CN116708274B - 多模异构网络的路由规划方法及系统、通信设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及网络通信技术领域，提供一种多模异构网络的路由规划方法及系统、通信设备。所述方法包括：根据中心节点到各个子节点的链路传输速度和传输成功率确定多模异构网络当前的路由传输性能；在多模异构网络当前的路由传输性能低于预设标准时，计算各个子节点在多模通信模式下的信道质量复合度量信息；根据各个子节点的信道质量复合度量信息规划各个子节点与中心节点的信息传输路径。本发明基于各个子节点在多模通信模式下的信道质量复合度量信息进行动态路由规划，提高多模异构网络的通信资源分配效率以及信息传输的可靠性和实时性，提高通信成功率。
Description
技术领域
本发明涉及网络通信技术领域，具体地涉及一种多模异构网络的路由规划方法、一种多模异构网络的路由规划系统、一种通信设备以及一种计算机可读存储介质。
背景技术
为支撑具有中国特色国际领先的能源互联网企业建设，国家电网公司提出全力推进电力物联网高质量发展。本地通信网是电力物联网的重要组成部分。电力载波通信技术经过多年发展，已在本地通信网中大规模应用。由于电力用户总量庞大，地理分布极其广泛，现场环境各不相同，电力系统输电线因其自身的特点，会对载波通信造成一定的局限性，主要体现在供电网络结构的复杂性、负载变化幅度大、线路高频信号衰减严重，电力载波通信实现长距离、高可靠性能的信号传输依然具有一定的挑战性。无线通信可实现移动接入，但是无线穿透能力弱，信号衰减较大，在传播过程中受到各种障碍物的影响。因此，电力线载波和无线协作的多模通信成为一种有效的解决方案。由于通信过程中，网络的拓扑结构随时会发生变化，因此必须提出相关动态路由算法以适应网络拓扑的变化。目前多模通信网络的动态路由算法，通常仅使用节点跳数或者信噪比等单一的性能指标进行路由规划，无法保证多模异构网络的通信可靠性、传输实时性，不能发挥多种通信模式混合互补和高效协同的技术优势。
发明内容
为了解决上述技术缺陷，本发明实施例中提供了一种多模异构网络的路由规划方法及系统，根据网络变化动态调整网络结构以达到最优的网络性能，提高多模异构网络信息传输的可靠性和实时性。
根据本发明实施例的第一个方面，提供了一种多模异构网络的路由规划方法，所述多模异构网络包括中心节点以及多个作为子节点的多模通信模块，多个子节点中至少有一个子节点作为其它子节点的代理节点，所述方法包括：
根据中心节点到各个子节点的链路传输速度和传输成功率确定多模异构网络当前的路由传输性能；
在多模异构网络当前的路由传输性能低于预设标准时，计算各个子节点在多模通信模式下的信道质量复合度量信息；
根据各个子节点的信道质量复合度量信息规划各个子节点与中心节点的信息传输路径。
本发明实施例中，所述根据中心节点到各个子节点的链路传输速度和传输成功率确定多模异构网络当前的路由传输性能，包括：在周期时间内，在中心节点到子节点的业务传输时间差大于预设的业务传输时间阈值，且业务数据采集成功率小于预设的采集成功率的情况下，确定中心节点到该子节点的链路传输速度和传输成功率低于预设标准；在中心节点到一个或多个子节点的链路传输速度和传输成功率低于预设标准时，确定多模异构网络当前的路由传输性能低于预设标准。
本发明实施例中，所述预设的业务传输时间阈值是根据子节点层级系数、第一层级节点预设的传输时间差、时间修正系数以及允许最大采集次数确定的。
本发明实施例中，所述计算各个子节点在多模通信模式下的信道质量复合度量信息，包括：
获取子节点在多种通信模式下各个通信信道的信道质量参数；
基于各个通信信道的信道质量参数建立通信性能判断矩阵；
计算通信性能判断矩阵中各元素的权重；
对选取的信道质量影响因子进行离差标准化处理，得到各个通信信道的信道质量影响因子数值；
根据通信性能判断矩阵中各元素的权重以及信道质量影响因子数值，计算得到信道质量复合度量值，该信道质量复合度量值作为节点的信道质量复合度量信息。
本发明实施例中，所述各个通信信道的信道质量参数包括以下一者或多者：通信时延、传输带宽、误码率、接收信号强度、信噪比、通信成功率、拓扑稳定性，其中，通信时延和传输带宽作为实时性指标，误码率、接收信号强度和信噪比作为可靠性指标，通信成功率和拓扑稳定性作为稳定性指标。
