基于分簇蛛網(wǎng)的低壓電力線載波通信網(wǎng)絡(luò)路由算法研究.pdf

1、低壓電力線載波通信(Low-voltage Power Line Communication,LVPLC)能夠利用普及的電力線網(wǎng)絡(luò)，在傳輸電力的同時(shí)，可以承載數(shù)據(jù)、語(yǔ)音和視頻等信息，大量應(yīng)用于遠(yuǎn)程路燈監(jiān)控、電力線自動(dòng)抄表和嵌入式智能家居等系統(tǒng)。然而，由于電力線網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)涞膹?fù)雜性及易變性原因，使得電力線載波通信網(wǎng)絡(luò)可靠性不足，制約了其規(guī)模擴(kuò)展。為了解決這一問(wèn)題，大量研究著眼于對(duì)物理層及數(shù)據(jù)鏈路層相關(guān)技術(shù)的改進(jìn)，但也無(wú)法很好解決通信可靠性

2、不足問(wèn)題，于是人們轉(zhuǎn)向更高層的網(wǎng)絡(luò)層，研究高效、科學(xué)的路由協(xié)議。
　　通過(guò)對(duì)低壓電力線載波通信網(wǎng)絡(luò)(Low-voltage Power Line Communication Network,LVPLCN)路由算法的深入研究，提出多種組合路由算法。但是，現(xiàn)有的各種組網(wǎng)路由算法都存在不同程度的問(wèn)題，無(wú)法兼顧通信的可靠性及算法復(fù)雜度。針對(duì)通信可靠性和穩(wěn)定性問(wèn)題，本論文通過(guò)深入分析常見(jiàn)路由算法并進(jìn)行比較總結(jié)，在此基礎(chǔ)上，架構(gòu)分簇蛛網(wǎng)結(jié)合組

3、網(wǎng)模型，以非交疊式分簇結(jié)構(gòu)為框架、在同一邏輯層內(nèi)建立類(lèi)蛛網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)基于此組網(wǎng)模型的路由算法應(yīng)用于低壓電力線載波通信網(wǎng)絡(luò)。
　　本文首先深入分析常見(jiàn)的路由算法，指出其優(yōu)勢(shì)和不足以及改進(jìn)方向；重點(diǎn)討論了非交疊式分簇算法和單層人工蛛網(wǎng)算法，在此基礎(chǔ)上，充分利用二者的優(yōu)點(diǎn)構(gòu)建“合二為一”的分簇蛛網(wǎng)結(jié)合組網(wǎng)模型。
　　然后基于此組網(wǎng)模型進(jìn)行組網(wǎng)算法設(shè)計(jì)，通過(guò)MATLAB仿真工具對(duì)算法進(jìn)行了原理驗(yàn)證和實(shí)例分析。結(jié)果顯示，此組網(wǎng)算法結(jié)

4、合了非交疊式分簇算法和單層人工蛛網(wǎng)算法的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)復(fù)雜的電力線網(wǎng)絡(luò)重新組網(wǎng)，優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高了組網(wǎng)效率，為后續(xù)的路徑尋優(yōu)作了很好的鋪墊。
　　接著針對(duì)蟻群算法應(yīng)用于LVPLCN效率低的問(wèn)題，根據(jù)分簇蛛網(wǎng)結(jié)合組網(wǎng)方法將網(wǎng)絡(luò)組織成以非交疊式分簇結(jié)構(gòu)為框架的類(lèi)蛛網(wǎng)拓?fù)?，設(shè)計(jì)基于分簇蛛網(wǎng)組網(wǎng)的低壓電力線載波通信網(wǎng)絡(luò)路由算法。重新組網(wǎng)后，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，節(jié)點(diǎn)之間路徑清晰，可供搜尋選擇的路徑減少，縮短了螞蟻的搜尋時(shí)間，避免過(guò)早收斂于非最優(yōu)結(jié)果

5、。應(yīng)用蟻群算法以綜合代價(jià)最小為目標(biāo)進(jìn)行路徑尋優(yōu)，建立網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)通信路徑。
　　最后進(jìn)行路由算法實(shí)驗(yàn)及對(duì)比分析，分別運(yùn)用基本蟻群算法和基于分簇蛛網(wǎng)組網(wǎng)的路由算法對(duì)LVPLCN進(jìn)行路徑尋優(yōu)，就算法迭代次數(shù)的路徑時(shí)延、丟包率和跳數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析。利用有限數(shù)量的電力線載波模塊，搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，組成低壓電力線網(wǎng)絡(luò)，將本文設(shè)計(jì)的基于分簇蛛網(wǎng)結(jié)合組網(wǎng)的蟻群路由算法進(jìn)行小范圍的測(cè)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于分簇蛛網(wǎng)組網(wǎng)的低壓電力線載波通