CN110121185B - 一种配电通信网络路由优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种配电通信网络路由优化方法,本发明从源节点到达目的节点同时提供多条路径,源节点能自主决定使用多条路径,通过为数据通信提供多条路径,并确保其中一条路径能够可靠到达目的节点,通过协议能够有效地管理这些路径,从而达到优化网络路由,提高网络的利用率,提高网络吞吐量,从而改善服务质量的目的。本发明通过最佳路径选择机制选择出能量消耗最小的路由,实现网络能量的节省,延长网络的生存时间,又能提高通信传输的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域,更具体的,涉及一种配电通信网络路由优化方法。
背景技术
在配电网中,传感器网络大多以网状拓扑出现。配电网中的传感网要解决辐射状或者手拉手环网中小型变电及开关设备的检测问题,完成配电端点的电能质量检测。用户侧主要解决电能集抄问题,地理分布决定了该应用中传感网具有大规模和高密度的特点。
智能配电网信息采集与监控系统主要用来釆集与传输配电站和用户侧的业务数据,包括智能配电终端通信和居民用电信息釆集通信两项业务,它实现了对智能配电网运行的基本监视和控制功能。智能配电网信息采集与监控系统对通信的要求:可靠性高、灵活性强;数据量与数据类型复杂;鲁棒性强;网络结构多变;无人值守。无线传感器网络具有自动组网及自动修复,采集和通信性能高,能够应用在智能配电网中的通信业务,可以满足智能配电网信息采集与监控系统这些通信特点。
然而在配电通信网络中,安装在居民小区、工业区及商业区的传感器节点的密度较大,每个节点采集的数据必须保证实时准确地传递到监控中心,要求通信的可靠性高,而单路径路由算法及其协议不能满足容错性和可靠性等路由要求。
在无线传感器网络中,单径路由为源节点提供一条路径到达目的节点,使得网络中另外节点相对空闲,尤其在节点密度大的应用环境中,单径路由算法不能有效地利用有限的网络资源。当一条通信链路出现断裂或者分组拥塞时,源节点必须重新启动路由发现,对网络性能进行优化,从而造成额外的路由开销,降低了网络吞吐量。
发明内容
本发明为了解决在节点密度大的应用环境中,单径路由无法有效地利用有限网络资源,当一条通信链路出现断裂或者分组拥塞时,容易造成额外的路由开销,降低网络吞吐量的问题,提供了一种配电通信网络路由优化方法,其能提供高质量服务的同时也提高了网络的利用率,保证网络吞吐量稳定运行。
为实现上述本发明目的,采用的技术方案如下:一种配电通信网络路由优化方法,所述优化方法包括以下步骤:
S1:当源节点发送数据到目标节点时,源节点在自己的路由表中查寻到目标节点的路由,如果路由存在并且有效,则立刻开始发送数据;否则启动路由发现过程;
S2:源节点创建一个请求分组RREQ信息,在请求分组RREQ信息添加上一跳LastHop信息;并向其邻节点广播;当请求分组RREQ信息路过第一个节点时,将第一个节点的MAC地址写入RREQ的LastHop信息中;
S3:当中间节点收到两个请求分组RREQ信息,中间节点先对第一个请求分组RREQ信息进行处理分析,将第一个请求分组RREQ信息的路由信息写入中间节点的路由表;
S4:当第二个请求分组RREQ信息到达时,分别对第一个请求分组RREQ信息、第二个请求分组RREQ信息的源节点地址、目的节点序列号和上一跳地址进行比较;若源节点地址和上一跳地址分别相同,且第二个请求分组RREQ信息比第一个请求分组RREQ信息的目的节点序列号大的情况下,中间节点才进行路由表更新,并转发该请求分组RREQ信息;否则丢弃请求分组RREQ信息;