本发明实施例中，所述基于各个通信信道的信道质量参数建立通信性能判断矩阵，包括：将各个通信信道的信道质量参数按照指标重要程度进行排序，针对每两个指标进行比较，确定各个指标的相对重要性，采用三级标度确定每两个指标的相对关系，建立通信性能判断矩阵。
本发明实施例中，所述计算通信性能判断矩阵中各元素的权重，包括：
求得通信性能判断矩阵中每一行元素的乘积，构成乘积向量；
对乘积向量进行开n次方根计算，并进行归一化，得到同一类指标下每个子指标的权重，构成权重向量。
本发明实施例中，所述对选取的信道质量影响因子进行离差标准化处理，得到各个通信信道的信道质量影响因子数值，包括：通过min-max离差标准化法对选取的信道质量影响因子进行线性变换，将单个的信道质量影响因子原始值映射到 [0,1] 区间中的值，将[0,1]区间中的值作为信道质量影响因子数值。
本发明实施例中，所述根据通信性能判断矩阵中各元素的权重以及信道质量影响因子数值，计算得到信道质量复合度量值，包括：根据各个指标对应元素的权重以及信道质量影响因子数值，分别建立各个指标的信道质量复合度量函数，根据信道质量复合度量函数求得节点多个通信信道的信道质量复合度量值。
本发明实施例中，所述根据各个子节点的信道质量复合度量信息规划各个子节点与中心节点的信息传输路径，包括：根据子节点的信道质量复合度量信息计算子节点的多个通信信道的信道复合评估值；若子节点的多个通信信道的信道复合评估值均小于预设阈值，则将该子节点当前的代理节点变更为候选代理节点；若子节点当前的通信信道的信道复合评估值小于预设阈值，其它通信信道的信道复合评估值大于预设阈值，则将该子节点当前的通信信道切换到其它通信信道。
根据本发明实施例的第二个方面，提供了一种多模异构网络的路由规划系统，包括：中心节点以及多个作为子节点的多模通信模块，多个子节点中至少有一个子节点作为其它子节点的代理节点；
所述中心节点用于根据中心节点到各个子节点的链路传输速度和传输成功率确定多模异构网络当前的路由传输性能；
所述多模通信模块用于在多模异构网络当前的路由传输性能低于预设标准的情况下，计算多模通信模式下的信道质量复合度量信息；
所述中心节点还用于获取多模通信模块的信道质量复合度量信息，根据信道质量复合度量信息规划各个子节点与中心节点的信息传输路径。
本发明实施例中，所述中心节点具体用于：在周期时间内，在中心节点到子节点的业务传输时间差大于预设的业务传输时间阈值，且业务数据采集成功率小于预设的采集成功率的情况下，确定中心节点到该子节点的链路传输速度和传输成功率低于预设标准；在中心节点到一个或多个子节点的链路传输速度和传输成功率低于预设标准时，确定多模异构网络当前的路由传输性能低于预设标准。
本发明实施例中，所述多模通信模块具体用于：
获取多种通信模式下各个通信信道的信道质量参数；
基于各个通信信道的信道质量参数建立通信性能判断矩阵；
计算通信性能判断矩阵中各元素的权重；
对选取的信道质量影响因子进行离差标准化处理，得到各个通信信道的信道质量影响因子数值；
根据通信性能判断矩阵中各元素的权重以及信道质量影响因子数值，计算得到信道质量复合度量值，该信道质量复合度量值作为节点的信道质量复合度量信息。
本发明实施例中，所述各个通信信道的信道质量参数包括以下一者或多者：通信时延、传输带宽、误码率、接收信号强度、信噪比、通信成功率、拓扑稳定性，其中，通信时延和传输带宽作为实时性指标，误码率、接收信号强度和信噪比作为可靠性指标，通信成功率和拓扑稳定性作为稳定性指标；
所述基于各个通信信道的信道质量参数建立通信性能判断矩阵，包括：将各个通信信道的信道质量参数按照指标重要程度进行排序，针对每两个指标进行比较，确定各个指标的相对重要性，采用三级标度确定每两个指标的相对关系，建立通信性能判断矩阵。
本发明实施例中，所述根据通信性能判断矩阵中各元素的权重以及信道质量影响因子数值，计算得到信道质量复合度量值，包括：
根据各个指标对应元素的权重以及信道质量影响因子数值，分别建立各个指标的信道质量复合度量函数，根据信道质量复合度量函数求得节点多个通信信道的信道质量复合度量值。
本发明实施例中，所述中心节点具体用于：
根据子节点的信道质量复合度量信息计算子节点的多个通信信道的信道复合评估值；
若子节点的多个通信信道的信道复合评估值均小于预设阈值，则将该子节点当前的代理节点变更为候选代理节点；
