智能電網(wǎng)鄰域網(wǎng)路由算法研究進(jìn)展

宗 宇 霍梅梅 鄭增威

1(安徽理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 安徽 淮南 232001)2(浙江大學(xué)城市學(xué)院 杭州市物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 浙江 杭州 310015)

智能電網(wǎng)鄰域網(wǎng)路由算法研究進(jìn)展

宗 宇1,2霍梅梅2鄭增威2

1(安徽理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 安徽 淮南 232001)2(浙江大學(xué)城市學(xué)院 杭州市物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 浙江 杭州 310015)

鄰域網(wǎng)是智能電網(wǎng)通信網(wǎng)的最后一英里通信，也是智能電網(wǎng)的重要組成部分。高效的通信是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)前提，路由算法是其提高網(wǎng)絡(luò)通信能力的關(guān)鍵核心技術(shù)。根據(jù)鄰域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其通信特點(diǎn)，首先分析適用鄰域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；其次對(duì)適用于鄰域網(wǎng)的路由算法研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，著重分析適用于鄰域網(wǎng)的RPL(Routing Protocol for LLNs)和HWMP(Hybrid Wireless Mesh Protocol)改進(jìn)算法性能及在鄰域網(wǎng)中的實(shí)用性，并分析改進(jìn)算法存在的不足；最后總結(jié)鄰域網(wǎng)路由算法后續(xù)研究面臨的問(wèn)題與挑戰(zhàn)。

智能電網(wǎng) 鄰域網(wǎng) 路由算法 RPL HWMP

0 引 言

智能電網(wǎng)是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，通過(guò)先進(jìn)的傳感和測(cè)量技術(shù)、設(shè)備控制方法以及智能決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標(biāo)。其主要特征包括自愈、激勵(lì)、抵御攻擊、提供滿足未來(lái)用戶需求的電能質(zhì)量、容許各種不同發(fā)電形式的接入、啟動(dòng)電力市場(chǎng)以及資產(chǎn)的優(yōu)化高效運(yùn)行[1]。

為實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)可靠、有效運(yùn)行，需設(shè)計(jì)一個(gè)安全、可靠的智能電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)SGCN(Smart Grid Communication Network)來(lái)實(shí)現(xiàn)SG中的相關(guān)應(yīng)用正常工作。SGCN一般可以分為三個(gè)部分：廣域網(wǎng)WAN(Wide Area Network)、NAN和家庭局域網(wǎng)HAN(Home Area Network)。NAN由成千上萬(wàn)個(gè)智能電表SM(Smart Meter)和一些數(shù)據(jù)傳送裝置組成，負(fù)責(zé)收集、處理和傳遞用戶數(shù)據(jù)工作，在整個(gè)SGCN中，處于中間位置，連接著WAN和HAN，通過(guò)數(shù)據(jù)聚合器單元(由NAN網(wǎng)關(guān)組成)與WAN連接，通過(guò)智能電表與HAN連接，在SGCN中起著重要的橋梁作用。所以NAN通信質(zhì)量決定了整個(gè)SGCN運(yùn)行效率和可靠性[1-3]。NAN和移動(dòng)自組網(wǎng)有所不同，具有如下特點(diǎn)：

1) 適應(yīng)力強(qiáng)

NAN覆蓋范圍較大，地理環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，需具有較強(qiáng)的通信適應(yīng)能力。

2) 自愈性強(qiáng)

當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)或幾個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)通信故障等問(wèn)題時(shí)，NAN將采取相應(yīng)的措施進(jìn)行修復(fù)或者重建，從而保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行。

3) 可擴(kuò)展

可擴(kuò)展性表現(xiàn)在，一是覆蓋面積的可擴(kuò)展；二是NAN中端節(jié)點(diǎn)數(shù)目的可擴(kuò)展。

4) 支持多道通信

NAN中節(jié)點(diǎn)分布較多，節(jié)點(diǎn)之間通信需求大，支持多道通信，可以提高通信效率。

在NAN中要實(shí)現(xiàn)安全、高效、可靠通信，路由算法設(shè)計(jì)是關(guān)鍵問(wèn)題，路由算法的優(yōu)劣直接影響著數(shù)據(jù)傳輸，影響著整個(gè)通信體系性能。本文首先介紹了NAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；然后分析了NAN的路由算法研究現(xiàn)狀，特別對(duì)RPL和HWMP協(xié)議進(jìn)行了詳細(xì)分析；接著對(duì)NAN路由算法性能參數(shù)和仿真工具進(jìn)行了研究；最后，對(duì)NAN路由算法研究中存在的問(wèn)題進(jìn)行了描述，并對(duì)后續(xù)路由算法研究中面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要總結(jié)。

