专利名称：低压电力线窄带载波通信路由方法
技术领域：
本发明涉及电力线窄带载波通信、自动抄表技术及自组网路由领域，特别涉及一 种低压电力线窄带载波通信路由方法。
背景技术：
由于我国对低压电器准入监控的不严导致电网载波通信的背景噪声很大，而低压 电网优越的50hz频率响应特性带来了极差的高频响应特性，剧烈的电网负载变化使得电 网产生极高的高频衰减和难以克服的衰减动态范围，这都导致了用电营业管理数据采集系 统下行信道通信的可靠性达不到现场的适用要求，根据国际上在低压电网上允许使用的两 个载波通信频段与通信技术发展的现状，低压载波通信单纯依靠物理层通信是无法保证系 统数据采集的可靠性。目前国内外在低压载波通信领域几乎都毫无例外地在发展以牺牲部 分数据采集速度来提高数据采集可靠性的中继组网技术(即关联中继技术)，而我国的电力 线载波组网技术的发展是从半自动组网起步的，这种半自动组网技术需要庞大的售后服务 支持，在规模推广环境下是不可能持久的，而动态组网虽然能保证系统的有序中继、区域避 让、梯次发送、多路并进式的全网搜索，但是现有的动态组网的缺点是对载波通信芯片要求 比较高，包括电能表端，需要信号幅度或信噪比采集的硬件支持，电能表成本相对较高，这 对数量庞大的规模推广是一个沉重负担，因此，一种既能降低成本又能提高通信可靠性的 低压电力线窄带载波通信路由方法亟待解决。发明内容
本发明的目的在于提供一种既能降低成本又能提高通信可靠性的低压电力线窄 带载波通信路由方法。
本发明提供的这种低压电力线窄带载波通信路由方法，采用基于变种蚁群算法的 动态组网方法，且采用似然概率洪泛机制作为路径失效时的修复补充方式，所述变种蚁群 算法包括路由发现和路由维护两部分，所述路由发现将载波信号看做人工蚂蚁，将载波信 号的发生看做所述人工蚂蚁的释放，将从中心载波节点发送载波信号直到其接收目的载波 节点的回应信号的过程看做所述人工蚂蚁的一次完整的觅食过程，所述中心载波节点根据 所述目的载波节点的回应信号建立中心路由表，其它各载波节点通过接收和监听电力线上 的载波信号计算出其到所述中心载波节点的电气距离，得到一个电气距离表，通过不断更 新该电气距离表以调整其可以直达所述中心载波节点的路由表，所述路由维护是针对个别 载波节点或局部区域内的载波节点进行，所有载波节点根据其各自转换或监听到的分组数 据包来自动更新其各自的邻居载波节点表及其各自对应的到达所述中心载波节点的电气 距离以动态适应通信信道的状态。
所述变种蚁群算法采用电气距离作为约束的候选策略，选择所述电气距离阀值的 [ ~ ^]区间上的各载波节点作为所述人工蚂蚁下一个通信节点的候选集。所述路由维护采用局部更新规则更新信息素， 所述局部更新规则采用如下公式更新所述信息素F=100Xiused/(iused+iUnused+iUnusedXiDflag/Nvalue),式中 F 表示信息素， iused表示成功的次数，iUnused表示失败的次数，iDflag表示路径的深度，Nvalue表示父 节点的个数，所述局部更新原则是对每只人工蚂蚁走过的路径进行更新。所述路由维护中 所述中心载波节点维护一个到达各载波节点的路由表，所述各载波节点只需维护其各自到 达所述中心载波节点的路径。所述各载波节点接收到所述中心载波节点广播的似然概率命 令时，根据其侦听到的邻居载波节点的数目采用似然概率算出其发送概率，所述各载波节 点根据其所算出的发生概率来转发所述命令。所述变种蚁群算法包括链路节点参数、链路 线路参数、禁忌表三个中途数据，该三个中途数据存储所述各载波节点的成功失败次数、路 由深度、与其父节点的连接关系、当前载波节点的搜索痕迹。
本发明由于采用基于变种蚁群算法的动态组网方法，且采用似然概率洪泛机制作 为其路径失效时的修复补充方式，降低了成本，同时又提高了低压电力线窄带载波通信的可靠性。
具体实施方式