若子节点当前的通信信道的信道复合评估值小于预设阈值，其它通信信道的信道复合评估值大于预设阈值，则将该子节点当前的通信信道切换到其它通信信道。
本发明还提供一种通信设备，包括：存储器、处理器以及计算机程序，该计算机程序存储于存储器中，并被配置为由处理器执行以实现上述的多模异构网络的路由规划方法。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行以实现上述的多模异构网络的路由规划方法。
本发明的多模异构网络的路由规划方法及系统，基于各个子节点在多模通信模式下的信道质量复合度量信息对多模异构网络进行动态路由规划，提高多模异构网络的通信资源分配效率以及信息传输的可靠性和实时性，有效提高多种通信模式混合互补的多模异构网络的通信成功率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是一种多模异构通信网络的拓扑图；
图2是本发明实施例提供的多模异构网络的路由规划方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的多模异构网络的通信指标体系的示意图；
图4是本发明实施例提供的计算信道质量复合度量信息的流程图；
图5是本发明一具体示例提供的多模异构网络的路由规划方法的流程图；
图6是本发明实施例提供的多模异构网络的路由规划系统的架构图。
具体实施方式
为了使本发明实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
多模通信网络可以采用高速电力线载波、窄带电力线载波、高速微功率无线、低速微功率无线等多种通信方式。本发明实施例提供的一种多模异构通信网络的拓扑如图1所示，其中，HPLC表示高速电力线载波通信信道，RF表示低速微功率无线通信信道，HRF表示高速微功率无线通信信道。CCO（Central Coordinator）表示中央协调器，CCO作为中心节点。STA表示多模通信模块，作为终端节点。多模通信模块是指同时支持高速电力线载波通信、高速微功率无线通信、低速微功率无线通信等多种通信方式中的一种或多种通信方式的模块。PCO（Proxy Coordinator）表示代理协调器，作为STA的代理节点，PCO实质上也是一种多模通信模块。如图1所示，以中央协调器CCO为中心节点，以代理协调器PCO为代理（中继）节点，连接所有的多模通信模块STA（作为子节点）构成多级关联的树状结构，所有多模通信模块STA通过电力线载波信道和无线信道上传业务数据。其中，第一层级的STA1-1与CCO直接通信，第二层级的STA2-1、STA2-2通过代理协调器PCO1-1与CCO通信，第三层级的STA3-1、STA3-2依次通过代理协调器PCO2-1、PCO1-2与CCO通信，第三层级的STA3-3、STA3-4依次通过代理协调器PCO2-2、PCO1-3与CCO通信。
目前的多模通信网络路由方案，通常仅使用节点跳数或者信噪比等单一的性能指标进行路由规划，无法保证多模异构网络的通信可靠性、传输实时性，不能发挥多种通信模式混合互补和高效协同的技术优势。
为了克服上述技术缺陷，本发明提出一种多模异构网络的路由规划方法，根据中心节点到各个子节点的链路传输速度和传输成功率确定多模异构网络当前的路由传输性能；在多模异构网络当前的路由传输性能低于预设标准时，计算各个子节点在多模通信模式下的信道质量复合度量信息；根据各个子节点的信道质量复合度量信息规划各个子节点与中心节点的信息传输路径。本发明基于各个子节点在多模通信模式下的信道质量复合度量信息对多模异构网络进行动态路由规划，提高多模异构网络的通信资源分配效率以及信息传输的可靠性和实时性，有效提高多种通信模式混合互补的多模异构网络的通信成功率。下文对上述方案进行详细阐述。
图2是本发明实施例提供的多模异构网络的路由规划方法的流程图。如图2所示，本实施例提供的多模异构网络的路由规划方法，包括以下步骤：
S210，根据中心节点到各个子节点的链路传输速度和传输成功率确定多模异构网络当前的路由传输性能；
S220，在多模异构网络当前的路由传输性能低于预设标准时，计算各个子节点在多模通信模式下的信道质量复合度量信息；
S230，根据各个子节点的信道质量复合度量信息规划各个子节点与中心节点的信息传输路径。