1 NAN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

NAN物理上可以看作是在一個(gè)覆蓋面積為1～10 km2范圍內(nèi)，通過(guò)有線或無(wú)線鏈路進(jìn)行通信的設(shè)備分布圖，只考慮物理上的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳⒉荒芎芎玫貙?shí)現(xiàn)NAN節(jié)點(diǎn)間通信，還要考慮到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲泄?jié)點(diǎn)之間邏輯關(guān)系。

在NAN中，把每一個(gè)設(shè)備看作一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)并不都需要和其他節(jié)點(diǎn)通信。其中一些節(jié)點(diǎn)雖然物理上連通，但邏輯上不需要連通，所以就需要設(shè)計(jì)NAN邏輯網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，來(lái)描述節(jié)點(diǎn)之間的連通關(guān)系。邏輯關(guān)系可以通過(guò)連接矩陣的方式，也可以通過(guò)有向無(wú)環(huán)圖的方式表示。例如，簡(jiǎn)化一下NAN網(wǎng)絡(luò)，假設(shè)由A-G組成，它的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1的下平面所示，實(shí)線表示節(jié)點(diǎn)之間連通。而A-G的邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1的上平面所示。

物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，節(jié)點(diǎn)B與節(jié)點(diǎn)C物理相連，而邏輯上不相連，不產(chǎn)生通信流。而且節(jié)點(diǎn)D不需要與其他節(jié)點(diǎn)通信，不出現(xiàn)在邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上。所以，我們更加關(guān)注的是網(wǎng)絡(luò)的邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)表現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間的通信[1]。

通過(guò)邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，我們可以清楚地觀察到各節(jié)點(diǎn)之間的通信關(guān)系，在邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，再要進(jìn)行優(yōu)化可以采用分簇方法進(jìn)行。最終，根據(jù)該拓?fù)湓O(shè)計(jì)合適的路由算法，實(shí)現(xiàn)高效、安全、可靠的通信。

圖1 NAN物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(上平面圖為NAN邏輯結(jié)構(gòu)圖，下平面圖為其物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖)

NAN一般都是事先規(guī)劃的，節(jié)點(diǎn)一般是靜態(tài)的，只有當(dāng)節(jié)點(diǎn)發(fā)生中斷或者有其他節(jié)點(diǎn)加入時(shí)才會(huì)發(fā)生改變。NAN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵儆谥械投葎?dòng)態(tài)，相比無(wú)線傳感網(wǎng)WSN和移動(dòng)自組網(wǎng)MANET拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)較穩(wěn)定。節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信模式一般是網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)到普通節(jié)點(diǎn)P2MP(Point to Multi-Point)或者普通節(jié)點(diǎn)到網(wǎng)關(guān)MP2P(Multi-Point to Point)的通信[4-5]。

適用于NAN的通信方式可以是無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)WMN(Wireless Mesh Networks)、電力線通信網(wǎng)PLC(Power Line Communication)。PLC在配電線方面有廣泛的應(yīng)用，PLC安裝成本低，考慮到成本問(wèn)題，在SG中有應(yīng)用價(jià)值。而由于安裝的靈活性，無(wú)線通信可以有效地替代所有的有線通信基礎(chǔ)設(shè)施，無(wú)線通信技術(shù)能在沒(méi)有附加纜線開(kāi)銷的情況下實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測(cè)。所以，無(wú)線通信技術(shù)在NAN中也得到了廣泛的使用。WMN是一個(gè)多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，一般適用于社區(qū)網(wǎng)絡(luò)，事先規(guī)劃再部署，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)屬于中度動(dòng)態(tài)，節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)靜態(tài)[6-7]。

WMN與 NAN的結(jié)構(gòu)較為相似，使用WMN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)連接SM是非常合適的選擇， WMN具有自愈性和可擴(kuò)展性，而且可以提供很多冗余的通信路徑[2，8-12]。

