CN113923743A - 电力地下管廊的路由选择方法、装置、终端及存储介质 - Google Patents

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CN113923743A CN202111089396.8A CN202111089396A CN113923743A CN 113923743 A CN113923743 A CN 113923743A CN 202111089396 A CN202111089396 A CN 202111089396A CN 113923743 A CN113923743 A CN 113923743A
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Abstract

本发明提供一种电力地下管廊的路由选择方法、装置、终端及存储介质。该方法包括：获取电力地下管廊内的无线传感网络的目标路由节点的传输参数；其中，传输参数包括数据包大小、链路带宽、预设最大可容忍时延和预设信噪比阈值；根据电力地下管廊的电磁干扰、目标路由节点的丢包量和目标路由节点的传输时延，生成电力地下管廊的路径选择模型；基于目标路由节点的传输参数、目标路由节点的预设丢包量、目标路由节点的预设传输时延和路径选择模型，在与目标路由节点连接的所有路由节点中，确定目标路由节点的下一跳路由节点。本发明可以实现电力数据的高质量传输，满足不同电力用户对数据服务质量的需求。

Description

电力地下管廊的路由选择方法、装置、终端及存储介质
技术领域
本发明涉及电力地下管廊技术领域，尤其涉及一种电力地下管廊的路由选择方法、装置、终端及存储介质。
背景技术
电力地下管廊是电网输配电网络的重要组成部分，随着电力业务的不断发展，电力地下管廊的网络拓扑结构也变的越来越复杂。低成本、低功耗的无线传感器网络由于具有强大的数据采集能力和容错诋毁能力，被广泛应用到电力地下管廊中。
无线传感网络中包含多个无线传感器节点，这些无线传感器节点不仅可以提供无缝、实时的环境监测，还可以提供数据传输服务。相应地，城市地下管廊的数据传输模式也从传统的单跳模式转换成具有多条可用无线传感器节点的多路由选择传输的多跳模式。
然而，由于传输距离广，且无线传感器节点数量众多，电力业务对传输时延和丢包量的服务质量需求不一致，如何满足不同电力业务差异化的服务质量需求，提高电力数据的高质量传输，成为目前亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种电力地下管廊的路由选择方法、装置、终端及存储介质，以解决电力业务对传输时延和丢包量的服务质量需求不一致的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种电力地下管廊的路由选择方法，包括：获取电力地下管廊内的无线传感网络的目标路由节点的传输参数；其中，传输参数包括数据包大小、链路带宽、预设最大可容忍时延和预设信噪比阈值；
根据电力地下管廊的电磁干扰、目标路由节点的丢包量和目标路由节点的传输时延，生成电力地下管廊的路径选择模型；
基于目标路由节点的传输参数、目标路由节点的预设丢包量、目标路由节点的预设传输时延和路径选择模型，在与目标路由节点连接的所有路由节点中，确定目标路由节点的下一跳路由节点。
在一种可能的实现方式中，根据电力地下管廊的电磁干扰，目标路由节点的丢包量和目标路由节点的传输时延，生成电力地下管廊的路径选择模型，包括：
基于应用受限协议的数据传输模式、电力地下管廊电磁干扰和时隙模型，生成目标路由节点的丢包量与数据传输模式的丢包量模型，以及目标路由节点的传输时延与数据传输模式的传输时延模型；其中，数据传输模式包括确认模式和非确认模式；
基于丢包量模型和传输时延模型，生成电力地下管廊的路径选择模型。
在一种可能的实现方式中，在基于目标路由节点的传输参数、目标路由节点的预设丢包量、目标路由节点的预设传输时延和路径选择模型，在与目标路由节点连接的所有路由节点中，确定目标路由节点的下一跳路由节点之后，方法还包括：
基于应用受限协议的数据传输模式和路径选择模型，确定下一跳路由节点的数据传输模式。
在一种可能的实现方式中，路径选择模型P为：
Figure BDA0003266759080000021
Figure BDA0003266759080000022
Figure BDA0003266759080000023
其中，
Figure BDA0003266759080000031
为丢包量，
Figure BDA0003266759080000032
为传输时延，
Figure BDA0003266759080000033
为指示变量，V为丢包量的优化权重，K为从路由节点vi到路由节点vj的数据包的总个数，k为第k个数据包，m为数据传输模式，Tk为最大传输时延。
在一种可能的实现方式中，丢包量模型为
Figure BDA0003266759080000034
传输时延模型为