S5:当目的节点收到请求分组RREQ信息时,回应路由请求,建立正向路由条目,并创建RREP信息,沿着反向路由传递给上一跳节点;
S6:当中间节点收到RREP信息,根据相邻两节点之间的距离,求取消耗能量和剩余能量;
S7:中间节点更新RREP信息的转发分组数量和跳数,并计算所在链路的节点网络性能函数值,将该节点处的网络性能函数值更新到网络性能数组中
S8:当源节点收到各条链路的RREP信息,计算出各条路径的RREP信息的网络性能值数组的平均值和标准差,选择标准差最小的两个分别作为主路径和备用路径;丢弃其他路径,因为这些链路的稳定性低,如果源节点再启用这些路径,会造成更大的网络开销资源和更大的延迟。
S9:建立到达目的节点的路由并开始传输数据。
本发明根据节点独立路由机制,建立到达目的节点的多条节点独立路由。选择标准差最小的两条路径分别作为主路径和备用路径,首先使用主路径进行传输数据,当主路径中断时,源节点启动备用路径;当备用路径出现断裂时,采集节点会借助中间节点来构建弱环状拓扑结构完成数据通信,从而减少路由发现次数,实现数据的可靠传输。
优选地,所述步骤S6,求取消耗能量和剩余能量具体公式如下:
E=N*A+N*B*d2其中d<d0;
E=N*A+N*C*d4其中d>=d0;
Em=E(m-1)-E;
式中:E表示相邻两节点之间消耗的能量;Em表示m节点的剩余能量;E(m-1)表示m-1节点的剩余能量;N表示转发的分组数量;d表示两节点间距离;A,B,C,d0均为人为设置的值。
进一步地,步骤S8,所述节点网络性能函数值的计算公式如下:
f(m)=Em/(H*N)
式中:f(m)为m节点处的网络性能函数值;H表示m节点到达目的节点的跳数H;N表示己经转发的分组数量。
再进一步地,所述步骤S8,计算出各条路径的RREP信息的网络性能值数组的平均值和标准差,具体计算公式如下:
式中,F表示各条路径的RREP信息的网络性能值数组的平均值;W表示各条路径的RREP信息的网络性能值数组的标准差;n表示每条链路的节点数;
计算出每条链路所有节点的网络性能的平均值F和标准差W;选择标准差值最小的链路作为最佳路由,即W值最小的链路;选择标准差值次小的链路作为备用路由。
本发明通过最佳路径选择机制,计算相邻两节点剩余能量,从而得到节点网络性能函数值,计算出各条路径的RREP信息的网络性能值数组的标准差,选择出标准差最小的链路作为最佳路由。本发明通过最佳路径选择机制选择出能量消耗最小的路由,实现网络能量的节省,延长网络的生存时间,又能提高通信传输的可靠性。
本发明的有益效果如下:
1.本发明从源节点到达目的节点同时提供多条路径,源节点能自主决定使用多条路径,通过为数据通信提供多条路径,并确保其中一条路径能够可靠到达目的节点,通过协议能够有效地管理这些路径,从而达到优化网络路由,提高网络的利用率,提高网络吞吐量,从而改善服务质量的目的。
2.本发明通过最佳路径选择机制选择出能量消耗最小的路由,实现网络能量的节省,延长网络的生存时间,又能提高通信传输的可靠性。
附图说明
图1是本实施例配电通信网络路由优化方法的步骤流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做详细描述。
实施例1
如图1所示,一种配电通信网络路由优化方法,所述优化方法包括以下步骤:
S1:当源节点发送数据到目标节点时,源节点在自己的路由表中查寻到目标节点的路由,如果路由存在并且有效,则立刻开始发送数据;否则启动路由发现过程;
S2:源节点创建一个请求分组RREQ信息,在请求分组RREQ信息添加上一跳LastHop信息;并向其邻节点广播;当请求分组RREQ信息路过第一个节点时,将第一个节点的MAC地址写入RREQ的LastHop信息中;
