一种基于分簇算法的载波通信系统的路由组网方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于分簇算法的载波通信系统的路由组网方法。该方法通过计算电力线载波通信网络中各个节点的节点可靠度；主干树初始化过程：根据所述各个节点的节点可靠度选择主干树的簇头节点，并形成主干树和确定所述簇头节点的初始组内成员；簇半径调整过程：采用簇半径自适应调整方式进行非均匀分簇和调控簇规模，并实时更新所述节点可用阈值；判断是否所有节点均入簇，若是则完成路由组网，若否则重新执行所述主干树初始化过程和簇半径调整过程。本发明专利技术技术方案提高了大规模载波通信系统的稳定性和可靠性。信系统的稳定性和可靠性。信系统的稳定性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于分簇算法的载波通信系统的路由组网方法


[0001]本专利技术涉及路由组网
，尤其涉及一种基于分簇算法的载波通信系统的路由组网方法。

技术介绍

[0002]随着电力线载波通信在物联网领域应用的不断深入，以及无线自组织网络的不断发展，载波通信系统路由组网技术逐渐成为研究热点。现有路由组网模式大多针对小规模自组织网络设计，在面向新一代载波通信系统大规模自组织网络场景下，采用这种路由组网模式将产生链路资源冲突严重、网络控制开销大、网络通信质量下降等一系列问题，进一步导致载波通信系统的可扩展性差。
[0003]为解决大规模组网场景下自组织网络性能和扩展性较差的问题，已有研究基于分簇算法构建层次化网络支持大规模载波通信网络。此外，由于大规模载波通信系统结构复杂、信道噪声具有时变特性，分布式可再生能源频繁投切/离网将严重影响载波通信距离和数据传输可靠性，使得电力业务通信质量下降。然而，现有的分簇算法大多采用单一的成簇因素，量化不够均衡，使得簇头选取不合适、簇域范围分配不合理，影响载波通信路由组网的稳定性，在实际应用中存在很大局限性。由此可以看出，迫切需要研究基于柔性分簇算法的大规模载波通信系统路由组网方法，解决大规模组网场景下自组织网络性能和扩展性较差问题。
[0004]现有基于分簇算法的路由组网方法存在的技术缺点如下。
[0005]第一，簇头选举过程存在盲目性：传统分簇算法中的簇头选举是一个随机过程，每个节点被分为簇头节点的概率相当，难以选举出适配载波系统可靠性要求的节点，存在一定的盲目性。对于大规模载波通信网络，簇头选举的盲目性容易造成簇头分布位置不合理，进一步阻碍了具有较优路径的骨干树的生成，导致网关选择最优下一跳节点的难度增加，造成载波通信网络可靠性降低的同时传输时延增大。
[0006]第二，簇头节点的数量控制不灵活：在节点数固定的网络中，簇头节点数量是影响网络性能的重要因素，具体来说，在簇头节点过少的网络中，簇域内节点数过多，造成单个簇头节点的负载增加，从而造成簇域网络的复杂度和控制开销过大，相反，在簇头节点过多的网络中，分组转发次数增多造成数据包分组投递时延增大。因此，缺乏灵活的簇头节点数量控制方案是当前大规模载波通信路由组网的技术缺陷之一。
[0007]第三，簇半径不可调节：传统分簇算法中簇半径固定，可能会导致节点密度大的区域形成的簇规模较大，节点密度小的区域形成的簇规模较小，增加了网络的不稳定性，同时限制了网络的生命周期。

