一种高效动态自动维护的路由表结构及路由表管理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及在集中抄表系统中使用载波或微功率无线通讯时，载波或微功率无线 通讯模块使用的一种高效动态自动维护的路由表管理方法，具体是一种高效动态自动维护 的路由表结构及路由表管理方法。
【背景技术】
[0002] 电力远程集中抄表系统（简称"集抄系统"）是基于计算机、通信技术为基础，对电 能表进行数据采集、传输和处理的大型信息系统，它是抄表方式的一种技术进步，可以提高 抄表及时率、降低人工抄表差错率、发现用电异常及时报警、同时抄收台区总表可进行线损 计算分析。集抄系统由通信网络、系统主站、集中器、采集终端四部分组成。随着科学技术 日新月异的发展，通信已经成为整个系统的重要组成部分。按照系统的构成，通信信道可分 为上行和下行，常见的通信方式有：PSTN有线电话网、GPRS无线、光纤通信方式、无线组网 及低压电力载波通信方式等。
[0003] 随着全国范围电网大改造的展开，如何解决日益庞大的供电网络自动化管理问 题已迫在眉睫。利用低压电力载波通信技术来传输用电数据，实现及时有效收集和统计， 提高电力系统对供电质量监控能力和管理水平，是目前国内外公认的一个最佳方案。低压 电力线是最为广泛的一种通讯媒介网络，采用合适技术充分用好这一现成的媒介，使低压 电力线载波抄表系统达到实用化的需求，所产生的经济效益和生产效率是显而易见的。但 由于低压电力网结构的复杂性以及电网特征的多变性，使得电力载波技术具有一定的局限 性。近年来，随着无线通信技术的发展，采用无线组网通信方式，在一定程度上弥补电力载 波技术的不足。近年来，电力载波通信和微功率无线通信，在电力集抄领域，都有着长足的 应用。
[0004] 不论下行使用载波通信或者微功率无线通信方式，受限于直接点对点的通信距 离，要完成一个配变台区的数据采集，通常供电台区末端的电表，需要通过多级中继，才能 采集成功。由于电网环境的多变性，仅靠单一路由路径，很难使得台区抄表成功率达到 100%，对任意一个台区节点，必须能灵活快速从多条路由路径选取路径，并且路由表要能 根据现场运行情况，动态维护更新，方能使抄表成功率上一个台阶。那么在嵌入式系统，有 限的资源条件下，实现中心节点的路由表高效管理，显得尤为重要。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是针对集中系统中，下行使用载波通讯或微功率无线通讯方式时， 路由表有效路径少、查找速度慢、动态维护更新困难等问题，提出一种高效动态自动维护的 路由表结构及路由表管理方法。
[0006] 本发明的技术方案是：
[0007] -种高效动态自动维护的路由表结构，中心节点路由表的数据结构由散列表和路 由链表构成，所述路由链表为有序双向链表，散列表中的每个子节点维护一个路由链表，该 子节点自身为路由链表头节点，路由链表中的每个元素，为该子节点返回中心节点的第一 跳中继节点；所述路由链表中的每个元素即中继节点，其内容包含节点ID、路由跳数以及 路由频度信息，路由跳数定义为当前子节点选择此中继节点回到中心节点，需要经过的中 继节点个数，路由跳数越少表示路径越短；路由频度信息定义为此中继节点的活跃程度，路 由频度越高表示通信成功率越高，当中心节点选择了一条路径进行通信，如果通信成功，则 路径中的每个节点，依次将其下游节点作为中继节点加入其路由链表，并将其路由频度信 息增加1，同时，中心节点根据时间维度，定时将各节点的中继节点的频度信息减1，即路由 频度信息随时间挥发；子节点的路由链表中的中继节点根据其路由跳数、路由频度信息进 行综合排序：优先排列路由频度高的中继节点，路由频度相同的优先排列路由跳数少的中 继节点，在选择路由路径时，将优先选择离链表头最近的中继节点。
[0008] 散列表的散列地址根据子节点地址叠加后取模获得，模值M为常数，根据中心节 点支持的规模进行设置。
[0009] 在集抄系统中，子节点地址为6字节压缩B⑶码，散列表地址：
[0011] 散列表中的每个子节点，根据在散列表中的位置，对应一个唯一 ID，由散列数组索 引号+子节点位于散列表中的序号构成。
[0012] 中心节点根据时间维度，定时将各节点的中继节点的频度信息减1，所述定时为 12小时。
[0013] -种高效动态自动维护的路由表管理方法，它包括路由路径查找、路由路径管理、 路由路径动态维护三部分，其中：
[0014] 路由路径查找过程包括：
[0015] S101，根据子节点地址查找散列表，查找失败则结束，查找成功进行S102 ;
[0016] S102,取路由链表第一个中继节点；
[0017] S103,从节点元素中取出子节点ID，判断是否对应散列表中的子节点，是则进行 S104,否则取路由链表下一个中继节点并循环S103 ;
[0018] S104,子节点加入到选取路径中，判断路由链表是否为空，是则结束，否则返回 S102 ；
[0019] 路由路径管理过程包括：
[0020] S201，探索未知路由信息，获取一条通讯路径；
[0021] S202,以倒序的方式，从最后一个节点开始，依次将其通讯路径的下一个节点加入 到其路由链表中，并更新路由跳数，递增路由频度信息，如果该节点已经存在于路由链表 中，仅更新路由跳数和路由频度信息。