Figure BDA0003266759080000035
其中，
Figure BDA0003266759080000036
Figure BDA0003266759080000037
SINRmin为预设信噪比阈值，
Figure BDA0003266759080000038
为传输结果的指示变量，
Figure BDA0003266759080000039
为在数据传输模式m下，第k个数据包的丢包量；
Figure BDA00032667590800000310
为在数据传输模式m下，第k个数据包从路由节点vi到路由节点vj的传输时延；
Figure BDA00032667590800000311
为数据传输模式m下，第k个数据包从路由节点vi到路由节点vj的第n次传输时延；Tmax为数据包传输的最大可容忍时延；Pi，j，k，n(t)为第k个数据包从路由节点vi到路由节点vj的第n次传输时的传输功率；
Figure BDA00032667590800000312
为第k个数据包以第m种模式从路由节点vi到路由节点vj的第n次传输时的信道增益；σ0为信道噪声；λi，j，k，n(t)为第k个数据包以第m种模式从路由节点vi到路由节点vj的第n次传输时，地下管廊的电力设备产生的电磁干扰。
在一种可能的实现方式中，基于目标路由节点的传输参数、目标路由节点的预设丢包量、目标路由节点的预设传输时延和路径选择模型，在与目标路由节点连接的所有路由节点中，确定目标路由节点的下一跳路由节点，包括：
基于马尔科夫决策算法和目标路由节点的传输参数，确定路径选择模型中的状态空间、动作空间、奖励值和状态动作值；
根据目标路由节点连接的所有路由节点的状态动作值、目标路由节点的预设丢包量和目标路由节点的预设传输时延，在与目标路由节点连接的所有路由节点中，确定目标路由节点的下一跳路由节点。
在一种可能的实现方式中，状态空间为
Figure BDA0003266759080000041
动作空间为
Figure BDA0003266759080000042
奖励值为
Figure BDA0003266759080000043
状态动作值为
Figure BDA0003266759080000044
其中，状态空间包括目标路由节点和目标路由节点的所有关联节点；奖励值为传输时延与丢包量加权和的相反数。
第二方面，本发明实施例提供了一种电力地下管廊的路由选择装置，包括：获取数据模块，用于获取电力地下管廊内的无线传感网络的目标路由节点的传输参数；其中，传输参数包括数据包大小、链路带宽、预设最大可容忍时延和预设信噪比阈值；
生成模型模块，用于根据电力地下管廊的电磁干扰、目标路由节点的丢包量和目标路由节点的传输时延，生成电力地下管廊的路径选择模型；
确定节点模块，用于基于目标路由节点的传输参数、目标路由节点的预设丢包量、目标路由节点的预设传输时延和路径选择模型，在与目标路由节点连接的所有路由节点中，确定目标路由节点的下一跳路由节点。
在一种可能的实现方式中，生成模型模块，还用于基于应用受限协议的数据传输模式、电力地下管廊电磁干扰和时隙模型，生成目标路由节点的丢包量与数据传输模式的丢包量模型，以及目标路由节点的传输时延与数据传输模式的传输时延模型；其中，数据传输模式包括确认模式和非确认模式；
基于丢包量模型和传输时延模型，生成电力地下管廊的路径选择模型。
在一种可能的实现方式中，确定节点模块，还用于基于应用受限协议的数据传输模式和路径选择模型，在与目标路由节点连接的所有路由节点中，确定下一跳路由节点的数据传输模式。
在一种可能的实现方式中，路径选择模型P为：
Figure BDA0003266759080000051
Figure BDA0003266759080000052
Figure BDA0003266759080000053
其中，
Figure BDA0003266759080000054
为丢包量，
Figure BDA0003266759080000055
为传输时延，
Figure BDA0003266759080000056
为指示变量，V为丢包量的优化权重，K为从路由节点vi到路由节点vj的数据包的总个数，k为第k个数据包，m为数据传输模式，Tk为最大传输时延。
在一种可能的实现方式中，丢包量模型为
Figure BDA0003266759080000057
传输时延模型为
Figure BDA0003266759080000058
其中，
Figure BDA0003266759080000059
Figure BDA0003266759080000061
SINRmin为预设信噪比阈值，
Figure BDA0003266759080000062
为传输结果的指示变量，
Figure BDA0003266759080000063
为在数据传输模式m下，第k个数据包的丢包量；
Figure BDA0003266759080000064
为在数据传输模式m下，第k个数据包从路由节点vi到路由节点vj的传输时延；
Figure BDA0003266759080000065
