一種高效動(dòng)態(tài)自動(dòng)維護(hù)的路由表結(jié)構(gòu)及路由表管理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及在集中抄表系統(tǒng)中使用載波或微功率無線通訊時(shí)，載波或微功率無線 通訊模塊使用的一種高效動(dòng)態(tài)自動(dòng)維護(hù)的路由表管理方法，具體是一種高效動(dòng)態(tài)自動(dòng)維護(hù) 的路由表結(jié)構(gòu)及路由表管理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)（簡稱"集抄系統(tǒng)"）是基于計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)電 能表進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理的大型信息系統(tǒng)，它是抄表方式的一種技術(shù)進(jìn)步，可以提高 抄表及時(shí)率、降低人工抄表差錯(cuò)率、發(fā)現(xiàn)用電異常及時(shí)報(bào)警、同時(shí)抄收臺(tái)區(qū)總表可進(jìn)行線損 計(jì)算分析。集抄系統(tǒng)由通信網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)主站、集中器、采集終端四部分組成。隨著科學(xué)技術(shù) 日新月異的發(fā)展，通信已經(jīng)成為整個(gè)系統(tǒng)的重要組成部分。按照系統(tǒng)的構(gòu)成，通信信道可分 為上行和下行，常見的通信方式有：PSTN有線電話網(wǎng)、GPRS無線、光纖通信方式、無線組網(wǎng) 及低壓電力載波通信方式等。
[0003] 隨著全國范圍電網(wǎng)大改造的展開，如何解決日益龐大的供電網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化管理問 題已迫在眉睫。利用低壓電力載波通信技術(shù)來傳輸用電數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)及時(shí)有效收集和統(tǒng)計(jì)， 提高電力系統(tǒng)對(duì)供電質(zhì)量監(jiān)控能力和管理水平，是目前國內(nèi)外公認(rèn)的一個(gè)最佳方案。低壓 電力線是最為廣泛的一種通訊媒介網(wǎng)絡(luò)，采用合適技術(shù)充分用好這一現(xiàn)成的媒介，使低壓 電力線載波抄表系統(tǒng)達(dá)到實(shí)用化的需求，所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)效率是顯而易見的。但 由于低壓電力網(wǎng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及電網(wǎng)特征的多變性，使得電力載波技術(shù)具有一定的局限 性。近年來，隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，采用無線組網(wǎng)通信方式，在一定程度上彌補(bǔ)電力載 波技術(shù)的不足。近年來，電力載波通信和微功率無線通信，在電力集抄領(lǐng)域，都有著長足的 應(yīng)用。
[0004] 不論下行使用載波通信或者微功率無線通信方式，受限于直接點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信距 離，要完成一個(gè)配變臺(tái)區(qū)的數(shù)據(jù)采集，通常供電臺(tái)區(qū)末端的電表，需要通過多級(jí)中繼，才能 采集成功。由于電網(wǎng)環(huán)境的多變性，僅靠單一路由路徑，很難使得臺(tái)區(qū)抄表成功率達(dá)到 100%，對(duì)任意一個(gè)臺(tái)區(qū)節(jié)點(diǎn)，必須能靈活快速從多條路由路徑選取路徑，并且路由表要能 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況，動(dòng)態(tài)維護(hù)更新，方能使抄表成功率上一個(gè)臺(tái)階。那么在嵌入式系統(tǒng)，有 限的資源條件下，實(shí)現(xiàn)中心節(jié)點(diǎn)的路由表高效管理，顯得尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對(duì)集中系統(tǒng)中，下行使用載波通訊或微功率無線通訊方式時(shí)， 路由表有效路徑少、查找速度慢、動(dòng)態(tài)維護(hù)更新困難等問題，提出一種高效動(dòng)態(tài)自動(dòng)維護(hù)的 路由表結(jié)構(gòu)及路由表管理方法。