[發明專利]基于SDN的配電物聯網路由選擇方法及系統

在審

• 申請號: 202110603882.0
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113347104A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 李曉悅;周超群;梁子龍;于喬;于強;王林峰;陳先凱;劉術波;田振業;王明濤;李志超;張陶;李晨;解志鵬;許志亮;劉鵬;趙會亮;王超;赫志遠;孫曉蘭;趙先超
• 申請（專利權）人: 國網山東省電力公司青島供電公司;國家電網有限公司
• 主分類號: H04L12/751
• 分類號: H04L12/751;H04L12/733;H04L12/709;H04L12/725;H04L12/823;H04L12/851;H04L29/08
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李圣梅

本發明提出了基于SDN的配電物聯網路由選擇方法及系統，包括：基于SDN建立配電物聯網體系架構，基于該體系架構建立配電物聯網網絡模型；基于SDN的配電物聯網路由選擇，具體包括：SDN控制器作為智能體，實時感知配電物聯網網絡環境信息以及性能反饋，生成一張Q表，并通過下發路由表的形式控制路由選擇。采用SDN技術將配電物網數據平面與控制平面剝離，以簡化網絡管理和配置功能的實現，提供靈活的路由選擇。

技術領域

本發明屬于配電物聯網通信技術領域，尤其涉及基于SDN的配電物聯網路由選擇方法及系統。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本發明相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

隨著智能配電物聯網業務的日趨發展以及網絡建設的日益完善，電力通信網絡結構更加復雜，配電業務對時延和可靠性的要求也越來越高，亟需采用更加先進的路由技術來滿足電網業務的傳輸需求。然而，傳統配電網中控制和轉發緊密耦合的網絡架構面臨著傳輸表信息冗余、流量難以控制、設備無法自定義傳輸等問題，嚴重影響電網業務的路由選擇和信息傳遞。軟件定義網絡(Software-defined networking，SND)為解決上述問題提供了一種方法。SND將控制平面與數據平面分離，實現網絡管理流程的簡化，并通過網絡編程的方式定義和控制網絡，為配電物聯網提供更加高效、靈活、快速的路由方案。

然而，基于SDN的配電物聯網路由選擇的研究還處于初級階段，在實際應用中仍面臨以下問題：

1)傳統基于啟發式算法(如蟻群算法、遺傳算法等)的路由選擇方法對全局信息(包括網絡拓撲、業務需求等)的完善程度要求較高，且算法更為復雜，極易陷入局部最優的情況。

2)受限于轉發節點有限的緩存能力，當多個轉發業務數據同時到達某個路由節點時，會造成轉發沖突并發生丟包現象，無法滿足配電物聯網業務嚴苛的時延及可靠性需求。

發明內容

為克服上述現有技術的不足，本發明提供了基于SDN的配電物聯網路由選擇方法，本發明基于SARSA算法的強化學習算法解決配電物聯網業務數據轉發時的路由選擇問題。

為實現上述目的，本發明的一個或多個實施例提供了如下技術方案：

第一方面，公開了基于SDN的配電物聯網路由選擇方法，包括：

基于SDN建立配電物聯網體系架構，基于該體系架構建立配電物聯網網絡模型；

基于SDN的配電物聯網路由選擇，具體包括：SDN控制器作為智能體，實時感知配電物聯網網絡環境信息以及性能反饋，生成一張Q表，并通過下發路由表的形式控制路由選擇。

進一步的技術方案，所述Q表用Q(s,a)表示，狀態s指每個配電物聯網業務數據當前所處的路由節點，包括數據接入節點和數據匯聚節點，動作a指每個配電物聯網業務數據在當前狀態情況下根據某種策略選擇下一跳路由的行為。

進一步的技術方案，路由選擇時采用SARSA算法通過學習狀態和動作對獎賞函數的影響以求解最優策略。

進一步的技術方案，獎賞r指每個配電物聯網業務數據在當前狀態下選擇某一動作所造成的轉發性能影響，獎賞被定義為轉發時延的相反數，一旦發生轉發失敗的情況，該動作獎賞為一個極小的負數。

進一步的技術方案，Q表及狀態更新公式如下：

Q(s,a)←Q(s,a)+α[r+γQ(s',a')-Q(s,a)]；

s←s',a←a'.

其中α為學習率，γ為獎賞的衰變系數，s'表示執行動作a后的下個狀態，a′為進入狀態s'后根據SARSA算法所制定策略采取的下一步動作。

進一步的技術方案，路由選擇的具體步驟包括：