CN113572692A - 一种高速电力线载波通信网络的组播路由方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高速电力线载波通信网络的组播路由方法，计算每个节点的链路可靠度值与节点可靠度值，选取节点可靠值符合节点可用阀值的节点以及和链路可靠值符合链路可用阀值的链路，形成组播的主干树；之后为组播的所有末端节点，分别计算到主干树的分支路由并接入主干树，从而形成完整的组播树。本发明保证高速电力线载波通信网络的有效组播，保证电力组播通信业务的可靠性。

Description

一种高速电力线载波通信网络的组播路由方法
技术领域
本发明涉及电力线载波通信技术领域，特别是涉及一种高速电力线载波通信网络的组播路由方法。
背景技术
目前的电力本地通信系统主要采用电力线载波通信技术。由于电力线载波信道的极端恶劣性和复杂性，提高电力线通信网络的通信质量一直是电力线载波通信技术研究的重点和方向。在进行信息终端业务通信时，当前的电力线载波通信路由技术，由于信道质量时变性，在一定程度上难以保证电力组播通信业务的可靠性。一旦发生通信节点或链路失效，必须进行组播树的频繁重构，导致严重的网络延时和丢包率，不满足电力线通信组播业务的实时性和可靠性要求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种高速电力线载波通信网络的组播路由方法。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种高速电力线载波通信网络的组播路由方法，计算每个节点的链路可靠度值与节点可靠度值，选取节点可靠度值符合节点可用阀值的节点和链路可靠度值符合链路可用阀值的链路，形成组播的主干树；之后为组播的所有末端节点，分别计算到主干树的分支路由并接入主干树，从而形成完整的组播树：
其中，节点可靠度值通过以下式计算实现：
Figure 397195DEST_PATH_IMAGE001
，
链路可靠度值通过以下式计算实现：
Figure 594958DEST_PATH_IMAGE002
，
式中，
Figure 142614DEST_PATH_IMAGE003
表示节点可靠度值，
Figure 375012DEST_PATH_IMAGE004
表示链路可靠度值，
Figure 615500DEST_PATH_IMAGE005
为邻居节点总数，
Figure 175926DEST_PATH_IMAGE006
为第
Figure 792852DEST_PATH_IMAGE007
个邻居节点在t时刻的信噪比变化率；
Figure 614177DEST_PATH_IMAGE008
为邻居节点可达性，当该邻居节点的节点可靠度值≥节点可用阈值时，
Figure 222970DEST_PATH_IMAGE009
，否则
Figure 129746DEST_PATH_IMAGE010
；
Figure 284784DEST_PATH_IMAGE011
和
Figure 429458DEST_PATH_IMAGE012
分别为链路可靠度值检测的起止时间，
Figure 11749DEST_PATH_IMAGE013
位于区间[
Figure 671400DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 364550DEST_PATH_IMAGE012
]；
Figure 894888DEST_PATH_IMAGE014
为计算最大值的函数，
Figure 648080DEST_PATH_IMAGE015
选取信噪比变化率的最大值。
本发明的通过将链路可靠度与节点可靠度相结合，选取高可靠的节点和链路，形成组播的主干树；之后为组播的所有末端节点，分别计算到主干树的分支路由，并接入主干树，从而形成完整的组播树；如此，保证高速电力线载波通信网络的有效组播，保证电力组播通信业务的可靠性。
附图说明
图1是本发明的高速电力线载波通信网络的组播路由方法的实现流程图。
图2为本发明实施例的组播的主干树的主干节点接入的示意图。
图3为本发明实施例的组播的分支路由接入的示意图。
附图说明：
1为主干节点，2为入网的中继节点，3为末端节点，4为主干链路，5为分支链路，6为未入网的中继节点。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例的高速电力线载波通信网络的组播路由方法，通过以下步骤实现：
计算每个节点的链路可靠度值与节点可靠度值，选取节点可靠度值符合节点可用阈值的节点，以及链路可靠度值符合链路可用阈值的链路，形成组播的主干树；为组播的所有末端节点，分别计算到主干树的分支路由，并接入主干树，形成完整的组播树。
节点可靠度值计算方式如下：