为数据传输模式m下，第k个数据包从路由节点vi到路由节点vj的第n次传输时延；Tmax为数据包传输的最大可容忍时延；Pi，j，k，n(t)为第k个数据包从路由节点vi到路由节点vj的第n次传输时的传输功率；
Figure BDA0003266759080000066
为第k个数据包以第m种模式从路由节点vi到路由节点vj的第n次传输时的信道增益；σ0为信道噪声；λi，j，k，n(t)为第k个数据包以第m种模式从路由节点vi到路由节点vj的第n次传输时，地下管廊的电力设备产生的电磁干扰。
在一种可能的实现方式中，确定节点模块，还用于基于马尔科夫决策算法和目标路由节点的传输参数，确定路径选择模型中的状态空间、动作空间、奖励值和状态动作值；
根据目标路由节点连接的所有路由节点的状态动作值、目标路由节点的预设丢包量和目标路由节点的预设传输时延，在与目标路由节点连接的所有路由节点中，确定目标路由节点的下一跳路由节点。
在一种可能的实现方式中，状态空间为
Figure BDA0003266759080000067
动作空间为
Figure BDA0003266759080000068
奖励值为
Figure BDA0003266759080000069
状态动作值为
Figure BDA0003266759080000071
其中，状态空间包括目标路由节点和目标路由节点的所有关联节点；奖励值为传输时延与丢包量加权和的相反数。
第三方面，本发明实施例提供了一种终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述方法的步骤。
本发明实施例提供一种电力地下管廊的路由选择方法、装置、终端及存储介质，首先，获取电力地下管廊内的无线传感网络的目标路由节点的传输参数，然后，根据电力地下管廊的电磁干扰、目标路由节点的丢包量和目标路由节点的传输时延，生成电力地下管廊的路径选择模型。最后，基于目标路由节点的传输参数、目标路由节点的预设丢包量、目标路由节点的预设传输时延和路径选择模型，在与目标路由节点连接的所有路由节点中，确定目标路由节点的下一跳路由节点。如此，根据预设丢包量、预设传输时延和路径选择模型即可根据用户的服务质量需求从多个路由节点中选择下一跳路由节点，从而实现电力数据的高质量传输，满足不同电力业务对电力数据的服务质量需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的电力地下管廊的路由选择方法的应用场景图；
图2是本发明实施例提供的电力地下管廊的路由选择方法的实现流程图；
图3是本发明实施例提供的采用三种不同方法仿真的平均传输时延随时隙的变化示意图；
图4是本发明实施例提供的采用三种不同方法仿真的平均丢包率随时隙的变化示意图；
图5是本发明实施例提供的采用三种不同方法仿真的传输时延和丢包量的加权和随时隙的变化示意图；
图6是本发明实施例提供的电力地下管廊的路由选择装置的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的终端的示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。
无线传感网络具有强大的数据采集能力和容错抗毁能力，是一种克服有线通信方式不足的可行方案。低成本、低功耗的无线传感路由节点能够提供无缝、实时的环境监测，同时提供数据传输服务。为了克服传输距离远、电力设备受电磁干扰影响严重的难题，电力地下管廊中的数据传输方式已经从传统的单跳模式转换成了具有多条可用路由的复杂的多跳传输模式。由于电力业务对传输时延和丢包量等方面的服务质量(Quality ofService，QoS)需求十分严格，因此需要一种更灵活、可靠、高效的路由选择方法。
应用受限协议(The Constrained Application Protocol，CoAP)具有较高的安全性且具备设备自描述功能，能够提供两种数据传输方式，即非确认方式和确认模式。其中，非确认模式不关心数据包是否成功传输，不具有数据包重传机制，因此具有传输时延低、丢包率高的特点。确认模式通过数据包重传机制提高数据包传输的成功率，因此具有丢包率低、传输时延高的特点。根据信道状态实时、动态地切换两种CoAP传输模式，有助于保障不同电力业务差异化的QoS需求。
图1为本发明实施例提供的电力地下管廊的路由选择方法的应用场景图，包括无线传感网络和基站内的控制器103。其中，无线传感网络包含若干个无线传感节点，其中一个节点作为源节点SN101、一个节点作为目标节点DN102，其余节点作为路由节点。源节点SN101通过路由节点以多跳的方式向目标节点DN102传输数据。电力数据如何才能从源节点SN101传输到目标节点DN102，且满足电力业务的QoS需求，成为目前亟需解决的技术问题。
为了解决现有技术问题，本发明实施例提供了一种电力地下管廊的路由选择方法、装置、终端及存储介质。下面首先对本发明实施例所提供的电力地下管廊的路由选择方法进行介绍。
