CN106559352A - 一种面向智能电网NAN的干扰感知的QoS路由机制 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种干扰感知的QoS无线Mesh智能电网路由机制IAEETR。该路由机制包括四个步骤：首先根据多接口多信道无线Mesh网络中节点接入信道传输数据的条件，建立网络干扰模型；其次，为了准确分析智能电网邻居区域网中流间干扰对延迟的影响，通过获取流间干扰对链路带宽的影响来计算在多接口多信道路径下的可获得带宽；然后，基于WCETT判据设计干扰感知的QoS路由判据IAEET，精确地表述多接口多信道路径中的端到端延迟；最后结合先验式与反应式路由的优点，设计IAEETR机制HWMP协议的路由选择以及路由维护过程进行优化，在保证电网业务流QoS的同时减少网络拥塞，从而提高网络的吞吐量以及可靠性能。

Description

一种面向智能电网NAN的干扰感知的QoS路由机制

技术领域

本发明属于智能电网和无线通信技术领域，具体涉及到一种干扰感知的QoS路由机制。

背景技术

智能电网(Smart Grid，SG)是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用。它能减少网络设备的使用来节约成本，并且能在能源系统中灵活地部署数据网络进行监控。智能电网通信网络体系由不同的网络组成，分别是家庭区域网(Home AreaNetwork，HAN)，邻居区域网(Neighbor Area Network，NAN)和广域网(Wide Area Network，WAN)。家庭区域网主要用于空调、微波炉、洗衣机等家电设备到智能电表之间的连接，一般通过单跳WLAN实现，遵循的无线标准有IEEE802.15.4或者是IEEE802.11。邻居区域网连接智能电表到本地接入点，采用有线和无线网络技术架设通信平台。广域网则提供邻居区域网到核心网络之间通信链路，并且以高速率的光纤网络进行数据传输。其中邻居区域网络是智能电网中最关键的一个部分，是智能电网数据采集和用户接入的“最后一公里”。无线Mesh网络是一种能提供高速以及可靠性传输的分布式网络。智能电网邻居区域网通常在大范围和复杂的地理环境中分布着大量的通信节点，为了减少部署开销，基于IEEE802.11s的多跳无线mesh网络被认为是邻居区域网中能提供高速访问并且容易部署的无线骨干网络.

由于无线网络本质上就存在干扰，干扰对路径选择造成的影响也不容忽视，因此设计一种干扰感知的路由判据来确定一条最小端到端延迟的路径极为重要。在单接口单信道(single radio single channel,SRSC)多跳网络中，由于同信道干扰的存在，网络的通信容量不会随着网络规模的扩大而增加。多接口多信道(multi radio multi channel,MRMC)技术的出现能有效地改善网络的通信容量。

但是目前大多数的研究主要对智能电网邻居区域网的吞吐量性能进行了深入分析，考虑到智能电网邻居区域网中业务流对时延有严格的要求，因此通过分析流内和流间干扰造成的延迟以及区分邻居区域网中不同业务流的优先级，来研究IEEE802.11s是否能很好的满足智能电网的不同QoS需求是十分有意义的。

发明内容

本发明提出一种干扰感知的无线Mesh智能电网QoS路由机制IAEETR。针对多接口多信道无线Mesh网络中本质上就存在干扰的特性，设计一种干扰感知的路由判据来确定一条最小端到端延迟的路径，该判据综合考虑了网络传输路径上的流内和流间干扰，同时还区分了智能电网中不同业务的优先级，以满足不同业务流的QoS需求。为了提高智能电网的可靠性，基于802.11s的默认路由协议HWMP，提出了利用IAEET路由判据进行选路的路由选择算法，综合考虑业务流的优先级和所受干扰情况，从而提高IAEETR路由机制的整体性能。

为实现上述目的，本发明提供了一种面向智能电网邻居区域网的干扰感知的QoS路由机制IAEETR，其特点在于能区分网络中不同业务流的优先级，量化无线链路之间流内和流间干扰对路由选路的影响，从而确定一条最小端到端延迟的最优路径。具体包括以下步骤：

