CN112258825A - 一种基于螺旋算法的抄表路由寻址方法 - Google Patents

一种基于螺旋算法的抄表路由寻址方法 Download PDF

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Abstract

一种基于螺旋算法的抄表路由寻址方法，属于通讯技术领域，基于低压载波抄表***来实现，用于寻找主站服务器到用户电表的路由，并且通过对路由寻址算法的改进，能够更快的建立网络中心节点到各从节点的路由，提升宽带载波抄表的成功率、缩短抄表的时间，提高载波通信技术的可靠性。

Description

一种基于螺旋算法的抄表路由寻址方法
技术领域
本发明属于通讯技术领域，具体涉及基于螺旋算法的抄表路由寻址方法。
背景技术
低压电力网络具有分布范围广，易接入等优势。低压电力载波是一种以低压电力线为数据通信媒介，集现代先进计量、通讯和网络技术为一体。由于低压配电网中大量负载随机投入与撤出带来电力线输入阻抗不确定、噪声干扰大以及信号选择性衰减等缺点，常会使通信链路中断、通讯范围变小，降低电力载波通信可靠性，进一步影响数据采集的有效性。
基本的路由寻址是由最近的点一点一点往下搜索，这样时间慢，周期长，路由链接也不稳定，很容易发生延迟长和丢包率高等现象。单一的蚁群算法存在收敛速度慢，容易陷入局部极小值的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于螺旋算法的抄表路由寻址方法，通过对路由寻址算法的改进，能够更快的建立网络中心节点到各从节点的路由，提升宽带载波抄表的成功率、缩短抄表的时间，提高载波通信技术的可靠性。
本发明采用的技术方案是：一种基于螺旋算法的抄表路由寻址方法，基于低压载波抄表***来实现，所述低压载波抄表***包括主站服务器、集中器、用户电表组，所述集中器用于用户电表组和主站服务器之间数据交互。
基于上述低压载波抄表***，本发明的抄表路由寻址方法思路为：首先指定一个终点用户电表，再通过起始点向下寻找若干个有效节点（随机用户电表），直至寻找到终点用户电表；基于上述思路方法，本发明的具体算法如下所述：
前置条件：设定初始通讯路径活性度
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，终止通讯路径活性度
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，通讯路径衰减系数
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
代表目标用户电表节点，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
代表目标用户电表节点的合集；
步骤①,***初始化，设定要寻找的目标用户电表节点
Figure 278881DEST_PATH_IMAGE004
；
步骤②， 从
Figure 461601DEST_PATH_IMAGE005
中随机挑选一个节点
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，读取
Figure DEST_PATH_IMAGE007
到
Figure 306585DEST_PATH_IMAGE006
构成的通讯路径
Figure DEST_PATH_IMAGE008
的延迟时间
Figure DEST_PATH_IMAGE009
和丢包率
Figure DEST_PATH_IMAGE010
；
其中，k代表有效记录次数，当k=1时，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
表示源节点即主站服务器；i代表读取次数，
Figure 764111DEST_PATH_IMAGE009
代表第i次读取的通讯路径
Figure 844062DEST_PATH_IMAGE008
的延迟时间，
Figure 932104DEST_PATH_IMAGE010
代表第i次读取的通讯路径
Figure 792613DEST_PATH_IMAGE008
的丢包率；
步骤③，根据通讯路径的误差度公式
Figure DEST_PATH_IMAGE012
，
得出通讯路径
Figure 522671DEST_PATH_IMAGE008
的误差度
Figure DEST_PATH_IMAGE013
；
再与随机判定阈值
Figure DEST_PATH_IMAGE014
比较筛选；当
Figure DEST_PATH_IMAGE015
≥
Figure 253867DEST_PATH_IMAGE014
时，返回步骤②且k的数值保持不变；当
Figure 778389DEST_PATH_IMAGE015
<
Figure 532718DEST_PATH_IMAGE014
时，则存储该通讯路径
Figure 800889DEST_PATH_IMAGE008
为合理路径
