电力线通信自适应中继路由算法研究

电力线通信自适应中继路由算法研究

梁惠媛

南方电网广西北海供电局   536000  广西北海市

摘要：随着配电自动化的发展，在具体的业务开展中，以电力线通信作为数据通信平台，成本低廉，但是受到配电网特点的影响，在未知的网络拓扑和信道时变之下，使得可靠性下降，没有足够的通信距离。针对这些问题要想解决，只能借助上层通信协议，所以也就提出了自适应的路由算法，以此确保节点间正常路由以及链路修复功能的实现，增加通信距离，确保其可靠性。本文针对电力线通信自适应中继路由算法的相关内容展开具体研究，以供参考。

关键词：电力线通信；自适应；中继；路由；算法

前言：借助电力线，依靠载波的方式，从而传输模拟或数字信号的技术就是电力线通信。在电力系统中，电力线通信作为一种特殊的通信方式，很多企业和机构都以此作为传输媒介，提高信息网络通信速度，从而促进电力企业信息化服务的实现。当前基于电力线通信的特点，为了提高信息传输的可靠性，一个有效的措施就是节点间的中继路由。

1 路由发现过程

在电力线通信网中，所涉及到的组成部分为NC节点和远程节点。一般情况下，采用一对多的网络通信方式，一个NC节点和多个RS节点通信，节点设备之间不进行直接通信。在启动节点模块之后，通过路由算法的调用，进行路由的建立，将其在路由表项中保存。所以在启动节电模块以后，由NC节点到RS节点的各个路由表项就建立了起来。若是在节点进行数据的发送，在本地路由表中，由NC节点进行目的节点下一跳地址搜寻，若是没有具体的地址，将会通过NC节点进行路由算法的获取，从而与参加通信节点一起获得目地节点路由。

借助这样的算法，能够让NC节点得到R S节点的路由，并且对于目的节点，能够通过最小的中继跳数到达。在这种路由算法之下，即便中继节点发生损坏，影响NC节点和目的节点之间的通信，那么也能够借助该算法实现治愈的功能，获取全新的路由。而且在这种算法之下，不用对路由表进行周期性的更新，避免出现较大的时间损耗，影响网络效率。向目的节点由NC节点进行数据的发送，如果存在无法通行的问题，及时恢复和更新路由，有效地控制网络消耗，实现算法收敛速度的加快。

在通信的过程中，参与其中的各个节点要进行路由表的维护，针对目标节点的路由信息，不在路径上的节点不负责保存，而数据包也无需涉及到源到目节点路由信息，运用逐跳转发的方法，到达目标节点的下一跳节点，各个节点路由表中都有包含，按照反向路径，路由响应数据包回到NC节点。针对具体目标节点，由NC节点进行数据的发送，而路由发现则根据邻居广播数据包来实现。

1.1 路由获取详细描述

在朝目的节点由NC节点进行数据的发送，通过路由表进行下一跳地址的查询，若是没有相关的路由信息，那么就借助路由发现。在收到REQ邻居节点以后，进行具体判断，确定是否为目的节点，或者包括到达目的节点的路由。如果都不是则将这个REQ数据包再次向邻居广播，针对一个节点，可能会从各个邻居中获得同样广播的多个副本，若是中间节点获得数据包，就会进行数据包的判断，如果收获同样广播标识和节点地址的RRQ，就将数据包丢掉。如果这个节点之前并未收获此类的REQ数据包，将进行信息的保存，在反向路径的建立中得到有效应用，之后再将其广播出去。

经由一个NC节点，将数据包转发到目标节点，途中所路过的节点，要对其到NC节点的反向路由实现自动建立，并记录节点所获得的首个数据包邻居地址，从而确立反向路由，其会保持一定时间，足以让数据包进行网内转发，并将所产生的数据包送回到NC节点。在数据包到达目的节点以后，就会在这个节点产生数据包，并通过所建立的反向路由，进行REP的转发。