上述的多模异构网络包括中心节点CCO、代理节点PCO以及多个子节点STA，多个多模通信模块作为中心节点CCO的子节点STA，多个子节点中有一个子节点或多个子节点作为其它子节点的代理节点PCO。
在一实施例中，上述步骤S210中，设定中心节点CCO发送业务传输命令的时间为T1，CCO接收到目标节点返回业务数据的时间为T2，则业务传输时间差，/>表示由中心节点CCO到目标节点的指定链路传输的时间，可代表传输速度的快慢。设定业务传输超时时间Tover，中心节点CCO在采集业务命令发出时刻T1启动超时计数器，若在业务传输超时时间Tover到达时，仍未收到返回的采集业务数据，则认为业务传输超时，业务传输时间差/>。
多模异构网络在组网过程中实现分层组网，中心节点接收到不同层级的目标节点返回业务数据的时间是不同的。设定业务传输时间阈值，其中，η(t)为时间修正系数，N允许最大采集次数，h为子节点层级系数，/>为第一层级节点预设的传输时间差。η(t)与时段相关，当用电高峰期时段选取为1.5~2，其它时段选取为1.0。由于在用电高峰时段，电力线上受到噪声干扰或者负载很重时将会影响电力线载波的正常通信，可适当延长考核的业务传输时间阈值。在采集业务中，为保证采集成功，允许多次采集，N为采集业务中规定的最大采集次数。CCO维护一张关于节点层级系数h、业务传输时间差/>及采集成功率R的信息表，该信息表如下：
将业务传输时间差及采集成功率作为多模节点路由性能的考核指标，中心节点以时间Tasse为周期定时监测多模通信网络路由业务传输性能。若业务传输时间差大于设定的业务传输时间阈值/>且采集成功率R小于设定的采集成功率Rthre，则判断中心节点与目标节点之间的现有路由的业务传输性能差，需对该传输路径的路由进行诊断和调整。中心节点CCO查询拓扑表档案信息，对业务传输性能差的链路进行单播，发送节点信道质量诊断命令帧，启动节点信道质量评估。
在一实施例中，上述步骤S220中，基于多模异构网络的通信指标体系，计算各个子节点在多模通信模式下的信道质量复合度量信息。如图3所示，通信指标体系包括目标层、准则层、指标层和方案层。准则层包括实时性指标、可靠性指标、稳定性指标。指标层包括以下信道质量参数：通信时延B1、传输带宽B2、误码率B3、接收信号强度B4、信噪比B5、通信成功率B6、拓扑稳定性B7。通信时延B1和传输带宽B2作为实时性指标（A1），误码率B3、接收信号强度B4和信噪比B5作为可靠性指标（A2），通信成功率B6和拓扑稳定性B7作为稳定性指标（A3）。本实施例以优化融合多模异构通信网为目标，选取实时性指标、可靠性指标、稳定性指标（准则层指标），并将其进一步细分为可以直接量化的底层子指标（指标层的具体指标参数），全方位覆盖用电信息采集业务通信需求。
如图4所示，计算子节点在多模通信模式下的信道质量复合度量信息，具体包括以下步骤：
S221，获取子节点在多种通信模式下各个通信信道的信道质量参数，例如：通信时延、传输带宽、误码率、接收信号强度、信噪比、通信成功率、拓扑稳定性等。
S222，基于各个通信信道的信道质量参数建立通信性能判断矩阵。
将各个通信信道的信道质量参数按照指标重要程度进行排序，针对每两个指标进行比较，确定各个指标的相对重要性，采用三级标度确定每两个指标的相对关系，建立通信性能判断矩阵。
通信性能判断矩阵可采用三级标度0、0.5和1确定两两因子相对关系。矩阵内各元素表示方式如下：
；
由于多模异构网络的通信信号衰减存在差异，在度量信道质量时，不同因子的权重有所不同。比如：在构建无线和载波路由度量时，无线通信性能更侧重于接收信号强度，而载波通信性能更侧重于信噪比。因此需要分别根据信道通信特点设置判断矩阵。
S223，计算通信性能判断矩阵中各元素的权重。
求得通信性能判断矩阵中每一行元素的乘积r i，构成乘积向量R：
；
其中，n为原矩阵阶数；
对乘积向量R进行开n次方根计算，并进行归一化，得到同一类指标下每个子指标的权重ω i，构成权重向量W：
。
S224，对选取的信道质量影响因子进行离差标准化处理，得到各个通信信道的信道质量影响因子数值。
由于选取的每个信道质量影响因子都是可以感知计算的，为了使影响因子在评价时具有可比较性，其评价值需要统一。通过min-max离差标准化法对信道质量影响因子数值进行线性变换，将单个的信道质量影响因子原始数值映射到 [0,1] 区间中的值，将[0,1]区间中的值作为信道质量影响因子数值Vi。假设多模通信模块有M种通信方式，定义为集合M=[1,2,…,m]，则对于第m种通信方式，对应B1~B7的7个信道质量影响因子数值为V1(m)~V7(m)。