[0022] 路由路径动态维护过程包括：
[0023] S301，从散列表中选定待维护子节点；
[0024] S302,从其路由链表中选择第i个中继节点，初始i = 0 ;
[0025] S303,选取第i+Ι个中继节点，该中继节点为空则结束，不为空则进行S304 ;
[0026] S304,第i+Ι个中继节点与0~i个中继节点依次比较优先级：路由频度高者优 先级高，若路由频度相同，则路由跳数少者优先级高；判断是否找到优先级低于其的中继节 点，找到则进行S305,否则返回S303 ;
[0027] S305,将第i+Ι个中继节点插入优先级低于其的中继节点之前，并返回S303。
[0028] 路由路径查找过程中SlOl根据子节点地址查找散列表的具体步骤为：
[0029] SlOll根据待通讯子节点地址计算散列表地址MID ;
[0030] S1012取散列表第一个子节点，判断散列表是否为空，为空则结束；否则进行地址 匹配，匹配成功则结束，否则取散列表下一个元素循环S1012。
[0031] 路由路径管理过程中S201获得一条通讯路径是中心节点空闲时，使用蚁群算法 或遗传算法，探索未知路由信息以获得通讯路径。
[0032] 本发明的有益效果：
[0033] 本发明的方法不限于载波路由或微功率无线通信的路由管理，兼顾了嵌入式系统 资源有限的前提，同时满足路由表的快速查找、路由描述信息无冗余，大量节省存储空间， 并且可以动态自动维护更新，具有很高的应用推广价值。
[0034] 本发明提出的路由表管理方法，由路由路径查找、路由路径管理（增加、删除）、路 由路径动态维护三部分构成，简单、高效。本方法充分考虑了在中心节点出现任何路径异常 情况下的自动恢复（修复），充分展现了高效、高可靠的特点。同时，该方法具有高度抽象 性，与具体通信方式无关，可适应宽带载波、窄带载波或微功率无线通信，是一种较通用的 路由表管理方法，可以适用于不同的嵌入式系统数据通信领域，具有很高的实用性及推广 价值。
【附图说明】
[0035] 图1是路由表结构框图。
[0036] 图2是中继节点结构图。
[0037] 图3是子节点ID结构图。
[0038] 图4是根据子节点地址查找散列表流程图。
[0039] 图5是路由路径查找流程图。
[0040] 图6是路由路径更新流程图。
[0041] 图7是路由表自动维护流程图。
【具体实施方式】
[0042] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
[0043] 如图1-3所示，一种高效动态自动维护的路由表结构，中心节点路由表的数据结 构由散列表和路由链表构成，所述路由链表为有序双向链表，散列表中的每个子节点维护 一个路由链表，该子节点自身为路由链表头节点，路由链表中的每个元素，为该子节点返 回中心节点的第一跳中继节点；所述路由链表中的每个元素即中继节点，其内容包含节点 ID、路由跳数以及路由频度信息，路由跳数定义为当前子节点选择此中继节点回到中心节 点，需要经过的中继节点个数（跳数为2,表示当前子节点选择此中继节点回到中心节点， 需要经过2个中继节点）；路由频度信息定义为此中继节点的活跃程度（为一动态信息）， 当中心节点选择了一条路径进行通信，如果通信成功，则路径中的每个节点，依次将其下游 节点作为中继节点加入其路由链表，并将其路由频度信息增加1，同时，中心节点根据时间 维度，定时将各节点的中继节点的频度信息减1，即路由频度信息随时间挥发；如果一个子 节点长时间未能与其路由链表中的某中继节点通信，那么该中继节点的路由频度信息将降 为0,在后续路径选择中，此中继节点的优先级将靠后；子节点的路由链表中的中继节点根 据其路由跳数、路由频度信息进行综合排序：优先排列路由频度高的中继节点，路由频度相 同的优先排列路由跳数少的中继节点，在选择路由路径时，将优先选择离链表头最近的中 继节点。
[0044] 在优选的实施例中，散列表的散列地址根据子节点地址叠加后取模获得，模值M 为常数，根据中心节点支持的规模进行设置。具有相同散列表地址的子节点，将位于同一个 散列表中。
[0045] 在集抄系统中，子节点地址为6字节压缩B⑶码，散列表地址：
[0047] 在优选的实施例中，散列表中的每个子节点，根据在散列表中的位置，对应一个唯 一 ID，由散列数组索引号+子节点位于散列表中的序号构成。如0304,表不第3个散列表 第4顺序位。
[0048] 每个子节点仅管理自己返回中心节点第一跳的中继节点，整个路由表的冗余信息 几乎为〇,路由路径的选择，根据排列组合，将有无限多种可能，并且不占用任何额外的存储 空间。
[0049] 一种高效动态自动维护的路由表管理方法，它包括路由路径查找、路由路径管理、 路由路径动态维护三部分。
[0050] 结合图5,路由路径查找过程是中心节点准备通信时，将根据待访问的子节点地 址，根据散列地址运算规则，计算得到散列地址，并在对应的散列表中查找对应的子节点， 找到该子节点后，选择最优的路由路径，该子节点的路由链表的第一个中继节点即为最优 中继节点，再根据此中继节点，找到其位于散列表中的子节点，依次类推，直到能回到中心 节点，一条路由路径选择完毕。通信成功后，将再次更新各节点的双向链表信息。包括：
[0051] SlOl，根据子节点地址查找散