Figure DEST_PATH_IMAGE016
；
上式中， a代表常数20，
Figure 589853DEST_PATH_IMAGE014
代表0-1之间的随机数；
Figure DEST_PATH_IMAGE017
代表第i次读取的延迟数值的权重，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
代表第i次读取的丢包率数值的权重，其中
Figure 816435DEST_PATH_IMAGE017
和
Figure 323640DEST_PATH_IMAGE017
取0-1之间的随机数且
Figure 864343DEST_PATH_IMAGE017
+
Figure 770463DEST_PATH_IMAGE018
= 1；
步骤④，判定节点
Figure 371209DEST_PATH_IMAGE006
是否是目标用户电表节点
Figure 365710DEST_PATH_IMAGE004
；如是，则存储该合理路径
Figure 710103DEST_PATH_IMAGE016
为有效通讯路径，返回步骤②且k重新赋值为1；如不是，返回步骤②且k的数值加1；
在执行步骤②-④时，根据通讯路径的活性度公式
Figure DEST_PATH_IMAGE019
，判定通讯路径的活性度
Figure DEST_PATH_IMAGE020
，如果
Figure DEST_PATH_IMAGE021
≤
Figure DEST_PATH_IMAGE022
,则寻找主站服务器到目标用户电表节点
Figure 535977DEST_PATH_IMAGE004
的最佳有效通讯路径并返回步骤①。
进一步地，所述初始通讯路径活性度
Figure 307624DEST_PATH_IMAGE001
=100 ，终止通讯路径活性度
Figure 789421DEST_PATH_IMAGE002
=0.01，通讯路径衰减系数
Figure 671926DEST_PATH_IMAGE003
= 0.99。
进一步地，所述寻找主站服务器到目标用户电表节点
Figure 555568DEST_PATH_IMAGE004
的最佳有效通讯路径的筛选条件：延迟时间最小；
在满足筛选条件下有效通讯路径仅有一条时，选取此条路径；
在满足筛选条件下有效通讯路径存在至少2条时，有如下选择：
①存在多条延迟最小的有效通讯路径，选取其中丢包率最低的路径；
②在满足条件①的情况下存在多条丢包率最低的有效通讯路径，选取其中跳数最小的路径。
进一步地，所述用户电表均设有具有中继功能的宽带载波模块。
采用本发明产生的有益效果：采用本发明的螺旋动态算法收敛速度更快，能够更快的建立网络中心节点到各从节点的路由，提升宽带载波抄表的成功率、缩短抄表的时间，提高载波通信技术的可靠性。
附图说明
图1是本发明的构成示意图；
图2是本发明的流程图；
图3是传统蚁群算法的收敛仿真图；
图4是本发明算法的收敛仿真图。
具体实施方式
参看附图1，一种基于螺旋算法的抄表路由寻址方法，基于低压载波抄表***来实现，所述低压载波抄表***包括主站服务器、集中器、用户电表组，所述集中器用于用户电表组和主站服务器之间数据交互；所述宽带载波抄表路由的寻址方法包括以下步骤：
前置条件：设定初始通讯路径活性度
Figure 498117DEST_PATH_IMAGE001
，终止通讯路径活性度
Figure 467210DEST_PATH_IMAGE002
，通讯路径衰减系数
Figure 887827DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 891555DEST_PATH_IMAGE004
代表目标用户电表节点，
Figure 5004DEST_PATH_IMAGE005
代表目标用户电表节点的合集；
步骤①,***初始化，设定要寻找的目标用户电表节点
Figure 195814DEST_PATH_IMAGE004
；
步骤②， 从
Figure 685701DEST_PATH_IMAGE005
中随机挑选一个节点
Figure 12778DEST_PATH_IMAGE006
，读取
Figure 562708DEST_PATH_IMAGE007
到
Figure 240814DEST_PATH_IMAGE006
构成的通讯路径
Figure 534392DEST_PATH_IMAGE008
的延迟时间
Figure 981553DEST_PATH_IMAGE009
和丢包率
Figure 436806DEST_PATH_IMAGE010
；
其中，k代表有效记录次数，当k=1时，
Figure 602208DEST_PATH_IMAGE011
表示源节点即主站服务器；i代表读取次数，
Figure 433897DEST_PATH_IMAGE009
代表第i次读取的通讯路径
Figure 1145DEST_PATH_IMAGE008
的延迟时间，
Figure 627298DEST_PATH_IMAGE010