S225，根据通信性能判断矩阵中各元素的权重以及信道质量影响因子数值，计算得到信道质量复合度量值，该信道质量复合度量值作为节点的信道质量复合度量信息。
根据各个指标对应元素的权重以及信道质量影响因子数值，分别建立各个指标的信道质量复合度量函数，根据信道质量复合度量函数求得节点多个通信信道的信道质量复合度量值。
在一具体示例中，对于信道质量参数：通信时延、传输带宽、误码率、接收信号强度、信噪比、通信成功率、拓扑稳定性，其指标分别为B1~B7，对不同指标的权重为ωB1~ωB7。由于不同指标对信道质量影响相关方向不同，因此，在建立信道质量评估函数时引入相关方向系数k，信噪比、接收信号强度、通信成功率、传输带宽、拓扑稳定性与信道质量正相关，即其值越大，代表信道质量越好，相关方向系数k取1，而通信时延、误码率与信道质量负相关，即其值越小，代表信道质量越好，相关方向系数k取-1。以实时性指标A1为例，定义该指标的信道质量评估函数为：
；
同理可得到可靠性（A2）、稳定性（A3）等指标的信道质量评估函数：
；
；
从而求得目标层对应指标的信道质量评估值的公式为：
。
在一实施例中，上述步骤S230中，中心节点根据子节点的信道质量复合度量信息计算子节点的多个通信信道的信道复合评估值，若子节点的多个通信信道的信道复合评估值均小于预设阈值，则将该子节点当前的代理节点变更为候选代理节点；若子节点当前的通信信道的信道复合评估值小于预设阈值，其它通信信道的信道复合评估值大于预设阈值，则将该子节点当前的通信信道切换到其它通信信道。具体而言，接收到信道质量诊断命令帧的多模通信模块子节点获取各个通信方式的信道信息，并计算各个通信模式的信道复合度量值，若其传输业务的通信方式的信道复合度量值小于阈值，且其它通信方式的信道复合度量值大于阈值，则该多模通信模块子节点存在可切换的链路，直接切换到多模通信模块子节点的信道复合度量值最高的通信方式。若该多模通信模块子节点的其它通信方式的信道复合度量值均小于阈值，则该多模通信模块子节点不存在可切换的链路，该多模通信模块子节点监听周围邻居节点信标帧，根据邻居节点的信道质量评估值，查找是否存在信号复合度量值满足要求的节点（邻居节点多种通信方式中存在某种通信方式的信道复合度量值大于阈值），向该邻居节点信号复合度量值最高的通信方式申请中继，优化网络拓扑，通过信道质量更好的链路到达目标节点。
在一具体示例中，如图5所示，在路由传输性能考核过程中，将业务传输时间差及采集成功率作为多模节点路由性能的考核指标，中心节点以时间Tasse为周期定时监测多模通信网络路由业务传输性能。判断网络中是否存在业务传输时间差大于业务传输时间阈值/>且采集成功率R小于采集成功率阈值Rthre的链路，若是，则进行节点信道质量自诊断。在节点信道质量自诊断过程中，中心节点查询拓扑表档案信息，对业务传输性能差的链路进行单播，发送节点信道质量诊断命令帧。多模通信节点接收到信道质量诊断命令帧后，获取各个通信方式的信道信息，并计算各个通信模式的信道复合度量值。然后，判断多模通信节点传输业务信道的信道复合度量值是否小于阈值，若是，则进行路由优化。在路由优化过程中，判断多模通信节点其它通信方式的信道复合度量值是否大于阈值；若是，多模通信节点将通信方式切换到信道复合度量值最高的通信方式；若否，多模通信节点监听邻居节点信标帧，判断是否存在信号复合度量值大于阈值的邻居节点，若是，向该邻居节点信号复合度量值最高的通信方式申请中继。
图6是本发明实施例提供的多模异构网络的路由规划系统的架构图。如图6所示，本实施例提供的多模异构网络的路由规划系统，包括：中心节点CCO、代理节点PCO、多个子节点STA，多个子节点中有一个子节点或多个子节点作为其它子节点的代理节点，子节点STA和代理节点PCO均为多模通信模块，即多模通信模块可作为子节点，也可作为其它子节点的代理节点。中心节点用于根据中心节点到各个子节点的链路传输速度和传输成功率确定多模异构网络当前的路由传输性能。多模通信模块用于在多模异构网络当前的路由传输性能低于预设标准的情况下，计算多模通信模式下的信道质量复合度量信息。中心节点还用于获取多模通信模块的信道质量复合度量信息，根据信道质量复合度量信息规划各个子节点与中心节点的信息传输路径。