WMN可以看作是一個(gè)低功耗、有損網(wǎng)絡(luò)，WMN的特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能量和存儲(chǔ)空間有限，數(shù)據(jù)傳輸率較低。而在NAN通信中，對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸率、及數(shù)據(jù)傳送的可靠性及安全性有著一定的要求，特別是由控制中心發(fā)送到終端的數(shù)據(jù)對(duì)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性也要求較高。直接將適用于WMN的RPL算法和HWMP算法移植到NAN網(wǎng)絡(luò)中是在數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊笊线€需進(jìn)一步改進(jìn)。設(shè)計(jì)符合NAN通信特點(diǎn)的路由算法是提高NAN通信能力的關(guān)鍵技術(shù)。

2 NAN路由算法研究現(xiàn)狀

2.1 適用于NAN路由算法

基于上述問(wèn)題，眾多學(xué)者開(kāi)展了NAN路由算法相關(guān)研究工作。學(xué)者們對(duì)于適用于NAN的路由算法的研究主要針對(duì)于路由的QoS(Quality of Service)，路由的可靠性和安全性。其中對(duì)于QoS及可靠性的研究居多，一個(gè)面向用戶的應(yīng)用體系，數(shù)據(jù)的高質(zhì)量和可靠的傳輸是有效通信的前提。本文總結(jié)了適用于NAN的路由協(xié)議算法如表1所示，其中包括可靠性路由協(xié)議[13-17]，安全性路由協(xié)議[18-20]，適用于PLC的路由協(xié)議[21]，RPL適用于低功耗、有損網(wǎng)絡(luò)，HWMP為IEEE802.11s的默認(rèn)協(xié)議。

SG通信中需要滿足QoS、帶寬、延遲、速率、安全性和可用性[7]。NAN通信部件對(duì)通信帶寬、延時(shí)、QoS和安全性都有著較高要求，一個(gè)合適的路由算法是至關(guān)重要的。本文對(duì)學(xué)者們研究較多的RPL與HWMP的改進(jìn)算法進(jìn)行了分析和總結(jié)，并提出了下一步的研究方向。

表1 適用于NAN路由算法性能比較[6]

2.2 基于RPL協(xié)議改進(jìn)

RPL算法是由ROLL工作組制定，用于低功耗有損網(wǎng)絡(luò)、AMI網(wǎng)絡(luò)(Advanced Metering Infrastructure Network)路由算法，RPL最初設(shè)計(jì)是使用最小的存儲(chǔ)開(kāi)銷、采用簡(jiǎn)單路由實(shí)現(xiàn)有損網(wǎng)絡(luò)通信。

RPL算法是通過(guò)建立樹(shù)形的面向目的節(jié)點(diǎn)的有向無(wú)環(huán)DODAG(Destination Oriented Directed Acyclic Graph)建立整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的路由拓?fù)鋱D。DODAG的建立由四個(gè)消息實(shí)現(xiàn)：DIS請(qǐng)求消息、DIO信息對(duì)象發(fā)布消息、DAO目的地通告消息以及DAO-ACK目的地通告應(yīng)答消息。首先根節(jié)點(diǎn)(匯集節(jié)點(diǎn))廣播DIO消息(DIO信息包中包含著節(jié)點(diǎn)編號(hào)信息、發(fā)送節(jié)點(diǎn)的路徑深度(Rank)和路由指標(biāo))，其他節(jié)點(diǎn)受到DIO消息后，根據(jù)目標(biāo)函數(shù)、路徑開(kāi)銷來(lái)選擇是否加入該DODAG中。選擇加入父節(jié)點(diǎn)后，向父節(jié)點(diǎn)發(fā)送DAO 消息，告知父節(jié)點(diǎn)已加入DODAG中，父節(jié)點(diǎn)收到DAO消息后會(huì)發(fā)送DAO-ACK消息。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)時(shí)鐘周期，如果在到達(dá)時(shí)鐘周期后還沒(méi)有收到廣播的DIO消息，將主動(dòng)發(fā)出DIS請(qǐng)求消息，離該節(jié)點(diǎn)最近的節(jié)點(diǎn)收到DIS消息后，將廣播DIO消息，讓該節(jié)點(diǎn)加入DODAG中。

RPL支持三種類型的數(shù)據(jù)通信模型：點(diǎn)到點(diǎn)P2P(Point to Point)、MP2P和P2MP。RPL支持存儲(chǔ)式和非存儲(chǔ)式兩種工作模式。兩者最大的區(qū)別在于非存儲(chǔ)模式中，普通節(jié)點(diǎn)不存儲(chǔ)路由數(shù)據(jù)，只有根節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)路由信息；存儲(chǔ)模式中，普通節(jié)點(diǎn)與根節(jié)點(diǎn)都存儲(chǔ)路由信息。在存儲(chǔ)和非存儲(chǔ)模式中，在父節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)子孫節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的DAO消息也有不同。在存儲(chǔ)式中，父節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)子節(jié)點(diǎn)的DAO消息并維護(hù)一個(gè)路由表，記錄到達(dá)子孫節(jié)點(diǎn)的下一跳。而在非存儲(chǔ)模式中，父節(jié)點(diǎn)直接轉(zhuǎn)發(fā)子孫節(jié)點(diǎn)的DAO消息，根節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的DAO消息，計(jì)算出DODAG[18, 22,27, 29-30]。

