过程中的损耗指数；G0为待优化iu与实验室设备ix之间所记录的原始信号强度；
[0073] (3.5)通过待优化iu的坐标、待优化iu与实验室中继系统A的距离r以及能够获得待优化iu通信信号的实验室设备ix与iu的距离s综合确定待优化的设备的位置。
[0074] 在一个实施例中，获取所述第一终端C和第二终端D工作时的发射功率具体步骤包括：
[0075] (4.1)通过所述第一终端C和所述第二终端D收集所述第一终端C和所述第二终端D工作时的传输做功值的集合，集合中要包括一定数量的不同时间以及不同工作模式下的传输做功值，M’个传输做功值的矩阵的集合ζ，每个矩阵表示为m’*n’的矩阵σi；
[0076] (4.2)检测所述第一终端C和所述第二终端D传输做功的矩阵N’，N’＝A’TA’；
[0077] A’＝[ρ1，ρ2，…，ρM]
[0078] ρi为所述第一终端C和所述第二终端D随时间变化的不同做功值，[0079] ρi＝σi-τ，
[0080] 遍历集合ζ中的矩阵并且进行累加，然后取其平均值，即得到平均做功值τ[0081]
[0082] 计算矩阵N的
特征向量以及特征值，特征向量μk为所述第一终端C和所述第二终端D随时间变化的不同做功值ρi的分布律，特征值
[0083]
[0084] 并选择其中具有最高相关性的M个特征值对应的特征向量；
[0085] (4.3)结合标准的做功值集合产生特征做功模式向量
[0086] Ωi＝μkT(σi-τ)；
[0087] i＝1，2，…M；
[0088] (4.4)最终确定所述第一终端C和所述第二终端D的发射功率为Ωiλk。
[0089] 在一个实施例中，实验室物联网管理系统包括实验室待管理的设备编号为i1，i2，i3…..in，其中n代表设备的序号，能无线连接各实验室中继系统A、服务器B、所述第一终端C和所述第二终端D，所述第一终端C用于所述服务器连接WEB端，所述第二终端D用于所述服务器连接控制端；所述实验室物联网管理系统通过控制上述设备的能耗进行能效优化，其特征在于：在所述中继系统A下，每个实验室待管理的设备将其参数信息列表发送给所述中继系统A，所述参数信息列表包括对应信道的感知信噪比、传输速率以及传输功率；所述服务器B根据所述中继系统A发送的参数信息列表，结合实验室待管理的设备的传输需求进行规划后，为实验室待管理的设备分配需要的功率并将分配结果结果发送至所述中继系统A，中继系统A将分配结果发送至实验室待管理的设备；所述服务器B检测所述第一终端C和所述第二终端D的空闲信道；所述服务器B根据检测到的空闲信道，为所述第一终端C和所述第二终端D分配合适的信道及对应的传输时间，并将最终分配方案发送至有传输需求的所述第一终端C和所述第二终端D，如果无空闲信道则不进行信道分配，只需向所述第一终端C和所述第二终端D发送无空闲信道的信息；所述第一终端C和所述第二终端D根据分配方案接入信道进行传输，若收到无空闲信道的信息，则切换至休眠状态直至下一个周期到来。
[0090] 在一个实施例中，所述最终分配方案确定的步骤包括：
[0091] 设有M个所述第一终端C和N个所述第二终端D，所述第一终端C和所述第二终端D的集合分别表示为：
[0092] α＝{1,2,3…M}；
[0093] β＝{1,2,3…N}；
[0094] 所述第一终端C和所述第二终端D共享M个上行频谱资源块；
[0095] 实验室物联网管理系统链路的信道模型为：
[0096] n＝|μ|2b-β；
[0097] μ为链路的小尺度衰落值，服从瑞利分布，μ～CN(0,1)，b表示实验室物联网管理系统中设备的发射端与接收端的距离；β是链路损失指数；
[0098] 计算共同占用第j个频谱的所述第一终端j和所述第二终端i的信噪比SI；
[0099]
[0100]
[0101] Pjc表示所述第一终端C到所述服务器B的发射功率， 表示所述第二终端D到其信号接收端的发射功率， 表示所述第一终端C到所述服务器B的信道； 表示所述第二终端i到其信号接收端的信道， 表示所述第二终端D对所述第一终端C频谱资源的复用状态；M0表示系统噪声功率；