步骤1、建立网络干扰模型

根据多接口多信道无线Mesh网络中节点接入信道传输数据的条件，定义有向图G＝(N,L),其中N是mesh节点的集合，L是链路的集合。Mesh节点n∈N的传输距离为D_t(n)，干扰距离为D_s(n)，假设传输距离和干扰距离之间的比例关系为D_s(n)＝μD_t(n)(μ>1)。此外，在多接口多信道环境下，假设每个节点有K_r个射频接口，整个网络中可用信道的信道集合为C＝{C₁，C₂，C₃，…C_k}，即每个射频接口有k条可用信道。因此，如果节点a在使用信道C_i∈C传输数据，则在它干扰范围内的其他节点如果也想使用信道C_i时，就会检测到信道忙从而无法接入。链路之间的数据成功传输的条件是节点a的所有隐藏终端节点在数据传输过程中保持沉默。令D(x,b)表示节点x和节点b之间的距离，我们对两条链路与是否相互干扰的判断定义如下：

(1)当发送节点a传输数据包给目的节点b时，如果D(a,x)>D_s(a)或者D(a,y)>D_s(a)或者D(x,b)>D_s(x)，则能无干扰地进行数据传输。

(2)当发送节点b传输数据包给目的节点a时，如果D(b,x)>D_s(b)或者D(b,y)>D_s(b)或者D(x,a)>D_s(x)，则链路能无干扰地进行数据传输。

如果链路不能满足以上的条件，则链路为链路在信道C_i上的干扰链路。

步骤2、流间干扰对链路间可获得带宽影响分析

为了能准确分析计算智能电网邻居区域网中流间干扰对延迟的影响，通过获取流间干扰对链路带宽的影响来计算在多接口多信道路径下的可获得带宽，从而能更加精确地表述多接口多信道路径中的端到端延迟。假设信道已经固定分配，mesh节点与它的邻居之间能准确地交换控制信息。根据物理干扰模型，如果接收节点b的干扰信噪比(SINR)不小于已定义的门限值β，则节点a和节点b之间能正常通信。因此，可得如下公式：

其中，N_b为接收到的噪声功率，P_ab为节点b接收到的来自a的信号功率，P_kb为不同节点对b的干扰功率。

由于每一个节点都能根据检测接收到的功率来估计周围邻居对它的流间干扰大小。基于物理干扰模型，SINR门限值表明了节点成功通信所能容忍的最大干扰功率，因此，定义节点a和节点b之间链路的干扰率ρ_(a，b)为：

干扰率反映分配给链路的信道利用情况，如果ρ_(a，b)＝0，表示链路上信道的全部带宽是可用的；如果0<ρ_(a，b)<1，则表明信道存在干扰；ρ_(a，b)＞1，表示信道完全被干扰信号占据。基于以上定义，可计算链路在流间干扰下的可获得带宽BW_(a，b)为：

BW_(a，b)＝(1-ρ_(a，b))×BW_old

其中，BW_old表示链路上的信道带宽。

步骤3、设计干扰感知的QoS路由判据IAEET

针对加权累计传输时间WCETT判据只考虑流内干扰的情况，对WCETT路由判据进行改进，使其能综合流内干扰和流间干扰对链路的影响。同时考虑到智能电网邻居区域网中不同业务流的QoS需求，结合步骤二中流间干扰对链路可获得带宽的影响，将WCETT路由判据修改为：

其中，ETX_i表示在第i跳上传输成功的期望传输次数，Z_σ表示优先级为σ(σ＝0,1,2,3)的数据包大小。表示第i条链路上的可获得带宽大小。

步骤4、提出IAEETR路由机制

步骤4.1、基于IAEET路由判据的路由选择算法

为了便于IAEETR路由机制的实现，在PREQ和PREP分组包结构体中分别添加了一个数据项：rp_iaeet和rq_iaeet，用于记录端到端传输时延的值，统计整条路径受到干扰的情况。同时，每个节点的路由表中增加node_ett这个数据项，用于保存本地节点到周围邻居节点的ETT值。每条路径也增加path_iaeet数据项，以记录路径上端到端传输时延的值。

当PREQ消息到达目的节点时，路由发现过程并不终止，而是先等待一定时间间隔，当收到多个PREQ请求数据包后，目的节点在多个可能的路由中进行选择，选择具有最小IAEET度量的路径，根据该路径中PREQ消息记录的路由信息，向源节点返回一个PREP消息，此消息包含源节点和目的节点的序列号、IP地址信息以及该路由的有效生存时间。源节点收到PREP消息后就确定了一条到达目的节点最小端到端延迟的路径，PREP消息自动销毁。