本发明是一种基于变种蚁群算法的动态组网方法，采用似然概率洪泛机制作为路 径失效时的修复补充方式，变种蚁群算法包括路由发现和路由维护两部分，其中路由发现 是指按一定的规则来发现路由，即路由逻辑树的建立过程，本发明将载波信号看做人工蚂 蚁，将载波信号的发生看做所述人工蚂蚁的释放，将从中心载波节点发送载波信号直到其 接收到目的载波节点的回应信号的过程看做所述人工蚂蚁的一次完整的觅食过程，中心载 波节点根据目的载波节点的回应信号建立中心路由表，其它各载波节点通过接收和监听电 力线上的载波信号计算出其到达中心载波节点的电气距离，得到一个电气距离表，通过不 断更新该电气距离表以调整其可以直达所述中心载波节点的路由表。
人工蚂蚁从中心载波节点出发，根据约束集的约束、信息素浓度及特定启发信息， 按策略选择下一个通信节点，直到到达目的载波节点，同时人工蚂蚁按原路径返回，回到中 心载波节点之后，对该路径的质量进行评估，电力线信道总体上会发生各种不同的变化，较 早时间的信息素将逐渐失去代表该电力线信道当前环境状况的效力，所以要对信息素按照 一定比例进行挥发，同时为了避免搜索出现停滞，设定了路径信息素浓度的上下限，当获得 的路径达到要求的精度时，认为本次路径发现完成，中心载波节点通过不断发出寻路信号 来完成各通信节点的路径发现过程。
本发明中人工蚂蚁选择下一个通信节点的时候，采用电气距离作为约束的候选策 略，首先，设定一个正常通信的电气距离的阀值，当电气距离大于这一阀值时，则认为信道 状态差，两个通信节点之间不能进行直接通信，且最大通信距离附近的载波节点在通信上 并不稳定，因此最大通信距离附近的载波节点不适合做中继使用，所以在算法中选择电气阀值的[‘，1 ]区间上的载波节点作为下一个通信节点的最优候选集，按照相关公式的计 2 3算作为下一个通信节点的选择策略。
其中路由维护是指当先前的路由变得无效时或者需要寻找一条更加适合当前电力线状况的路径时，需要对中心路由表进行更新，当中心载波节点按照中心路由表中的路 由向目的载波节点发送控制命令，由于该路由中某一个路径上的负载突变或者受到强干扰 而使通信失败，则中心载波节点在确认该路径已经不适合当前信道的情况下，将重新选择 目的载波节点路径或使用路由发现寻找到达目的载波节点的路径，进行路由维护的搜索过 程是针对个别通信节点或局部区域内的通信节点进行以较大地节约时间。本发明中由于所 有载波节点根据其各自转换或监听到的分组数据包来自动更新其各自的邻居载波节点表 及其各自对应的到达中心载波节点的电气距离以动态适应通信信道的状态，因此与其他的 一些基于表的路由不同，本发明不需要通过周期性的路由广播分组来维护路由的实时性， 且该路由维护采用局部更新规则的方式更新信息素。
局部更新规则是指对每只人工蚂蚁走过的路径进行更新，它反映每一只 人工蚂蚁曾经走过的路径对后面人工蚂蚁探测的影响，其中信息素更新的公式为=呦),式中^力信息素挥发系数，τ(0)为信息素的初始值，其可以作为参数在程序运行中进行调整以适应现场复杂的通信环境。同时 也为系统分散系 数，该系数可以避免人工蚂蚁收索路径过于集中陷入局部最优陷阱，影响系统的整体系能， 但该系数同时影响单条路径的收敛性能，因此，该系数是一个调节系统平衡的参数。
电力线载波网络是一对多的控制网，即一个中心载波节点与其负责管理的若干个 载波节点进行通信，各个子载波节点之间一般不需要直接的通信功能(应用层数据)，因此 载波网络系统仅需要中心载波节点维护一个达到各载波节点的路由表，各载波节点只需要 保存其各自到达中心载波节点的路径即可，这一点可大大减小路由表的建立和维护工作， 降低了系统的复杂性。
在完成网络组网后的网络运行中，考虑到电力线网络信道的时变性和未知行，本 发明采用似然概率洪泛机制作为路径失效时的修复补充方式，洪泛算法(flooding)是一 种传统的广播式路由技术，它不需要维护网络的拓扑结构和路由计算，接收到消息的载波 节点以广播形式转发数据包给所有的邻居载波节点，这个过程重复执行，直到数据包到达 目的载波节点或已经到达预先设定的最大跳数，早期洪泛算法在电力线网络中也用应用， 要么是简单的所有节点遍历的洪泛要么是固定概率的洪泛，这种算法实现简单，但会出现 信息的内爆和重叠，根据这些不足，本发明提出基于网络邻居节点的数目的概率洪泛。
