[發(fā)明專利]一種基于候選集合策略的類蟻群算法的載波集中器中繼路由抄表方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210108167.0
• 申請日: 2012-04-13
• 公開（公告）號: CN102647356A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丘森輝;羅曉曙;劉俊秀;閉金杰
• 申請（專利權(quán)）人: 廣西師范大學(xué)
• 主分類號: H04L12/56
• 分類號: H04L12/56;H04L12/18;G08C19/00
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標(biāo)事務(wù)所有限責(zé)任公司 45112
• 代理人: 陸夢云

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子非線性智能控制領(lǐng)域，具體是一種基于候選集合策略的類蟻群算法的載波集中器中繼路由抄表方法。

背景技術(shù)

目前，低壓電力線作為通信媒介傳輸數(shù)據(jù)的技術(shù)（power?line?communication?，PLC）已被成功的應(yīng)用于遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)、路燈控制、攝像頭監(jiān)控等工程中。但是，電力線具有帶寬過窄、速率過低、信道衰減大、通信環(huán)境惡劣等特點(diǎn)。在遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)中，這些特性將嚴(yán)重影響到信號傳輸?shù)木嚯x和通信的可靠性，從而影響了抄表的范圍和準(zhǔn)確性等系統(tǒng)性能。所以在實(shí)際應(yīng)用中，需要通過中繼技術(shù)來改善上述缺陷。

中繼路由抄表是遠(yuǎn)程抄表的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)涉及載波通信、電力電子技術(shù)、算法理論于一體，是遠(yuǎn)程抄表的研究熱點(diǎn)技術(shù)之一。所謂中繼，是當(dāng)載波集中器不能直接抄收某用戶的數(shù)據(jù)時(shí)，可以通過位于載波集中器與該用戶模塊之間的某用戶模塊或?qū)Ｓ弥欣^器進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。目前，中繼路由算法多采用如樹遍歷法和蟻群算法等。雖然它們實(shí)現(xiàn)了電力線載波通信的長距離傳輸，但它們在實(shí)際應(yīng)用中的缺陷卻顯而易見：樹遍歷法的缺點(diǎn)是，一方面當(dāng)用戶模塊或?qū)Ｓ弥欣^器較多時(shí)，無窮搜索非常耗時(shí)，另一方面該方法得到的中繼路徑并非最優(yōu)，即抄表的可靠性并不高。傳統(tǒng)蟻群算法的缺點(diǎn)是，由于的蟻群算法要采用多次洪泛迭代，如果要獲得一條路由，會消耗很多時(shí)間。因此，提出一種高效的和具有自適應(yīng)能力的動態(tài)路由算法就顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種將候選集合策略、中繼約束條件、廣播原理、CSMA、電氣距離和有限生命原則與蟻群優(yōu)化算法相結(jié)合的類蟻群算法，基于該算法的載波集中器中繼路由抄表方法與現(xiàn)有的抄表方法相比，使遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)具有更高的效率和更高的可靠性，并能適應(yīng)各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是：

本發(fā)明一種基于候選集合策略的類蟻群算法的載波集中器中繼路由抄表方法，包括如下步驟：

（1）根據(jù)配電網(wǎng)物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)從邏輯上劃分成樹結(jié)構(gòu)，即抄表系統(tǒng)以集中器為根節(jié)點(diǎn)?、電力線為連線、電表為子節(jié)點(diǎn)，再以樹的結(jié)構(gòu)定義一個(gè)描述集中器根節(jié)點(diǎn)和電表節(jié)點(diǎn)在樹中的相序類別、線編號、電表箱號、節(jié)點(diǎn)序號等屬性的結(jié)構(gòu)體數(shù)組，從而構(gòu)建出各節(jié)點(diǎn)唯一的ID號，再以各節(jié)點(diǎn)ID號構(gòu)建成樹結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)ID表；

（2）在樹結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)ID表構(gòu)建完成后，對抄表系統(tǒng)上電，即可對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行初始化，初始化包括樹結(jié)構(gòu)的添加建立、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置以及初始化根節(jié)點(diǎn)的路由表（Sub_Routing_Table_i）、信息素表和電氣距離表；

（3）初始會完成后，樹結(jié)構(gòu)的各節(jié)點(diǎn)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)空閑情況，會定時(shí)生成和發(fā)送廣播螞蟻（broad_ant），即數(shù)據(jù)幀，并且只有同時(shí)滿足不同在一個(gè)電表箱和以靠近樹根節(jié)點(diǎn)為方向（以發(fā)送廣播螞蟻的節(jié)點(diǎn)為起點(diǎn)）兩個(gè)條件的節(jié)點(diǎn)才可通過監(jiān)聽電力線上的信號接收廣播螞蟻包，收到該廣播螞蟻包的節(jié)點(diǎn)則動態(tài)更新本節(jié)點(diǎn)的直接可達(dá)節(jié)點(diǎn)路由表(Sub_Routing_Table_i)?、信息素表和電氣距離表；

（4）當(dāng)廣播螞蟻發(fā)送完之后，集中器根節(jié)點(diǎn)則根據(jù)網(wǎng)絡(luò)空閑狀態(tài)和線路通信狀態(tài)，定時(shí)或事件觸發(fā)生成探索螞蟻(search_ant)，探索螞蟻的數(shù)量受最大螞蟻數(shù)的限制，在電氣距離允許和保證路由距離盡可能大的條件下，探索螞蟻沿著靠近目的節(jié)點(diǎn)所在的樹枝方向快速前進(jìn)，如果探索螞蟻經(jīng)過6個(gè)路由器仍未到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)時(shí)，該探索螞蟻壽命被減為零，并被丟棄；

（5）如果探索螞蟻到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)，則目的節(jié)點(diǎn)將更改原數(shù)據(jù)分組幀中的源地址、目的地址、中繼地址等數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)按原路徑返回根節(jié)點(diǎn)，根節(jié)點(diǎn)根據(jù)返回的數(shù)據(jù)幀，建立或者更新根節(jié)點(diǎn)路由表、信息素表、電氣距離表，即完成一次路由循環(huán)；

（6）在滿足抄表系統(tǒng)設(shè)置的迭代次數(shù)和精度要求下，系統(tǒng)輸出抄表路由表，抄表系統(tǒng)根據(jù)該抄表路由表，對電表節(jié)點(diǎn)進(jìn)行中繼路由抄表，即完成載波集中器中繼路由抄表。

其中：

所述的樹是?n?(?n?≥0?)個(gè)有限數(shù)據(jù)元素的集合T。任一非空樹（n>0）滿足?2個(gè)條件：一是有且僅有一個(gè)稱為根(root)的節(jié)點(diǎn)，根節(jié)點(diǎn)沒有前驅(qū)節(jié)點(diǎn)；二是當(dāng)?n?>?l時(shí),除根節(jié)點(diǎn)以外的其余數(shù)據(jù)元素被分成?m(m>0)個(gè)互不相交的集合?T₁，T₂，…，T_m，其中每一個(gè)集合T_i?(?1≤i≤m?)本身又是一棵樹。樹T₁，T₂，…，T_i稱為這個(gè)根節(jié)點(diǎn)的子樹。