数据包最后会到达一个节点，这个节点或许是目的节点，也有可能具有到达目的节点的路由。如果具有到达目的节点的路由，将会出现数据包的产生送回NC节点，不然就只能对于这个数据包继续广播。在其转发到NC节点的阶段，沿途的各个节点都会建立同向路由，以目的节点为目的地，在一段时间之后所建立的反向路由将会自动无效。在节点收到数据包以后，进行数据包的转发，并按照数据包的上一跳地址，构建到达目标节点的路由，在路由表中目的节点，将REP上一跳地址赋值给其下一跳地址，在数据包被NC节点接收以后，从NC节点到目的节点建立路由[1]。

1.2 路由修复过程

在向目的节点由NC节点进行数据包的发送，这一阶段会通过本地路由表进行目的节点下一跳地址的查询。之后，通过特定的格式进行数据包的发送。在节点接收数据包以后，要将ACK数据包返回给上一跳节点。若节点并未获得下一跳节点的数据包，那么继续进行数据包的发送，在三次的重复以后，如果都没有数据包返回，那么就会在这一节点产生RER数据包，将这一情况报告给NC节点，依靠广播的方式进行RER数据包的传送。在维护路由表项节点获得数据包之后，将其到目的节点跳数设置为无限大，证明这一节点路由无效，不能够到达在NC节点，收到数据包之后，等数据包失效，将路由请求重新发出，获得到达目标地址的路由

[2]。

2 具体实例

对于某配电网中，物理连接如下图。

图1 配电网物理连接拓扑图

基于此，将0作为NC节点，进行了逻辑拓扑的构建。根据具体的逻辑拓扑图得知，其中包括三种拓扑结构，分别为环型、树型、链型，其中主站为节点0也就是NC节点。在具体的matlab平台之中，通过本文的路由算法的运用，能够从NC节点到各个RS节点，进行路由表项的获取，经过仿真表明，运用这一算法能够对NC节点到任意一个RS节点的路由进行获取，所以在各个拓扑结构的网络之中，这一算法具有较强的实用性。

NC节点到RS节点之间的中继跳数为最短，而在中间节点中，也进行了到目的节点的路由的储存。假设在中继节点33产生故障，NC节点和62的通信无法实现，那么在节点33进行RER报文的广播，在节点0收到报文之后，再经过其生存时间后，将到目的节点62请求重新发起，获得全新的路径。为了防止数据包的重复收到，只需要各个节点对下一跳节点进行判断，确认其是否为自己，如果是则接收转发，若不是，就将数据包丢弃不进行处理[3]。

低压配电网的信道存在着较为明显的时变性的特点，在电力线上具有高衰减的载波信号和高噪声，所以对于节点之间的通信，随时都有可能发生破坏，造成网络通信障碍的出现，影响网络直接数据传输的可靠性。因此通过本文所提出的算法的运用，能够在网路节点发生通信断路以后，发挥治愈的功能，通过连接的重新建立，确保网络通信的正常状态。在中压配电网中，物理结构和信道情况具有相对的稳定性，不会出现较大的网络拓扑的变化，所以通过这一说法的运用，能够有效地进行中压配电网路径选择的构建。另外，运用这种方法，不用对信道的质量做到实时的监测，如果发生通信失败，就说明信道质量出现变化。运用这种方法，进一步对系统软硬件要求，实现有效的简化，同时还能够优化处理产生，通讯故障的单个节点，在电网的物理拓扑以及多变的信道的场合，具有较高的适用性。因此借助这一算法，能够在中低压配电网的数据传输中，提高其可靠性和有效性。

结语：针对无法正常通行的网络，自适应路由能够对其实现通信能力恢复的作用，确保数据传输的可靠性。相较于普通节点，中继节点与其保持一致，所以在设置和管理中继的基础上，能够对电网的特性变化，实现有效的适应，所以借助自适应中继路由算法，能够确保系统通信可靠性的提升。

参考文献：

[1]刘金雯.基于令牌桶的电力线通信带宽自适应分配方法[J].信息记录材料,2022,23(04):192-194.

[2]魏绍亮,张帅,程奉玉,王浩奇,杨元佳.低压电力线通信带宽自适应分配策略研究[J].电力系统保护与控制,2021,49(21):123-131.

[3]谭周文,刘宏立,成运.低压电力线通信自适应脉冲噪声抑制[J].电力系统及其自动化学报,2022,34(01):129-136.