具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例基于HPLC与RF的双模异构场域网多径并发传输方法的步骤包括：

S01.由多个预置有双模通信模块的智能电能表作为节点，构建形成混合双模异构配电场域网，双模通信模块具有RF和HPLC两种通信模式；

S02.由混合双模异构配电场域网内的中心节点管理全网的混合多径路由表，混合多径路由表用于维护网内各节点与所述中心节点之间的最优多径路由；

S03.当网内源节点需要发送数据时，根据混合多径路由表查找出源节点到目的节点的多条可用路径，将待发送数据通过查找出的多条可用路径进行并发传输。

本实施例通过先构建形成HPLC与RF的混合双模异构场域网，然后配置网内的中心节点管理全网的混合多径路由表，由混合多径路由表维护网内各节点与中心节点之间的最优多径路由，当网内源节点需要发送数据时，根据混合多径路由表查找出源节点到目的节点的多条可用路径，以进行多径并发传输，能够实现混合双模异构场域网多径并发传输，充分发挥HPLC与RF两种通信模式的混合互补优势，有效提高网内的连通率、数据传输的传输效率以及可靠性。

本实施例中智能电表中预置的双模通信模块具体为具有高速电力线宽带载波通信和微功率无线通信能力的模块，如图2所示，双模通信模块包括主控单元(MCU)、HPLC部分电路以及RF部分电路，其中主控单元(MCU)是该通信模块的控制核心，主要运行双模协议以及应用层软件，SDRAM和FLASH作为程序与数据的存贮部件。HPLC部分电路主要包括载波通信芯片、线路驱动器、带通滤波器和耦合变压器，其中载波通信芯片具体可选取支持多载波正交频分复用技术的芯片；线路驱动器用于对发送模拟信号放大，带通滤波器用于对接收到的模拟信号进行滤波，耦合变压器用于双向模拟信号与电力线之间的耦合。RF部分电路包括射频芯片、阻抗匹配电路和信号发射天线。主控单元具体可通过SPI方式与上述各主要部件进行通信，通过UART方式支持DL/T645协议与采集器或集中器的通信，实现电表抄读和费控等功能。

本实施例中，异构场域网节点的双模通信模块具体采用四层架构通信协议，通信协议栈如图3所示，包括应用层、异构网络层、数据链路层以及物理层四层，其中应用层以统一抽象的“数据通道”替代RF和HPLC端口，使其通信地位一致；异构网络层实现网络组网与维护、路由管理以及应用层报文的汇聚和分发，存贮并动态刷新混合路由表；数据链路层中定义了RF链路MAC层以及HPLC链路MAC层，其中RF链路MAC层具体为带冲突避免的载波侦听多址接入和时分多址接入控制机制，HPLC链路MAC层具体通过载波侦听多址接入和时分多址接入竞争物理信道；物理层中定义了RF链路PHY(物理层)以及HPLC链路PHY(物理层)，RF链路PHY层包括射频通信所需要的频率资源、输出功率、调制方式、数据信道编码方式和信道切换方法等，HPLC链路PHY层用于实现宽带载波信号的调制并耦合到电力线上，以及接收电力线宽带载波信号并解调为数据报文。应用层具体可通过485总线采用DL/T645协议与电能表进行通信。

本实施例基于HPLC与RF的双模通信模块构建配电场域网，各节点部署后，节点移动性较小，网内节点主要与中心节点进行数据交换，节点之间数据交换量小，因此配电场域网采用集中式路由，由中心节点管理全网混合多径路由表，重点维护各节点与中心节点之间的最优多径路由，并由中心节点通过配置参数帧更新网络各节点所存储的路由表。

本实施例中，步骤S02中，通过计算网内各节点间通信链路的度量值，动态维护节点的通信链路的邻接矩阵，具体邻接矩阵中矩阵值为节点间通信链路的度量值，通信链路包括RF链路和HPLC链路，根据网内各节点的通信链路的邻接矩阵构建混合多径路由表。本实施例中具体使用滑动窗口加权平均链路度量方法，通过对链路历史统计值和瞬时值进行加权平均，计算得到各节点间通信链路的度量值，以有效提高链路度量值的收敛速度。

以下先对本实施例中滑动窗口加权平均链路度量方法的实现原理进行分析：

期望传输时间(ETT)为用于估算链路成功传送数据包的时间，计算如下式(1)所示：

式(1)中，S_r和S_t分别表示接收和传送数据的成功率，D表示数据包大小，B为链路带宽。

但上述期望传输时间ETT不能反映链路时变性，本实施例采用加权累计传输时间(WCE)对ETT进行优化，计算如式(2)所示：

式(2)中，0≤α≤1为随场景可选参量。式(2)中前段体现了该链路端到端的历史时延，后段选取当前ETT值。

考虑到WCE没有考虑链路干扰，本实施例进一步引入干扰敏感度量累计传输时间(IAW)，计算式如式(3)所示：

式(3)中，SINR为节点u和v之间无线链路的信噪比，计算如式(4)所示：

式(4)中N表示背景噪声，P_u(v)为节点u收到节点v的信号强度，η(u)为节点u可接收到的数据分组节点集合，τ(w)分组节点平均分组产生率。

考虑双模异构配电场域网中HPLC和RF链路特点以及获取相关参数的便利性，在上述式(1)～(4)的基础上，进一步对IAW链路度量方法进行简化，形成以对链路历史统计值和瞬时值进行加权平均的滑动窗口加权平均链路度量方法(SWA)，不仅实现简单，且还可以有效提高链路度量值的收敛速度。上述历史统计值的取值数量、滑动窗口数具体均可以根据实际需求设置。