SG中節(jié)點(diǎn)具有存儲(chǔ)能力有限、能量有限、低帶寬和不穩(wěn)定的特點(diǎn)。在NAN中應(yīng)用RPL協(xié)議是較合適的，但在數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性及可靠性方面仍有不足。通過(guò)仿真表明RPL有很好的擴(kuò)展性，但其中部分節(jié)點(diǎn)存在嚴(yán)重的不可靠性[22]。RPL不可靠的原因是由于RPL缺乏完整的鏈路質(zhì)量認(rèn)知，往往選擇的路徑是不可靠的；RPL中的路徑選擇最優(yōu)路徑，在最優(yōu)路徑中斷時(shí)不能及時(shí)恢復(fù)，數(shù)據(jù)包丟失。[22,31]。

Wang等針對(duì)RPL應(yīng)用于SG存在的不足，結(jié)合SG通信需求，進(jìn)行了兩個(gè)方面的改進(jìn)：一是增加EXT(Expected Transmission Count)路由判據(jù)參數(shù)；二是添加反向路徑記錄機(jī)制。RPL中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)唯一ID[13]，節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)信息包括該節(jié)點(diǎn)的Rank值、Parent List、default Parent ID和Destination List。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)信息包括網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的Rank(一般為常數(shù))和Destination List。在Rank值基礎(chǔ)上增加一個(gè)EXT路由判據(jù)參數(shù)，每一個(gè)路徑的EXT都會(huì)隨著數(shù)據(jù)的傳輸改變，Rank值再結(jié)合EXT進(jìn)行鏈路的選擇，大大提高了通信鏈路QoS。但隨著通信過(guò)程中EXT的改變會(huì)引起有向無(wú)環(huán)圖結(jié)構(gòu)的改變，給路由維護(hù)增加了難度。反向路由記錄機(jī)制將數(shù)據(jù)包的最近一跳添加到下一跳ID中，在不增加額外協(xié)議開(kāi)銷的情況下在數(shù)據(jù)包傳輸率和端到端延時(shí)上有很大的改進(jìn)。

Kulkarni 等針對(duì)RPL在鏈路QoS選擇和維護(hù)機(jī)制上的不足提出了相應(yīng)的解決方案：一是針對(duì)鏈路QoS問(wèn)題，主要是通過(guò)下一跳的選擇，利用Channel掃描機(jī)制尋找最合適的下一跳節(jié)點(diǎn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都維護(hù)一個(gè)存放Rank值的數(shù)組，通過(guò)掃描數(shù)組得到最大Rank值作為最優(yōu)下一跳。二是對(duì)RPL恢復(fù)機(jī)制存在的缺陷，通過(guò)鏈路連通性檢測(cè)發(fā)現(xiàn)鏈路或節(jié)點(diǎn)中斷，及時(shí)修復(fù)，減少修復(fù)時(shí)間[32]。該方案的下一跳的選擇機(jī)制增加了RPL的自組織能力，具有很強(qiáng)的實(shí)用性，在一定程度上提高了RPL的鏈路QoS及可靠性，指出下一步的研究工作將是網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)負(fù)載平衡的問(wèn)題。

在SG通信過(guò)程中，鏈路的穩(wěn)定性尤為重要。Yang等人針對(duì)提高鏈路的穩(wěn)定性，提出了SRPL(Stability RPL)算法。在RPL協(xié)議基礎(chǔ)上增加了一個(gè)穩(wěn)定性SI參數(shù)，用于衡量路由穩(wěn)定性[33]。SRPL主要通過(guò)控制消息的傳輸率來(lái)衡量一個(gè)節(jié)點(diǎn)或一個(gè)DODAG的穩(wěn)定性，SI通過(guò)監(jiān)聽(tīng)消息(HWc)計(jì)算得來(lái)，HWc用于記錄鄰居節(jié)點(diǎn)的接收包。SI分為節(jié)點(diǎn)SI和DODAG SI，節(jié)點(diǎn)SI定義為：