电力地下管廊的路由选择方法的执行主体，可以是电力地下管廊的路由选择装置，该电力地下管廊的路由选择装置可以是具有处理器和存储器的终端，例如移动电子设备或者非移动电子设备。示例性的，移动电子设备可以为手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、车载电子设备、可穿戴设备、超级移动个人计算机(ultra-mobile personalcomputer，UMPC)、上网本或者个人数字助理(personal digital assistant，PDA)等，非移动电子设备可以为服务器、网络附属存储器(Network Attached Storage，NAS)或者个人计算机(personal computer，PC)等，本发明实施例不作具体限定。
参见图2，其示出了本发明实施例提供的电力地下管廊的路由选择方法的实现流程图，详述如下：
步骤S210、获取电力地下管廊内的无线传感网络的目标路由节点的传输参数。
具体的，传输参数包括数据包大小、链路带宽、预设最大可容忍时延和预设信噪比阈值。
在电力数据传输之前，通过获取当前电力地下管廊的数据包大小、链路带宽、预设最大可容忍时延和预设信噪比阈值，然后根据不同电力业务的服务质量需求，从而确定如何对电力数据进行传输。
步骤S220、根据电力地下管廊的电磁干扰、目标路由节点的丢包量和目标路由节点的传输时延，生成电力地下管廊的路径选择模型。
由于电力地下管廊受电磁干扰、传输距离广且无线传感器节点数量众多的影响，路由选择优化在保障数据传输性能和满足电力业务差异化QoS需求方面存在着很大的技术挑战。
在一些实施例中，基于应用受限协议的数据传输模式、电力地下管廊电磁干扰和时隙模型，生成目标路由节点的丢包量与数据传输模式的丢包量模型，以及目标路由节点的传输时延与数据传输模式的传输时延模型。
具体的，首先需要构建时隙模型，本发明中将一个总优化时间段划分为TK个时隙，将时隙集合记为T＝{1，...，t，...，TK}，每个时隙等于从路由节点vi到路由节点vj的第k个数据包的传输时延。其中，
Figure BDA0003266759080000101
Figure BDA0003266759080000102
代表与路由节点vi相连的路由节点的集合。信道状态在一个时隙中保持不变，在不同的时隙中随机变化。
在电力数据传输过程中，数据包可以选择CoAP的两种数据传输模式，即非确认模式和确认模式。模式选择指示变量用m表示，其中，m＝1表示非确认模式，m＝2表示确认模式。在非确认模式下，一个路由节点向另一个路由节点单向发送数据，不具备数据重传机制，不能保证数据发送成功。在确认模式下，传输节点根据反馈结果决定是否重传报文，提高数据成功发送概率。在传输过程中，同一个数据包的不同跳以及任意两个数据包之间的传输模式可以被动态切换。
其次，根据电力用户对丢包量的需求，生成丢包量模型。
在传输模式m下，第k个数据包从路由节点vi到路由节点vj的第n次传输信噪比为
Figure BDA0003266759080000111
其中，Pi，j，k，n(t)为第k个数据包从路由节点vi到路由节点vj的第n次传输时的传输功率。
Figure BDA0003266759080000112
为第k个数据包以第m种模式从路由节点vi到路由节点vj的第n次传输时的信道增益。σ0为信道噪声。λi，j，k，n(t)为第k个数据包以第m种模式从路由节点vi到路由节点vj的第n次传输时，地下管廊的电磁干扰。
Figure BDA0003266759080000113
为信噪比下限，
Figure BDA0003266759080000114
为传输结果的指示变量，
Figure BDA0003266759080000115
如果信噪比
Figure BDA0003266759080000116
大于阈值
Figure BDA0003266759080000117
则数据包从路由节点vi到路由节点vj传输成功。
非确认模式不考虑重传机制。如果信噪比
Figure BDA0003266759080000118
低于阈值
Figure BDA0003266759080000119
则发生丢包，记为
Figure BDA00032667590800001110
反之则不会发生丢包，记为
Figure BDA00032667590800001111
确认模式考虑重传机制，因此节点vi将在传输失败后开启重传过程。如果在一个时隙内累计传输时间大于最大可容忍时延Tmax，则节点vi停止回传，视为丢包。定义第k个数据包从路由节点vi到路由节点vj的第n次传输的传输结果向量集为
Figure BDA0003266759080000121
其中Ni，j，k(t)为在第t个时隙内第k个数据包从路由节点vi到路由节点vj的传输次数。
在传输模式m下，第k个数据包的丢包量模型为
Figure BDA0003266759080000122
然后，根据电力用户对传输时延的需求，生成传输时延模型。
在传输模式m下，第k个数据包从路由节点vi到路由节点vj第n次传输时延为