步骤4.2、路由维护

在数据传输过程中，如果在给定时间内PREQ消息没有发现可到达目的节点的路径，则丢弃该分组，路由寻找过程失败。当找到一条到达目的节点的最优路径后，该路径就会受到网络的监测，网络中节点定期发送Hello消息探测包，以便检测已经建立的路径是否断开，如果链路出现中断。则源节点沿着该路径发送PRER消息，使得包含此链路的节点删除路由表中该链路的路由信息。此外，在hello包中加入干扰感知的期望传输时间IAEET，用于定期探测并且更新节点路由表中保存的各条路径的IAEET值，从而可以有效地减低丢包率，具体实现过程与PREQ/PREP机制类似。

设计Hello_rq_iaeet为Hello数据包中初始化的iaeet值，rt.node_iaeet为节点路由表中存储的iaeet值，Hello_rp_iaeet为探测路径上返回的iaeet值。若发现有更优的路径时，则进行路径切换，用新的路径代替原来的路径进行数据传输，避免原路径节点出现严重丢包，以及端到端延迟增加的情况，使IAEETR协议具备动态适应性。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

本发明提出一种干扰感知的无线Mesh智能电网QoS路由机制IAEETR。IAEETR不仅能满足智能电网邻居区域网中不同业务流的QoS需求，还能综合考虑流内干扰和流间干扰，选择最优的一条路径进行数据传输，提高网络的可靠性。其中原因主要包括以下几点：(1)基于EDCA机制对智能电网中不同QoS需求的业务流进行区分，优先级较高的数据流能优先接入信道。(2)基于物理干扰模型，对网络中链路之间的流间干扰进行分析，获取流间干扰对链路带宽的影响来计算在多接口多信道路径下的可获得带宽，从而能更加精确地表述多接口多信道路径中的端到端延迟。(3)基于HWMP协议，将IAEET路由判据用于IAEETR机制，对其路由选择以及路由维护过程进行优化，在保证业务流QoS的同时减少网络拥塞，从而提高网络的吞吐量以及可靠性能。

附图说明

图1是干扰模型图；

图2是四种路由协议中不同业务流的平均端到端延迟随着网络中同时连接数的变化曲线图。A是业务流为AC_VI的情形下，四种协议的平均端到端延迟比较图；B是业务流为AC_VO的情形下，四种协议的平均端到端延迟比较图；C是业务流为AC_BE的情形下，四种协议的平均端到端延迟比较图；D是业务流为AC_BK的情形下，四种协议的平均端到端延迟比较图；

图3是四种路由协议中不同业务流的平均数据包投递率随着网络中同时连接数的变化曲线图。A是业务流为AC_VI的情形下，四种协议的平均数据包投递率比较图；B是业务流为AC_VO的情形下，四种协议的平均数据包投递率比较图；C是业务流为AC_BE的情形下，四种协议的平均数据包投递率比较图；D是业务流为AC_BK的情形下，四种协议的平均数据包投递率比较图；

图4为是四种路由协议的平均端到端延迟随网络中流速率的变化曲线图。

图5为是四种路由协议的平均数据包投递率随网络中流速率的变化曲线图。

具体实施方法

为了更加详细的描述本发明提出的一种干扰感知的无线Mesh智能电网QoS路由机制IAEETR,下面结合附图和实例对本发明作进一步的说明。

步骤1、建立网络干扰模型

根据多接口多信道无线Mesh网络中节点接入信道传输数据的条件，用图1所示的物理干扰模型分析智能电网邻居区域网中链路之间流间干扰的情况。定义有向图G＝(N,L),其中N是mesh节点的集合，L是链路的集合。Mesh节点n∈N的传输距离为D_t(n)，干扰距离为D_s(n)，假设传输距离和干扰距离之间的比例关系为D_s(n)＝μD_t(n)(μ>1)。此外，在多接口多信道环境下，假设每个节点有K_r个射频接口，整个网络中可用信道的信道集合为C＝{C₁，C₂，C₃，…C_k}，即每个射频接口有k条可用信道。因此，如果节点a在使用信道C_i∈C传输数据，则在它干扰范围内的其他节点如果也想使用信道C_i时，就会检测到信道忙从而无法接入。链路之间的数据成功传输的条件是节点a的所有隐藏终端节点在数据传输过程中保持沉默。令D(x,b)表示节点x和节点b之间的距离，我们对两条链路与是否相互干扰的判断定义如下：

