CN112637063A - 一种电力线通信路由方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电力线通信路由方法及装置，方法包括：计算电力线通信网络中中继节点间的路径权值；根据路径权值，采用K最短路径算法计算电力线通信业务的第一最优路由路径；选择满足节点路由条件的第一最优路由路径进行路由。本申请能够保障电力线载波通信网的业务大容量可靠运行和低延时传输。

Description

一种电力线通信路由方法及装置

技术领域

本申请涉及电力线通信技术领域，尤其涉及一种电力线通信路由方法及装置。

背景技术

电力线载波通信存在许多不足之处。由于电力线的传输线路主要作用是用来传输电能的，所以对信号的传输并不是那么理想。电力线上关联的电器设备种类广泛并且数量众多，对载波信号具有较高的衰减，并且衰减在整个电力线传输过程中并不是均匀的。因为传输阻抗的不匹配，还会造成信号在传输过程中的反射和折射，将会产生多径效应。另外，电器设备的随机开关也会带来复杂的噪声。电力线的屏蔽性差也会使信号的传输受到较大的干扰。因此，电力线的有效传输距离很短。

在传统的电力线通信网络中，会人为设置一些固定节点作为中继，用来转发信号，增加通信距离。这些节点需要人为指定，并且需要人为设置相应的路由表项，当更换设备或者扩展网络等情况下，需要重新人为操作，耗时耗力，并且组网速度较慢，维护成本也很高。另外，随着目前电力线通信网络的发展，人们对其上承载的业务也提出了更高的要求，传统指定中继的方法不再适用。因此，动态路由的方法越来越受到关注。

但是现存的各种电力线载波通信路由算法无法兼顾高业务量低延时，因此需要设计一种兼顾两者的路由算法，来保障电力线载波通信网的业务大容量可靠运行和低延时传输。

发明内容

本申请提供了一种电力线通信路由方法及装置，使得保障电力线载波通信网的业务大容量可靠运行和低延时传输。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种电力线通信路由方法，所述方法包括：

根据中继节点的第二活跃度计算电力线通信网络中中继节点间的路径权值；

根据所述路径权值，采用K最短路径算法计算电力线通信业务的第一最优路由路径；

选择满足节点路由条件的所述第一最优路由路径进行路由。

可选的，在所述电力线通信网络中中继节点间的路径权值，之前还包括：

初始化电力线通信网络中的中继节点的初始活跃度；

随机选取多个电力线通信业务，计算所述电力线通信业务的最优路径，获取所述最优路径经过的中继节点，将所述最优路径经过第一中继节点的次数加上所述第一中继节点的所述初始活跃度，得到所述第一中继节点的第一活跃度。

可选的，在所述得到所述第一中继节点的第一活跃度，之后还包括：

根据所述第一中继节点的邻居节点对所述第一中继节点的影响，优化所述第一活跃度，得到所述第一中继节点的第二活跃度；

所述第二活跃度的计算公式为：

式中，L_i0k表示第i个中继节点的第k个邻居节点的所述第一活跃度，M_i表示第i个中继节点的邻居节点个数，a表示中继节点的权重值。

可选的，所述根据中继节点的第二活跃度计算电力线通信网络中中继节点间的路径权值，包括：

根据所述第二活跃度计算电力线通信网络中，两两中继节点间的所述路径权值，路径权值的计算公式为：

式中，两两中继节点间的初始距离权值为D0_i，两两中继节点间的路径包括T条路，D_Max＝MAX{D0_i,1≤i≤T}；PL_i1为前项中继节点的所述第二活跃度，NL_i1为后项中继节点的所述第二活跃度；D2_i为两两中继节点间的所述路径权值。