[0102] 计算共同占用第j个频谱的所述第一终端j和所述第二终端i的频谱效率；
[0103] ej＝log2(1+SIj)；
[0104] ei＝log2(1+SIi)；
[0105] 计算共同占用第j个频谱的所述第一终端j和所述第二终端i的总功耗；
[0106] Wj＝wj+Ec；
[0107] Wi＝wi+Ec；
[0108] wj为所述第一终端j的发送功率，wi为所述第二终端i的发送功率；Ec为每一个设备的电路功率；
[0109] 计算所述第一终端C和所述第二终端D的总能效：
[0110]
[0111] 对所述第一终端C和所述第二终端D的总能效进行模拟，求出最小值下各设备的最佳能耗值；
[0112] 所述第一终端C和所述第二终端D进行工作时的发射功率的获得，方法具体步骤包括：
[0113] 通过所述第一终端C和所述第二终端D收集所述第一终端C和所述第二终端D工作时的传输做功值的集合，集合中要包括一定数量的不同时间以及不同工作模式下的传输做功值，M’个传输做功值的矩阵的集合ζ，每个矩阵表示为m’*n’的矩阵σi；
[0114] 检测所述第一终端C和所述第二终端D传输做功的矩阵N’，
[0115] N’＝A’TA’；
[0116] A’＝[ρ1，ρ2，…，ρM]
[0117] ρi为所述第一终端C和所述第二终端D随时间变化的不同做功值，[0118] ρi＝σi-τ，
[0119] 遍历集合ζ中的矩阵并且进行累加，然后取其平均值，即得到平均做功值τ[0120]
[0121] 计算矩阵N的特征向量以及特征值，特征向量μk为所述第一终端C和所述第二终端D随时间变化的不同做功值ρi的分布律，特征值
[0122]
[0123] 并选择其中具有最高相关性的M个特征值对应的特征向量；
[0124] 结合标准的做功值集合产生特征做功模式向量
[0125] Ωi＝μkT(σi-τ)；
[0126] i＝1，2，…M；
[0127] 最终确定所述第一终端C和所述第二终端D的发射功率为Ωiλk。
[0128] 本系统通过控制上述设备的能耗进行能效优化，在同一中继系统下，每个实验室待管理的设备将其参数信息列表发送给中继系统A，该参数信息列表包括对应信道的感知信噪比、传输速率以及传输功率；服务器B根据中继系统A发送的参数信息列表，结合实验室待管理的设备的传输需求进行规划后，为实验室待管理的设备匹配需要的功率并将分配结果结果发送给中继系统A，由中继系统A将分配结果发送给实验室待管理的设备进行能效优化；服务器B对J检测第一终端C和第二终端D的空闲信道；服务器B根据检测到的空闲信道，为第一终端C和第二终端D分配合适的信道及对应的传输时间，并将最终分配方案发送至有传输需求的第一终端C和第二终端D，若无空闲信道则不进行信道分配，只需向第一终端C和第二终端D发送无空闲信道信息；第一终端C和第二终端D根据分配方案接入信道进行传输，如果收到无空闲信道的信息，则切换至休眠状态直至下一个周期到来。
[0129] 本发明的有益效果在于：本发明通过对服务器连接的两个终端进行功率配置来进行能效优化，对于实验室待管理的设备、第一终端和第二终端根据不同的性质进行能效优化，设计合理，创造性提出了能效优化方法，合理节约能耗，提高安全度。
附图说明
[0131] 图2为本发明设备示意图。
具体实施方式
[0132] 下面结合附图对本发明做进一步描述。
[0133] 本发明以物联网的三层结构为基础，本实验室物联网管理系统需结合具体的应用场景分别实现感知层、网络层、应用层。感知层：系统需设计实现信息获取部分，应用无线传感网络监测实验室的温度、湿度、光照强度、烟雾浓度等环境信息以实现对实验室环境信息的监测，同时应用扫描设备获取实验室的设备信息；同时，应用无线传输技术将感知到的信息传出。传输层：根据实际的应用场景完成网络层的设计，需构建
嵌入式系统来完成对感知层信息的中转传输。应用层：需建立
