本發(fā)明涉及一種路由算法，尤其涉及一種基于hwmp改進(jìn)的適用于智能電網(wǎng)鄰域網(wǎng)的路由算法。

背景技術(shù)：

智能電網(wǎng)鄰域網(wǎng)位于智能電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)的中間位置，起著重要的通信橋梁作用，它的通信直接影響著整個電網(wǎng)的通信質(zhì)量。路由協(xié)議是提高鄰域網(wǎng)通信的關(guān)鍵技術(shù)。hwmp是適用于鄰域網(wǎng)的路由協(xié)議之一，但直接將hwmp協(xié)議應(yīng)用于到鄰域網(wǎng)中，又存在著不足的地方。1)alm路由判據(jù)的不足。hwmp協(xié)議中的路由選擇機(jī)制中的路由判據(jù)為alm，alm考慮了完成數(shù)據(jù)包鏈路通信的資源開銷。在nan實(shí)際應(yīng)用場景中，還應(yīng)考慮一些其他因素對于鏈路質(zhì)量的影響。例如干擾因素、信道切換延時等。2)恢復(fù)機(jī)制。在hwmp路由恢復(fù)機(jī)制中，當(dāng)鏈路發(fā)生中斷，節(jié)點(diǎn)就會廣發(fā)perr消息，perr消息的大量涌入，也在一定程度上增加了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，降低了網(wǎng)絡(luò)通信的質(zhì)量。因此，為了提高鄰域網(wǎng)的通信質(zhì)量，設(shè)計一種可靠的路由協(xié)議算法成為必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于hwmp改進(jìn)的適用于智能電網(wǎng)鄰域網(wǎng)的路由算法。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：這種基于hwmp改進(jìn)的適用于智能電網(wǎng)鄰域網(wǎng)的路由算法，包括步驟如下：

1、將hwmp路由協(xié)議的路由判據(jù)alm修改為hm(hybridmetric)；

計算hm的公式如下，

其中，α表示權(quán)衡因子，為常數(shù)，iri表示干擾因素，csci為頻道切換的開銷，alm為hwmp的原路由判據(jù)。

2、當(dāng)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)失敗時，首先對鏈路質(zhì)量進(jìn)行評估與決策，計算公式如下：

其中，p0表示接收節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)包的信號強(qiáng)度，pn為噪聲級數(shù)，∑pr表示帶噪信號之和；

如果sinr＜sinrmin，則評估鏈路質(zhì)量差，認(rèn)定該鏈路無法完成數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)，將啟用基于回溯算法的備份路徑恢復(fù)機(jī)制；如果sinr≥sinrmin，將繼續(xù)使用原路徑完成數(shù)據(jù)傳輸；

基于回溯算法的備份路徑恢復(fù)機(jī)制為如下步驟：

a、該節(jié)點(diǎn)檢查是否有到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的備用路徑；如果存在，則進(jìn)行下一步；如果不存在；進(jìn)行步驟c)；

b、比較備用路徑和最優(yōu)路徑的路由判據(jù)值；如果相差小于n，則通過備用路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；否則，進(jìn)行下一步；

c、向該節(jié)點(diǎn)的上一跳節(jié)點(diǎn)發(fā)送perr，判斷上一跳節(jié)點(diǎn)是否是源節(jié)點(diǎn)，如果不是源節(jié)點(diǎn)，則進(jìn)行步驟a)；如果是源節(jié)點(diǎn)，則進(jìn)行步驟d)；

d、發(fā)送preq，請求建立通信鏈路，完成數(shù)據(jù)傳輸。

本發(fā)明的有益效果是：結(jié)合智能電網(wǎng)鄰域網(wǎng)的通信要求和特點(diǎn)，對hwmp路由算法進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計更為合適的路由協(xié)議來提升智能電網(wǎng)鄰域網(wǎng)的通信質(zhì)量，以提高整個電網(wǎng)的通信性能。由實(shí)驗結(jié)果可以看出本發(fā)明方法在包傳遞率、網(wǎng)絡(luò)吞吐量以及perr消息數(shù)量上均有一定程度的提高，使得網(wǎng)絡(luò)性能近一步的提高。在包傳遞率上，隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)增大時，性能提升越明顯。當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)>40時，包傳遞率可以達(dá)到95％左右。

附圖說明

圖1是本方法流程圖；

圖2是包傳遞率比較分析圖；

圖3是網(wǎng)絡(luò)吞吐量比較分析圖；

圖4是端到端延時比較分析圖；

圖5是perr控制消息數(shù)比較分析圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。下述實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。

一、本發(fā)明的整體思想：

我們主要考慮以下兩個方面：針對hwmp默認(rèn)路由判據(jù)alm應(yīng)用于鄰域網(wǎng)的不足，設(shè)計更符合智能電網(wǎng)鄰域網(wǎng)的路由判據(jù)；針對hwmp恢復(fù)機(jī)制存在的缺陷，設(shè)計了當(dāng)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包失敗時，實(shí)現(xiàn)更加高效可靠的路由恢復(fù)機(jī)制。