S3:当中间节点收到两个请求分组RREQ信息,中间节点先对第一个请求分组RREQ信息进行处理分析,将第一个请求分组RREQ信息的路由信息写入中间节点的路由表;
S4:当第二个请求分组RREQ信息到达时,分别对第一个请求分组RREQ信息、第二个请求分组RREQ信息的源节点地址、目的节点序列号和上一跳地址进行比较;若源节点地址和上一跳地址分别相同,且第二个请求分组RREQ信息比第一个请求分组RREQ信息的目的节点序列号大的情况下,中间节点才进行路由表更新,并转发该请求分组RREQ信息;否则丢弃请求分组RREQ信息;
S5:当目的节点收到请求分组RREQ信息时,回应路由请求,建立正向路由条目,并创建RREP信息,沿着反向路由传递给上一跳节点;
S6:当中间节点收到RREP信息,根据相邻两节点之间的距离,求取消耗能量和剩余能量;
S7:中间节点更新RREP信息的转发分组数量和跳数,根据剩余能量计算所在链路的节点网络性能函数值,将该节点处的网络性能函数值更新到网络性能数组中
S8:当源节点收到各条链路的RREP信息,计算出各条路径的RREP信息的网络性能值数组的平均值和标准差,选择标准差最小的两个分别作为主路径和备用路径;丢弃其他路径,因为这些链路的稳定性低,如果源节点再启用这些路径,会造成更大的网络开销资源和更大的延迟。
S9:建立到达目的节点的路由并开始传输数据。
本实施例根据节点独立路由机制,建立到达目的节点的多条节点独立路由。选择标准差最小的两条路径分别作为主路径和备用路径,首先使用主路径进行传输数据,当主路径中断时,源节点启动备用路径;当备用路径出现断裂时,采集节点会借助中间节点来构建弱环状拓扑结构完成数据通信,从而减少路由发现次数,实现数据的可靠传输。
本实施例所述步骤S6,求取消耗能量和剩余能量具体公式如下:
E=N*A+N*B*d2其中d<d0;
E=N*A+N*C*d4其中d>=d0;
Em=E(m-1)-E;
式中:E表示相邻两节点之间消耗的能量;Em表示m节点的剩余能量;E(m-1)表示m-1节点的剩余能量;N表示转发的分组数量;d表示两节点间距离;A,B,C,d0都是人为设置的值,一旦配置就是恒定不变的。
本实施例步骤S8,所述节点网络性能函数值的计算公式如下:
f(m)=Em/(H*N)
式中:f(m)为m节点处的网络性能函数值;H表示m节点到达目的节点的跳数H;N表示己经转发的分组数量。
本实施例并对RREP信息中的网络性能值数组进行更新;当源节点在从接收到第一个RREP信息开始,经过预定的时间后,不再接收RREP信息,然后对接收到的RREP信息网络性能值数组信息进行计算;
所述步骤S8,计算出各条路径的RREP信息的网络性能值数组的平均值和标准差,具体计算公式如下:
式中,F表示各条路径的RREP的网络性能值数组的平均值;W表示各条路径的RREP的网络性能值数组的标准差;n表示每条链路的节点数;
计算出每条链路所有节点的网络性能的平均值F和标准差W;选择标准差值最小的链路作为最佳路由,即W值最小的链路;选择标准差值次小的链路作为备用路由。
本发明通过最佳路径选择机制,计算相邻两节点剩余能量,从而得到节点网络性能函数值,计算出各条路径的RREP信息的网络性能值数组的标准差,选择出标准差最小的链路作为最佳路由。本发明通过最佳路径选择机制选择出能量消耗最小的路由,实现网络能量的节省,延长网络的生存时间,又能提高通信传输的可靠性。