在一实施例中，如图4所示，多模通信模块计算多模通信模式下的信道质量复合度量信息，具体包括以下步骤：
S221，获取子节点在多种通信模式下各个通信信道的信道质量参数，例如：通信时延、传输带宽、误码率、接收信号强度、信噪比、通信成功率、拓扑稳定性等。
S222，基于各个通信信道的信道质量参数建立通信性能判断矩阵。
将各个通信信道的信道质量参数按照指标重要程度进行排序，针对每两个指标进行比较，确定各个指标的相对重要性，采用三级标度确定每两个指标的相对关系，建立通信性能判断矩阵。
通信性能判断矩阵可采用三级标度0、0.5和1确定两两因子相对关系。矩阵内各元素表示方式如下：
；
由于多模异构网络的通信信号衰减存在差异，在度量信道质量时，不同因子的权重有所不同。比如：在构建无线和载波路由度量时，无线通信性能更侧重于接收信号强度，而载波通信性能更侧重于信噪比。因此需要分别根据信道通信特点设置判断矩阵。
S223，计算通信性能判断矩阵中各元素的权重。
求得通信性能判断矩阵中每一行元素的乘积r i，构成乘积向量R：
；
其中，n为原矩阵阶数；
对乘积向量R进行开n次方根计算，并进行归一化，得到同一类指标下每个子指标的权重ω i，构成权重向量W：
。
S224，对选取的信道质量影响因子进行离差标准化处理，得到各个通信信道的信道质量影响因子数值。
由于选取的每个信道质量影响因子都是可以感知计算的，为了使影响因子在评价时具有可比较性，其评价值需要统一。通过min-max离差标准化法对信道质量影响因子数值进行线性变换，将单个的信道质量影响因子原始数值映射到 [0,1] 区间中的值，将[0,1]区间中的值作为信道质量影响因子数值Vi。假设多模通信模块有M种通信方式，定义为集合M=[1,2,…,m]，则对于第m种通信方式，对应B1~B7的7个信道质量影响因子数值为V1(m)~V7(m)。
S225，根据通信性能判断矩阵中各元素的权重以及信道质量影响因子数值，计算得到信道质量复合度量值，该信道质量复合度量值作为节点的信道质量复合度量信息。
根据各个指标对应元素的权重以及信道质量影响因子数值，分别建立各个指标的信道质量复合度量函数，根据信道质量复合度量函数求得节点多个通信信道的信道质量复合度量值。
在一具体示例中，对于信道质量参数：通信时延、传输带宽、误码率、接收信号强度、信噪比、通信成功率、拓扑稳定性，其指标分别为B1~B7，对不同指标的权重为ωB1~ωB7。由于不同指标对信道质量影响相关方向不同，因此，在建立信道质量评估函数时引入相关方向系数k，信噪比、通信成功率、传输带宽、拓扑稳定性与信道质量正相关，即其值越大，代表信道质量越好，相关方向系数k取1，而接收信号强度、通信时延、误码率与信道质量负相关，即其值越小，代表信道质量越好，相关方向系数k取-1。以实时性指标A1为例，定义该指标的信道质量评估函数为：
；
同理可得到可靠性（A2）、稳定性（A3）等指标的信道质量评估函数：
；
；
从而求得目标层对应指标的信道质量评估值的公式为：
。
在一实施例中，中心节点根据子节点的信道质量复合度量信息计算子节点的多个通信信道的信道复合评估值，若子节点的多个通信信道的信道复合评估值均小于预设阈值，则将该子节点当前的代理节点变更为候选代理节点；若子节点当前的通信信道的信道复合评估值小于预设阈值，其它通信信道的信道复合评估值大于预设阈值，则将该子节点当前的通信信道切换到其它通信信道。具体而言，接收到信道质量诊断命令帧的多模通信模块子节点获取各个通信方式的信道信息，并计算各个通信模式的信道复合度量值，若其传输业务的通信方式的信道复合度量值小于阈值，且其它通信方式的信道复合度量值大于阈值，则该多模通信模块子节点存在可切换的链路，直接切换到多模通信模块子节点的信道复合度量值最高的通信方式。若该多模通信模块子节点的其它通信方式的信道复合度量值均小于阈值，则该多模通信模块子节点不存在可切换的链路，该多模通信模块子节点监听周围邻居节点信标帧，根据邻居节点的信道质量评估值，查找是否存在信号复合度量值满足要求的节点（邻居节点多种通信方式中存在某种通信方式的信道复合度量值大于阈值），向该邻居节点信号复合度量值最高的通信方式申请中继，优化网络拓扑，通过信道质量更好的链路到达目标节点。