技术实现思路

[0008]本专利技术提供一种基于分簇算法的载波通信系统的路由组网方法，提高了大规模载波通信系统的稳定性和可靠性。
[0009]本专利技术一实施例提供一种基于分簇算法的载波通信系统的路由组网方法，包括以下步骤：
[0010]计算电力线载波通信网络中各个节点的节点可靠度；
[0011]主干树初始化过程：根据所述各个节点的节点可靠度选择主干树的簇头节点，并形成主干树和确定所述簇头节点的初始组内成员；
[0012]簇半径调整过程：采用簇半径自适应调整方式进行非均匀分簇和调控簇规模，并实时更新节点可用阈值；
[0013]判断是否所有节点均入簇，若是则完成路由组网，若否则重新执行所述主干树初始化过程和簇半径调整过程。
[0014]进一步的，计算电力线载波通信网络中每个节点的节点可靠度，包括以下步骤：
[0015]计算各个节点的信噪比变化率，再根据各个节点的所述信噪比变化率计算各个节点的节点可靠度。
[0016]进一步的，根据以下公式计算所述各个节点的节点可靠度：
[0017][0018]式中，i表示第i个节点，j表示第j个邻居节点，t表示t时刻，ΔS
j,t
表示第j个邻居节点在t时刻的的信噪比变化率，N表示第i个节点的邻居节点总数。
[0019]进一步的，根据所述各个节点的节点可靠度选择主干树的簇头节点，并形成主干树，具体为：
[0020]选取节点可靠度大于等于节点可用阈值的节点作为所述主干树的簇头节点，并将全部簇头节点连接在一起形成主干树。
[0021]进一步的，确定所述簇头节点的初始组内成员，具体为：
[0022]所述簇头节点对其覆盖范围内的簇内节点进行广播，并根据所述簇内节点的反馈信息确定所述簇头节点的初始组内成员。
[0023]进一步的，所述簇头节点采用簇半径自适应调整方式进行非均匀分簇和调控簇规模，具体为：
[0024]所述簇头节点计算簇内最佳节点数和距离所述簇头节点r+1跳范围内未入簇的节点数，r为簇半径；
[0025]判断当前簇内节点数和所述未入簇的节点数之和是否小于所述簇内最佳节点数，若是，则所述簇半径加1，若否，则所述簇半径保持不变。
[0026]进一步的，实时更新节点可用阈值，具体为：
[0027]根据各个节点的节点可靠度计算节点平均可靠度，再根据节点平均可靠度设置载波通信系统的系统回报；
[0028]根据设置的所述载波通信系统的系统回报计算所述载波通信系统对当前时刻的节点可用阈值的偏好值；
[0029]根据所述偏好值实时更新所述述载波通信系统的所述节点可用阈值。
[0030]进一步的，所述节点可用阈值包括多个档位阈值；根据所述偏好值实时更新所述节点可用阈值，具体为：根据所述偏好值实时更新所述述载波通信系统的所述节点可用阈值的档位阈值。
[0031]进一步的，根据以下公式实时更新所述载波通信系统的所述节点可用阈值的档位阈值：
[0032][0033]式中，G为节点可用阈值，L为节点可用阈值的可选档位数，为所述载波通信系统的对t时刻的节点可用阈值的偏好值。
[0034]进一步的，根据以下公式计算所述载波通信系统对当前时刻的节点可用阈值的偏好值：
[0035][0036]式中，为t时刻前所述载波通信系统选择节点可用阈值G获得的回报经验估计值，ω为权重系数，为t
‑
1时刻所述载波通信系统选择所述节点可用阈值G的次数，t为当前时刻。
[0037]本专利技术的实施例，具有如下有益效果：
[0038]本专利技术提供了一种基于分簇算法的载波通信系统的路由组网方法，该路由组网方法通过计算电力线载波通信网络中各个节点的节点可靠度，根据所述各个节点的节点可靠度选择主干树的簇头节点，并形成主干树，解决了簇头选举过程中存在盲目性问题，实现了科学合理的选择簇头节点。本专利技术通过采用簇半径自适应调整方式进行非均匀分簇和调控簇规模，解决了簇半径不可调节的问题。所述路由组网方法通过实时更新节点可用阈值，进而控制簇头节点数量。因此，本专利技术通过科学合理的选择簇头节点、控制簇头节点数量和自适应调整方式调控簇规模，解决了大规模组网场景下自组织网络性能较差和扩展性较差的问题，有效提升了大规模组网场景下自组织网络性能和组网效率，进而提高了大规模载波通信系统的稳定性和可靠性。
附图说明
[0039]图1是本专利技术一实施例提供的基于分簇算法的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分簇算法的载波通信系统的路由组网方法，其特征在于，包括以下步骤：计算电力线载波通信网络中各个节点的节点可靠度；主干树初始化过程：根据所述各个节点的节点可靠度选择主干树的簇头节点，并形成主干树和确定所述簇头节点的初始组内成员；簇半径调整过程：采用簇半径自适应调整方式进行非均匀分簇和调控簇规模，并实时更新节点可用阈值；判断是否所有节点均入簇，若是则完成路由组网，若否则重新执行所述主干树初始化过程和簇半径调整过程。2.根据权利要求1所述的基于分簇算法的载波通信系统的路由组网方法，其特征在于，计算电力线载波通信网络中每个节点的节点可靠度，包括以下步骤：计算各个节点的信噪比变化率，再根据各个节点的所述信噪比变化率计算各个节点的节点可靠度。3.根据权利要求2所述的基于分簇算法的载波通信系统的路由组网方法，其特征在于，根据以下公式计算所述各个节点的节点可靠度：式中，i表示第i个节点，j表示第j个邻居节点，t表示t时刻，ΔS
j,t
表示第j个邻居节点在t时刻的信噪比变化率，N表示第i个节点的邻居节点总数。4.根据权利要求3所述的基于分簇算法的载波通信系统的路由组网方法，其特征在于，根据所述各个节点的节点可靠度选择主干树的簇头节点，并形成主干树，具体为：选取节点可靠度大于等于节点可用阈值的节点作为所述主干树的簇头节点，并将全部簇头节点连接在一起形成主干树。5.根据权利要求4所述的基于分簇算法的载波通信系统的路由组网方法，其特征在于，确定所述簇头节点的初始组内成员，具体为：所述簇头节点对其覆盖范围内的簇内节点进行广播，并根据所述簇内节点的反馈信息确定所述簇头节点的初始组内成员。6.根据权利要求5所述的基于分簇算法的载波通信系统的路由组网方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁宇图，施展，李波，李星南，邓晓智，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力调度控制中心，
类型：发明
国别省市：