(1)

DODAG SI定義為：

(2)

SRPL在控制消息的開(kāi)銷上減少了90%；數(shù)據(jù)包傳輸率上有了很大的改進(jìn)，大大提高了通信鏈路的穩(wěn)定性。

RPL支持存儲(chǔ)和非存儲(chǔ)兩種模式，但在同一網(wǎng)絡(luò)分區(qū)中只能使用一種模式。而NAN中節(jié)點(diǎn)之間需要雙向通信。為解決只能使用一種模式的缺點(diǎn)，提高節(jié)點(diǎn)之間的交互性，Ko等提出了DualMOP-RPL協(xié)議[34]。該算法思想是在存儲(chǔ)空間大的節(jié)點(diǎn)采用存儲(chǔ)模式，在低存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)使用非存儲(chǔ)模式，可以在根節(jié)點(diǎn)出錯(cuò)時(shí)，及時(shí)修改選擇新的根節(jié)點(diǎn)。由于在混合模式中，一個(gè)模式中的節(jié)點(diǎn)加入到另一個(gè)模式中，只能充當(dāng)葉子節(jié)點(diǎn)，沒(méi)有路由節(jié)點(diǎn)的功能，無(wú)法進(jìn)行向上和向下的通信，DualMOP-RPL協(xié)議對(duì)RPL進(jìn)行了四個(gè)方面的修改：第一，在向上路由通信時(shí)，葉子節(jié)點(diǎn)可以作為路由節(jié)點(diǎn)。第二，在向下路由通信時(shí)，對(duì)DAO的傳輸方式進(jìn)行了修改，第三，針對(duì)非存儲(chǔ)模式的節(jié)點(diǎn)的DAO幀格式修改，在存儲(chǔ)模式和非存儲(chǔ)模式中的DAO幀必須都有TransitOption。第四，非存儲(chǔ)和存儲(chǔ)模式的節(jié)點(diǎn)都需要支持源路由報(bào)頭。DualMOP-RPL很好地實(shí)現(xiàn)了NAN中節(jié)點(diǎn)相互操作性。

Wang[13]、Kulkarni[32]、Yang[33]和Ko[34]針對(duì)RPL應(yīng)用于SG通信體系中存在的問(wèn)題進(jìn)行了改進(jìn)，RPL的性能大大提高，在鏈路QoS、路由的穩(wěn)定性、可靠性更為符合SG應(yīng)用場(chǎng)景的需求。但在四種改進(jìn)方案中，普通節(jié)點(diǎn)的路由表結(jié)構(gòu)都發(fā)生了改變，在一定程度上增加了普通節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)開(kāi)銷。在NAN中，節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)空間是相對(duì)有限的。

針對(duì)存儲(chǔ)式普通節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)開(kāi)銷大的缺點(diǎn)，楊紅等提出了一個(gè)B-RPL算法[35]，該算法通過(guò)修改RPL中的轉(zhuǎn)發(fā)方式和路由表結(jié)構(gòu)，在路由表中增加一個(gè)布隆過(guò)濾器對(duì)節(jié)點(diǎn)地址進(jìn)行過(guò)濾，通過(guò)k個(gè)哈希函數(shù)進(jìn)行地址的映射，間接存儲(chǔ)子孫節(jié)點(diǎn)的IP地址。在進(jìn)行數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，先進(jìn)行IP地址校驗(yàn)，再進(jìn)行選擇性轉(zhuǎn)發(fā)。布隆過(guò)濾器的使用避免了盲目的轉(zhuǎn)發(fā)，減少控制消息的轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)量和路由節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)空間。仿真結(jié)果表明，在一定程度上有效地節(jié)省了存儲(chǔ)開(kāi)銷問(wèn)題。

以上的改進(jìn)方案針對(duì)NAN通信的可靠性和QoS兩個(gè)方面， RPL的穩(wěn)定性、可靠性和QoS得到一定的提高，總結(jié)如表2所示。Wang等提出的方案簡(jiǎn)單但實(shí)用性較高。Kulkarni等提出的SRPL算法鏈路的穩(wěn)定性得到提高但增加了節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力，增加了節(jié)點(diǎn)能量開(kāi)銷，在低功耗的環(huán)境下節(jié)點(diǎn)能量也是至關(guān)重要的。

表2 RPL算法改進(jìn)小結(jié)

