隨著半導(dǎo)體照明的不斷發(fā)展，LED路燈在能源監(jiān)控方面的需求較為突出，要求LED路燈能源監(jiān)控形成一個(gè)比較完整的網(wǎng)絡(luò)體系。因此要求能在遠(yuǎn)程控制的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的組建和可靠的傳輸。在通信技術(shù)的不斷發(fā)展中，低壓配電網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程通信“最后一公里接入網(wǎng)絡(luò)'是代替專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)的一種理想通信媒介；電力線通信（PowerLineCommunication，PLC）又稱(chēng)為電力載波通信，是利用電力線通過(guò)載波方式將模擬或數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)，已為現(xiàn)代數(shù)字通信的一種重要的方式。在LED路燈能源監(jiān)控網(wǎng)中的實(shí)現(xiàn)主要由兩部分組成，第一部分是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控時(shí)可以使用GSM或GPRS網(wǎng)路進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，第二部分對(duì)終端LED路燈進(jìn)行采集控制時(shí)采用電力線進(jìn)行通信。

　　對(duì)于GSM和GPRS技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程中已有成熟的通信設(shè)備，但是由于低壓配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，高頻信號(hào)在低壓電網(wǎng)上的傳輸必然會(huì)有較大衰減，使得低壓電力線信道的信號(hào)衰減大、噪聲干擾強(qiáng)，嚴(yán)重減低了PLC信道的可靠性。為此，尋找有效的低壓配電網(wǎng)電力線通信自動(dòng)組網(wǎng)和快速網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)以及提高其抗毀性的方法和電力線通信可靠性、擴(kuò)大應(yīng)用規(guī)模。

　　本文主要研究LED路燈能源監(jiān)控網(wǎng)中電力線通信組網(wǎng)，結(jié)合電力線通信的具體特點(diǎn)，在未知物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)環(huán)境下利用蟻群算法來(lái)搜索電力線通信最優(yōu)路徑的方法，提高電力線網(wǎng)路的自愈能力，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)，提高電力線通信可靠性的有效方法。

　　2LED路燈能源監(jiān)控網(wǎng)特點(diǎn)由于在LED路燈能源監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中電力線載波通信信道的時(shí)變性、頻率選擇性和強(qiáng)干擾性等特點(diǎn)，使得用電力載波通信組網(wǎng)必須具有一定的特點(diǎn)：由于LED路燈能源監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)浜瓦壿嬐負(fù)鋾?huì)經(jīng)常發(fā)生變化。這些變化使得在LED路燈能源監(jiān)控網(wǎng)中電力線通信組網(wǎng)過(guò)程中具有了很多與Adhoc網(wǎng)絡(luò)特征相似之處。因此，在LED路燈能源監(jiān)控網(wǎng)中的電力線通信方法既無(wú)法保證通信距離，也無(wú)法保證電力線通信系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性。

　　沒(méi)有專(zhuān)用的交換機(jī)或中繼器。作為L(zhǎng)ED路燈能源監(jiān)控網(wǎng)用的電力線通信，一般不采用Internet網(wǎng)中的專(zhuān)用交換機(jī)和中繼器等設(shè)備，無(wú)法實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)發(fā)和放大。因此，通信距離會(huì)隨著電網(wǎng)信道質(zhì)量的變化而動(dòng)態(tài)變化。

　　通信媒質(zhì)共享信道。在LED路燈能源監(jiān)控網(wǎng)電力線通信過(guò)程中，使用一個(gè)供電變壓器下，電力線載波信道是完全共享，信息以廣播的方式發(fā)布，所有電力線載波節(jié)點(diǎn)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)節(jié)點(diǎn)）共享同一個(gè)信道。在此環(huán)境下，低壓配電網(wǎng)信道特性的固有特點(diǎn)不能保證每一個(gè)載波節(jié)點(diǎn)能夠正確地收到相關(guān)信息。因此，LED路燈能源監(jiān)控網(wǎng)中電力線通信組網(wǎng)需要通過(guò)路由/中繼器將同一個(gè)物理子網(wǎng)劃分成多個(gè)邏輯子網(wǎng)。

　　弱數(shù)據(jù)處理能力LED路燈能源監(jiān)控網(wǎng)一般由一個(gè)中心（核心）節(jié)點(diǎn)、多個(gè)主節(jié)點(diǎn)和若干個(gè)終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)組成。中心節(jié)點(diǎn)和主節(jié)點(diǎn)一般為集中控制器，所包含的CPU數(shù)據(jù)處理能力相對(duì)比較強(qiáng)；而終端設(shè)備多為WD路燈能源采集器，或不包含CPU，或所包含的CPU數(shù)據(jù)處理能力較弱。電力線通信模塊一般采用弱數(shù)據(jù)處理能力的CPU.因此，電力線通信組網(wǎng)很難用一般計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)路由算法實(shí)現(xiàn)。

　　―對(duì)多通信。在LED路燈能源監(jiān)控網(wǎng)中，通信方式經(jīng)常是“一對(duì)多”，即一個(gè)集中控制器（中心節(jié)點(diǎn)）與它所負(fù)責(zé)控制的若干個(gè)LED路燈能源采集終端設(shè)備（終端節(jié)點(diǎn)）之間通信，各終端設(shè)備之間不需要直接的命令發(fā)布（通信）。因此，只需要維護(hù)一個(gè)全局路由表，即只需要保證中心節(jié)點(diǎn)與所有終端節(jié)點(diǎn)可靠通信，這大大簡(jiǎn)化了電力線通信路由表的維護(hù)工作。