(1)当发送节点a传输数据包给目的节点b时，如果D(a,x)>D_s(a)或者D(a,y)>D_s(a)或者D(x,b)>D_s(x)，则能无干扰地进行数据传输。

(2)当发送节点b传输数据包给目的节点a时，如果D(b,x)>D_s(b)或者D(b,y)>D_s(b)或者D(x,a)>D_s(x)，则链路能无干扰地进行数据传输。

如果链路不能满足以上的条件，则链路为链路在信道C_i上的干扰链路。如图1所示，D(a,x)＜D_s(a)，则链路为链路在信道C_i上的干扰链路。

步骤2、流间干扰对链路间可获得带宽影响分析

为了能准确分析计算智能电网邻居区域网中流间干扰对延迟的影响，通过获取流间干扰对链路带宽的影响来计算在多接口多信道路径下的可获得带宽，从而能更加精确地表述多接口多信道路径中的端到端延迟。假设信道已经固定分配，mesh节点与它的邻居之间能准确地交换控制信息。根据物理干扰模型，如果接收节点b的干扰信噪比(SINR)不小于已定义的门限值β，则节点a和节点b之间能正常通信。因此，可得如下公式：

其中，N_b为接收到的噪声功率，P_ab为节点b接收到的来自a的信号功率，P_kb为不同节点对b的干扰功率。

由于每一个节点都能根据检测接收到的功率来估计周围邻居对它的流间干扰大小。基于物理干扰模型，SINR门限值表明了节点成功通信所能容忍的最大干扰功率，因此，定义节点a和节点b之间链路的干扰率ρ_(a，b)为：

干扰率反映分配给链路的信道利用情况，如果ρ_(a，b)＝0，表示链路上信道的全部带宽是可用的；如果0<ρ_(a，b)<1，则表明信道存在干扰；ρ_(a，b)＞1，表示信道完全被干扰信号占据。基于以上定义，可计算链路在流间干扰下的可获得带宽BW_(a，b)为：

BW_(a，b)＝(1-ρ_(a，b))×BW_old

其中，BW_old表示链路上的信道带宽。

步骤3、设计干扰感知的QoS路由判据IAEET

针对加权累计传输时间WCETT判据只考虑流内干扰的情况，对WCETT路由判据进行改进，使其能综合流内干扰和流间干扰对链路的影响。同时考虑到智能电网邻居区域网中不同业务流的QoS需求，结合步骤二中流间干扰对链路可获得带宽的影响，将WCETT路由判据修改为：

其中，ETX_i表示在第i跳上传输成功的期望传输次数，Z_σ表示优先级为σ(σ＝0,1,2,3)的数据包大小。表示第i条链路上的可获得带宽大小。

步骤4、提出IAEETR路由机制

步骤4.1、基于IAEET路由判据的路由选择算法

为了便于IAEETR协议的实现，在PREQ和PREP分组包结构体中分别添加了一个数据项：rp_iaeet和rq_iaeet，用于记录端到端传输时延的值，统计整条路径受到干扰的情况。同时，每个节点的路由表中增加node_ett这个数据项，用于保存本地节点到周围邻居节点的ETT值。每条路径也增加path_iaeet数据项，以记录路径上端到端传输时延的值。

当PREQ消息到达目的节点时，路由发现过程并不终止，而是先等待一定时间间隔，当收到多个PREQ请求数据包后，目的节点在多个可能的路由中进行选择，选择具有最小IAEET度量的路径，根据该路径中PREQ消息记录的路由信息，向源节点返回一个PREP消息，此消息包含源节点和目的节点的序列号、IP地址信息以及该路由的有效生存时间。源节点收到PREP消息后就确定了一条到达目的节点最小端到端延迟的路径，PREP消息自动销毁。

步骤4.2、路由维护

在数据传输过程中，如果在给定时间内PREQ消息没有发现可到达目的节点的路径，则丢弃该分组，路由寻找过程失败。当找到一条到达目的节点的最优路径后，该路径就会受到网络的监测，网络中节点定期发送Hello消息探测包，以便检测已经建立的路径是否断开，如果链路出现中断。则源节点沿着该路径发送PRER消息，使得包含此链路的节点删除路由表中该链路的路由信息。此外，在hello包中加入干扰感知的期望传输时间IAEET，用于定期探测并且更新节点路由表中保存的各条路径的IAEET值，从而可以有效地减低丢包率，具体实现过程与PREQ/PREP机制类似。