可选的，根据所述路径权值，采用K最短路径算法计算电力线通信业务的第一最优路由路径，包括：

S1：根据所述路径权值计算电力线通信业务的K个所述第二最优路由路径；

S2：所述第二最优路由路径之间包括多个偏离节点，计算所述偏离节点到终止节点之间的第一最短路径，所述第一最短路径中不包含所述第二最优路由路径中的任何中继节点；

S3：将所述第二最优路由路径中根节点到所述偏离节点的路径与所述第一最短路径进行拼接作为最优候选路径；

S4：选择所述最优候选路径中最短的一条路径作为所述第一最优路由路径；

S5：重复步骤S2-S4，直到找到K条所述第一最优路由路径。

可选的，所述选择满足节点路由条件的所述第一最优路由路径进行路由，包括：

选择中继节点的负载率不超过95％的所述第一最优路由路径进行路由。

本申请第二方面提供一种电力线通信路由装置，所述装置包括：

第一计算单元，用于计算电力线通信网络中中继节点间的路径权值；

第二计算单元，用于根据所述路径权值，采用K最短路径算法计算电力线通信业务的第一最优路由路径；

路由单元，用于选择满足节点路由条件的所述最优路由第一路径进行路由。

可选的，还包括：

初始化单元，用于初始化电力线通信网络中的中继节点的初始活跃度；

第一活跃度计算单元，用于随机选取多个电力线通信业务，计算所述电力线通信业务的最优路径，获取所述最优路径经过的中继节点，将所述最优路径经过第一中继节点的次数加上所述第一中继节点的所述初始活跃度，得到所述第一中继节点的第一活跃度。

可选的，还包括：

第二活跃度计算单元，用于根据所述第一中继节点的邻居节点对所述第一中继节点的影响，优化所述第一活跃度，得到所述第一中继节点的第二活跃度；

所述第二活跃度的计算公式为：

式中，L_i0k表示第i个中继节点的第k个邻居节点的所述第一活跃度，M_i表示第i个中继节点的邻居节点个数，a表示中继节点的权重值。

可选的，所述第一计算单元具体用于根据所述第二活跃度计算电力线通信网络中，两两中继节点间的所述路径权值，路径权值的计算公式为：

式中，两两中继节点间的初始距离权值为D0_i，两两中继节点间的路径包括T条路，D_Max＝MAX{D0_i,1≤i≤T}；PL_i1为前项中继节点的所述第二活跃度，NL_i1为后项中继节点的所述第二活跃度；D2_i为两两中继节点间的所述路径权值。

从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：

本申请中，提供了一种电力线通信路由方法，包括：计算电力线通信网络中中继节点间的路径权值；根据路径权值，采用K最短路径算法计算电力线通信业务的第一最优路由路径；选择满足节点路由条件的第一最优路由路径进行路由。

本申请通过考虑节点间的业务流量计算通信网络中中继节点间的路径权值，通过路径权值选择最优的节点间路径得到第一最优路由路径，提高了业务传输效率，使得保障电力线载波通信网的业务大容量可靠运行和低延时传输。

附图说明

图1为本申请一种电力线通信路由方法的一个实施例的方法流程图；

图2为本申请一种电力线通信路由方法的另外一个实施例的方法流程图；

图3为本申请一种电力线通信路由装置的一个实施例的一个结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1为本申请一种电力线通信路由方法的一个实施例的方法流程图，如图1所示，图1中包括：

101、根据中继节点的第二活跃度计算电力线通信网络中中继节点间的路径权值；

需要说明的是，本申请可以获取电力线通信网络中各中继节点在电力线通信业务下的第二活跃度，即中继节点的业务流量；由中继节点的第二活跃度计算中继节点之间的路径权值，路径权值表示优先使用该路径的权重。

102、根据路径权值，采用K最短路径算法计算电力线通信业务的第一最优路由路径；

需要说明的是，本申请可以采用K最短路径算法，根据计算得到的中继节点间的路径权值计算出电力线通信业务的第一最优路由路径。

103、选择满足节点路由条件的第一最优路由路径进行路由。

需要说明的是，由于在实际传输中既要保证业务量又要考虑每个中继节点的最大负载，因此，每个中继节点需要满足节点的负载率不超过预设的阈值，即可以选择节点的负载率不超过预设的阈值的第一最优路由路径进行路由。

本申请通过考虑节点间的业务流量计算通信网络中中继节点间的路径权值，通过路径权值选择最优的节点间路径得到第一最优路由路径，提高了业务传输效率，使得保障电力线载波通信网的业务大容量可靠运行和低延时传输。