代表第i次读取的通讯路径
Figure 279997DEST_PATH_IMAGE008
的丢包率；
步骤③，根据通讯路径的误差度公式
Figure 915377DEST_PATH_IMAGE012
，
得出通讯路径
Figure 71552DEST_PATH_IMAGE008
的误差度
Figure 868607DEST_PATH_IMAGE013
；
再与随机判定阈值
Figure 11531DEST_PATH_IMAGE014
比较筛选；当
Figure 450603DEST_PATH_IMAGE015
≥
Figure 726863DEST_PATH_IMAGE014
时，返回步骤②且k的数值保持不变；当
Figure 694819DEST_PATH_IMAGE015
<
Figure 322110DEST_PATH_IMAGE014
时，则存储该通讯路径
Figure 33714DEST_PATH_IMAGE008
为合理路径
Figure 430060DEST_PATH_IMAGE016
；
上式中， a代表常数20，
Figure 568917DEST_PATH_IMAGE014
代表0-1之间的随机数；
Figure 417924DEST_PATH_IMAGE017
代表第i次读取的延迟数值的权重，
Figure 933219DEST_PATH_IMAGE018
代表第i次读取的丢包率数值的权重，其中
Figure 184072DEST_PATH_IMAGE017
和
Figure 759410DEST_PATH_IMAGE017
取0-1之间的随机数且
Figure 95713DEST_PATH_IMAGE017
+
Figure 414699DEST_PATH_IMAGE018
= 1；
步骤④，判定节点
Figure 520059DEST_PATH_IMAGE006
是否是目标用户电表节点
Figure 266298DEST_PATH_IMAGE004
；如是，则存储该合理路径
Figure 824318DEST_PATH_IMAGE016
为有效通讯路径，返回步骤②且k重新赋值为1；如不是，返回步骤②且k的数值加1；
在执行步骤②-④时，根据通讯路径的活性度公式
Figure 946995DEST_PATH_IMAGE019
，判定通讯路径的活性度
Figure 906861DEST_PATH_IMAGE020
，如果
Figure 824001DEST_PATH_IMAGE021
≤
Figure 134897DEST_PATH_IMAGE022
,则寻找主站服务器到目标用户电表节点
Figure 795685DEST_PATH_IMAGE004
的最佳有效通讯路径并返回步骤①。
所述有效合理路径为从主站服务器开始的路径。
所述初始通讯路径活性度
Figure 610057DEST_PATH_IMAGE001
=100 ，终止通讯路径活性度
Figure 963678DEST_PATH_IMAGE002
=0.01，通讯路径衰减系数
Figure 496291DEST_PATH_IMAGE003
=0.99。
所述寻找主站服务器到目标用户电表节点
Figure 960770DEST_PATH_IMAGE004
的最佳有效通讯路径的筛选条件：延迟时间最小；
在满足筛选条件下有效通讯路径仅有一条时，选取此条路径；
在满足筛选条件下有效通讯路径存在至少2条时，有如下选择：
①存在多条延迟最小的有效通讯路径，选取其中丢包率最低的路径；
②在满足条件①的情况下存在多条丢包率最低的有效通讯路径，选取其中跳数最小的路径。
在具体实施时，集中器的载波模块获取主站服务器的抄表命令，开始寻址指定用户电表，具体算法步骤是：随机寻找路由点即随机挑选一个用户电表，由于 QoS 度量参数较多，为了将 QoS 路由问题简单化， 本发明列举了几个常用的 QoS 度量参数，如时延、丢包率等作为约束，并在约束条件下寻找最优解。
延迟时间和丢包率有各自的权重值，权重的初始化赋值为非0的较小的随机数，并且两个随机权重赋值相加为1；
然后计算集中器到随机用户电表的通讯路径误差度，
根据公式
Figure DEST_PATH_IMAGE023
，
计算误差度与随机数阈值对比，若满足判定条件则为该通讯路径为合理通讯路径，若不满足则放弃；
若合理通讯路径指向的目标节点即挑选的用户电表为指定用户电表，则存储为有效合理路径；若不是指定用户电表，则以该随机用户电表为基点，挑选下一个随机用户电表，重新计算。
在执行本发明的算法时，要限定每个指定用户电表的计算次数，采用活跃度的方式进行限定，已达到节省资源的效果。
采用本发明的螺旋动态算法收敛速度更快，能够更快的建立网络中心节点到各从节点的路由，提升宽带载波抄表的成功率、缩短抄表的时间，提高载波通信技术的可靠性。
具体参见附图4，采用传统蚁群算法的收敛，附图3是本发明的算法的收敛；图3和图4中横坐标为收敛次数，纵坐标为误差精度；对比两图可以发现，本发明算法比传统传统蚁群算法收敛速度更快，误差精度更小，载波通信更可靠。