Figure BDA0003266759080000123
其中，S为数据包大小；B为链路带宽。在传输模式m下，第k个数据包从路由节点vi到路由节点vj的N次累计传输时延为
Figure BDA0003266759080000124
因此，在传输模式m下，第k个数据包从路由节点vi到路由节点vj的传输时延模型为
Figure BDA0003266759080000125
其中，Tmax为数据包传输的最大可容忍时延，当时延大于Tmax，数据包将停止传输。
在一些实施例中，基于应用受限协议的数据传输模式和路径选择模型，确定下一跳路由节点的数据传输模式。
基于上述丢包量模型和传输延时模型，本发明构建了一个CoAP模式选择和路由选择的联合优化问题，优化的目标为选择最优的CoAP模式和路由，使传输时延和丢包量的加权和最小。
本发明构建的路径选择模型P为：
Figure BDA0003266759080000131
s.t.C1：
Figure BDA0003266759080000132
C2：
Figure BDA0003266759080000133
其中，V代表丢包数在优化目标中所占的权重。C1和C2保证了一个数据包必须且只能选择一个与vi相连的节点进行传输。
步骤S230、基于目标路由节点的传输参数、目标路由节点的预设丢包量、目标路由节点的预设传输时延和路径选择模型，在与目标路由节点连接的所有路由节点中，确定目标路由节点的下一跳路由节点。
在一些实施例中，基于马尔科夫决策算法和目标路由节点的传输参数，确定路径选择模型中的状态空间、动作空间、奖励值和状态动作值。根据目标路由节点连接的所有路由节点的状态动作值、目标路由节点的预设丢包量和目标路由节点的预设传输时延，在与目标路由节点连接的所有路由节点中，确定目标路由节点的下一跳路由节点。
具体的，状态空间
Figure BDA0003266759080000134
为第k个数据包在第t个时隙的状态空间包含数据包当前所在的节点以及可选择的下一跳路由节点，
Figure BDA0003266759080000135
动作空间
Figure BDA0003266759080000136
为CoAP模式选择与路由选择，
Figure BDA0003266759080000137
奖励值Rewardk(t)为第k个数据包的传输时延与丢包量加权和的相反数，
Figure BDA0003266759080000141
可以根据源节点在初始状态执行动作空间中一个动作，执行后，基站内控制器会根据状态转移概率随机转移到下一状态，并得到奖励值，随后再执行新动作，继续转移到下一状态，如此循环，直到新的状态为结束状态，循环停止。
本发明采用SARSA算法解决电力地下管廊无线传感网CoAP模式选择及路由选择决策问题。在全局信息未知的情况下，基站内控制器根据实际执行的动作进行学习，在未知奖励值时，采用状态动作值即Q值，迭代找到最优策略。通常Q值是一个预估的值，它可采用公式
Figure BDA0003266759080000142
进行更新，为动作决策提供参考。
最后，本发明采用ε-greedy方法进行动作决策。该方法中，数据包将选择Q值最高的传感器节点进行传输，其选择传感器节点的动作策略ak(t)为
Figure BDA0003266759080000143
每次进行模式选择及路由选择时，系统生成随机数p∈(0，1)。当随机数p≥ε时，数据包选择Q值最大的传感器节点；当p＜ε时，数据包任意选择一个传感器节点。
具体的，基于SARSA算法的CoAP模式选择和路由选择的路径选择模型的优化分为初始化、传感器节点选择和学习三个阶段，具体如下所述。
(1)初始化：初始化Q值及CoAP模式和路由选择指示变量，即
Figure BDA0003266759080000151
(2)CoAP模式和传感器节点选择：首先基站内控制器采用ε-greedy算法，基于公式
Figure BDA0003266759080000152
选择下一时隙的动作。特别地，当随机数p≥ε时，数据包选择Q值最大的传感器节点；当p＜ε时，数据包任意选择一个传感器节点。然后，进入下一状态。
(3)更新：在制定CoAP模式和传感器节点的联合优化决策后，控制器根据公式
Figure BDA0003266759080000153
观察Rewardk(t)值；然后，根据公式
Figure BDA0003266759080000154
更新每个传感器节点的Q值。当K个数据包均传输完成，算法终止迭代。
具体的，为了说明本发明提供的电力地下管廊的路由选择方法在满足用户丢包量和传输时延的服务质量需求，提高传输质量，本发明以图1中的电力地下管廊的路由选择方法的应用场景图为例，进行仿真实验。
其中，信道增益满足正态分布gi，j，k～N[127+30log(r)，4]，
r为节点之间的距离(km)，取值范围为[0.03km，0.08km]。传输功率设置为0.1W，链路带宽B为2MHZ，任务数据包大小S为0.5Mbit，电磁干扰取值范围为[16dBm，30dBm]，最大可容忍时延Tmax为0.1s。除采用本发明提供的方法外，还采用确认模式的最短路径算法与采用非确认模式的最短路径算法为对比方法。