本申请还包括一种电力线通信路由方法的另一个实施例，如图2所示，图2中包括：

201、初始化电力线通信网络中的中继节点的初始活跃度；

需要说明的是，本申请可以初始化电力线通信网络中的中继节点的初始活跃度，具体的，可以将每个中继节点的初始活跃度设置为0。

202、随机选取多个电力线通信业务，计算电力线通信业务的最优路径，获取最优路径经过的中继节点，将最优路径经过第一中继节点的次数加上第一中继节点的初始活跃度，得到第一中继节点的第一活跃度；

需要说明的是，本申请可以选取一定数量的电力线通信业务，根据K最短路径算法(K shortestpaths,KSP)求解每个电力线通信业务的最优路径，将每个电力线通信业务的最优路径经过的中继节点的初始活跃度加一，直到电力线通信网络中所有最优路径传输完毕，得到每一个中继节点的活跃度，记为第一活跃度。

在一种具体的实施方式中，可以将第一活跃度最高的中继节点的第一活跃度设置为100，其他节点的第一活跃度定义为第一活跃度最高的中继节点的第一活跃度除以最高初始节点活跃度再乘以100。

203、根据第一中继节点的邻居节点对第一中继节点的影响，优化第一活跃度，得到第一中继节点的第二活跃度；

需要说明的是，由于在电力线通信网络中的中继节点进行路由时，不只本中继节点的性质会影响整体通信链路的路由结果，本中继节点的邻居节点的性质也会对整个路由结果产生影响，因此，考虑本中继节点的业务流量的同时也考虑邻居节点对本中继节点的业务流量的影响，从而保障整体路由质量。可以设单向无环的路由链路共N个节点，设第i(i＝1～N)个中继节点分别有M_i个邻居节点，设第一活跃度为L_i0，定义第i个中继节点的第二活跃度为：

式中，L_i0k表示第i个中继节点的第k个邻居节点的第一活跃度，M_i表示第i个中继节点的邻居节点个数，a表示中继节点的权重值，可以根据具体路由网络调节大小，a越小临节点的活跃度权重越大，一般a≥1，本发明取a＝1。

204、根据第二活跃度计算电力线通信网络中，两两中继节点间的路径权值；

需要说明的是，本申请可以对不同中继节点间的初始路径权值设置为D0_i，1≤i≤T；设中继节点间共有T条路径，则可以计算两两中继节点间的路径权值为：

式中，两两中继节点间的初始距离权值为D0_i，两两中继节点间的路径包括T条路，D_Max＝MAX{D0_i,1≤i≤T}；PL_i1为前项中继节点的第二活跃度，NL_i1为后项中继节点的第二活跃度；D2_i为两两中继节点间的路径权值。有公式可知，当某条路径的前后相连的中继节点的活跃度高，计算路径权值后此路径的最终路径权值就会减少，即可以选择活跃度低的路径进行通信，以此来优化K最短路径算法。

205、根据路径权值，采用K最短路径算法计算电力线通信业务的第一最优路由路径；

需要说明的是，本申请可以采用K最短路径算法计算电力线通信业务的第一最优路由路径，其中，K最短路径算法是用于求解根节点和终止节点间的多个备选优化路径，形成最短路径组，以最大程度满足用户对不同路径的选择需求。本申请可以采用限定无环K最短路径算法中的偏离路径算法求解始节点和终止节点间的多个备选优化路径。

具体的，本申请中可以假设从根节点s到终止节点t的两条路径p＝(v₁,v₂,…,v_l)和q＝(u₁,u₂,…,u_w)，l表示路径p的节点数，w表示路径q的节点数，如果存在一个整数x满足：

(1)x<l，并且x<w；

(2)v_i＝u_i(1≤i≤x)；

(3)v_x+1≠u_x+1；

(4)(u_x+1,u_x+2,...,u_w＝t)是从u_x+1到t的最短路径。

则称(u_x,u_x+1)为q相对于p的偏离边，u_x为q相对于p的偏离节点，路径(u_x+1,u_x+2,...,u_w＝t)为q相对于p的最短偏离路径，偏离路径算法的核心在于利用K最短路径算法已经求得的最短路径p₁,p₂,…,p_k进行再次优化计算，产生最短偏离路径p_k+1，本申请的具体计算步骤如下：