如果中心载波节点没有发送消息到达目的载波节点的路径，这个载波节点就要通过广播来传输应用层的数据，其概率值的定义如公式怂=1-(1-P)H > 0. ,其中/7是重播的概率，η是载波节点的邻居节点的数目，从该公式可知，在给定η的值，为了防止出现消 息盲点，在满足转发路径消息在大于99. 99%到达率的情况下各载波节点转发的概率值如 表1所示。
表1邻居载波节点的数目与概本“的关系表
权利要求
1.一种低压电力线窄带载波通信路由方法，其特征在于该路由方法采用基于变种蚁群 算法的动态组网方法，且采用似然概率洪泛机制作为路径失效时的修复补充方式，所述变 种蚁群算法包括路由发现和路由维护两部分，所述路由发现将载波信号看做人工蚂蚁，将 载波信号的发生看做所述人工蚂蚁的释放，将从中心载波节点发送载波信号直到其接收目 的载波节点的回应信号的过程看做所述人工蚂蚁的一次完整的觅食过程，所述中心载波节 点根据所述目的载波节点的回应信号建立中心路由表，其它各载波节点通过接收和监听电 力线上的载波信号计算出其到所述中心载波节点的电气距离，得到一个电气距离表，通过 不断更新该电气距离表以调整其可以直达所述中心载波节点的路由表，所述路由维护是针 对个别载波节点或局部区域内的载波节点进行，所有载波节点根据其各自转换或监听到的 分组数据包来自动更新其各自的邻居载波节点表及其各自对应的到达所述中心载波节点 的电气距离以动态适应通信信道的状态。
2.根据权利要求1所述的低压电力线窄带载波通信路由方法，其特征在于所 述变种蚁群算法采用电气距离作为约束的候选策略，选择所述电气距离阀值的[I i]区间上的各载波节点作为所述人工蚂蚁下一个通信节点的候选集。
3.根据权利要求1所述的低压电力线窄带载波通信路由方法，其特征在于所述路由维 护采用局部更新规则更新信息素，所述局部更新规则采用如下公式更新所述信息素F=100Xiused/(iused+iUnused+iUnusedXiDflag/Nvalue),式中 F 表示信息素， iused表示成功的次数，iUnused表示失败的次数，iDflag表示路径的深度，Nvalue表示父 节点的个数，所述局部更新原则是对每只人工蚂蚁走过的路径进行更新。
4.根据权利要求1所述的低压电力线窄带载波通信路由方法，其特征在于所述路由维 护中所述中心载波节点维护一个到达各载波节点的路由表，所述各载波节点只需维护其各 自到达所述中心载波节点的路径。
5.根据权利要求1所述的低压电力线窄带载波通信路由方法，其特征在于所述各载波 节点接收到所述中心载波节点广播的似然概率命令时，根据其侦听到的邻居载波节点的数 目采用似然概率算出其发送概率，所述各载波节点根据其所算出的发生概率来转发所述命 令。
6.根据权利要求1所述的低压电力线窄带载波通信路由方法，其特征在于所述变种 蚁群算法包括链路节点参数、链路线路参数、禁忌表三个中途数据，该三个中途数据存储所 述各载波节点的成功失败次数、路由深度、与其父节点的连接关系、当前载波节点的搜索痕 迹。
全文摘要
本发明公开了一种低压电力线窄带载波通信路由方法，该路由方法采用基于变种蚁群算法的动态组网方法，且采用似然概率洪泛机制作为路径失效时的修复补充方式，变种蚁群算法包括路由发现和路由维护两部分，路由发现是中心载波节点根据目的载波节点的回应信号建立中心路由表，其它各载波节点通过接收和监听电力线上的载波信号计算出其到达中心载波节点的电气距离，得到一个电气距离表，通过不断更新该电气距离表以调整其可以直达中心载波节点的路由表，路由维护是所有载波节点根据其各自转换或监听到的分组数据包来自动更新其各自的邻居载波节点表及其各自对应的电气距离以动态适应通信信道的状态。本发明降低了成本，提高了通信的可靠性。
文档编号H04L12/56GK102045088SQ20111002750
公开日2011年5月4日 申请日期2011年1月26日 优先权日2011年1月26日
发明者宗群龙, 邱仁峰, 阳武, 陈坤 申请人:长沙威胜信息技术有限公司