CN102291302B - 低压配电网电力线载波通信网络中局部路由重构方法 - Google Patents
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Abstract
低压配电网电力线载波通信网络中局部路由重构方法，涉及电力线通信领域。它解决了现有自动抄表***中针对节点路由重构方法的重构效率、读表准确性差，以及信道利用率低的问题。本发明通过对自动抄表***网络层及MAC层的分析研究，利用人工蛛网的这种特殊网络结构在组网完成后，子网的中心节点负责对子网局部的盲点进行重路由，不用对网络全部节点进行路由重构，节省寻路由的时间，提高通信效率及可靠性。本发明适用于低压配电网电力线载波通信网络中路由重构。
Description
技术领域
本发明涉及电力线通信领域，具体涉及一种路由重构方法。
背景技术
当电力自动抄表***MAC层人工蛛网组网完成后，由于信道干扰存在比较严重的情况，各子网内终端节点仍可能与中心节点通信不成功。此种情况下，可靠而高效的盲点重路由方法对保证整个自动抄表***的服务质量是非常重要的。目前的针对节点路由重构技术主要有以下两种。
第一种是基于分簇思想的电力线通信路由算法，电力线通信分簇算法主要包括网络初始化算法和网络重构算法，可以有效扩展电力线通信网络的通信半径。这种方法存在的问题是，一旦网络终端节点由于信道环境变化不能与簇头通信，需要对整个网络的所有节点进行重新的分簇，路由重构。这种情况大大增加了***的数据采集周期、时间延迟，降低了自动抄表***的效率及读表准确性。
第二种是基于人工智能算法，例如蚁群优化思想的电力线通信网络的路由优化算法，这些算法建立在网络的可连通性基础上，优化目标是最小跳数，在电力线通信网络中寻找源节点至目标节点之间的最优路径。同样，应用蚁群优化算法，如果由于信道环境改变造成的通信盲点，仍需要对网络内的所有节点进行重新的路由搜索、中继点节点的选取等。虽然自动抄表***对时间的要求不高，但是由于信道环境变化频繁，组网完成后盲点出现的频率仍比较高，需要经常性的对***内所有节点进行路由重构，增加了节点的计算量，并容易造成总线型信道的数据冲突，降低信道利用率。
戚佳金在2010年发表的《低压配电网电力线载波通信动态组网方法研究》中公开了一种低压配电网电力线载波通信动态组网方法，但这种动态组网方法的通信效率和可靠性较低。
发明内容
本发明是为了提高现有自动抄表***中的通信效率及可靠性的问题，提供一种低压配电网电力线载波通信网络中局部路由重构方法。
低压配电网电力线载波通信网络中局部路由重构方法，它由以下步骤实现：
步骤一、低压配电网电力线载波通信网络中的基站发起数据广播，低压配电网电力线载波通信网络的MAC层中的m个G节点接收基站的数据广播，并在MAC层组成m-1边单层蛛网逻辑拓扑结构的第n层子网，m为大于1的整数，n=1；
步骤二、在步骤一所述的m-1边单层蛛网逻辑拓扑结构的第n层子网中选择一个节点hn作为中心节点，所述中心节点与单层蛛网逻辑拓扑结构的第n层子网中其余任意一个节点均能直接进行数据通信；
步骤三、中心节点hn对m-1边单层蛛网逻辑拓扑结构的第n层子网中的每个节点分配逻辑ID；
步骤四、第n层子网的中心节点hn再次发起数据广播；