如图3和图4所示，其中，图中三角形代表采用非确认模式的最短路径算法，雪花型代表本发明提供的方法，方形代表采用确认模式的最短路径算法。图3和图4反映了电力地下管廊无线传感网场景中三种算法的平均传输时延和平均丢包率随时隙的变化情况。相比于采用确认模式的最短路径算法，由于本发明的方法在初始化阶段侧重于探索，因此丢包量略高。但从第596个时隙开始，本发明的方法的性能优于其他两种算法。与采用确认模式的最短路径算法和采用非确认模式的最短路径算法相比，所提算法可使平均传输时延减少28.3％和7.1％，平均丢包率减少24.3％和43.1％。因此，通过动态选择CoAP模式和传输路由，实现了传输时延和丢包量的良好平衡。
如图5所示，同样的图中三角形代表采用非确认模式的最短路径算法，雪花型代表本发明提供的方法，方形代表采用确认模式的最短路径算法。电力地下管廊无线传感网场景中三种算法的传输时延与丢包量的加权和随时隙的变化情况。因为本方法可以根据当前网络状态、路由选择动作和模式选择动作之间的关系学习最优的模式选择和路由选择策略。仿真结果表明，与采用确认模式的最短路径算法和采用非确认模式的最短路径算法相比，本发明提供的方法的性能始终使最好的，传输时延和丢包量的加权和分别减少22.2％和30.6％。
在本发明实施例中，首先，获取电力地下管廊内的无线传感网络的目标路由节点的传输参数，然后，根据电力地下管廊的电磁干扰、目标路由节点的丢包量和目标路由节点的传输时延，生成电力地下管廊的路径选择模型。最后，基于目标路由节点的传输参数、目标路由节点的预设丢包量、目标路由节点的预设传输时延和路径选择模型，在与目标路由节点连接的所有路由节点中，确定目标路由节点的下一跳路由节点。如此，根据预设丢包量、预设传输时延和路径选择模型即可根据用户的需求选择下一跳路由节点，从而实现电力数据的高质量传输，满足不同电力用户对数据质量的需求。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
基于上述实施例提供的电力地下管廊的路由选择方法，相应地，本发明还提供了应用于该电力地下管廊的路由选择方法的电力地下管廊的路由选择装置的具体实现方式。请参见以下实施例。
如图6所示，提供了一种电力地下管廊的路由选择装置600，该装置包括：
获取数据模块610，用于获取电力地下管廊内的无线传感网络的目标路由节点的传输参数；其中，传输参数包括数据包大小、链路带宽、预设最大可容忍时延和预设信噪比阈值；
生成模型模块620，用于根据电力地下管廊的电磁干扰、目标路由节点的丢包量和目标路由节点的传输时延，生成电力地下管廊的路径选择模型；
确定节点模块630，用于基于目标路由节点的传输参数、目标路由节点的预设丢包量、目标路由节点的预设传输时延和路径选择模型，在与目标路由节点连接的所有路由节点中，确定目标路由节点的下一跳路由节点。
在一种可能的实现方式中，生成模型模块620，还用于基于应用受限协议的数据传输模式、电力地下管廊电磁干扰和时隙模型，生成目标路由节点的丢包量与数据传输模式的丢包量模型，以及目标路由节点的传输时延与数据传输模式的传输时延模型；其中，数据传输模式包括确认模式和非确认模式；
基于丢包量模型和传输时延模型，生成电力地下管廊的路径选择模型。
在一种可能的实现方式中，确定节点模块630，还用于基于应用受限协议的数据传输模式和路径选择模型，在与目标路由节点连接的所有路由节点中，确定下一跳路由节点的数据传输模式。
在一种可能的实现方式中，路径选择模型P为：
Figure BDA0003266759080000171
s.t.C1：
Figure BDA0003266759080000181
C2：
Figure BDA0003266759080000182
其中，
Figure BDA0003266759080000183
为丢包量，
Figure BDA0003266759080000184
为传输时延，
Figure BDA0003266759080000185
为指示变量，V为丢包量的优化权重，K为从路由节点vi到路由节点vj的数据包的总个数，k为第k个数据包，m为数据传输模式，Tk为最大传输时延。
在一种可能的实现方式中，丢包量模型为
Figure BDA0003266759080000186
传输时延模型为
Figure BDA0003266759080000187
其中，
Figure BDA0003266759080000188
Figure BDA0003266759080000189
SINRmin为预设信噪比阈值，
Figure BDA00032667590800001810
为传输结果的指示变量，
Figure BDA00032667590800001811
为在数据传输模式m下，第k个数据包的丢包量；
Figure BDA00032667590800001812
