一种电力物联网无线通信节点路由性能评价方法技术

本发明专利技术公开一种电力物联网无线通信节点路由性能评价方法。本发明专利技术在结合现有网络通信效果评价指标的条件下自定义了两种描述节点路由性能的指标，从而建立了节点路由性能综合评价模型，该模型综合考虑不同数据的传输需求、实时的环境情况及节点自身状态来评估节点的路由性能。

【技术实现步骤摘要】
一种电力物联网无线通信节点路由性能评价方法
本专利技术涉及一种用于泛在电力物联网的无线通信节点路由性能评价方法，具体是一种用于泛在电力物联网场景中分布的无线通信节点的路由性能评价方法，属于信息通信网络领域。
技术介绍
泛在电力物联网是“三型两网”中的第二张网，通过“大-云-物-移-智”和边缘计算、区块链等先进技术实现电力运营各业务的万物互联和人机交互，将所有与电网相关的人、事和设备连接起来，实现对内“数据一个源、电网一张图、业务一条线”推动数据共享融通、业务全面贯通，同时，对外广泛连接多样服务，延申业务范围和拓展服务对象。与现有电力通信网络和信息系统不同，泛在电力物联网将具备能源系统全周期内各环节设备和用户的全状态感知和全业务穿透的能力，全时空泛在连接电力基础设施、政府行业机构、用户和供应商，推动数据融通，实现安全开放共享，促进能源互联网业务创新，为客户提供更优质的服务。在泛在电力物联网场景中分布着众多的高低压电力设备，因而存在大量的电力数据即及设备运行状态数据需要采集，因此在电力系统场景中的各类设备中布置了大量的无线物联网节点，用于完成泛在电力物联网中各类电力设备数据的采集与传输。但是，由于电力系统各类设备分布的环境多为复杂的城市环境或者恶劣的野外无人环境，这些环境中存在各种噪声会影响无线物联网节点的数据采集和传输功能的正常工作，为了实现电力系统中数据的快速采集和稳定完整可靠传输，在不同时刻不同状态，我们需要选择电力物联网中路由性能最优的节点进行数据传输，而影响节点路由性能的因素众多，需要综合考虑不同数据的传输需求、实时的环境情况及节点自身状态来评估节点的路由性能。现有技术背景下对于无线通信网络通信效果的研究主要考虑路径长度、信道带宽、平均通信量、通信开销、误码率、丢包率、延时等指标，而且主要是通过单个指标对整条路径的性能进行评价，不能全面反映网络性能和单个节点的路由性能。此外，在电力物联网分布的区域中存在各种干扰，尤其是在网络节点高密度分布的环境中，各个网络节点的工作性能还与节点的传输误码率、丢包率、传输能耗及传输时延有关，考虑单一指标无法选择出性能最优的中继节点，所以需要结合多个指标来评价节点的路由性能。电力物联网的节点多部署在恶劣的无人环境中，降低功耗是必要的，而且在电力物联网的无线通信网络中，由于传输数据的类型不同，对网络的实时性和可靠性要求也不同，而现有的路由方法并没有考虑到不同类型数据在网络中传输的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种在电力物联网无线通信网络中传输不同类型数据时对节点路由性能的动态评价方法，具体是一种电力物联网无线通信节点路由性能评价方法，在结合现有网络通信效果评价指标的条件下自定义了两种描述节点路由性能的指标，从而建立了节点路由性能综合评价模型，该模型综合考虑不同数据的传输需求、实时的环境情况及节点自身状态来评估节点的路由性能。为了达到上述目的，本专利技术采用技术方案如下：本专利技术假设电力物联网中无线通信网络所分布的有限三维待监测区域具有以下性质：1)区域内无线通信节点位置是固定的；2)区域内的地形、地貌保持不变；3)区域内各无线通信节点是同构的，即具有相同的发射、接收和处理能力；4)网络通信链路是双向的，即节点i与节点j能双向通信。假设在具备上述性质的电力物联网无线通信网络所在有限三维待监测区域中随机部署N个无线通信网络节点，第i个节点坐标为(xi，yi，zi)，根节点放置于监测区域的中心位置，将其作为整个三维待监测区域的坐标系原点，每个无线通信网络节点以单跳或者多跳的方式将采集的数据传输至根节点，根节点将汇聚的数据通过互联网或光纤通信的方式传递至终端管理节点。一种电力物联网无线通信节点路由性能评价方法，包括以下步骤：步骤(1)、判断电力物联网无线通信节点i当前需要传输的数据类型Dt；传统的电力系统通信网络将传输的数据分为普通数据(无实时性与可靠性要求)、实时数据(实时性要求高)、可靠性(可靠性要求高)数据三种，结合电力物联网的特点，本专利技术将电力物联网中传输的数据Dt分为以下三类：普通电力数据、设备状态数据、控制指令数据；步骤(2)、依据步骤(1)所得节点i传输数据类型Dt，构建相应的节点路由性能评价模型参数权重值；其中，αj、βj、θj，(j＝1，2，…，5)分别表示节点在传输不同类型数据时节点路由性能评价模型中各参数的权重值；j＝1，2，3，4，5分别对应延时、丢包率、误码率、调整时间和节点能耗；Dt表示传输数据的类型，Dt＝0表示传输数据为普通电力数据，Dt＝1表示传输数据为设备状态数据，Dt＝2表示传输数据为控制质量数据；步骤(3)、获取节点i实时的路由性能数据，包括延时、丢包率、误码率、调整时间、节点能耗，即Tdelay(i)，fpack_loss(i)，fwrong_code(i)，Tadj_time(i)，fpower(i)；3.1延时由于电力物联网无线通信网络受噪声、负载等因素的干扰，会造成路由延时的变化。此外路由延时还受到信号传输速度、物理距离、路由拥塞程度等因素的影响，因此延时是一个衡量路由节点实时性的有效指标。延时是指数据(一个报文或分组，甚至比特)从网络或链路一端传输到另一端所需时间。节点的延时包括发送延时Tsend(i)、传播延时Tspread(i)、处理时延Tprocess(i)、排队时延TQuen(i)；发送延时：是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。Tsend(i)＝Ldata*Wchannel公式(2)其中Ldata表示节点所要发送的数据帧长度，Wchannel表示节点通信的信道带宽；传播延时：电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。其中Velec表示电磁波在节点通信信道上的传输速率，Lchannel表示节点通信的信道长度。处理延时：主机或路由器处理所收到的分组的时间。排队延时：分组在输入队列中排队等待处理，在输出队列中等待转发，就形成了排队延时。则可定义节点的总延时Tdelay(i)为：3.2丢包率在电力物联网无线通信网络中，路由拥塞常常会导致业务数据信息的丢失，最终导致低压配电网的可靠性不断下降，严重影响电力系统的运作。此外，信道容量、节点负载情况等也会导致网络节点之间和节点与集中器之间的通讯故障。因此丢包率也是一个衡量路由节点可靠性的重要指标。丢包率：指数据传输过程中所丢失数据包数量占所发送数据包的比率。其中Dloss表示节点在将数据发送至下一个节点的过程中丢失的数据包数量；Dsum表示节点i向下一个节点发送的数据包总量；3.3误码率误码的产生是由于在信号传输中，衰变改变了信号的电压，致使信号在传输中遭到破坏，产生误码。噪音、交流电或闪电造成的脉冲、传输设备故障及其他因素都会导致误码误码率(比如传送的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电力物联网无线通信节点路由性能评价方法，其特征在于包括以下步骤：/n步骤(1)、判断电力物联网无线通信节点i当前需要传输的数据类型D