步骤五、低压配电网电力线载波通信网络的MAC层中的k个节点接收中心节点hn广播的数据，然后将已获得逻辑ID的所有节点剔除，将余下的k-m个节点形成第n+1层子网，在所述第n+1层子网中选择一个节点作为该层子网的中心节点hn+1，所述中心节点hn+1与第n+1层子网中其余任意一个节点均能直接进行数据通信，该中心节点hn+1对第n+1层子网中的每一个节点分配逻辑ID；令n=n+1，m=k-m，返回执行步骤四，对剩余的B节点进行搜索，直至所有节点均与基站实现直接通信或中继通信，完成低压配电网电力线载波通信网络的MAC层中通信网络的建立；k为大于m的整数；
步骤六、更新信道环境，对于每层子网：中心节点通过逻辑ID判断是否收到的来自该层子网内每个周边节点的数据，如果判断结果为是，则结束该层子网的路由重构；如果判断结果为否，则该层子网需要进行路由重构；针对每个需要路由重构的子网，执行步骤七和八，对该子网进行路由重构；
步骤七、逐一判断该层子网内不能与该子网的中心节点通信的每一个周边节点是否能够与该周边节点在该层子网内的邻近节点进行通信，如果所有周边节点的判断结果为否，则返回步骤一，重新进行组网；否则，执行步骤八；
步骤八、该层子网的中心节点发送指令至每一个未收到数据的周边节点在该层子网内的邻近节点，发起对所述未收到数据的每一个周边节点的路由重构广播，建立未收到数据的每一个周边节点与该周边节点在该层子网内的邻近节点之间的握手机制，进而实现所有未收到数据的周边节点与该层子网的中心节点之间的中继通信，并结束对该层子网的局部路由重构；
步骤九、当所有层子网均完成局部路由重构后，实现对自动抄表***的局部路由重构；
G节点为能够直接与基站进行点对点通信的节点；
B节点是受到信道状态的影响不能与基站直接进行通信，但是能与其相邻节点进行通信的节点。
有益效果：本发明通过对低压配电网电力线载波通信网络层及MAC层的分析研究，利用人工蛛网的这种特殊网络结构使得组网完成后，子网的中心节点负责对子网局部的盲点进行重路由，不用对网络全部节点进行重路由，节省寻路由的时间，提高通信效率及可靠性，提高读表准确性差，信道利用率较高。
附图说明
图1是本发明的具体实施方式一中所述总线型物理拓扑原理示意图，标记G为G节点，标记B为B节点；图2是人工蛛网通信逻辑拓扑原理示意图；图3是具体实施方式一中组网结果示意图标记G为G节点，标记B为B节点；图4是具体实施方式一中盲点路由重构原理示意图，标记G为G节点，标记B为B节点；图5是具体实施方式一中所述的盲点重路由时序图。
具体实施方式
具体实施方式一、低压配电网电力线载波通信网络中局部路由重构方法，它由以下步骤实现：
步骤一、低压配电网电力线载波通信网络中的基站发起数据广播，低压配电网电力线载波通信网络的MAC层中的m个G节点接收基站的数据广播，并在MAC层组成m-1边单层蛛网逻辑拓扑结构的第n层子网，m为大于1的整数，n=1；
步骤二、在步骤一所述的m-1边单层蛛网逻辑拓扑结构的第n层子网中选择一个节点hn作为中心节点，所述中心节点与单层蛛网逻辑拓扑结构的第n层子网中其余任意一个节点均能直接进行数据通信；
步骤三、中心节点hn对m-1边单层蛛网逻辑拓扑结构的第n层子网中的每个节点分配逻辑ID；
步骤四、第n层子网的中心节点hn再次发起数据广播；
步骤五、低压配电网电力线载波通信网络的MAC层中的k个节点接收中心节点hn广播的数据，然后将已获得逻辑ID的所有节点剔除，将余下的k-m个节点形成第n+1层子网，在所述第n+1层子网中选择一个节点作为该层子网的中心节点hn+1，所述中心节点hn+1与第n+1层子网中其余任意一个节点均能直接进行数据通信，该中心节点hn+1对第n+1层子网中的每一个节点分配逻辑ID；令n=n+1，m=k-m，返回执行步骤四，对剩余的B节点进行搜索，直至所有节点均与基站实现直接通信或中继通信，完成低压配电网电力线载波通信网络的MAC层中通信网络的建立；k为大于m的整数；