为在数据传输模式m下，第k个数据包从路由节点vi到路由节点vj的传输时延；
Figure BDA00032667590800001813
为数据传输模式m下，第k个数据包从路由节点vi到路由节点vj的第n次传输时延；Tmax为数据包传输的最大可容忍时延；Pi，j，k，n(t)为第k个数据包从路由节点vi到路由节点vj的第n次传输时的传输功率；
Figure BDA00032667590800001814
为第k个数据包以第m种模式从路由节点vi到路由节点vj的第n次传输时的信道增益；σ0为信道噪声；λi，j，k，n(t)为第k个数据包以第m种模式从路由节点vi到路由节点vj的第n次传输时，地下管廊的电力设备产生的电磁干扰。
在一种可能的实现方式中，确定节点模块630，还用于基于马尔科夫决策算法和目标路由节点的传输参数，确定路径选择模型中的状态空间、动作空间、奖励值和状态动作值；
根据目标路由节点连接的所有路由节点的状态动作值、目标路由节点的预设丢包量和目标路由节点的预设传输时延，在与目标路由节点连接的所有路由节点中，确定目标路由节点的下一跳路由节点。
在一种可能的实现方式中，状态空间为
Figure BDA0003266759080000191
动作空间为
Figure BDA0003266759080000192
奖励值为
Figure BDA0003266759080000193
状态动作值为
Figure BDA0003266759080000194
其中，状态空间包括目标路由节点和目标路由节点的所有关联节点；奖励值为传输时延与丢包量加权和的相反数。
图7是本发明实施例提供的终端的示意图。如图7所示，该实施例的终端7包括：处理器70、存储器71以及存储在所述存储器71中并可在所述处理器70上运行的计算机程序72。所述处理器70执行所述计算机程序72时实现上述各个电力地下管廊的路由选择方法实施例中的步骤，例如图2所示的步骤210至步骤230。或者，所述处理器70执行所述计算机程序72时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图6所示模块610至630的功能。
示例性的，所述计算机程序72可以被分割成一个或多个模块，所述一个或者多个模块被存储在所述存储器71中，并由所述处理器70执行，以完成本发明。所述一个或多个模块可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序72在所述终端7中的执行过程。例如，所述计算机程序72可以被分割成图6所示的模块610至630。
所述终端7可包括，但不仅限于，处理器70、存储器71。本领域技术人员可以理解，图7仅仅是终端7的示例，并不构成对终端7的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器70可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器71可以是所述终端7的内部存储单元，例如终端7的硬盘或内存。所述存储器71也可以是所述终端7的外部存储设备，例如所述终端7上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器71还可以既包括所述终端7的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器71用于存储所述计算机程序以及所述终端所需的其他程序和数据。所述存储器71还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，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讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个电力地下管廊的路由选择方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电力地下管廊的路由选择方法，其特征在于，包括：
获取电力地下管廊内的无线传感网络的目标路由节点的传输参数；其中，所述传输参数包括数据包大小、链路带宽、预设最大可容忍时延和预设信噪比阈值；
根据所述电力地下管廊的电磁干扰、所述目标路由节点的丢包量和所述目标路由节点的传输时延，生成所述电力地下管廊的路径选择模型；
基于所述目标路由节点的传输参数、所述目标路由节点的预设丢包量、所述目标路由节点的预设传输时延和所述路径选择模型，在与所述目标路由节点连接的所有路由节点中，确定所述目标路由节点的下一跳路由节点。
2.如权利要求1所述的电力地下管廊的路由选择方法，其特征在于，所述根据所述电力地下管廊的电磁干扰，所述目标路由节点的丢包量和所述目标路由节点的传输时延，生成所述电力地下管廊的路径选择模型，包括：
基于应用受限协议的数据传输模式、所述电力地下管廊电磁干扰和时隙模型，生成所述目标路由节点的丢包量与所述数据传输模式的丢包量模型，以及所述目标路由节点的传输时延与所述数据传输模式的传输时延模型；其中，所述数据传输模式包括确认模式和非确认模式；