由于在自组织网络中,节点不考虑能量消耗的因素,而现有技术采用AODV路由算法,其发射功率和接收功率是定值,为了保证通信的完成,发射功率和接收功率较大,造成了能量的浪费。但在无线传感器网络中,节约能量消耗是关键技术。当两个节点能够相互通信并需要建立正向或反向路由时,两个节点需要交换地理位置信息,计算出两者之间的通信距离,因此,发射功率和接收功率根据两个节点的距离来决定,同时也突破了距离的限制,即使较远距离也能完成数据的传递。而AODV路由算法的节点传输距离有限制,当超过节点的最大传输距离,无法进行的数据的传输,导致网络的瘫痪,降低了通信的可靠性。因此本发明加入最佳路由选择机制,根据相邻两个节点计算节点剩余能量,从而得到节点网络性能函数值,计算出各条路径的RREP信息的网络性能值数组的标准差,选择出标准差最小的链路作为最佳路由,能实现网络能量的节省,延长网络的生存时间,又能提高传输的可靠性。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种配电通信网络路由优化方法,其特征在于:所述优化方法包括以下步骤:
S1:当源节点发送数据到目的节点时,源节点在自己的路由表中查寻到目的节点的路由,如果路由存在并且有效,则立刻发送数据;否则启动步骤S2~S9的路由发现过程;
S2:源节点创建一个请求分组RREQ信息,在请求分组RREQ信息添加上一跳地址,并向其邻节点广播;当请求分组RREQ信息路过第一个节点时,将第一个节点的MAC地址写入RREQ信息中的上一跳地址;
S3:当中间节点收到两个请求分组RREQ信息,中间节点先对第一个请求分组RREQ信息进行处理分析,将第一个请求分组RREQ信息的路由信息写入中间节点的路由表;
S4:当第二个请求分组RREQ信息到达时,分别对第一个请求分组RREQ信息、第二个请求分组RREQ信息的源节点地址、目的节点序列号和上一跳地址进行比较;若源节点地址和上一跳地址分别相同,且第二个请求分组RREQ信息比第一个请求分组RREQ信息的目的节点序列号大的情况下,中间节点才进行路由表更新,并转发第二个请求分组RREQ信息;否则丢弃第二个请求分组RREQ信息;
S5:当目的节点收到请求分组RREQ信息时,回应路由请求,建立正向路由条目,并创建RREP信息,沿着反向路由传递给上一跳节点;
S6:当中间节点收到RREP信息,根据转发分组数量N和相邻两节点之间的距离,求取RREP信息在相邻两节点之间传输时的消耗能量和RREP信息在该中间节点处的剩余能量;
S7:中间节点更新RREP信息的转发分组数量N和跳数H,并根据步骤S6中的剩余能量计算该中间节点处的网络性能函数值,将该中间节点处的网络性能函数值更新到网络性能函数值数组中;其中H表示中间节点到目的节点的跳数;
S8:当源节点收到各条路径的RREP信息时,计算出各条路径的RREP信息的网络性能函数值数组的平均值和标准差,选择标准差最小的两个路径分别作为主路径和备用路径;其他路径进行丢弃;
S9:通过步骤S8得到的路径,建立到达目的节点的路由并开始传输数据。
2.根据权利要求1所述的配电通信网络路由优化方法,其特征在于:所述步骤S6,求取消耗能量和剩余能量具体公式如下:
E=N*A+N*B*d2其中d<d0;
E=N*A+N*C*d4其中d>=d0;
Em=E(m-1)-E;
式中:E表示RREP信息在相邻两节点之间传输时的消耗能量;Em表示在节点m处的剩余能量;E(m-1)表示在节点m-1处的剩余能量;N表示转发分组数量;d表示相邻两节点之间的距离;A,B,C,d0均为人为设置的值。
3.根据权利要求2所述的配电通信网络路由优化方法,其特征在于:步骤S7,步骤S8中计算在节点处的网络性能函数值的计算公式如下:
f(m)=Em/(H*N)
式中:f(m)为节点m处的网络性能函数值;H表示节点m到达目的节点的跳数;N表示转发分组数量。
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