一种基于多特征约束的多播自组织网络路由方法及系统与流程

本发明涉及网络路由，更具体地，涉及一种基于多特征约束的多播自组织网络路由方法及系统。

背景技术：

1、在水电站设备大修过程中，由于许多工作区域是空间狭窄、人员活动受限的受限空间，如主变压器内部、流道、高压架空线路、压力油罐、地下电站竖井等。在这些环境中进行设备检修，不仅对工作人员的安全提出了挑战，而且也为设备检修质量带来了难题。特别是，受限空间内外部技术人员之间的实时信息交流和协同工作非常困难，这会影响检修工作的效率和安全性。为解决这些问题，可以采用自组织网络技术，通过智能无线自组网方式，实现受限空间内外部技术人员的实时视频通讯，并记录受限空间设备检修详细情况。然而，由于自组织网络的动态性和无线链路的不稳定性，设计一个高效且稳定的路由协议面临着巨大的挑战。

2、现有技术中，有两种路由协议方案已经实施。第一种方案是基于布谷鸟搜索的多播树自组织网络多播按需向量路由协议。该方案采用布谷鸟搜索算法，通过模拟布谷鸟寻找巢穴的过程，实现网络中最优路径的寻找。但其在能量消耗和链路寿命方面的表现并不理想，特别是在网络节点数量多或节点移动速度快的情况下。第二种方案是功耗感知的双树多播路由协议。该方案引入了功耗感知机制，通过实时监控和分析网络节点的能量消耗情况，动态调整路由选择策略，以延长网络的生命周期。然而，该方案在处理网络动态性方面存在一定的问题，当网络中的节点移动速度较快时，其链路寿命和通信效率可能会受到影响。

3、虽然上述的背景技术方案都在某种程度上解决了受限空间设备检修时的通信问题，但在实际应用中，这些方案仍然存在着一些明显的缺陷和不足。其中，基于布谷鸟搜索的多播树自组织网络多播按需向量路由协议的主要问题在于能量消耗和链路寿命方面的表现。由于其路径搜索算法主要模拟布谷鸟寻找巢穴的过程，虽然能够在一定程度上找到最优路径，但在网络节点数量多或节点移动速度快的情况下，其能量消耗较大，链路寿命较短。这意味着在进行设备检修时，可能会因为能量消耗过大或者链路生命期限制而无法持续有效的通信。而对于功耗感知的双树多播路由协议，虽然引入了功耗感知机制，可以在一定程度上减少能量消耗，延长网络的生命周期，但其在处理网络动态性方面存在明显的问题。具体来说，当网络中的节点移动速度较快时，由于其路由选择策略并不能及时适应网络状态的变化，可能会导致链路寿命减短，通信效率下降，从而影响到设备检修的效率和安全性。

4、总的来说，现有技术方案在提供受限空间设备检修通信方面，虽然取得了一定的进步，但在能量消耗、链路寿命以及对网络动态性的处理等关键性能指标上仍存在不足，需要进一步的优化和改进。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中存在的受限空间设备检修时通信效率低且不稳定的技术问题。

2、本发明提供了一种基于多特征约束的多播自组织网络路由方法，包括以下步骤：

3、s1，基于划分聚类divc算法构建m树；

4、s2，使用帝企鹅优化算法从m树中的可用路径中选择最优路径。

5、优选地，所述s1具体包括：

6、s11，对网络中的所有节点进行初始化，包括节点能量、距离、链路寿命，为每个节点分配一个唯一的标识符；

7、s12，在路由请求rq阶段建立多特征约束；

8、s13，在路由回复rp阶段，通过逆向路径将rp数据包沿着路径发送回源节点；

9、s14，根据路径信息整合成一个m树；

10、s15，m树维护。

11、优选地，所述s12具体包括：

12、s121，源节点生成一个rq数据包，包含源节点标识符、目的节点标识符、多特征限制、路径封闭因子限制以及终端标志限制；

13、s122，源节点将rq数据包广播给其通信范围内的邻居节点；

14、s123，收到rq数据包的邻居节点检查是否满足多特征、路径封闭因子和终端标志的限制条件；

15、s124，如果满足条件，则将该邻居节点添加到路径中，并更新rq数据包中的信息，然后将rq数据包转发给自己的邻居节点；如果不满足条件，则丢弃rq数据包。

16、优选地，所述s13具体包括：

17、s131，当rq数据包到达目的节点时，目的节点会创建一个rp数据包；

18、s132，rp数据包包含与rq数据包相同的源节点和目的节点标识符，以及已建立路径的信息；

19、s133，目的节点通过逆向路径将rp数据包沿着路径发送回源节点；

20、s134，中间节点在收到rp数据包时，会将其转发回源节点的方向，直到源节点收到rp数据包。

21、优选地，所述s14具体包括：

22、s141，源节点收到所有rp数据包后，分析这些rp数据包中的路径信息；

23、s142，将路径信息整合成一个m树结构，其中源节点是根节点，目的节点是叶节点，中间节点形成树的分支。

24、优选地，所述s2具体包括：

25、s21，生成和估计m树的边界；

26、s22，计算m树边界周围的温度分布；

27、s23，估计m树中节点之间的距离；

28、s24，向最优节点移动更新，直到找到满足终止条件的节点或者达到预设的最大迭代次数。

29、优选地，所述s21具体包括：

30、将m树中的每个节点视作一个代理帝企鹅，在模拟的南极环境中，m树的叶子节点视为边界，而非叶子节点视为簇集内的帝企鹅。

31、优选地，所述s22中温度分布中的温度参数计算过程如下：

32、

33、

34、其中，thuddle是节点的初始温度，是节点的温度参数，rp是多边形的半径，itercurrent和itermax分别表示当前迭代次数和最大迭代次数。

35、优选地，所述s23具体包括：计算每个节点到当前最优节点的距离，最优节点是指当前迭代中温度参数最高的节点，具体通过公式(6)计算节点间的距离

36、

37、其中和是用于避免邻近节点之间碰撞的碰撞预防因子，sbest(epq)和spvc(epq)分别表示最佳最优解和单个节点的位置向量，sf(epq)是单个节点在朝着最佳最优搜索代理方向移动的社会因素。

38、本发明还提供了一种基于多特征约束的多播自组织网络路由系统，所述系统用于实现基于多特征约束的多播自组织网络路由方法，包括：

39、m树构建模块，用于基于划分聚类divc算法构建m树；

40、多播路径寻优模块，用于使用帝企鹅优化算法从m树中的可用路径中选择最优路径。

41、有益效果：本发明提供的一种基于多特征约束的多播自组织网络路由方法及系统，其中方法包括：基于划分聚类divc算法构建m树；使用帝企鹅优化算法从m树中的可用路径中选择最优路径。通过引入多特征约束，包括节点能量、节点间的距离、链路寿命等因素，以提升路由协议的通信质量和稳定性；通过引入epo算法，找到满足所有约束条件的最优多播路径，以提高通信的效率和质量。本发明能够克服现有技术在受限空间设备检修时通信能量消耗、链路寿命以及对网络动态性处理等方面的不足，以提升受限空间设备检修的效率和安全性。