S1：根据路径权值计算电力线通信业务的K个第二最优路由路径；

S2：第二最优路由路径之间包括多个偏离节点，计算偏离节点到终止节点之间的第一最短路径，第一最短路径中不包含第二最优路由路径中的任何中继节点；

需要说明的是，为了保证无环，计算得到的第一最短路径中的中继节点不能通过当前最短路径p_k上从根节点到偏离节点之间的任何节点；同时，为了避免与最短路径p₁,p₂,…,p_k的路径重复，从偏离节点到中直接点之间的路径不能与之前找到的最短路径p₁,p₂,…,p_k上从偏离节点分出的边相同。

S3：将第二最优路由路径中根节点到偏离节点的路径与第一最短路径进行拼接作为最优候选路径；

需要说明的是，第二最优路由路径中根节点到偏离节点的路径与第一最短路径进行拼接作为最优候选路径。

S4：选择最优候选路径中最短的一条路径作为第一最优路由路径；

需要说明的是，由于第二最优路由路径中根节点到偏离节点的路径包括多条，则第二最优路由路径中根节点到偏离节点的路径与第一最短路径进行拼接得到的最优候选路径也存在多条，因此，可以选取最优候选路径中最短的一条路径作为第一最优路由路径。

S5：重复步骤S2-S4，直到找到K条第一最优路由路径。

206、选择满足节点路由条件的第一最优路由路径进行路由。

需要说明的是，由于在实际传输中既要保证业务量又要考虑单个中继节点的最大负载，本申请定义路由路径中所有经过的中继节点的负载率不超过95％，即若第一最优路由路径中的中继节点的负载率不超过95％，则可以选择对应的第一最优路由路径进行路由。若不满足，转入下一条最优路由路径再次进行判断。

本申请通过根据每个节点的电力线通信网络中节点的活跃度计算节点间的路径权值，当某条路径的前后相连的中继节点的活跃度高，计算路径权值后此路径的最终路径权值就会减少，即可以选择活跃度低的路径进行通信，以此来优化K最短路径算法，本方案可以同时兼顾高业务量传输要求与低时延特点，保障电力载波通信网传输效率。

以上是本申请的方法的实施例，本社请还提供了一种电力线通信路由装置的一个实施例，如图3所示，图3中包括：

第一计算单元301，用于根据中继节点的第二活跃度计算电力线通信网络中中继节点间的路径权值；

第二计算单元302，用于根据路径权值，采用K最短路径算法计算电力线通信业务的第一最优路由路径；

路由单元303，用于选择满足节点路由条件的最优路由第一路径进行路由。

在一种具体的实施方式中，还包括：

初始化单元，用于初始化电力线通信网络中的中继节点的初始活跃度；

第一活跃度计算单元，用于随机选取多个电力线通信业务，计算电力线通信业务的最优路径，获取最优路径经过的中继节点，将最优路径经过第一中继节点的次数加上第一中继节点的初始活跃度，得到第一中继节点的第一活跃度。

在一种具体的实施方式中，第二活跃度计算单元，用于根据第一中继节点的邻居节点对第一中继节点的影响，优化第一活跃度，得到第一中继节点的第二活跃度；

第二活跃度的计算公式为：

式中，L_i0k表示第i个中继节点的第k个邻居节点的第一活跃度，M_i表示第i个中继节点的邻居节点个数，a表示中继节点的权重值。

在一种具体的实施方式中，第一计算单元具体用于根据第二活跃度计算电力线通信网络中，两两中继节点间的路径权值，路径权值的计算公式为：

式中，两两中继节点间的初始距离权值为D0_i，两两中继节点间的路径包括T条路，D_Max＝MAX{D0_i,1≤i≤T}；PL_i1为前项中继节点的第二活跃度，NL_i1为后项中继节点的第二活跃度；D2_i为两两中继节点间的路径权值。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电力线通信路由方法，其特征在于，包括：

根据中继节点的第二活跃度计算电力线通信网络中中继节点间的路径权值；

根据所述路径权值，采用K最短路径算法计算电力线通信业务的第一最优路由路径；

选择满足节点路由条件的所述第一最优路由路径进行路由。

2.根据权利要求1所述的电力线通信路由方法，其特征在于，在所述电力线通信网络中中继节点间的路径权值，之前还包括：

初始化电力线通信网络中的中继节点的初始活跃度；

随机选取多个电力线通信业务，计算所述电力线通信业务的最优路径，获取所述最优路径经过的中继节点，将所述最优路径经过第一中继节点的次数加上所述第一中继节点的所述初始活跃度，得到所述第一中继节点的第一活跃度。