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0007] -種高效動(dòng)態(tài)自動(dòng)維護(hù)的路由表結(jié)構(gòu)，中心節(jié)點(diǎn)路由表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由散列表和路 由鏈表構(gòu)成，所述路由鏈表為有序雙向鏈表，散列表中的每個(gè)子節(jié)點(diǎn)維護(hù)一個(gè)路由鏈表，該 子節(jié)點(diǎn)自身為路由鏈表頭節(jié)點(diǎn)，路由鏈表中的每個(gè)元素，為該子節(jié)點(diǎn)返回中心節(jié)點(diǎn)的第一 跳中繼節(jié)點(diǎn)；所述路由鏈表中的每個(gè)元素即中繼節(jié)點(diǎn)，其內(nèi)容包含節(jié)點(diǎn)ID、路由跳數(shù)以及 路由頻度信息，路由跳數(shù)定義為當(dāng)前子節(jié)點(diǎn)選擇此中繼節(jié)點(diǎn)回到中心節(jié)點(diǎn)，需要經(jīng)過的中 繼節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，路由跳數(shù)越少表示路徑越短；路由頻度信息定義為此中繼節(jié)點(diǎn)的活躍程度，路 由頻度越高表示通信成功率越高，當(dāng)中心節(jié)點(diǎn)選擇了一條路徑進(jìn)行通信，如果通信成功，則 路徑中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，依次將其下游節(jié)點(diǎn)作為中繼節(jié)點(diǎn)加入其路由鏈表，并將其路由頻度信 息增加1，同時(shí)，中心節(jié)點(diǎn)根據(jù)時(shí)間維度，定時(shí)將各節(jié)點(diǎn)的中繼節(jié)點(diǎn)的頻度信息減1，即路由 頻度信息隨時(shí)間揮發(fā)；子節(jié)點(diǎn)的路由鏈表中的中繼節(jié)點(diǎn)根據(jù)其路由跳數(shù)、路由頻度信息進(jìn) 行綜合排序：優(yōu)先排列路由頻度高的中繼節(jié)點(diǎn)，路由頻度相同的優(yōu)先排列路由跳數(shù)少的中 繼節(jié)點(diǎn)，在選擇路由路徑時(shí)，將優(yōu)先選擇離鏈表頭最近的中繼節(jié)點(diǎn)。
[0008] 散列表的散列地址根據(jù)子節(jié)點(diǎn)地址疊加后取模獲得，模值M為常數(shù)，根據(jù)中心節(jié) 點(diǎn)支持的規(guī)模進(jìn)行設(shè)置。
[0009] 在集抄系統(tǒng)中，子節(jié)點(diǎn)地址為6字節(jié)壓縮B⑶碼，散列表地址：
[0011] 散列表中的每個(gè)子節(jié)點(diǎn)，根據(jù)在散列表中的位置，對(duì)應(yīng)一個(gè)唯一 ID，由散列數(shù)組索 引號(hào)+子節(jié)點(diǎn)位于散列表中的序號(hào)構(gòu)成。
[0012] 中心節(jié)點(diǎn)根據(jù)時(shí)間維度，定時(shí)將各節(jié)點(diǎn)的中繼節(jié)點(diǎn)的頻度信息減1，所述定時(shí)為 12小時(shí)。
[0013] -種高效動(dòng)態(tài)自動(dòng)維護(hù)的路由表管理方法，它包括路由路徑查找、路由路徑管理、 路由路徑動(dòng)態(tài)維護(hù)三部分，其中：
[0014] 路由路徑查找過程包括：
[0015] S101，根據(jù)子節(jié)點(diǎn)地址查找散列表，查找失敗則結(jié)束，查找成功進(jìn)行S102 ;
[0016] S102,取路由鏈表第一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)；
[0017] S103,從節(jié)點(diǎn)元素中取出子節(jié)點(diǎn)ID，判斷是否對(duì)應(yīng)散列表中的子節(jié)點(diǎn)，是則進(jìn)行 S104,否則取路由鏈表下一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)并循環(huán)S103 ;
[0018] S104,子節(jié)點(diǎn)加入到選取路徑中，判斷路由鏈表是否為空，是則結(jié)束，否則返回 S102 ；
[0019] 路由路徑管理過程包括：
[0020] S201，探索未知路由信息，獲取一條通訊路徑；
[0021] S202,以倒序的方式，從最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)開始，依次將其通訊路徑的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)加入 到其路由鏈表中，并更新路由跳數(shù)，遞增路由頻度信息，如果該節(jié)點(diǎn)已經(jīng)存在于路由鏈表 中，僅更新路由跳數(shù)和路由頻度信息。