步骤六、更新信道环境，对于每层子网：中心节点通过逻辑ID判断是否收到的来自该层子网内每个周边节点的数据，如果判断结果为是，则结束该层子网的路由重构；如果判断结果为否，则该层子网需要进行路由重构；针对每个需要路由重构的子网，执行步骤七和八，对该子网进行路由重构；
步骤七、逐一判断该层子网内不能与该子网的中心节点通信的每一个周边节点是否能够与该周边节点在该层子网内的邻近节点进行通信，如果所有周边节点的判断结果为否，则返回步骤一，重新进行组网；否则，执行步骤八；
步骤八、该层子网的中心节点发送指令至每一个未收到数据的周边节点在该层子网内的邻近节点，发起对所述未收到数据的每一个周边节点的路由重构广播，建立未收到数据的每一个周边节点与该周边节点在该层子网内的邻近节点之间的握手机制，进而实现所有未收到数据的周边节点与该层子网的中心节点之间的中继通信，并结束对该层子网的局部路由重构；
步骤九、当所有层子网均完成局部路由重构后，实现对自动抄表***的局部路由重构；
G节点为能够直接与基站进行点对点通信的节点；
B节点是受到信道状态的影响不能与基站直接进行通信，但是能与其相邻节点进行通信的节点。
原理：图1所示的是某单元楼内自动抄表***的总线型物理拓扑。基站发起数据采集广播，由于广播信号随传输距离衰减，只有离基站比较近的终端节点可与基站直接可靠通信，为G节点。其他节点收不到基站的广播信息，不能将数据发送至基站，但相邻节点之间是可以点对点通信的，为B节点。
图1中，第1层子网内的所有节点均可与基站直接通信，节点之间可以直接点对点通信或通过中继节点进行通信。依此特点，第1层子网内各节点在MAC层可以等效为图2所示的单层人工蛛网的逻辑拓扑。如图2所示，m个终端节点构成一个m-1边的单层蛛网，h为m个节点中的任意一个，节点h可与子网内所有节点直接通信，相邻节点间可以点对点通信，不相邻节点以中心节点h为中继进行通信。
中心节点h对子网内的其余m-1个终端节点分配逻辑ID，直到所有节点均获得逻辑ID为止。
由节点h再次发送广播。节点h相对于基站，与B节点的物理距离更近，收到节点h广播信息的节点个数为k(k>m)，在k-m个没有逻辑ID的节点中选择一个节点为中心节点，并对这k-m个节点分配逻辑ID。
第二个子网的中心节点再次发送广播，对B节点进行探索。如仍有新的节点，则重复步骤5，选取中心节点，分配逻辑ID，直到没有新的盲点为止；如果没有新的节点，则以上一个子网的中心节点为中继，向基站发送搜索结束信息。MAC层最后的组网结果如图3所示，以3个子网即搜索到所有盲点为例。
组网完成后，网络内所有节点以各子网的中心节点为中继与基站保持通信，但由于信道环境变化，子网内仍存在与中心节点不能通信的周边节点，如图3所示。
以第2层子网为例，中心节点n收到来自周边节点的数据中，通过判断逻辑ID，确认没有收到节点r的数据，等待一段时间，确认节点r的状态。
与节点r相邻的节点p，q仍能与中心节点n保持通信，经过时间PT(Process Time)的数据处理，节点n发送请求数据包RP(Request Packet)至节点p，q，由这两节点发起对节点r的重路由广播。
节点p收到请求数据包RP后，经过时间PT，向节点r发送请求数据包RP，q经过时间WT(Wait Time)(WT>PT)向节点r发送请求数据包RP。
节点r经过时间PT处理来自节点p和q的RP，等待时间WT，发送应答数据包AP(Answer Packet)给节点p，q，节点p，q收到节点r的应答数据包AP，完成节点r与节点p，q的通信握手机制。
