基于低壓電力線的載波通信路由算法研究

張彥宇

摘要：現有網絡狀態下，當前電力線載波通信路由算法一般采用蟻群算法或分簇算法，但是分簇算法在實際使用時，迭代比較復雜，實際使用過程中存在較高的丟包率，基于此，本文擬在比較各自優缺點的基礎上，采用軟件仿真方式進行了證明，然后提出一種蟻群遺傳算法融合的方式，解決電力載波路由的問題，通過具體的工程應用實例，證明了方法的有效性。為低壓電力線載波通信路由算法的研究提供了新的參考。

關鍵詞：載波通信;低壓電力線;蟻群遺傳算法;路由算法

中圖分類號：TP334.3? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）26-0036-02

Abstract：Under the current network state， the current power line carrier communication routing algorithm generally uses ant colony algorithm or genetic algorithm， but the genetic algorithm in the actual use， the iteration is relatively complex， there is a high packet loss rate in the actual use process. Based on this， this paper proposes a software simulation method based on the comparison of their advantages and disadvantages， and then proposes an ant colony， genetic algorithm The method of algorithm fusion can solve the problem of power carrier routing， and the effectiveness of the method is proved by a specific engineering application example. It provides a new reference for the research of low-voltage power line carrier communication routing algorithm.

Key words：carrier communication; low voltage power line; ant colony genetic algorithm; routing algorithm

現有網絡狀態下，當前電力線載波通信的調制方式有ASK、PSK、FSK等幾種，一般情況下，需要相關的技術來提高通信性能，如直序擴頻、多載波調制等。但是在載波通信過程中，為了提高其成功率，降低丟包，必須在通信過程中采用良好的路由技術，路由技術算法的好壞對載波通信成功率起到了關鍵作用。因此，設計和優化載波通信路由算法顯得尤為重要。

路由的方式主要包括靜態、集中式動態和分布式動態等幾種方式，其中靜態路由方式不適應動態變化的應用狀況，現在基本被淘汰。集中式動態路由方式的節點為普通節點。普通節點在動態工作時只能完成數據接收、轉發等相關響應工作，因此在具體運行時，速度慢，耗時長，但由于傳輸速度慢，在解調過程中具有較高的可靠性，當前依然在很多產品中得到了應用。而分布式動態路由方式的通信網絡節點均對等，所以在運行過程中，路徑更新和數據傳遞的搜索的實際距離很短，并且具有在路徑實效的情況下，可自動重新搜索功能，因此在動態情況下，該方式具有很好的自適應功能，從而可以大大提高通信的可靠性，但是實施過程較復雜，價格更高，當前應用較少。

1載波通信路由算法比較

當前，低壓電力線載波通信的路由算法主要采用蟻群算法和分簇算法，為了驗證兩種算法的實際應用效果，本文設計了一個仿真的驗證實驗，通過實驗來比較兩個不同算法的組網能力以及重構能力。

實驗的初始條件：本次實驗驗證不是真實的應用場景，但是為了模擬和驗證算法的有效性，必須保證能模擬動態的路由網絡狀態，在確保實驗影響因素單一性的前提下，設定同樣的有效通信距離，然后設置相同的具有隨機動態變化的節點，然后通過路由收集有效信號，從而比較兩種算法在組網和重構過重的優越性。

具體的實驗方案如下：第一步建立實驗的網絡結構。如圖1所示。

通過網絡結構圖可以看出，其實驗區域為100*100，在該區域內30個隨機分布點。在這30個隨機節點中，設定一個主節點，如1號節點。其他節點作為普通載波通信節點。當然在具有的實際應用過程中，有可能不止這些，本文僅僅是為了模擬說明載波通信算法的有效性而假定設置的。

然后分別采用兩種不同的算法，對模擬場景的網絡結構進行設置。

采用分簇算法進行組網時，1號節點首先向100*100的設定范圍發送數據包，其他的普通節點在收到數據包以后，必須向1號節點做出相應的反饋。一次反饋完成以后，1號節點更新路由表，然后再次向周圍發送數據包，其他普通節點和上面的反饋一樣，如此反復，并以相同的機制加入簇，即可形成分簇組網形成的網絡結構。如圖2所示。

然后采用蟻群組網算法對同一個網絡進行組網，蟻群會根據通信的距離，自適應的選擇最優的目標節點，當完成一輪最優目標節點的選擇后，更新網絡節點，再一次進行優化組網設計，最終形成以1號節點為主節點的組網結構圖，如圖3所示。

觀察兩種不同的算法的組網模擬仿真結果，可以看出，采用蟻群算法具有更好的連通性，而分簇組網算法在連通時具有非常明顯的分層劣勢。這樣首層信息不通暢的情況下則會造成明顯的丟包，可能性明顯降低，蟻群算法沒有明顯的分層性，節點之間的通信效率更高，可靠性更好。

2工程應用仿真實驗

上面的網絡結構圖只能看到彼此之間連通性的分層區別，但是不能證明具有分層就一定是劣勢，并且分層明顯對于傳輸延時和丟包率是否有影響還有待具體的工程應用仿真實驗驗證。

為了驗證算法之間的優劣，在實際工程應用仿真實驗中，采用了蟻群算法、傳統分簇方法以及蟻群遺傳混合路由算法三種不同的算法進行比較研究，主要測試了傳輸延時和丟包率，設定了一個100*100的實驗區域，在該區域中假設有N個節點，其中取1號節點為主節點，其他節點為普通節點，得到仿真比對結果如圖4和圖5所示。

3結論

本文首先分析了當前網絡狀態下低壓電力線路載波通信的應用方式，比較了各自的優缺點，特別是蟻群算法、傳統分簇方法，然后建立了模擬仿真網絡結構，在模擬組網環境下，比較了組網聯通性能，并且分別測試了蟻群算法、傳統分簇方法、蟻群遺傳混合路由算法三種算法在傳輸延時和丟包率的比較，通過比較研究，證明蟻群遺傳混合路由算法具有更好的性能，丟包率更低，速度更快，而蟻群算法比傳統分簇方法具有更好的連通性。

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【通聯編輯：梁書】