数据库存储系统涉及到的数据并完成应用程序的设计。物联网系统在感知层需要实现采集环境信息的实时采集，它不需要过高的带宽、高速率和高服务
质量(Quality of Services，Qo S)来
支撑。但是需要低廉的成本、精准的传输和较强的实用性等。从这个
角度出发，该系统需要考虑以下要素：(1)低成本。物联网系统在感知层涉及大量的
传感器和微型
控制器，加之物联网系统本身
节点数量多，降低单个节点的成本会对系统的造
价带来很多改变。(2)高可靠性。由于物联网系统会应用到一些重要场景的信息监测，如对室内烟雾浓度、设备运行状态监测等。这就需要系统能够准确实时的监测环境信息，及时将监测到的信息反馈给用户。高可靠性也是物联网系统在重要场景应用价值的体现。(3)实用性。对涉及应用交互的物联网系统，功能完备，界面友好，简单好用将大大促进系统的推广。系统应该为解决生活或者工程的实际问题而开发，让使用者受益。(4)可拓展性。由于物联网其正处在一个不断发展的时期，在系统设计之初应该预留相应的
接口方便系统升级；系统级的
软件也应该支持
应用软件的升级。(5)友好性。物联网系统的应用层部分大多涉及到和用户之间的交互，应用层程序设计的时需要尽可能的做到界面友好，让系统获得更好的用户体验。
[0134] 如图1所示，一种实验室物联网管理系统的能效优化方法，实验室物联网管理系统包括实验室待管理的设备，所述实验室待管理的设备的编号为i1，i2，i3…..in，其中n代表设备的序号、能无线连接各实验室的中继系统A、服务器B、第一终端C和第二终端D，所述第一终端C用于所述服务器连接WEB端，所述第二终端D用于所述服务器连接控制端；所述实验室物联网管理系统通过控制所述设备的能耗进行能效优化，具体包括：
[0135] (1)每个所述实验室待管理的设备将其参数信息列表发送至所述中继系统A，所述参数信息列表包括对应信道的感知信噪比、传输速率以及传输功率；
[0136] (2)所述服务器B根据所述中继系统A发送的所述参数信息列表，结合实验室待管理的设备的传输需求进行规划，为所述实验室待管理的设备分配需要的功率，并将分配结果发送至所述中继系统A，所述中继系统A将分配结果发送至所述实验室待管理的设备；
[0137] (3)所述服务器B检测所述第一终端C和所述第二终端D的空闲信道；
[0138] (4)所述服务器B根据检测到的空闲信道，为所述第一终端C和所述第二终端D分配合适的信道及对应的传输时间，并将最终分配方案传送至有传输需求的所述第一终端C和第二终端D，若无空闲信道则不进行信道分配，只需向所述第一终端C和所述第二终端D发送无空闲信道信息；
[0139] (5)所述第一终端C和所述第二终端D根据所述最终分配方案接入信道进行传输，若收到无空闲信道的信息，则切换至休眠状态直至下一个周期到来。
[0140] 所述最终分配方案确定的步骤包括：
[0141] (1.1)设有M个所述第一终端C和N个所述第二终端D，所述第一终端C和所述第二终端D的集合分别表示为：
[0142] α＝{1,2,3…M}；
[0143] β＝{1,2,3…N}；
[0144] 所述第一终端C和所述第二终端D共享M个上行频谱资源块；
[0145] 实验室物联网管理系统链路的信道模型为：
[0146] n＝|μ|2b-β；
[0147] μ为链路的小尺度衰落值，服从瑞利分布，μ～CN(0,1)，b表示实验室物联网管理系统中设备的发射端与接收端的距离；β是链路损失指数；
[0148] (1.2)计算共同占用第j个频谱的所述第一终端j和所述第二终端i的信噪比SI；
[0149]
[0150]
[0151] 表示所述第一终端到所述服务器B的发射功率， 表示所述第二终端到其信号接收端的发射功率， 表示所述第一终端到所述服务器B的信道； 表示所述第二终端i到其信号接收端的信道， 表示所述第二终端对所述第一终端频谱资源的复用状态；M0表示系统噪声功率；
[0152] (1.3)计算共同占用第j个频谱的所述第一终端j和所述第二终端i的频谱效率；
[0153] ej＝log2(1+SIj)；