Claims (4)

1.一种基于螺旋算法的抄表路由寻址方法，基于低压载波抄表***来实现，用于寻找主站服务器到用户电表的路由，其特征在于包括以下步骤：
前置条件：设定初始通讯路径活性度
Figure 227200DEST_PATH_IMAGE002
，终止通讯路径活性度
Figure 878761DEST_PATH_IMAGE004
，通讯路径衰减系数
Figure 330602DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 460232DEST_PATH_IMAGE008
代表目标用户电表节点，
Figure 71342DEST_PATH_IMAGE010
代表目标用户电表节点的合集；
步骤①,***初始化，设定要寻找的目标用户电表节点
Figure 893804DEST_PATH_IMAGE008
；
步骤②， 从
Figure 895258DEST_PATH_IMAGE010
中随机挑选一个节点
Figure 94159DEST_PATH_IMAGE012
，读取
Figure 684409DEST_PATH_IMAGE014
到
Figure 412193DEST_PATH_IMAGE012
构成的通讯路径
Figure 166523DEST_PATH_IMAGE016
的延迟时间
Figure 700272DEST_PATH_IMAGE018
和丢包率
Figure 223658DEST_PATH_IMAGE020
；
其中，k代表有效记录次数，当k=1时，
Figure 387923DEST_PATH_IMAGE022
表示主站服务器；i代表读取次数，
Figure 301652DEST_PATH_IMAGE018
代表第i次读取的通讯路径
Figure 576776DEST_PATH_IMAGE016
的延迟时间，
Figure 954667DEST_PATH_IMAGE020
代表第i次读取的通讯路径
Figure 86571DEST_PATH_IMAGE016
的丢包率；
步骤③，根据通讯路径的误差度公式
Figure 815493DEST_PATH_IMAGE024
，
得出通讯路径
Figure 628728DEST_PATH_IMAGE016
的误差度
Figure 126706DEST_PATH_IMAGE026
；
再与随机判定阈值
Figure 312400DEST_PATH_IMAGE028
比较筛选；当
Figure 997459DEST_PATH_IMAGE030
≥
Figure 676702DEST_PATH_IMAGE028
时，返回步骤②且k的数值保持不变；当
Figure 29186DEST_PATH_IMAGE030
<
Figure 706155DEST_PATH_IMAGE028
时，则存储该通讯路径
Figure 144090DEST_PATH_IMAGE016
为合理路径
Figure 236810DEST_PATH_IMAGE032
；
上式中， a代表常数20，
Figure 443801DEST_PATH_IMAGE028
代表0-1之间的随机数；
Figure 557250DEST_PATH_IMAGE034
代表第i次读取的延迟数值的权重，
Figure 279219DEST_PATH_IMAGE036
代表第i次读取的丢包率数值的权重，其中
Figure 237947DEST_PATH_IMAGE034
和
Figure 299444DEST_PATH_IMAGE034
取0-1之间的随机数且
Figure 505167DEST_PATH_IMAGE034
+
Figure 652114DEST_PATH_IMAGE036
= 1；
步骤④，判定节点
Figure 680113DEST_PATH_IMAGE012
是否是目标用户电表节点
Figure 658433DEST_PATH_IMAGE008
；如是，则存储该合理路径
Figure 848106DEST_PATH_IMAGE032
为有效通讯路径，返回步骤②且k重新赋值为1；如不是，返回步骤②且k的数值加1；
在执行步骤②-④时，根据通讯路径的活性度公式
Figure 482350DEST_PATH_IMAGE038
，判定通讯路径的活性度
Figure DEST_PATH_IMAGE040
，如果
Figure DEST_PATH_IMAGE042
≤
Figure DEST_PATH_IMAGE044
,则寻找主站服务器到目标用户电表节点
Figure 251723DEST_PATH_IMAGE008
的最佳有效通讯路径并返回步骤①。
2.根据权利要求1所述的基于螺旋算法的抄表路由寻址方法，其特征在于：所述初始通讯路径活性度
Figure 553391DEST_PATH_IMAGE002
=100 ，终止通讯路径活性度
Figure 648386DEST_PATH_IMAGE004
=0.01，通讯路径衰减系数
Figure 458341DEST_PATH_IMAGE006
= 0.99。
3.根据权利要求1所述的基于螺旋算法的抄表路由寻址方法，其特征在于：所述寻找主站服务器到目标用户电表节点
Figure 828143DEST_PATH_IMAGE008
的最佳有效通讯路径的筛选条件：延迟时间最小；
在满足筛选条件下有效通讯路径仅有一条时，选取此条路径；
在满足筛选条件下有效通讯路径存在至少2条时，有如下选择：
①存在多条延迟最小的有效通讯路径，选取其中丢包率最低的路径；
②在满足条件①的情况下存在多条丢包率最低的有效通讯路径，选取其中跳数最小的路径。
4.根据权利要求1所述的基于螺旋算法的抄表路由寻址方法，其特征在于：所述用户电表均设有具有中继功能的宽带载波模块。
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