Figure 732711DEST_PATH_IMAGE001
（1）
式（1）中，
Figure 26289DEST_PATH_IMAGE016
为邻居节点总数，
Figure 676713DEST_PATH_IMAGE006
为第
Figure 335228DEST_PATH_IMAGE007
个邻居节点在t时刻的信噪比变化率，其定义如公式（2）所示；
Figure 703892DEST_PATH_IMAGE008
为邻居节点可达性，当该邻居节点的节点可靠度值≥节点可用阈值时，
Figure 738844DEST_PATH_IMAGE009
，否则
Figure 509354DEST_PATH_IMAGE010
。
Figure 338770DEST_PATH_IMAGE017
(2)
Figure 194731DEST_PATH_IMAGE003
越大说明节点周边的局部拓扑结构和信道质量越稳定，
Figure 33374DEST_PATH_IMAGE003
越小说明节点周边的局部拓扑结构和信道质量变化越剧烈。
Figure 940281DEST_PATH_IMAGE018
表示
Figure 341263DEST_PATH_IMAGE019
时刻的第
Figure 91044DEST_PATH_IMAGE020
个节点的信噪比，
Figure 202220DEST_PATH_IMAGE021
表示
Figure 947322DEST_PATH_IMAGE022
时刻的第
Figure 587382DEST_PATH_IMAGE020
个节点的信噪比；
链路可靠度值计算方式如下：
Figure 949093DEST_PATH_IMAGE002
(3)
式（3）中，
Figure 129539DEST_PATH_IMAGE011
和
Figure 135672DEST_PATH_IMAGE012
分别为链路可靠度值检测的起止时间，其中
Figure 540109DEST_PATH_IMAGE013
位于区间[
Figure 592378DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 310935DEST_PATH_IMAGE012
]；
Figure 765051DEST_PATH_IMAGE023
为邻居节点可达性，当该邻居节点的节点可靠度值≥节点可用阈值时，
Figure 543651DEST_PATH_IMAGE009
，否则
Figure 83216DEST_PATH_IMAGE010
；
Figure 339885DEST_PATH_IMAGE014
为计算最大值的函数，
Figure 648507DEST_PATH_IMAGE015
选取信噪比变化率的最大值。
作为一个可选的实施例，所述的组播的主干树，可以通过以下方式形成，参见图2所示：
步骤1：电力线载波通信网络中每个节点初始化，通过相互发送第一次Hello帧，获取邻居节点的信噪比值；
步骤2：电力线载波通信网络中每个节点根据式(1)，计算本节点的节点可靠度值：
步骤3：电力线载波通信网络中每个节点将其自身的节点可靠度值，通过相互发送第二次Hello帧，告知邻居节点；
步骤4：电力线载波通信网络中每个节点根据公式（3），计算本节点的链路可靠度值，并将节点可靠度值、链路可靠度值，上报给中心节点（集中器）；
步骤5：将所有节点的节点可靠度值进行排序，若某个节点的节点可靠度值高于其邻居节点，则设定该节点为主干节点，遍历整个电力线载波通信网络，选出所有的主干节点；
步骤6：中心节点将链路可靠度值设置为每条链路的权重值，根据链路权重值，采用Dijkstra算法，计算中心节点（集中器）到每个主干节点的可靠路由，所有可靠路由形成组播主干树。
最后形成的电力线载波通信网络组播的主干树，如图2所示，选取了多个主干节点1，并通过相应的主干链路4相链接形成电力线载波通信网络组播的主干树。其中，主干链路包括主干节点1通过至少一个入网的中继节点2与中心节点之间的链路，也包括中心节点与主干节点1之间的直接链路。
根据所述节点权重进行主干节点的选择，根据链路权重计算中心节点（集中器）到各主干节点的可靠路由。因为电力线载波通信信道会有波动，所以需要周期性更新配置节点权重和链路权重，以动态选择主干节点以及计算选择中心节点（集中器）到各主干节点的可靠路由，实现动态组播路由。
作为一个可选的实施例，所述的组播的主干树的分支路由，可以采用以下步骤接入，参见图3所示；
步骤1：采用Dijkstra算法，计算末端节点3起到每个主干节点1的路由；
步骤2：从上述路由中选取链路可靠度值最高的路由，作为末端节点3的分支路由，将该末端节点3并入组播树；
步骤3：遍历所有末端节点3，直到所有末端节点都并入组播树。
如图3所示，所有选取的末端节点3通过分支链路5与主干树通信链接，并入了组播树。