　　3基于蟻群算法的LED路燈監(jiān)控網(wǎng)3.1蟻群算法基本原理是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的、受自然界螞蟻搜尋食物行為啟發(fā)得到的并行優(yōu)化算法。該算法是一種性能優(yōu)良的啟發(fā)式隨機(jī)優(yōu)化算法，采用正反饋機(jī)制實(shí)現(xiàn)分布式全局優(yōu)化，通過(guò)信息素的不斷更新達(dá)到最終收斂于最優(yōu)路徑上，算法無(wú)需進(jìn)行大量的概率計(jì)算或建立復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)預(yù)測(cè)，可應(yīng)用于LED路燈能源監(jiān)控通信網(wǎng)中路由的組合優(yōu)化求解，能夠大大提高系統(tǒng)的可靠性和魯棒性。

　　3.2基于蟻群理論的組網(wǎng)路由算法設(shè)有個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的集合C；螞蟻的數(shù)量為w，用<表示兩個(gè)節(jié)點(diǎn)/和之間的距離。表示，時(shí)刻路徑/）上的信息素量，以此來(lái)模擬實(shí)際螞蟻的分泌物。表示路徑的能見(jiàn)度，反映由節(jié)點(diǎn)z到節(jié)點(diǎn)y的啟發(fā)程度，一般可取為螞蟻4灸=1，2，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，根據(jù)各條路徑上的信息量決定其轉(zhuǎn)移方向，用禁忌表to%（眾=1，2，w）來(lái)記錄螞蟻A：當(dāng)前所走過(guò)的節(jié)點(diǎn)，隨著進(jìn)化過(guò)程動(dòng)態(tài)調(diào)整。在搜索過(guò)程中，螞蟻根據(jù)各條路徑上的信息量及路徑的啟發(fā)信息來(lái)計(jì)算狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率。⑷表示在，時(shí)刻螞蟻A：由節(jié)點(diǎn)/轉(zhuǎn)移到節(jié)點(diǎn)7的狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率，其為⑴：-to%表示螞蟻A：下一步允許選擇的節(jié)點(diǎn)的集合。由上式可知，4與成正比。a為信息啟發(fā)因子，反映了螞蟻在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所積累的信息素在螞蟻運(yùn)動(dòng)時(shí)所起的作用，其值越大，則該螞蟻越傾向于選擇其他螞蟻以前經(jīng)過(guò)的路線，螞蟻之間的協(xié)作性越強(qiáng)；為啟發(fā)式因子，反映了螞蟻在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中啟發(fā)信息在螞蟻選擇路徑中受重視程度，其值越大，螞蟻選擇離它近的節(jié)點(diǎn)的可能性越大。

　　為避免殘留信息素過(guò)多引起殘留的信息量淹沒(méi)啟發(fā)信息，每只螞蟻?zhàn)咄暌徊交蛘弑闅v完“個(gè)節(jié)點(diǎn)后，要對(duì)殘留信息素進(jìn)行更新處理。在H時(shí)刻路徑M上的信息素量按如下規(guī)則進(jìn)行調(diào)整：-p表示信息素?fù)]發(fā)系數(shù)，為了防止信息的無(wú)線積累，p的取值范圍為（0，1）；表示本次循環(huán)中路徑（i）上的信息素增量，初始時(shí)刻Ati；/=0，表不第A：只螞蟻在本次循環(huán)中留在路徑（以）上的信息素量。最后通過(guò)不同的更新策略完成最終的信息素的更新。

　　LED路燈能源監(jiān)控網(wǎng)中電力線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇醋饔晒?jié)點(diǎn)和鏈路構(gòu)成的圖，G（F，幻。F為節(jié)點(diǎn)的集合，五為邊的集合。距離代表兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間距離表示最小跳數(shù)，節(jié)點(diǎn)之間的存在直接通信的為跳節(jié)點(diǎn)，通過(guò)一次路由器時(shí)通信的距離增加為1跳。

　　4仿真結(jié)果為檢驗(yàn)算法的有效性，建立一個(gè)與實(shí)際系統(tǒng)相同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，即?條支路組成一個(gè)星形網(wǎng)絡(luò)，每條支路16個(gè)節(jié)點(diǎn)，中心節(jié)點(diǎn)為1號(hào)節(jié)點(diǎn)，并假設(shè)每個(gè)節(jié)點(diǎn)最遠(yuǎn)能覆蓋相鄰的6個(gè)節(jié)點(diǎn)。每只螞蟻壽命最大為5跳。為每次迭代采用20只螞蟻、對(duì)節(jié)點(diǎn)65進(jìn)行路由搜索的一次Matlab仿真結(jié)果。其搜索出節(jié)點(diǎn)25和節(jié)點(diǎn)49或節(jié)點(diǎn)25和節(jié)點(diǎn)45.可見(jiàn)，最佳路由并不唯一，這也與實(shí)際情況相一致。