上述的多模异构网络的路由规划系统，基于各个子节点在多模通信模式下的信道质量复合度量信息对多模异构网络进行动态路由规划，提高多模异构网络的通信资源分配效率以及信息传输的可靠性和实时性，有效提高多种通信模式混合互补的多模异构网络的通信成功率。
本发明实施例还提供一种通信设备，包括：存储器、处理器以及计算机程序，该计算机程序存储于存储器中，并被配置为由处理器执行以实现上述的多模异构网络的路由规划方法。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行以实现上述的多模异构网络的路由规划方法。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。本发明实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (16)
1.一种多模异构网络的路由规划方法，所述多模异构网络包括中心节点以及多个作为子节点的多模通信模块，多个子节点中至少有一个子节点作为其它子节点的代理节点，其特征在于，所述方法包括：
根据中心节点到各个子节点的链路传输速度和传输成功率确定多模异构网络当前的路由传输性能；
在多模异构网络当前的路由传输性能低于预设标准时，计算各个子节点在多模通信模式下的信道质量复合度量信息；
根据各个子节点的信道质量复合度量信息规划各个子节点与中心节点的信息传输路径；
所述计算各个子节点在多模通信模式下的信道质量复合度量信息，包括：
获取子节点在多种通信模式下各个通信信道的信道质量参数；
基于各个通信信道的信道质量参数建立通信性能判断矩阵；
计算通信性能判断矩阵中各元素的权重；
对选取的信道质量影响因子进行离差标准化处理，得到各个通信信道的信道质量影响因子数值；
根据通信性能判断矩阵中各元素的权重以及信道质量影响因子数值，计算得到信道质量复合度量值，该信道质量复合度量值作为节点的信道质量复合度量信息。
2.根据权利要求1所述的多模异构网络的路由规划方法，其特征在于，所述根据中心节点到各个子节点的链路传输速度和传输成功率确定多模异构网络当前的路由传输性能，包括：
在周期时间内，在中心节点到子节点的业务传输时间差大于预设的业务传输时间阈值，且业务数据采集成功率小于预设的采集成功率的情况下，确定中心节点到该子节点的链路传输速度和传输成功率低于预设标准；
在中心节点到一个或多个子节点的链路传输速度和传输成功率低于预设标准时，确定多模异构网络当前的路由传输性能低于预设标准。
3.根据权利要求2所述的多模异构网络的路由规划方法，其特征在于，所述预设的业务传输时间阈值是根据子节点层级系数、第一层级节点预设的传输时间差、时间修正系数以及允许最大采集次数确定的。
4.根据权利要求1所述的多模异构网络的路由规划方法，其特征在于，所述各个通信信道的信道质量参数包括以下一者或多者：
通信时延、传输带宽、误码率、接收信号强度、信噪比、通信成功率、拓扑稳定性，其中，通信时延和传输带宽作为实时性指标，误码率、接收信号强度和信噪比作为可靠性指标，通信成功率和拓扑稳定性作为稳定性指标。
5.根据权利要求4所述的多模异构网络的路由规划方法，其特征在于，所述基于各个通信信道的信道质量参数建立通信性能判断矩阵，包括：
将各个通信信道的信道质量参数按照指标重要程度进行排序，针对每两个指标进行比较，确定各个指标的相对重要性，采用三级标度确定每两个指标的相对关系，建立通信性能判断矩阵。
6.根据权利要求5所述的多模异构网络的路由规划方法，其特征在于，所述计算通信性能判断矩阵中各元素的权重，包括：
求得通信性能判断矩阵中每一行元素的乘积，构成乘积向量；
对乘积向量进行开n次方根计算，并进行归一化，得到同一类指标下每个子指标的权重，构成权重向量。
7.根据权利要求1所述的多模异构网络的路由规划方法，其特征在于，所述对选取的信道质量影响因子进行离差标准化处理，得到各个通信信道的信道质量影响因子数值，包括：
通过min-max离差标准化法对选取的信道质量影响因子进行线性变换，将单个的信道质量影响因子原始值映射到 [0,1] 区间中的值，将[0,1] 区间中的值作为信道质量影响因子数值。
8.根据权利要求5所述的多模异构网络的路由规划方法，其特征在于，所述根据通信性能判断矩阵中各元素的权重以及信道质量影响因子数值，计算得到信道质量复合度量值，包括：