[0022] 路由路徑動(dòng)態(tài)維護(hù)過程包括：
[0023] S301，從散列表中選定待維護(hù)子節(jié)點(diǎn)；
[0024] S302,從其路由鏈表中選擇第i個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，初始i = 0 ;
[0025] S303,選取第i+Ι個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，該中繼節(jié)點(diǎn)為空則結(jié)束，不為空則進(jìn)行S304 ;
[0026] S304,第i+Ι個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)與0~i個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)依次比較優(yōu)先級(jí)：路由頻度高者優(yōu) 先級(jí)高，若路由頻度相同，則路由跳數(shù)少者優(yōu)先級(jí)高；判斷是否找到優(yōu)先級(jí)低于其的中繼節(jié) 點(diǎn)，找到則進(jìn)行S305,否則返回S303 ;
[0027] S305,將第i+Ι個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)插入優(yōu)先級(jí)低于其的中繼節(jié)點(diǎn)之前，并返回S303。
[0028] 路由路徑查找過程中SlOl根據(jù)子節(jié)點(diǎn)地址查找散列表的具體步驟為：
[0029] SlOll根據(jù)待通訊子節(jié)點(diǎn)地址計(jì)算散列表地址MID ;
[0030] S1012取散列表第一個(gè)子節(jié)點(diǎn)，判斷散列表是否為空，為空則結(jié)束；否則進(jìn)行地址 匹配，匹配成功則結(jié)束，否則取散列表下一個(gè)元素循環(huán)S1012。
[0031] 路由路徑管理過程中S201獲得一條通訊路徑是中心節(jié)點(diǎn)空閑時(shí)，使用蟻群算法 或遺傳算法，探索未知路由信息以獲得通訊路徑。
[0032] 本發(fā)明的有益效果：
[0033] 本發(fā)明的方法不限于載波路由或微功率無線通信的路由管理，兼顧了嵌入式系統(tǒng) 資源有限的前提，同時(shí)滿足路由表的快速查找、路由描述信息無冗余，大量節(jié)省存儲(chǔ)空間， 并且可以動(dòng)態(tài)自動(dòng)維護(hù)更新，具有很高的應(yīng)用推廣價(jià)值。
[0034] 本發(fā)明提出的路由表管理方法，由路由路徑查找、路由路徑管理（增加、刪除）、路 由路徑動(dòng)態(tài)維護(hù)三部分構(gòu)成，簡單、高效。本方法充分考慮了在中心節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)任何路徑異常 情況下的自動(dòng)恢復(fù)（修復(fù)），充分展現(xiàn)了高效、高可靠的特點(diǎn)。同時(shí)，該方法具有高度抽象 性，與具體通信方式無關(guān)，可適應(yīng)寬帶載波、窄帶載波或微功率無線通信，是一種較通用的 路由表管理方法，可以適用于不同的嵌入式系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域，具有很高的實(shí)用性及推廣 價(jià)值。
【附圖說明】
[0035] 圖1是路由表結(jié)構(gòu)框圖。
[0036] 圖2是中繼節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖。
[0037] 圖3是子節(jié)點(diǎn)ID結(jié)構(gòu)圖。
[0038] 圖4是根據(jù)子節(jié)點(diǎn)地址查找散列表流程圖。
[0039] 圖5是路由路徑查找流程圖。
[0040] 圖6是路由路徑更新流程圖。
[0041] 圖7是路由表自動(dòng)維護(hù)流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0043] 如圖1-3所示，一種高效動(dòng)態(tài)自動(dòng)維護(hù)的路由表結(jié)構(gòu)，中心節(jié)點(diǎn)路由表的數(shù)據(jù)結(jié) 構(gòu)由散列表和路由鏈表構(gòu)成，所述路由鏈表為有序雙向鏈表，散列表中的每個(gè)子節(jié)點(diǎn)維護(hù) 一個(gè)路由鏈表，該子節(jié)點(diǎn)自身為路由鏈表頭節(jié)點(diǎn)，路由鏈表中的每個(gè)元素，為該子節(jié)點(diǎn)返 