其中，有的末端节点3直接与一个主干节点1通过分支链路5连接，有的末端节点3通过一个主干节点1下游入网的中继节点2，与上游的主干节点1用分支链路5连接，主干节点1也可以通过上游至少一个入网的中继节点2与中心节点连接，也可以是多个末端节点3与一个主干节点1连接，其中，未入网的中继节点6如图3所示。
本发明实施例中，电力线载波通信网络的拓扑信息更新可以采用以下步骤：
更新方式分为触发式，即通过节点间周期性地互相发送的hello帧（包含本节点的节点可靠度值），电力线载波通信网络中某个节点检测到其邻居节点数发生变化，则触发该节点重新计算节点可靠度值以及链路可靠度值，并上报给中心节点；中心节点重新计算组播的主干树及分支路由的接入。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.高速电力线载波通信网络的组播路由方法，其特征在于，计算每个节点的链路可靠度值与节点可靠度值，选取节点可靠度值符合节点可用阀值的节点和链路可靠度值符合链路可用阀值的链路，形成组播的主干树；之后为组播的所有末端节点，分别计算到主干树的分支路由并接入主干树，从而形成完整的组播树：
其中，节点可靠度值通过以下式计算实现：
Figure 98355DEST_PATH_IMAGE001
链路可靠度值通过以下式计算实现：
Figure 484336DEST_PATH_IMAGE002
式中，
Figure 732915DEST_PATH_IMAGE003
表示节点可靠度值，
Figure 800228DEST_PATH_IMAGE004
表示链路可靠度值，
Figure 83442DEST_PATH_IMAGE005
为邻居节点总数，
Figure 640325DEST_PATH_IMAGE006
为第
Figure 376200DEST_PATH_IMAGE007
个邻居节点在t时刻的信噪比变化率；
Figure 247204DEST_PATH_IMAGE008
为邻居节点可达性，当该邻居节点的节点可靠度值≥节点可用阈值时，
Figure 384925DEST_PATH_IMAGE009
，否则
Figure 112709DEST_PATH_IMAGE010
；
Figure 335880DEST_PATH_IMAGE011
和
Figure 744996DEST_PATH_IMAGE012
分别为链路可靠度值检测的起止时间,
Figure 2802DEST_PATH_IMAGE013
位于区间[
Figure 901488DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 611955DEST_PATH_IMAGE012
]；
Figure 355920DEST_PATH_IMAGE015
为计算最大值的函数，
Figure 671495DEST_PATH_IMAGE016
选取信噪比变化率的最大值。
2.根据权利要求1所述高速电力线载波通信网络的组播路由方法，其特征在于，所述组播的主干树，通过以下步骤形成：
电力线载波通信网络中每个节点初始化，相互发送第一次Hello帧，获取邻居节点的信噪比值；
电力线载波通信网络中每个节点计算本节点的节点可靠度值；
电力线载波通信网络中每个节点将自身的节点可靠度值，通过相互发送第二次Hello帧，通知邻居节点；
电力线载波通信网络中每个节点计算本节点的链路可靠度值，将节点可靠度值和链路可靠度值上报给中心节点；
将所有节点的节点可靠度值排序，若某个节点的节点可靠度值高于其邻居节点，则设定该节点为主干节点，遍历整个电力线载波通信网络，选出所有的主干节点；
中心节点将链路可靠度值设置为每条链路的权重值，根据链路权重值，采用Dijkstra算法，分别计算中心节点到每个主干节点的可靠路由，所有可靠路由构成组播的主干树。
3.根据权利要求2所述高速电力线载波通信网络的组播路由方法，其特征在于，所述组播的主干树的分支路由，通过以下步骤接入：
采用Dijkstra算法，计算末端节点到每个主干节点的路由；
从上述路由中选取链路可靠度值最高的路由，作为该末端节点的分支路由，将该末端节点并入组播树；
遍历所有的末端节点，直到所有末端节点都并入组播树。
4.根据权利要求3所述高速电力线载波通信网络的组播路由方法，其特征在于，所述电力线载波通信网络的拓扑信息更新采用以下方式实现：
通过节点间周期性地互相发送的包含节点可靠度值的hello帧，电力线载波通信网络中某个节点检测到其邻居节点数发生变化，则触发该节点重新计算节点可靠度值及链路可靠度值，并上报给中心节点；中心节点重新计算组播的主干树及分支路由的接入。
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