續(xù)表2

DualMOP-RPL協(xié)議很好地實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)之間交互性，符合SG的通信特點(diǎn)。B-RPL協(xié)議解決節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)開(kāi)銷問(wèn)題。以上方案在鏈路QoS及可靠性方面得到了一定程度的提高，更為合適SG的通信體系。但針對(duì)RPL在SG中的應(yīng)用，仍然存在很多需要研究的方向，如節(jié)點(diǎn)如何選擇最優(yōu)網(wǎng)關(guān)，解決避免路由波動(dòng)的問(wèn)題，增大數(shù)據(jù)包的吞吐量的方面都是接下來(lái)需要進(jìn)行研究的內(nèi)容。

2.3 HWMP協(xié)議及改進(jìn)

HWMP是一種混合無(wú)線MESH網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，是反應(yīng)式和主動(dòng)式路由有效結(jié)合。反應(yīng)式在無(wú)根節(jié)點(diǎn)的情況下使用，它通過(guò)廣播PREQ消息，和收到目的節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的單播PREP消息建立源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的通信鏈路，實(shí)現(xiàn)P2P通信。主動(dòng)式是在根節(jié)點(diǎn)存在的情況下使用，根節(jié)點(diǎn)通過(guò)兩種方式進(jìn)行路由的發(fā)現(xiàn)：PREQ機(jī)制和RANN機(jī)制。PREQ機(jī)制首先廣播PREQ消息，當(dāng)且僅當(dāng)在收到的RPEQ消息中存在這更大或相等的序列號(hào)或更好的Metric時(shí)，才更新該點(diǎn)到根節(jié)點(diǎn)的路由。RANN機(jī)制中根節(jié)點(diǎn)周期性的廣播RANN消息，每個(gè)節(jié)點(diǎn)收到后，通過(guò)向根節(jié)點(diǎn)單播發(fā)送PREQ消息建立或更新到根節(jié)點(diǎn)的前向路由，之后根節(jié)點(diǎn)發(fā)送PREP消息作為回應(yīng)[36]。

HWMP中重要的鏈路參數(shù)為Airtime Link Metric，表示一個(gè)8192 bits的數(shù)據(jù)幀的傳輸時(shí)間，其計(jì)算公式為：

(3)

(4)

其中，Ca就是當(dāng)前鏈路的Airtime Link Metric，O代表頭開(kāi)銷，包含preamble、plcphead等一起消耗的時(shí)長(zhǎng)，Bt是固定值8192。r代表傳輸速率，ef代表當(dāng)前鏈路的誤碼率。Mn為節(jié)點(diǎn)n的MAC層重傳數(shù)目，P代表節(jié)點(diǎn)n重傳包的數(shù)量，Rmax代表允許重傳的最大值。最終的metric value是按照0.01TU單位的整數(shù)倍來(lái)衡量。Metric越小，代表當(dāng)前mesh鏈路數(shù)據(jù)傳輸占用時(shí)間越短，效率越高，路徑越優(yōu)。

IEEE 802.11s支持高質(zhì)量、高速的數(shù)據(jù)傳輸，單播、多播和廣播通信都支持。但在HWMP中，先應(yīng)式中即使兩個(gè)MP間存在較短路徑，都需要通過(guò)根節(jié)點(diǎn)中轉(zhuǎn)，受根節(jié)點(diǎn)控制，根節(jié)點(diǎn)容易出現(xiàn)“瓶頸”問(wèn)題；在主動(dòng)式中，在一個(gè)RANN消息周期上，鏈路選擇參數(shù)存在著缺陷，鏈路是正進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)或該鏈路偶然出現(xiàn)中斷，會(huì)使鏈路選擇參數(shù)變差，使得在下一周期中選擇最優(yōu)的路徑，但可能并不是最優(yōu)的，會(huì)使得每一次的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信都是使用不同的鏈路；HWMP全局節(jié)點(diǎn)的恢復(fù)機(jī)制應(yīng)用于對(duì)傳輸效率要求較高的NAN中也是不太合適的。還需對(duì)HWMP結(jié)合NAN的通信要求進(jìn)行改進(jìn)，使之更好地應(yīng)用到到NAN中[38]。

HWMP應(yīng)用于SG存在著路由波動(dòng)問(wèn)題、路徑恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)、airtime cost 路由判據(jù)不能很好地反應(yīng)SG通信體系中鏈路QoS和SG中不同數(shù)據(jù)包的延遲需求不同。Kim等結(jié)合上述問(wèn)題提出了HWMP-RE協(xié)議、考慮到不同數(shù)據(jù)包的大小將會(huì)影響鏈路錯(cuò)誤率，將式(4)改為式(5)[14]：