回中心節(jié)點(diǎn)的第一跳中繼節(jié)點(diǎn)；所述路由鏈表中的每個(gè)元素即中繼節(jié)點(diǎn)，其內(nèi)容包含節(jié)點(diǎn) ID、路由跳數(shù)以及路由頻度信息，路由跳數(shù)定義為當(dāng)前子節(jié)點(diǎn)選擇此中繼節(jié)點(diǎn)回到中心節(jié) 點(diǎn)，需要經(jīng)過的中繼節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)（跳數(shù)為2,表示當(dāng)前子節(jié)點(diǎn)選擇此中繼節(jié)點(diǎn)回到中心節(jié)點(diǎn)， 需要經(jīng)過2個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)）；路由頻度信息定義為此中繼節(jié)點(diǎn)的活躍程度（為一動(dòng)態(tài)信息）， 當(dāng)中心節(jié)點(diǎn)選擇了一條路徑進(jìn)行通信，如果通信成功，則路徑中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，依次將其下游 節(jié)點(diǎn)作為中繼節(jié)點(diǎn)加入其路由鏈表，并將其路由頻度信息增加1，同時(shí)，中心節(jié)點(diǎn)根據(jù)時(shí)間 維度，定時(shí)將各節(jié)點(diǎn)的中繼節(jié)點(diǎn)的頻度信息減1，即路由頻度信息隨時(shí)間揮發(fā)；如果一個(gè)子 節(jié)點(diǎn)長時(shí)間未能與其路由鏈表中的某中繼節(jié)點(diǎn)通信，那么該中繼節(jié)點(diǎn)的路由頻度信息將降 為0,在后續(xù)路徑選擇中，此中繼節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)將靠后；子節(jié)點(diǎn)的路由鏈表中的中繼節(jié)點(diǎn)根 據(jù)其路由跳數(shù)、路由頻度信息進(jìn)行綜合排序：優(yōu)先排列路由頻度高的中繼節(jié)點(diǎn)，路由頻度相 同的優(yōu)先排列路由跳數(shù)少的中繼節(jié)點(diǎn)，在選擇路由路徑時(shí)，將優(yōu)先選擇離鏈表頭最近的中 繼節(jié)點(diǎn)。
[0044] 在優(yōu)選的實(shí)施例中，散列表的散列地址根據(jù)子節(jié)點(diǎn)地址疊加后取模獲得，模值M 為常數(shù)，根據(jù)中心節(jié)點(diǎn)支持的規(guī)模進(jìn)行設(shè)置。具有相同散列表地址的子節(jié)點(diǎn)，將位于同一個(gè) 散列表中。
[0045] 在集抄系統(tǒng)中，子節(jié)點(diǎn)地址為6字節(jié)壓縮B⑶碼，散列表地址：
[0047] 在優(yōu)選的實(shí)施例中，散列表中的每個(gè)子節(jié)點(diǎn)，根據(jù)在散列表中的位置，對(duì)應(yīng)一個(gè)唯 一 ID，由散列數(shù)組索引號(hào)+子節(jié)點(diǎn)位于散列表中的序號(hào)構(gòu)成。如0304,表不第3個(gè)散列表 第4順序位。
[0048] 每個(gè)子節(jié)點(diǎn)僅管理自己返回中心節(jié)點(diǎn)第一跳的中繼節(jié)點(diǎn)，整個(gè)路由表的冗余信息 幾乎為〇,路由路徑的選擇，根據(jù)排列組合，將有無限多種可能，并且不占用任何額外的存儲(chǔ) 空間。
[0049] 一種高效動(dòng)態(tài)自動(dòng)維護(hù)的路由表管理方法，它包括路由路徑查找、路由路徑管理、 路由路徑動(dòng)態(tài)維護(hù)三部分。
[0050] 結(jié)合圖5,路由路徑查找過程是中心節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)備通信時(shí)，將根據(jù)待訪問的子節(jié)點(diǎn)地 址，根據(jù)散列地址運(yùn)算規(guī)則，計(jì)算得到散列地址，并在對(duì)應(yīng)的散列表中查找對(duì)應(yīng)的子節(jié)點(diǎn)， 找到該子節(jié)點(diǎn)后，選擇最優(yōu)的路由路徑，該子節(jié)點(diǎn)的路由鏈表的第一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)即為最優(yōu) 中繼節(jié)點(diǎn)，再根據(jù)此中繼節(jié)點(diǎn)，找到其位于散列表中的子節(jié)點(diǎn)，依次類推，直到能回到中心 節(jié)點(diǎn)，一條路由路徑選擇完畢。通信成功后，將再次更新各節(jié)點(diǎn)的雙向鏈表信息。包括：
[0051] SlOl，根據(jù)子節(jié)點(diǎn)地址查找散