【技术特征摘要】
1.一种电力物联网无线通信节点路由性能评价方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤(1)、判断电力物联网无线通信节点i当前需要传输的数据类型Dt；其中数据类型Dt包括普通电力数据、设备状态数据、控制指令数据；
步骤(2)、依据步骤(1)所得节点i传输数据类型Dt，构建相应的节点路由性能评价模型参数权重值；






其中，αj、βj、θj，(j＝1,2,…,5)分别表示节点在传输不同类型数据时节点路由性能评价模型中各参数的权重值；j＝1,2,3,4,5分别对应延时、丢包率、误码率、调整时间和节点能耗；Dt表示传输数据的类型，Dt＝0表示传输数据为普通电力数据，Dt＝1表示传输数据为设备状态数据，Dt＝2表示传输数据为控制质量数据；
步骤(3)、获取节点i实时的路由性能数据，包括延时、丢包率、误码率、调整时间、节点能耗，即Tdelay(i),fpack_loss(i)，fwrong_code(i)，Tadj_time(i)，fpower(i)；
3.1延时
节点的延时包括发送延时Tsend(i)、传播延时Tspread(i)、处理时延Tprocess(i)、排队时延TQuen(i)；
Tsend(i)＝Ldata*Wchannel公式(2)
其中Ldata表示节点所要发送的数据帧长度，Wchannel表示节点通信的信道带宽；



其中Velec表示电磁波在节点通信信道上的传输速率，Lchannel表示节点通信的信道长度。
则可定义节点的总延时Tdelay(i)为：



3.2丢包率



其中Dloss表示节点在将数据发送至下一个节点的过程中丢失的数据包数量；Dsum表示节点i向下一个节点发送的数据包总量；
3.3误码率



其中，Cwrong表示节点在将数据发送至下一个节点的过程中出现的误码数量；Csum表示节点i向下一个节点发送的数据总码数；
3.4调整时间
调整时间Tadj_time(i)为从节点i在接收到上一个节点i-1发送的完整数据包开始计算，到该节点i将接收到的完整数据包发送至下一个节点i+1所需的最大时间；
3.5节点能耗
fpower(i)＝k[Psend*t1+Preceive*t2](7)
其中fpower(i)表示节点i接收kbit数据到将其完整发送出去的整个过程所消耗的总能量，称之为节点能耗；Psend表示节点i的发射功率，t1表示节点i完整发送1bit数据所需的时间；Preceive表示节点i的接收功率，t2表示节点i完整接收1bit数据所需时间；k表示节点i所发送的数据量，单位为bit；
步骤(4)、结合考虑数据类型Dt的约束条件，构建考虑延时、丢包率、...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾国强，孔亚广，陈张平，赵晓东，张帆，陈云，郑小青，邹洪波，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33