节点p，q分别等待时间2WT，WT将收到的应答数据包AP发送至中心节点n，至此节点r以节点p，q为中继与中心节点n重新取得数据通信，节点n完成对盲点r的路由重构。
以上节点p，q同时为中继节点的具体过程，单独选取其中一个为中继节点的时序与这个相似，去掉图5中的节点p或是节点q的时序，相应修改等待时间即可。本发明为了避免路由重构产生的数据冲突，定义了数据处理时间PT(Process Time)以及等待时间WT(Wait Time)。数据包的接收和转发按照设定的时序进行。
本发明通过对自动抄表***网络层及MAC层的分析研究，利用人工蛛网的这种特殊网络结构使得组网完成后，子网的中心节点负责对子网局部的盲点进行重路由，不用对网络全部节点进行重路由，节省寻路由的时间，提高通信效率及可靠性。
Claims (1)
1.低压配电网电力线载波通信网络中局部路由重构方法，其特征是：它由以下步骤实现：
步骤一、低压配电网电力线载波通信网络中的基站发起数据广播，低压配电网电力线载波通信网络的MAC层中的m个G节点接收基站的数据广播，并在MAC层组成m-1边单层蛛网逻辑拓扑结构的第n层子网，m为大于1的整数，n=1；
步骤二、在步骤一所述的m-1边单层蛛网逻辑拓扑结构的第n层子网中选择一个节点hn作为中心节点，所述中心节点与单层蛛网逻辑拓扑结构的第n层子网中其余任意一个节点均能直接进行数据通信；
步骤三、中心节点hn对m-1边单层蛛网逻辑拓扑结构的第n层子网中的每个节点分配逻辑ID；
步骤四、第n层子网的中心节点hn再次发起数据广播；
步骤五、低压配电网电力线载波通信网络的MAC层中的k个节点接收中心节点hn广播的数据，然后将已获得逻辑ID的所有节点剔除，将余下的k-m个节点形成第n+1层子网，在所述第n+1层子网中选择一个节点作为该层子网的中心节点hn+1，所述中心节点hn+1与第n+1层子网中其余任意一个节点均能直接进行数据通信，该中心节点hn+1对第n+1层子网中的每一个节点分配逻辑ID；令n=n+1，m=k-m，返回执行步骤四，对剩余的B节点进行搜索，直至所有节点均与基站实现直接通信或中继通信，完成低压配电网电力线载波通信网络的MAC层中通信网络的建立；k为大于m的整数；
步骤六、更新信道环境，对于每层子网：中心节点通过逻辑ID判断是否收到的来自该层子网内每个周边节点的数据，如果判断结果为是，则结束该层子网的路由重构；如果判断结果为否，则该层子网需要进行路由重构；针对每个需要路由重构的子网，执行步骤七和八，对该子网进行路由重构；
步骤七、逐一判断该层子网内不能与该子网的中心节点通信的每一个周边节点是否能够与该周边节点在该层子网内的邻近节点进行通信，如果所有周边节点的判断结果为否，则返回步骤一，重新进行组网；否则，执行步骤八；
步骤八、该层子网的中心节点发送指令至每一个未收到数据的周边节点在该层子网内的邻近节点，发起对所述未收到数据的每一个周边节点的路由重构广播，建立未收到数据的每一个周边节点与该周边节点在该层子网内的邻近节点之间的握手机制，进而实现所有未收到数据的周边节点与该层子网的中心节点之间的中继通信，并结束对该层子网的局部路由重构；
步骤九、当所有层子网均完成局部路由重构后，实现对自动抄表***的局部路由重构；
G节点为能够直接与基站进行点对点通信的节点；
B节点是受到信道状态的影响不能与基站直接进行通信，但是能与其相邻节点进行通信的节点；
在上述通信过程中，设定有数据处理时间PT以及等待时间WT，数据包的接收和转发按照设定的时序进行。
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