基于SDN的配电物联网路由选择方法及系统技术方案

本发明专利技术提出了基于SDN的配电物联网路由选择方法及系统，包括：基于SDN建立配电物联网体系架构，基于该体系架构建立配电物联网网络模型；基于SDN的配电物联网路由选择，具体包括：SDN控制器作为智能体，实时感知配电物联网网络环境信息以及性能反馈，生成一张Q表，并通过下发路由表的形式控制路由选择。采用SDN技术将配电物网数据平面与控制平面剥离，以简化网络管理和配置功能的实现，提供灵活的路由选择。择。择。

【技术实现步骤摘要】
基于SDN的配电物联网路由选择方法及系统


[0001]本专利技术属于配电物联网通信
，尤其涉及基于SDN的配电物联网路由选择方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]随着智能配电物联网业务的日趋发展以及网络建设的日益完善，电力通信网络结构更加复杂，配电业务对时延和可靠性的要求也越来越高，亟需采用更加先进的路由技术来满足电网业务的传输需求。然而，传统配电网中控制和转发紧密耦合的网络架构面临着传输表信息冗余、流量难以控制、设备无法自定义传输等问题，严重影响电网业务的路由选择和信息传递。软件定义网络(Software
‑
defined networking，SND)为解决上述问题提供了一种方法。SND将控制平面与数据平面分离，实现网络管理流程的简化，并通过网络编程的方式定义和控制网络，为配电物联网提供更加高效、灵活、快速的路由方案。
[0004]然而，基于SDN的配电物联网路由选择的研究还处于初级阶段，在实际应用中仍面临以下问题：
[0005]1)传统基于启发式算法(如蚁群算法、遗传算法等)的路由选择方法对全局信息(包括网络拓扑、业务需求等)的完善程度要求较高，且算法更为复杂，极易陷入局部最优的情况。
[0006]2)受限于转发节点有限的缓存能力，当多个转发业务数据同时到达某个路由节点时，会造成转发冲突并发生丢包现象，无法满足配电物联网业务严苛的时延及可靠性需求。