二、本發(fā)明所述的一種基于hwmp改進(jìn)的適用于智能電網(wǎng)鄰域網(wǎng)的路由算法，如圖1所示，其步驟如下：

1、路由判據(jù)的修改：

為了更好的適用于智能電網(wǎng)鄰域網(wǎng)的應(yīng)用環(huán)境，在路由選擇中還應(yīng)該考慮到一些實(shí)際通信中可能存在的其他影響鏈路質(zhì)量的因素。一是在實(shí)際無線通信中的干擾因素，其次還應(yīng)考慮多頻情況下頻道切換的開銷對于通信質(zhì)量的影響。基于hwmp原路由判據(jù)alm基礎(chǔ)之上，結(jié)合影響通信的干擾參數(shù)和信道切換開銷參數(shù)，本文提出了一個更為適用的路由判據(jù)——hm路由判據(jù)。其計算公式為：

其中α表示權(quán)衡因子，為常數(shù)，iri表示干擾因素，csci為頻道切換的開銷，alm為hwmp的原路由判據(jù)。

2、采用errr恢復(fù)機(jī)制

errr恢復(fù)機(jī)制主要包括監(jiān)聽機(jī)制和基于回溯算法的備份路徑恢復(fù)機(jī)制。

1)、監(jiān)聽機(jī)制

監(jiān)測機(jī)制用于獲取鏈路質(zhì)量參數(shù)，主要通過獲取來自physical的參數(shù)——sinr參數(shù)進(jìn)行鏈路質(zhì)量的評估，計算公式如下：

其中，p0表示接收節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)包的信號強(qiáng)度，pn為噪聲級數(shù)，∑pr表示帶噪信號之和。

首先該鏈路質(zhì)量進(jìn)行評估與決策，如果sinr＜sinrmin，則評估鏈路質(zhì)量差，認(rèn)定該鏈路無法完成數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)，將啟用基于回溯算法的備份路徑恢復(fù)機(jī)制。如果sinr≥sinrmin，將繼續(xù)使用原路徑完成數(shù)據(jù)傳輸。

2)、基于回溯算法的備份路徑恢復(fù)機(jī)制

基于回溯算法的備份路徑恢復(fù)機(jī)制主要利用回溯算法、備用路徑機(jī)制以及閾值控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)某節(jié)點(diǎn)發(fā)生數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)失敗時，將執(zhí)行如下步驟：

1、該節(jié)點(diǎn)檢查是否有到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的備用路徑；如果存在，則進(jìn)行下一步；如果不存在；進(jìn)行步驟3；

2、比較備用路徑和最優(yōu)路徑的metric值；如果相差小于n，則通過備用路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；否則，進(jìn)行下一步；

3、向該節(jié)點(diǎn)的上一跳節(jié)點(diǎn)發(fā)送perr，判斷上一跳節(jié)點(diǎn)是否是源節(jié)點(diǎn)，如果不是源節(jié)點(diǎn)，則進(jìn)行步驟1；如果是源節(jié)點(diǎn)，則進(jìn)行步驟4；

4、發(fā)送preq，請求建立通信鏈路，完成數(shù)據(jù)傳輸。

三、驗證結(jié)果和性能說明：

為了驗證提出的hr-hwmp協(xié)議的性能，對該協(xié)議進(jìn)行仿真實(shí)驗，仿真工具使用ns3(networksimulator3)，ns3軟件版為24.1，軟件安裝環(huán)境ubuntu12操作系統(tǒng)。在虛擬機(jī)中進(jìn)行ubuntu系統(tǒng)以及仿真環(huán)境ns3的安裝。分別在2x8、2x9、……、2x20的不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上進(jìn)行了仿真實(shí)驗，節(jié)點(diǎn)之間的間距為50。wifi標(biāo)準(zhǔn)采用802.11a，每個節(jié)點(diǎn)設(shè)置2個射頻接口，總共有5個channel。采用udp數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包大小為1024字節(jié)，發(fā)送包間隔時間為0.1s。仿真總時間為100s。詳細(xì)的參數(shù)設(shè)置如表1所示：

表1仿真參數(shù)表

在圖2中，反應(yīng)了包傳遞率的性能比較分析，從圖2中，我們可以看到，hr-hwmp協(xié)議性能較hwmp及re-hwmp上有一定程度的提高，特別是當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)增大時，差別越明顯。當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)>40時，包傳遞率可以達(dá)到95％左右。

在圖3中，進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)吞吐量的比較，可以看出hr-hwmp在吞吐量方面較原協(xié)議及re-hwmp有一定程度的提高，提高幅度不是很大。

在圖4中，可以發(fā)現(xiàn)，隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加，hr-hwmp協(xié)議性性能在延時方面較其他兩個協(xié)議沒有較明顯的改進(jìn)。

從圖5中，可以看出perr消息包的數(shù)量較其他協(xié)議有明顯的下降。這也是本文中提到的恢復(fù)機(jī)制的出發(fā)點(diǎn)的反應(yīng)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)小于等于24時，re-hwmp協(xié)議與hr-hwmp協(xié)議的perr消息數(shù)量沒有明顯的下降，當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)>24時，可以看出，hr-hwmp協(xié)議的perr消息數(shù)量有明顯的下降。

四、實(shí)驗結(jié)論：

由實(shí)驗結(jié)果可以看出本發(fā)明方法在包傳遞率、網(wǎng)絡(luò)吞吐量以及perr消息數(shù)量上均有一定程度的提高，使得網(wǎng)絡(luò)性能近一步的提高。在包傳遞率上，隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)增大時，性能提升越明顯。當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)>40時，包傳遞率可以達(dá)到95％左右。