(5)

其中，Bi代表i包的字節(jié)數(shù)，Bmax代表允許的最大字節(jié)數(shù)，在MPDU中默認(rèn)為1024字節(jié)。所以，ef的值在[0，1]，將更適用于NAN中。

針對(duì)路由波動(dòng)的問(wèn)題，采用路由波動(dòng)避免算法，將當(dāng)前的RANN消息和之前RANN消息的路徑都存儲(chǔ)在路由表中。只有當(dāng)前最優(yōu)路徑的Metric比保留值大時(shí)，進(jìn)行最優(yōu)路徑修改?；謴?fù)機(jī)制中采用 One-hop回溯尋求路徑，大大縮短了恢復(fù)路徑的時(shí)間。針對(duì)不同數(shù)據(jù)包傳輸?shù)难舆t需求不同，在協(xié)議MAC層上實(shí)行延遲容忍機(jī)制。

和HWMP相比，該方法數(shù)據(jù)包傳輸率較高、重傳率較低、增加了路徑的穩(wěn)定性、改善了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。但當(dāng)節(jié)點(diǎn)為49時(shí)，端到端的延時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)原協(xié)議的延時(shí)。

Gharaviet等針對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔?jié)點(diǎn)的自治愈性、鏈路可靠性及數(shù)據(jù)包的吞吐量進(jìn)行改進(jìn)，一是提出Tree-based Multipath Diversity Routing機(jī)制，采用多網(wǎng)關(guān)和備用路徑的機(jī)制，大大提高了鏈路的可靠性；二是采用了一種基于數(shù)據(jù)包反壓力的網(wǎng)關(guān)選擇機(jī)制，用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)的負(fù)載平衡的問(wèn)題，下一跳的選擇參數(shù)NHS由排隊(duì)長(zhǎng)度和鄰居節(jié)點(diǎn)最優(yōu)路徑參數(shù)BPM(Best Path Metric)的組合，NHS越小，即為最優(yōu)。三是采用MultiChannel(MC)Routing機(jī)制[17]。MC機(jī)制為當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)選擇了最優(yōu)的鄰居節(jié)點(diǎn)后，通過(guò)查找BPM選擇網(wǎng)關(guān)，一旦網(wǎng)關(guān)選定后，每個(gè)網(wǎng)關(guān)對(duì)應(yīng)著一個(gè)Channel，則從該節(jié)點(diǎn)到選定的網(wǎng)關(guān)通信將在該Channel上傳輸。

Tree-based Multipath Diversity Routing機(jī)制通過(guò)多網(wǎng)關(guān)路徑和基于定時(shí)器的備用路徑方案提高了通信的可靠性，但在備用路徑增加了節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)空間；網(wǎng)關(guān)選擇機(jī)制減少了網(wǎng)關(guān)負(fù)載平衡的問(wèn)題，但增加了普通節(jié)點(diǎn)的計(jì)算量；MC機(jī)制很大程度上減少了數(shù)據(jù)傳送的排隊(duì)等待時(shí)間，減少了通信延時(shí)，增加了數(shù)據(jù)的吞吐量。

Kim[14]和Gharavi[17]等針對(duì)適用于SG的QoS及可靠性需求進(jìn)行改進(jìn)，使得改進(jìn)后的協(xié)議更為合適SG的通信,如表3所示。但仍然存在很多需要研究的方向，例如如何在提高鏈路QoS的基礎(chǔ)上，不增加端到端的延時(shí)，以及針對(duì)SG不同類型數(shù)據(jù)包的延時(shí)及可靠性需求設(shè)計(jì)更為合適SG的路由算法。在Gharaviet等的基礎(chǔ)上還需考慮避免同信道干擾等方面的問(wèn)題[37]。

表3 HWMP改進(jìn)算法小結(jié)

2.4 路由協(xié)議的性能參數(shù)與仿真工具

2.4.1 路由協(xié)議的性能參數(shù)

NAN數(shù)據(jù)通信對(duì)路由協(xié)議的性能參數(shù)也有著一定的要求，主要參數(shù)有吞吐量、數(shù)據(jù)包傳輸率、平均包延時(shí)(端到端延時(shí))、包錯(cuò)誤率和節(jié)點(diǎn)中斷概率等[9,10,38]。平均包延時(shí)定義為[38]：