设计Hello_rq_iaeet为Hello数据包中初始化的iaeet值，rt.node_iaeet为节点路由表中存储的iaeet值，Hello_rp_iaeet为探测路径上返回的iaeet值。若发现有更优的路径时，则进行路径切换，用新的路径代替原来的路径进行数据传输，避免原路径节点出现严重丢包，以及端到端延迟增加的情况，使IAEETR协议具备动态适应性。

本实施例通过NS3网络仿真器对IAEETR协议进行仿真实验，并与HWMP协议、HWMP-RE协议、MR-LQSR协议在平均端到端延迟、数据包投递率等方面进行比较分析。

—HWMP：指文献[Bari,S.M.S.,F.Anwar and M.H.Masud.“Performance study ofhybrid Wireless Mesh Protocol(HWMP)for IEEE 802.11s WLAN mesh networks.”2012.Kuala Lumpur,Malaysia:IEEE Computer Society]提出的混合无线Mesh路由协议，其结合先验式和反应式路由的优点，充分改善网络的吞吐量和延迟抖动。

—HWMP-RE：指文献[J.Kim,D.Kim,K.Lim,Y.Ko,and S.Lee,"Improving theReliability of IEEE 802.11s Based Wireless Mesh Networks for Smart GridSystems,"Journal of Communications and Networks,vol.14,pp.629-639,2012]所提出的协议，该协议为满足智能电网QoS需求，对HWMP路由判据、路由维护机制进行优化，以改善电网的可靠性。

—MR-LQSR：是指文献[De Couto D S J,Aguayo D,Bicket J,et al.“A high-throughput path metric for multi-hop wireless routing.”Wireless Networks,vol.11,pp.419-434,2005]中提出的协议，该协议考虑流内干扰对链路丢失率的影响选择最优路径，从而提高网络的吞吐量。

场景设置

仿真实验设置100个mesh节点分布在10×10的网格网络拓扑中，并随机生成9个节点作为网关节点，每个mesh节点具有两个IEEE802.11b射频接口，最大传输速率为11Mbps,仿真时间为500s,并配置网络中3条可用正交信道，节点的感知距离设为干扰距离的1.8倍。实验中采用Friis传播损耗模型，MAC层用EDCA机制的默认参数值接入信道。为了满足智能电网邻居区域网中不同业务流的QoS需求，各业务流参数设置如表1所示。

每组实验都重复10然后取平均值，分析在多个同时连接以及不同流速率的情形下，网络中端到端延迟、数据包投递率的性能。

表1.智能电网业务流参数设置

业务流类型	优先级	QoS标识	数据产生间隔	数据大小
					AMI管理数据(AMI management)	3	AC_VO	300s	4000bytes
电力质量请求(Requested power quality)	2	AC_VI	按需	2000bytes
					周期电力质量数据(Periodic power quality)	1	AC_BE	3s	3000bytes
电力质量请求(Requested power quality)	0	AC_BK	恒定速率	250KB/s

仿真结果

图2所示为智能电网邻居区域网的4种业务流在不同连接数的场景下四种协议的平均端到端延迟的比较情况。四种路由协议的平均端到端延迟都随着业务流的增加而增加，这是因为网络中增加的数据包会导致干扰和冲突的概率变大，导致延迟增加。HWMP协议没有考虑信道干扰等因素，所以当接数增加到5时网络中发生冲突导致阻塞，延迟急剧增大。由于HWMP-RE在路由维护的改进导致可靠性的增强，所以其性能要优于HWMP。MR-LQSR协议虽然考虑了流内干扰，但是没有考虑流间干扰，该协议所选择的路径不是最优，延迟略比IAEETR协议的大。此外，对于IAEETR协议，Voice和video通信流的延迟在相同连接数的情况下相比于Best-effort和Background通信流的延迟要小，这是因为IAEETR协议能区分不同业务流的优先级，能充分保障优先级较高的Voice和Video通信流的业务需求，而HWMP协议和MR-LQSR协议没有对优先级进行区分，所以平均端到端延迟几乎不变。