3.根据权利要求2所述的电力线通信路由方法，其特征在于，在所述得到所述第一中继节点的第一活跃度，之后还包括：

根据所述第一中继节点的邻居节点对所述第一中继节点的影响，优化所述第一活跃度，得到所述第一中继节点的所述第二活跃度；

所述第二活跃度的计算公式为：

式中，L_i0k表示第i个中继节点的第k个邻居节点的所述第一活跃度，M_i表示第i个中继节点的邻居节点个数，a表示中继节点的权重值。

4.根据权利要求3所述的电力线通信路由方法，其特征在于，所述根据中继节点的第二活跃度计算电力线通信网络中中继节点间的路径权值，包括：

根据所述第二活跃度计算电力线通信网络中，两两中继节点间的所述路径权值，路径权值的计算公式为：

式中，两两中继节点间的初始距离权值为D0_i，两两中继节点间的路径包括T条路，D_Max＝MAX{D0_i,1≤i≤T}；PL_i1为前项中继节点的所述第二活跃度，NL_i1为后项中继节点的所述第二活跃度；D2_i为两两中继节点间的所述路径权值。

5.根据权利要求4所述的电力线通信路由方法，其特征在于，根据所述路径权值，采用K最短路径算法计算电力线通信业务的第一最优路由路径，包括：

S1：根据所述路径权值计算电力线通信业务的K个所述第二最优路由路径；

S2：所述第二最优路由路径之间包括多个偏离节点，计算所述偏离节点到终止节点之间的第一最短路径，所述第一最短路径中不包含所述第二最优路由路径中的任何中继节点；

S3：将所述第二最优路由路径中根节点到所述偏离节点的路径与所述第一最短路径进行拼接作为最优候选路径；

S4：选择所述最优候选路径中最短的一条路径作为所述第一最优路由路径；

S5：重复步骤S2-S4，直到找到K条所述第一最优路由路径。

6.根据权利要求1所述的电力线通信路由方法，其特征在于，所述选择满足节点路由条件的所述第一最优路由路径进行路由，包括：

选择中继节点的负载率不超过95％的所述第一最优路由路径进行路由。

7.一种电力线通信路由装置，其特征在于，包括：

第一计算单元，用于根据中继节点的第二活跃度计算电力线通信网络中中继节点间的路径权值；

第二计算单元，用于根据所述路径权值，采用K最短路径算法计算电力线通信业务的第一最优路由路径；

路由单元，用于选择满足节点路由条件的所述最优路由第一路径进行路由。

8.根据权利要求7所述的电力线通信路由装置，其特征在于，还包括：

初始化单元，用于初始化电力线通信网络中的中继节点的初始活跃度；

第一活跃度计算单元，用于随机选取多个电力线通信业务，计算所述电力线通信业务的最优路径，获取所述最优路径经过的中继节点，将所述最优路径经过第一中继节点的次数加上所述第一中继节点的所述初始活跃度，得到所述第一中继节点的第一活跃度。

9.根据权利要求8所述的电力线通信路由装置，其特征在于，还包括：

第二活跃度计算单元，用于根据所述第一中继节点的邻居节点对所述第一中继节点的影响，优化所述第一活跃度，得到所述第一中继节点的第二活跃度；

所述第二活跃度的计算公式为：

式中，L_i0k表示第i个中继节点的第k个邻居节点的所述第一活跃度，M_i表示第i个中继节点的邻居节点个数，a表示中继节点的权重值。

10.根据权利要求9所述的电力线通信路由装置，其特征在于，所述第一计算单元具体用于根据所述第二活跃度计算电力线通信网络中，两两中继节点间的所述路径权值，路径权值的计算公式为：

式中，两两中继节点间的初始距离权值为D0_i，两两中继节点间的路径包括T条路，D_Max＝MAX{D0_i,1≤i≤T}；PL_i1为前项中继节点的所述第二活跃度，NL_i1为后项中继节点的所述第二活跃度；D2_i为两两中继节点间的所述路径权值。

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