根据各个指标对应元素的权重以及信道质量影响因子数值，分别建立各个指标的信道质量复合度量函数，根据信道质量复合度量函数求得节点的多个通信信道的信道质量复合度量值。
9.根据权利要求1所述的多模异构网络的路由规划方法，其特征在于，所述根据各个子节点的信道质量复合度量信息规划各个子节点与中心节点的信息传输路径，包括：
根据子节点的信道质量复合度量信息计算子节点的多个通信信道的信道复合评估值；
若子节点的多个通信信道的信道复合评估值均小于预设阈值，则将该子节点当前的代理节点变更为候选代理节点；
若子节点当前的通信信道的信道复合评估值小于预设阈值，其它通信信道的信道复合评估值大于预设阈值，则将该子节点当前的通信信道切换到其它通信信道。
10.一种多模异构网络的路由规划系统，其特征在于，包括：中心节点以及多个作为子节点的多模通信模块，多个子节点中至少有一个子节点作为其它子节点的代理节点；
所述中心节点用于根据中心节点到各个子节点的链路传输速度和传输成功率确定多模异构网络当前的路由传输性能；
所述多模通信模块用于在多模异构网络当前的路由传输性能低于预设标准的情况下，计算多模通信模式下的信道质量复合度量信息，具体为：获取多种通信模式下各个通信信道的信道质量参数；基于各个通信信道的信道质量参数建立通信性能判断矩阵；计算通信性能判断矩阵中各元素的权重；对选取的信道质量影响因子进行离差标准化处理，得到各个通信信道的信道质量影响因子数值；根据通信性能判断矩阵中各元素的权重以及信道质量影响因子数值，计算得到信道质量复合度量值，该信道质量复合度量值作为节点的信道质量复合度量信息；
所述中心节点还用于获取多模通信模块的信道质量复合度量信息，根据信道质量复合度量信息规划各个子节点与中心节点的信息传输路径。
11.根据权利要求10所述的多模异构网络的路由规划系统，其特征在于，所述中心节点具体用于：
在周期时间内，在中心节点到子节点的业务传输时间差大于预设的业务传输时间阈值，且业务数据采集成功率小于预设的采集成功率的情况下，确定中心节点到该子节点的链路传输速度和传输成功率低于预设标准；
在中心节点到一个或多个子节点的链路传输速度和传输成功率低于预设标准时，确定多模异构网络当前的路由传输性能低于预设标准。
12.根据权利要求10所述的多模异构网络的路由规划系统，其特征在于，所述各个通信信道的信道质量参数包括以下一者或多者：通信时延、传输带宽、误码率、接收信号强度、信噪比、通信成功率、拓扑稳定性，其中，通信时延和传输带宽作为实时性指标，误码率、接收信号强度和信噪比作为可靠性指标，通信成功率和拓扑稳定性作为稳定性指标；
所述基于各个通信信道的信道质量参数建立通信性能判断矩阵，包括：
将各个通信信道的信道质量参数按照指标重要程度进行排序，针对每两个指标进行比较，确定各个指标的相对重要性，采用三级标度确定每两个指标的相对关系，建立通信性能判断矩阵。
13.根据权利要求12所述的多模异构网络的路由规划系统，其特征在于，所述根据通信性能判断矩阵中各元素的权重以及信道质量影响因子数值，计算得到信道质量复合度量值，包括：
根据各个指标对应元素的权重以及信道质量影响因子数值，分别建立各个指标的信道质量复合度量函数，根据信道质量复合度量函数求得节点的多个通信信道的信道质量复合度量值。
14.根据权利要求10所述的多模异构网络的路由规划系统，其特征在于，所述中心节点具体用于：
根据子节点的信道质量复合度量信息计算子节点的多个通信信道的信道复合评估值；
若子节点的多个通信信道的信道复合评估值均小于预设阈值，则将该子节点当前的代理节点变更为候选代理节点；
若子节点当前的通信信道的信道复合评估值小于预设阈值，其它通信信道的信道复合评估值大于预设阈值，则将该子节点当前的通信信道切换到其它通信信道。
15.一种通信设备，其特征在于，包括：
存储器；
处理器；以及
计算机程序；
其中，所述计算机程序存储在存储器中，并被配置为由处理器执行以实现权利要求1至权利要求9任一项所述的多模异构网络的路由规划方法。
16.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行以实现权利要求1至权利要求9任一项所述的多模异构网络的路由规划方法。
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