基于所述丢包量模型和所述传输时延模型，生成所述电力地下管廊的路径选择模型。
3.如权利要求2所述的电力地下管廊的路由选择方法，其特征在于，在所述基于所述目标路由节点的传输参数、所述目标路由节点的预设丢包量、所述目标路由节点的预设传输时延和所述路径选择模型，在与所述目标路由节点连接的所有路由节点中，确定所述目标路由节点的下一跳路由节点之后，所述方法还包括：
基于所述应用受限协议的数据传输模式和所述路径选择模型，确定所述下一跳路由节点的数据传输模式。
4.如权利要求1或2所述的电力地下管廊的路由选择方法，其特征在于，所述路径选择模型P为：
Figure FDA0003266759070000021
Figure FDA0003266759070000022
Figure FDA0003266759070000023
其中，
Figure FDA0003266759070000024
为丢包量，
Figure FDA0003266759070000025
为传输时延，
Figure FDA0003266759070000026
为指示变量，V为丢包量的优化权重，K为从路由节点vi到路由节点vj的数据包的总个数，k为第k个数据包，m为数据传输模式，Tk为最大传输时延。
5.如权利要求2所述的电力地下管廊的路由选择方法，其特征在于，所述丢包量模型为
Figure FDA0003266759070000027
所述传输时延模型为
Figure FDA0003266759070000028
其中，
Figure FDA0003266759070000029
Figure FDA00032667590700000210
SINRmin为预设信噪比阈值，
Figure FDA00032667590700000211
为传输结果的指示变量，
Figure FDA00032667590700000212
为在数据传输模式m下，第k个数据包的丢包量；
Figure FDA00032667590700000213
为在数据传输模式m下，第k个数据包从路由节点vi到路由节点vj的传输时延；
Figure FDA0003266759070000031
为数据传输模式m下，第k个数据包从从路由节点vi到路由节点vj的第n次传输时延；Tmax为数据包传输的最大可容忍时延；Pi，j，k，n(t)为第k个数据包从路由节点vi到路由节点vj的第n次传输时的传输功率；
Figure FDA0003266759070000032
为第k个数据包以第m种模式从路由节点vi到路由节点vj的第n次传输时的信道增益；σ0为信道噪声；λi，j，k，n(t)为第k个数据包以第m种模式从路由节点vi到路由节点vj的第n次传输时，地下管廊的电力设备产生的电磁干扰。
6.如权利要求1所述的电力地下管廊的路由选择方法，其特征在于，所述基于所述目标路由节点的传输参数、所述目标路由节点的预设丢包量、所述目标路由节点的预设传输时延和所述路径选择模型，在与所述目标路由节点连接的所有路由节点中，确定所述目标路由节点的下一跳路由节点，包括：
基于马尔科夫决策算法和所述目标路由节点的传输参数，确定所述路径选择模型中的状态空间、动作空间、奖励值和状态动作值；
根据所述目标路由节点连接的所有路由节点的状态动作值、所述目标路由节点的预设丢包量和所述目标路由节点的预设传输时延，在与所述目标路由节点连接的所有路由节点中，确定所述目标路由节点的下一跳路由节点。
7.如权利要求6所述的电力地下管廊的路由选择方法，其特征在于，
所述状态空间为
Figure FDA0003266759070000033
所述动作空间为
Figure FDA0003266759070000034
所述奖励值为
Figure FDA0003266759070000035
所述状态动作值为
Figure FDA0003266759070000036
其中，所述状态空间包括目标路由节点和所述目标路由节点的所有关联节点；所述奖励值为传输时延与丢包量加权和的相反数。
8.一种电力地下管廊的路由选择装置，其特征在于，包括：
获取数据模块，用于获取电力地下管廊内的无线传感网络的目标路由节点的传输参数；其中，所述传输参数包括数据包大小、链路带宽、预设最大可容忍时延和预设信噪比阈值；
生成模型模块，用于根据所述电力地下管廊的电磁干扰、所述目标路由节点的丢包量和所述目标路由节点的传输时延，生成所述电力地下管廊的路径选择模型；
确定节点模块，用于基于所述目标路由节点的传输参数、所述目标路由节点的预设丢包量、所述目标路由节点的预设传输时延和所述路径选择模型，在与所述目标路由节点连接的所有路由节点中，确定所述目标路由节点的下一跳路由节点。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述方法的步骤。
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