[0154] ei＝log2(1+SIi)；
[0155] (1.4)计算共同占用第j个频谱的所述第一终端j和所述第二终端i的总功耗；
[0156] Wj＝wj+Ec；
[0157] Wi＝wi+Ec；
[0158] wj为所述第一终端j的发送功率，wi为所述第二终端i的发送功率；Ec为每一个设备的电路功率；
[0159] (1.5)计算所述第一终端C和所述第二终端D的总能效：
[0160]
[0161] (1.6)对所述第一终端C和所述第二终端D的总能效进行模拟，求出最小值下各设备的最佳能耗值。
[0162] 所述的实验室待管理的设备的能耗通过如下方法进行优化：
[0163] (2.1)计算实验室待管理的设备的常规能耗：
[0164]
[0165] Pz为实验室固有电路功率；Pzt(i)为实验室待管理的设备i进行工作时的传输功率；Pk(i)为实验室待管理的设备i空闲时的传输功率；T为单位时间；Tzt为实验室待管理的设备进行工作的时间；Tk为实验室待管理的设备空闲的时间；
[0166] (2.2)计算实验室待管理的设备的空闲模式的概率：
[0167] pk(i)＝(1-pb(i))(1-p(i))；
[0168] pb(i)为实验室待管理的设备i的缓存器非空概率；p(i)为实验室待管理的设备i的标准工作概率；
[0169] (2.3)计算实验室待管理的设备的工作模式的概率：
[0170] pzt(i)＝p(i)+(p(i)-1)pb(i)；
[0171] (2.4)计算实验室待管理的设备的通信能效为：
[0172]
[0173] η为实验室待管理的设备的通信到达率：
[0174]
[0175] 为通信数据的平均长度； 为实验室能耗平均功率；TS为实验室信道通讯时间；
[0176] (2.5)对实验室待管理的设备的通信能效进行模拟，求出实验室待管理的设备的最小值达到系统的最佳能耗值。
[0177] 本发明全面地分析系统能耗，最后提出一个跨层设计的新型能效分析模型。考虑到通信系统存在没有数据需要传输的状态，引入两种模式，即当系统有数据需要传输时，处于传输模式；反之，处于空闲模式，系统能耗组成包括传输模式、空闲模式和固有能耗，该方式节省了电路没有数据需要传输的情况的能耗，这为提高以比特每焦
耳为单位的能效提供了可靠的保障。另外，本发明采用有效模型，把物理层的数据收发和数据链路层的数据结合起来，找到一个估计非空概率的计算方法，能够准确地计算系统处于不同模式的概率和系统能耗。
[0178] 通过所述中继系统A和所述服务器B对待优化设备的传输过程进行监控，具体方法包括：
[0179] (3.1)设待优化iu的坐标为(Xiu，Yiu)，设待优化相关联的m个设备的坐标为(X1，Y1)，(X2，Y2)…(Xm，Ym)，m≥3；
[0180] 所述待优化相关联的的设备为待优化的且同处于一所述中继系统的设备；
[0181] (3.2)该待优化与相关联的m个设备的欧氏距离为：
[0182]
[0183] 对上式进行推导得：
[0184]
[0185] 将该式通过简化结构进行计算得到待优化的坐标：
[0186]
[0187]
[0188]
[0189]
[0190] (3.3)设待优化iu与所述中继系统A的距离r，路径损耗通信距离为r0；接收功率的平均值为P(r0)；待优化iu的传输功率为Pzt(i)；则：
[0191]
[0192] β为传播路径损耗指数，通过计算获得待优化iu与所述中继系统A的距离r；
[0193] (3.4)计算能够获得待优化iu通信信号的实验室设备ix与iu的距离s；
[0194]
[0195]
[0196]
[0197]
[0198] s0为实验室设备ix与已知设备ip通信信号的距离，Xσ为随机值的正太分布取法，其标准偏差为[4，10]，b(i)为实验室待管理的设备的信号在传输过程中的损耗指数；G0为待优化iu与实验室设备ix之间所记录的原始信号强度；