图3所示为四种路由协议中不同业务流的平均数据包投递率随着网络中同时连接数的变化曲线图。与MR-LQSR协议、HWMP协议何HWMP-RE协议相比，IAEETR协议的平均数据包投递率相对要高些，这是因为随着通信流的增加，MR-LQSR协议的路由判据不能准确地感知流间干扰，造成数据包丢失，当连接数大于7时，数据包投递率急速下降。HWMP协议和HWMP-RE协议的判据并没有考虑信道的多样性，只适用于单射频单信道网络，因而在信道干扰的情况下，数据包投递率最低。此外，HWMP协议和MR-LQSR协议没有区分不同业务流，所以四种业务流的数据包投递率几乎相同。而IAEET判据综合考虑了流内和流间干扰，在有多个业务流同时竞争信道时，保证优先级较高业务流先接入信道，所以在相同情况下，优先级较高的业务流数据投递率也相对高些。当网络中通信流增加到11时，IAEETR协议也能保证四种业务流的数据包投递率在70％以上。

图4所示为四种路由协议的平均端到端延迟随网络中流速率的变化曲线图。四种协议在较低的流速率下具有类似的性能，但随着流速率的增加到0.6Mbps时，IAEETR协议的性能开始优于其他三种协议。因为IAEET路由判据考虑了流内和流间干扰，在路径选择时能确定最小的端到端延迟路径。而HWMP和HWMP-RE协议在四种协议中性能较差，因为无法感知干扰链路，而花费较长的时间来确定一条到达网关的路径。此外，仿真结果也表明MR-LQSR协议不适用于智能电网邻居区域网，因为它无法智能电网中不同业务流的QoS需求。

图5所示为四种路由协议的平均数据包投递率随网络中流速率的变化曲线图。总体来看，四种协议的平均数据包投递率都随着流速率的增加而减小，这是因为流速率的增加容易造成网络的拥塞，大量数据包发送失败开始的退避过程，数据包的成功投递的概率降低。当流速率大于0.4Mbps时，IAEETR协议的平均数据包投递率高于其它三种协议5％到10％。因为流速率越大，网络中干扰越严重，而MR-LQSR协议、HWMP协议和HWMP-RE协议由于无法感知流间干扰，导致了网络发生拥塞，降低了数据包投递率。

Claims (1)

1.一种干扰感知的无线Mesh智能电网邻居区域网QoS路由机制IAEETR，其特征在于包含以下步骤：

步骤1建立网络干扰模型

根据多接口多信道无线Mesh网络中节点接入信道传输数据的条件，定义有向图G＝(N,L),其中N是mesh节点的集合，L是链路的集合。Mesh节点n∈N的传输距离为D_t(n)，干扰距离为D_s(n)，假设传输距离和干扰距离之间的比例关系为D_s(n)＝μD_t(n)(μ>1)。此外，在多接口多信道环境下，假设每个节点有K_r个射频接口，整个网络中可用信道的信道集合为C＝{C₁，C₂，C₃，…C_k}，即每个射频接口有k条可用信道。因此，如果节点a在使用信道C_i∈C传输数据，则在它干扰范围内的其他节点如果也想使用信道C_i时，就会检测到信道忙从而无法接入。链路之间的数据成功传输的条件是节点a的所有隐藏终端节点在数据传输过程中保持沉默。令D(x,b)表示节点x和节点b之间的距离，我们对两条链路与是否相互干扰的判断定义如下：

(1)当发送节点a传输数据包给目的节点b时，如果D(a,x)>D_s(a)或者D(a,y)>D_s(a)或者D(x,b)>D_s(x)，则能无干扰地进行数据传输。

(2)当发送节点b传输数据包给目的节点a时，如果D(b,x)>D_s(b)或者D(b,y)>D_s(b)或者D(x,a)>D_s(x)，则链路能无干扰地进行数据传输。

如果链路不能满足以上的条件，则链路为链路在信道C_i上的干扰链路。

步骤2流间干扰对链路间可获得带宽影响分析

为了能准确分析计算智能电网邻居区域网中流间干扰对延迟的影响，通过获取流间干扰对链路带宽的影响来计算在多接口多信道路径下的可获得带宽，从而能更加精确地表述多接口多信道路径中的端到端延迟。假设信道已经固定分配，mesh节点与它的邻居之间能准确地交换控制信息。根据物理干扰模型，如果接收节点b的干扰信噪比(SINR)不小于已定义的门限值β，则节点a和节点b之间能正常通信。因此，可得如下公式：