技术实现思路

[0007]为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了基于SDN的配电物联网路由选择方法，本专利技术基于SARSA算法的强化学习算法解决配电物联网业务数据转发时的路由选择问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
[0009]第一方面，公开了基于SDN的配电物联网路由选择方法，包括：
[0010]基于SDN建立配电物联网体系架构，基于该体系架构建立配电物联网网络模型；
[0011]基于SDN的配电物联网路由选择，具体包括：SDN控制器作为智能体，实时感知配电物联网网络环境信息以及性能反馈，生成一张Q表，并通过下发路由表的形式控制路由选择。
[0012]进一步的技术方案，所述Q表用Q(s,a)表示，状态s指每个配电物联网业务数据当前所处的路由节点，包括数据接入节点和数据汇聚节点，动作a指每个配电物联网业务数据在当前状态情况下根据某种策略选择下一跳路由的行为。
[0013]进一步的技术方案，路由选择时采用SARSA算法通过学习状态和动作对奖赏函数的影响以求解最优策略。
[0014]进一步的技术方案，奖赏r指每个配电物联网业务数据在当前状态下选择某一动作所造成的转发性能影响，奖赏被定义为转发时延的相反数，一旦发生转发失败的情况，该动作奖赏为一个极小的负数。
[0015]进一步的技术方案，Q表及状态更新公式如下：
[0016]Q(s,a)
←
Q(s,a)+α[r+γQ(s',a')
‑
Q(s,a)]；
[0017]s
←
s',a
←
a'.
[0018]其中α为学习率，γ为奖赏的衰变系数，s'表示执行动作a后的下个状态，a
′
为进入状态s'后根据SARSA算法所制定策略采取的下一步动作。
[0019]进一步的技术方案，路由选择的具体步骤包括：
[0020]步骤1：初始化阶段，当t＝0时，将Q表初始化；
[0021]步骤2：学习阶段，即1≤t≤T时，SDN控制器按照SARSA算法所制定策略进行动作即下一跳路由的选取，并根据所处状态、采取的动作以及本次转发时延按照Q表及状态更新公式更新Q表，直至所有的业务数据都进入汇聚节点或转发失败，进入下一个时隙；
[0022]步骤3：终止阶段，即t＝T+1时，学习终止。
[0023]第二方面，公开了基于SDN的配电物联网路由选择系统，包括：
[0024]模型构建模块，被配置为：基于SDN建立配电物联网体系架构，基于该体系架构建立配电物联网网络模型；
[0025]路由选择模块，被配置为：基于SDN的配电物联网路由选择，具体包括：SDN控制器作为智能体，实时感知配电物联网网络环境信息以及性能反馈，生成一张Q表，并通过下发路由表的形式控制路由选择。
[0026]第三方面，公开了基于SDN的配电物联网网络结构，包括：
[0027]分离的数据平面与控制平面，其中，数据平面包括分布于配电物联网各个应用场景的配电物联网传感终端、数据转发层及数据汇聚节点；
[0028]所述配电物联网传感终端，不断采集配电物联网设备运行数据及环境信息，并以有线或者无线的方式通过接入网将此类业务数据传输至数据转发层；
[0029]控制平面包括SDN控制器，SDN控制器实时感知业务性能数据，并据此通过修改交换机中的流表来优化路由选择策略。
[0030]进一步的技术方案，所述数据转发层中，分布着以多种拓扑形式相互连接而成的路由中继节点，采集到的数据通过这些路由经过一跳或多跳的形式被传输至数据汇聚节点，并经过进一步处理后形成相关的配电物联网业务应用。
[0031]进一步的技术方案，还包括数据接入节点及路由节点，业务数据划分不同的优先级，当数据接入节点接入不同的业务数据，并同时到达路由节点时，路由节点优先转发优先级更高的业务数据，并丢弃优先级较低的业务数据。
[0032]以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
[0033]针对传统启发式算法计算复杂度高、极易陷入局部最优以及实际配电物联网路由情况复杂多变等问题，本专利技术采用SARSA算法实现基于SDN的配电物联网路由选择，采用SDN技术将配电物网数据平面与控制平面剥离，以简化网络管理和配置功能的实现，提供灵活的路由选择。
[0034]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得
明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0035]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0036]图1是基于SDN的配电物联网网络体系架构图；
[0037]图2是配电物联网网络拓扑示意图；
[0038]图3是基于SDN的配电物联网路由选择方法具体实施流程图。
具体实施方式
[0039]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0040]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于SDN的配电物联网路由选择方法，其特征是，包括：基于SDN建立配电物联网体系架构，基于该体系架构建立配电物联网网络模型；基于SDN的配电物联网路由选择，具体包括：SDN控制器作为智能体，实时感知配电物联网网络环境信息以及性能反馈，生成一张Q表，并通过下发路由表的形式控制路由选择。2.如权利要求1所述的基于SDN的配电物联网路由选择方法，其特征是，所述Q表用Q(s,a)表示，状态s指每个配电物联网业务数据当前所处的路由节点，包括数据接入节点和数据汇聚节点，动作a指每个配电物联网业务数据在当前状态情况下根据某种策略选择下一跳路由的行为。3.如权利要求1所述的基于SDN的配电物联网路由选择方法，其特征是，路由选择时采用SARSA算法通过学习状态和动作对奖赏函数的影响以求解最优策略。4.如权利要求3所述的基于SDN的配电物联网路由选择方法，其特征是，奖赏r指每个配电物联网业务数据在当前状态下选择某一动作所造成的转发性能影响，奖赏被定义为转发时延的相反数，一旦发生转发失败的情况，该动作奖赏为一个极小的负数。5.如权利要求2所述的基于SDN的配电物联网路由选择方法，其特征是，Q表及状态更新公式如下：Q(s,a)
←
Q(s,a)+α[r+γQ(s',a')
‑
Q(s,a)]；s
←
s',a
←
a'.其中α为学习率，γ为奖赏的衰变系数，s'表示执行动作a后的下个状态，a
′
为进入状态s'后根据SARSA算法所制定策略采取的下一步动作。6.如权利要求2所述的基于SDN的配电物联网路由选择方法，其特征是，路由选择的具体步骤包括：步骤1：初始化阶段，当t＝0时，将Q表初始化；步骤2：学习阶段，即1≤t≤T时，SDN控...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓悦，周超群，梁子龙，于乔，于强，王林峰，陈先凯，刘术波，田振业，王明涛，李志超，张陶，李晨，解志鹏，许志亮，刘鹏，赵会亮，王超，赫志远，孙晓兰，赵先超，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：