[0199] (3.5)通过待优化iu的坐标、待优化iu与实验室中继系统A的距离r以及能够获得待优化iu通信信号的实验室设备ix与iu的距离s综合确定待优化的设备的位置。
[0200] 获取所述第一终端C和第二终端D工作时的发射功率具体步骤包括：
[0201] (4.1)通过所述第一终端C和所述第二终端D收集所述第一终端C和所述第二终端D工作时的传输做功值的集合，集合中要包括一定数量的不同时间以及不同工作模式下的传输做功值，M’个传输做功值的矩阵的集合ζ，每个矩阵表示为m’*n’的矩阵σi；
[0202] (4.2)检测所述第一终端C和所述第二终端D传输做功的矩阵N’，N’＝A’TA’；
[0203] A’＝[ρ1，ρ2，…，ρM]
[0204] ρi为所述第一终端C和所述第二终端D随时间变化的不同做功值，[0205] ρi＝σi-τ，
[0206] 遍历集合ζ中的矩阵并且进行累加，然后取其平均值，即得到平均做功值τ[0207]
[0208] 计算矩阵N的特征向量以及特征值，特征向量μk为所述第一终端C和所述第二终端D随时间变化的不同做功值ρi的分布律，特征值
[0209]
[0210] 并选择其中具有最高相关性的M个特征值对应的特征向量；
[0211] (4.3)结合标准的做功值集合产生特征做功模式向量
[0212] Ωi＝μkT(σi-τ)；
[0213] i＝1，2，…M；
[0214] (4.4)最终确定所述第一终端C和所述第二终端D的发射功率为Ωiλk。
[0215] 本系统数据的收集及读写是通过本发明技术来完成的，能够实现批量的读写，由于本发明技术可以在距离较远时进行读写，因此录入数据信息可以变得自动化，这在很大程度上提高了系统的工作效率。通过使用本发明技术来实现管理时，信息可以对一些关键的操作随时进行记录，这样能够对存储的信息进行备份，能够追踪和查询所记录的相关信息。本系统所采用的是本发明系统自动识别的技术，很大程度上不需要依赖人工，当设备处于维修或是借出的状态时，本发明标签能够实现自动读写，接着把数据发送给后台数据库，整个过程都可以变得智能化。这个系统所采用的是传感器技术以及本发明系统自动识别技术，一旦人员信息或者是设备信息发生了相关变化时，本发明读写器就可以进行自动化的读写信息，且及时的将信息发送给后台数据库。预警机制。当系统检测与后台数据库所不相关的数据信息就会触发报警系统，提高了实验室管理系统的安全性。
[0216] 进一步的，一种实验室物联网管理系统的能效优化设备，实验室物联网管理系统包括实验室待管理的设备编号为i1，i2，i3…..in，其中n代表设备的序号，能无线连接各实验室中继系统A、服务器B、所述第一终端C和所述第二终端D，所述第一终端C用于所述服务器连接WEB端，所述第二终端D用于所述服务器连接控制端；所述实验室物联网管理系统通过控制上述设备的能耗进行能效优化，其特征在于：在所述中继系统A下，每个实验室待管理的设备将其参数信息列表发送给所述中继系统A，所述参数信息列表包括对应信道的感知信噪比、传输速率以及传输功率；所述服务器B根据所述中继系统A发送的参数信息列表，结合实验室待管理的设备的传输需求进行规划后，为实验室待管理的设备分配需要的功率并将分配结果结果发送至所述中继系统A，中继系统A将分配结果发送至实验室待管理的设备；所述服务器B检测所述第一终端C和所述第二终端D的空闲信道；所述服务器B根据检测到的空闲信道，为所述第一终端C和所述第二终端D分配合适的信道及对应的传输时间，并将最终分配方案发送至有传输需求的所述第一终端C和所述第二终端D，如果无空闲信道则不进行信道分配，只需向所述第一终端C和所述第二终端D发送无空闲信道的信息；所述第一终端C和所述第二终端D根据分配方案接入信道进行传输，若收到无空闲信道的信息，则切换至休眠状态直至下一个周期到来。
[0217] 需要指出的是，本发明只是详细描述有关实验室安全性检测方法的有关技术，而实验室系统中的其他技术问题，如设备与
中继器或者服务器连接的手段、技术，各个设备中使用的APP等技术方案由于都是本领域的公知技术，因此不在本发明中做进一步描述。