$\frac{P_{ab}}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{k\&NotEqual;a}{P}_{kb}+N_b}\&GreaterEqual;\mathrm{\&beta;}$

其中，N_b为接收到的噪声功率，P_ab为节点b接收到的来自a的信号功率，P_kb为不同节点对b的干扰功率。

由于每一个节点都能根据检测接收到的功率来估计周围邻居对它的流间干扰大小。基于物理干扰模型，SINR门限值表明了节点成功通信所能容忍的最大干扰功率，因此，定义节点a和节点b之间链路的干扰率ρ_(a，b)为：

${\mathrm{\&rho;}}_{\left(a,b\right)}=\frac{{\mathrm{\&Sigma;}}_{k\&NotEqual;a}{P}_{kb}}{\frac{P_{ab}}{\mathrm{\&beta;}}-N_b}$

干扰率反映分配给链路的信道利用情况，如果ρ_(a，b)＝0，表示链路上信道的全部带宽是可用的；如果0<ρ_(a，b)<1，则表明信道存在干扰；ρ_(a，b)＞1，表示信道完全被干扰信号占据。基于以上定义，可计算链路在流间干扰下的可获得带宽BW_(a，b)为：

BW_(a，b)＝(1-ρ_(a，b))×BW_old

其中，BW_old表示链路上的信道带宽。

步骤3设计干扰感知的QoS路由判据IAEET

针对加权累计传输时间WCETT判据只考虑流内干扰的情况，对WCETT路由判据进行改进，使其能综合流内干扰和流间干扰对链路的影响。同时考虑到智能电网邻居区域网中不同业务流的QoS需求，结合步骤二中流间干扰对链路可获得带宽的影响，将WCETT路由判据修改为：

$IAEET=(1-\mathrm{\&omega;})\&times;{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^H{\mathrm{ETX}}_i\&times;\frac{Z_{\mathrm{\&sigma;}}}{{\mathrm{BW}}_{\left(l_i\right)}}+\mathrm{\&omega;}\&times;\underset{1\&le;c_i\&le;k}{max}{X}_{c_i}$

其中，ETX_i表示在第i跳上传输成功的期望传输次数，Z_σ表示优先级为σ(σ＝0,1,2,3)的数据包大小。表示第i条链路上的可获得带宽大小。

步骤4提出IAEETR路由机制

步骤4.1基于IAEET路由判据的路由选择算法

为了便于IAEETR协议的实现，在PREQ和PREP分组包结构体中分别添加了一个数据项：rp_iaeet和rq_iaeet，用于记录端到端传输时延的值，统计整条路径受到干扰的情况。同时，每个节点的路由表中增加node_ett这个数据项，用于保存本地节点到周围邻居节点的ETT值。每条路径也增加path_iaeet数据项，以记录路径上端到端传输时延的值。

当PREQ消息到达目的节点时，路由发现过程并不终止，而是先等待一定时间间隔，当收到多个PREQ请求数据包后，目的节点在多个可能的路由中进行选择，选择具有最小IAEET度量的路径，根据该路径中PREQ消息记录的路由信息，向源节点返回一个PREP消息，此消息包含源节点和目的节点的序列号、IP地址信息以及该路由的有效生存时间。源节点收到PREP消息后就确定了一条到达目的节点最小端到端延迟的路径，PREP消息自动销毁。

步骤4.2路由维护

在数据传输过程中，如果在给定时间内PREQ消息没有发现可到达目的节点的路径，则丢弃该分组，路由寻找过程失败。当找到一条到达目的节点的最优路径后，该路径就会受到网络的监测，网络中节点定期发送Hello消息探测包，以便检测已经建立的路径是否断开，如果链路出现中断。则源节点沿着该路径发送PRER消息，使得包含此链路的节点删除路由表中该链路的路由信息。此外，在hello包中加入干扰感知的期望传输时间IAEET，用于定期探测并且更新节点路由表中保存的各条路径的IAEET值，从而可以有效地减低丢包率，具体实现过程与PREQ/PREP机制类似。

设计Hello_rq_iaeet为Hello数据包中初始化的iaeet值，rt.node_iaeet为节点路由表中存储的iaeet值，Hello_rp_iaeet为探测路径上返回的iaeet值。若发现有更优的路径时，则进行路径切换，用新的路径代替原来的路径进行数据传输，避免原路径节点出现严重丢包，以及端到端延迟增加的情况，使IAEETR协议具备动态适应性。