宽带微功率路由算法的研究和应用

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在当前的用户用电信息系统中大都采用低压电力线通信,通信信号通过电力线进行传输。这种通信方式受限于传输介质和布线,存在网络速率低、信号易受工频噪声影响、无法穿过变压器等缺点。宽带微功率作为一种无线宽带通信方式,避免了电力线通信带来的缺点,开始应用于用电信息系统。然而,目前的宽带微功率网络协议栈网络层存在节点管理效率低、灵活性差的缺陷,无法应对业务量和数据量逐渐增大的信息网络。本文在实现宽带微功率网络组网的基础上,对网络结构和路由算法进行了优化。首先,提出了对宽带微功率网络结构的优化方案,采取树状和网状混合的网络结构。树状网络用于节点集中管理,提升节点业务效率,同时控制子节点的发射功率,提高信道复用能力。网状网络用于优化多跳传输过程中的路径规划,降低报文传输过程中的时延,提高业务成功率。在现有的宽带微功率网络中,每个节点需要周期性发送网络维护帧来保持网络的稳定可靠,但节点密集区域,网络维护帧占用大量信道资源,降低了网络性能的上限。但是单纯减少网络维护帧发送频率会使网络质量急剧下降,因此本文提出了应用于宽带微功率网络的分布式强化学习路由算法。通过对传输路径的迭代探索和对业务报文的数据合并,在保证网络质量稳定的同时,大大减少了网络维护帧的数量,更能发挥网络性能上限。最后,本文在宽带微功率实验平台上对混合网络模型和强化学习路由算法进行了实现和对比,验证了混合结构网络在大衰减条件下有更好的业务性能,而强化学习路由算法提高了网络容纳业务上限。
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