本实施例中具体设定滑动窗口数为4，则采用滑动窗口加权平均链路度量方法(SWA)计算链路度量值时计算公式如式(5)所示。

其中，β_i为权值，具体可按照越靠近当前的值则所取权值越大的原则进行设置，以减轻链路信道多变的影响；SNR表示链路信噪比，体现链路当前负载及环境干扰状况。

在具体应用实施例中，按照式(5)计算链路度量值时，具体计算最近4个ETT的值，权值β_i依次取(0.1，0.2，0.3和0.4)，越靠近当前的值则所取权值越大，以减轻链路信道多变的影响。

本实施例各节点在网络维护周期中，具体通过接收邻居节点发送的发现列表报文，计算出与邻居节点通信成功率和时延，从本节点物理层获取链路信噪比，分别计算出本节点到邻居结点RF链路和HPLC链路的度量值。

本实施例双模异构配电场域网中，中心节点负责整个网络的组网控制、网络维护等功能，实现整个网络的通信控制。具体在一个路由周期内，中心节点通过接收网络各节点的发现列表报文、通信成功率上报报文和场强收集应答帧，计算全网中各节点间通信链路的度量值，动态维护网络节点RF链路邻接矩阵和HPLC链路邻接矩阵，矩阵值为节点间链路度量值，若两节点无通信链路，将链路度量值设置为无穷大。

中心节点基于维护的邻接矩阵即可构建混合多径路由表，由混合多径路由表来维护网内各节点与中心节点之间的最优多径路由，以使得能够实现最优多径并发传输。考虑多径传输端到端时延、包乱序率和重排序时延等因素对多径并行传输的影响，本实施例配置多径传输路径数不超过3条，同时为防止某些链路失效导致整个数据传输中断，使得多径路径之间相同链路数最少。本实施例中，构建混合多径路由表的步骤包括：

S201.路由开始计算前，取各节点的通信链路的邻接矩阵中最小值作为最优邻接矩阵；

S202.根据确定的最优邻接矩阵计算最短路径，生成最优路径；

S203.确定次优路径：从所述最优邻接矩阵中剥离所述最优路径上的链路，剥离时若待剥离链路的两节点间仍有大于当前链路度量值的另一目标通信链路度量值，则将所述最优邻接矩阵中待剥离链路的链路值替换为所述目标通信链路度量值，使用剥离完成后的最优邻接矩阵计算最短路径，生成次优路径；

S204.生成再次优路径：从当前所述最优邻接矩阵中剥离所述最优路径和所述次优路径上的链路，并计算最短路径，生成再次优路径。

本实施例通过上述步骤构建混合多径路由表，能够构建最优、次优、再次优3条传输路径，同时还能够使得多径路径之间相同链路数最少，防止某些链路失效导致整个数据传输中断，从而进一步提高网络中数据传输的效率以及可靠性。

在具体应用实施例中，如图4所示，本实施例混合多径路由表创建流程具体为：

路由开始计算前，首先取RF链路邻接矩阵和HPLC链路邻接矩阵对应位置最小值作为最优邻接矩阵相应位置值；

依据最优邻接矩阵，采用最短路径算法计算最优路径；

计算次优路径时，首先采用剪枝算法从最优邻接矩阵中剥离已生成的最优路径链路，剥离时，若该链路两节点间仍有大于当前链路度量值的另一通信链路度量值，则将最优邻接矩阵中该两节点链路值替换为该值，若无，则该值设置为无穷大，表示两节点无通信链路，最后用剥离完成后的最优邻接矩阵采用跳数受限最短路径算法生成次优路径；

生成再次优路径时，从最优邻接矩阵中剥离已生成的最优路径和次优路径链路后，采用最短路径算法生成再次优路径。

本实施例具体采用跳数受限最短路径算法计算最短路径，跳数受限最短路径算法为基于Bellman-Ford(贝尔曼-福特)算法并对生成的最短路径中的中继节点数进行限制形成得到。若路由中的中继节点数过多，一方面中继节点转发数据需要消耗时间，另一方面也会影响数据传输的可靠性，本实施例对生成的路由中的中继节点数进行限制，在Bellman-Ford算法的基础上进行优化，对生成的最短路径中的中继节点数，即边数进行限制。

依据最优邻接矩阵节点数m和链路数n，可生成一个具有m个节点n条边的无向图G(m,n)，m个节点分别编号为1，2，3...m，中心节点编号为1；用v(i,j)表示节点i和节点j之间边的权值，即链路度量值；用d(i)表示节点i到中心节点的距离，d₀(i)为上一次迭代完成后节点i到中心节点的距离；生成路径的边数限定为k；定义集合P为上轮迭代得到的节点的集合，定义集合Q为本轮迭代得到的节点的集合。

本实施例中，采用跳数受限最短路径算法计算最短路径的详细步骤包括：

S221.初始化：初始化网内各节点的距离、节点之间的距离，并把中心节点加入到集合P中，所述集合P为上轮迭代距离变小点的集合；

S222.在第h次迭代中，按照节点编号依次对所述集合P中的各节点i计算：其中，d(i)表示节点i到中心节点的距离，d₀(i)为上一次迭代完成后节点i到中心节点的距离，v(i,j)表示节点i和节点j之间边的权值，即链路度量值；若d(j)<d₀(j)且节点j不在集合Q中，则把节点j加入到所述集合Q，同时从所述集合P中删除节点i，所述集合Q为本轮迭代距离变小点的集合；

S223.当所述集合Q为空或者迭代次数等于生成路径的限定边数k时，结束计算，则当前得到的d(i)为节点i到中心节点的最短距离，计算得到所述最短路径；若所述集合Q非空并且迭代次数小于所述限定边数k时，执行步骤S224；

S224.将所述集合P清空，同时把所述集合Q中的节点移至所述集合P后再清空所述集合Q，对节点i令d₀(i)＝d(i)，其中i∈[1..m]，迭代次数变量增1后跳转到S222重复执行。

上述步骤S221具体包括：首先令中心节点到本身的距离为0，其它节点到中心节点的距离为正无穷大，即d(1)＝0d(i)＝+∞,i∈[2..m]，把中心节点1加入到集合P中，迭代次数变量赋予初值1；同时设定上次迭代即第0次迭代，中心节点的距离为0，即d₀(1)＝0，其它各节点的距离为正无穷，即d₀(i)＝+∞,i∈(2..m)。

本实施例通过采用采用跳数受限最短路径算法计算得到的最短路径，能够尽可能的减少中继节点转发数据需要消耗时间，还能够进一步提高数据传输的可靠性。

本实施例步骤S02中还包括根据网内各节点的重要性以及数据传输频次，使用分散更新方法更新混合多径路由表，包括：按照各节点的重要程度为各节点设置对应的更新间隔时间，当目的节点达到需更新的时间或目的节点与中心节点进行数据交换时，控制更新目的节点的混合多径路由表，或存在目的链路的实时度量值与历史度量值之间的变化超过预设阈值，则控制更新与目的链路相连节点的混合多径路由表。

在具体应用实施例中，上述对各节点路由的更新具体采用最近最多使用分散更新方法，以实现混合多径路由表适时高效的更新，上述最近最多使用分散更新方法具体包括：

(1)给网内各节点设一定时器，并置相同初值，依据节点重要性，设置不同递减步进，重要性越高，递减步进越大；

(2)若某节点定时器递减为0时，更新该节点多径路由，通过新生成的最优路径向该节点发送路由更新指令，并置该节点定时器为初值；

(3)当中心节点与网络某节点进行一次数据交换后，对该节点多径路由进行更新，并置该节点定时器为初值；

(4)若某链路实时度量值与所记录的历史度量值变化超过预设比例时，更新与该链路相连节点的多径路由，并置该节点定时器为初值。

本实施例使用最近最多使用分散更新方法，可以避免路由集中更新对中心节点和网络带来的瞬时大负载，也可使重要节点和通信频次高的节点获得较高路由更新机率，网络也可实时感知网络状态的突变。

通过上述步骤构建出混合多径路由表后，当网内源节点需要发送数据时，先根据混合多径路由表查找出源节点到目的节点的多条可用路径，然后将待发送数据通过查找出的多条可用路径进行并发传输，即可实现多条路径的并行数据传输，能够有效提高配电场域网内数据传输的效率。

本实施例还提供基于HPLC与RF的混合双模异构场域网多径并发传输系统，包括：

混合双模异构场域网，由多个预置有双模通信模块的智能电能表作为节点构建形成，所述双模通信模块具有RF和HPLC两种通信模式；

混合双模异构配电场域网内的中心节点配置为管理全网的混合多径路由表，所述混合多径路由表用于维护网内各节点与所述中心节点之间的最优多径路由；

还包括多径传输模块，用于当网内源节点需要发送数据时，根据所述混合多径路由表查找出源节点到目的节点的多条可用路径，将待发送数据通过查找出的多条可用路径进行并发传输。

本实施例基于HPLC与RF的混合双模异构场域网多径并发传输系统与上述基于HPLC与RF的双模异构场域网多径并发传输方法对应，在此不再一一赘述。

本实施例还提供计算机装置，包括处理器以及存储器，存储器用于存储计算机程序，处理器用于执行计算机程序，处理器用于执行所述计算机程序以执行如上述基于HPLC与RF的双模异构场域网多径并发传输方法。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。