(6)

pe=1-(1-pb)Ld

(7)

(8)

其中Ld為數(shù)據(jù)包大小，Q()為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)，γ為信噪干擾比。

2.4.2 網(wǎng)絡(luò)仿真工具

常用的網(wǎng)絡(luò)仿真工具有Matlab、OPENT和NS-3。Matlab編程效率高，擴(kuò)充能力較強(qiáng)，還有很好的圖形處理功能，有很多的工具箱，對(duì)于通信的仿真減少了繁瑣的步驟[39]。OPENT是高科技網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、仿真及分析工具，在通信、國(guó)防以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域得到了廣泛的認(rèn)可和采用[40]。NS-3是一個(gè)開(kāi)源的網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)，相對(duì)Matlab而言，專業(yè)性更強(qiáng)。它給用戶提供了很多的網(wǎng)絡(luò)仿真模塊。NS-3并不是NS-2的升級(jí)版，而是一個(gè)全新的網(wǎng)絡(luò)模擬仿真工具，兩者在功能模塊上也有著不同之處。NS-3較NS-2給研究者提供了更好的平臺(tái)[41]。

3 結(jié) 語(yǔ)

NAN中進(jìn)行的主要是SM和控制中心的雙向數(shù)據(jù)通信，對(duì)于通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?shí)時(shí)性和數(shù)據(jù)傳輸率有著嚴(yán)格的要求。NAN是SG通信網(wǎng)的最后一英里通信，是SG的重要組成部分。路由算法是其提高網(wǎng)絡(luò)通信能力的關(guān)鍵核心技術(shù)， RPL和HWMP是應(yīng)用于SG通信體系較為合適的路由算法。

RPL適用于低功耗、有損網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用于NAN中，存在著可靠性低、傳輸速率低的特點(diǎn)。針對(duì)RPL應(yīng)用于SG存在的缺陷，Wangl 等提出增加路由判據(jù)、備用路徑來(lái)提高路由的QoS和可靠性，該方案簡(jiǎn)單且實(shí)用性較高。Kulkarni 等針對(duì)路由的穩(wěn)定性，引入了穩(wěn)定性參數(shù)SI，路由判據(jù)參數(shù)SI的引入進(jìn)一步提高了選擇鏈路的穩(wěn)定性。DualMOP-RPL協(xié)議很好地實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)之間交互性。B-RPL協(xié)議針對(duì)解決節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)開(kāi)銷問(wèn)題，也起到了一定的作用。文中闡述了多個(gè)基于RPL算法的改進(jìn)算法使之更為適用于SG通信體系，但仍存在著進(jìn)一步需要研究的內(nèi)容，如節(jié)點(diǎn)如何選擇最優(yōu)網(wǎng)關(guān)，解決避免路由波動(dòng)的問(wèn)題，增大數(shù)據(jù)包的吞吐量的方面都是需要進(jìn)行下一步研究的內(nèi)容。

HWMP是基于IEEE802.11s的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，適用于SG的通信體系，其數(shù)據(jù)傳輸率較高，但穩(wěn)定性和可靠性較差。HWMP-RE協(xié)議針對(duì)HWMP的可靠性和鏈路QoS，采用路由波動(dòng)避免算法、One-hop回溯尋求路徑和延遲容忍機(jī)制，大大提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?；Gharaviet 等采用多網(wǎng)關(guān)和備用路徑的方式提高了路由的可靠性，增加了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖杂裕徊捎没跀?shù)據(jù)包反向壓力的網(wǎng)關(guān)選擇機(jī)制，解決了網(wǎng)關(guān)負(fù)載平衡的問(wèn)題；在增加數(shù)據(jù)吞吐量上采用MC機(jī)制，減少了數(shù)據(jù)傳送的排隊(duì)等待時(shí)間，減少了通信延時(shí)，增加了數(shù)據(jù)的吞吐量。但基于HWMP改進(jìn)算法仍然存在很多需要研究的方向，例如在采用MC機(jī)制時(shí)還需考慮避免同信道干擾等方面的問(wèn)題。

NAN中數(shù)據(jù)通信一般是用戶和控制中心的雙向通信，特別在MP2P的通信環(huán)節(jié)更需要考慮通信安全性的問(wèn)題。其次針對(duì)增加數(shù)據(jù)傳輸率及減少網(wǎng)關(guān)“瓶頸”的問(wèn)題，基于層次結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)路由算法將是未來(lái)多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)展趨勢(shì)，再結(jié)合多頻道傳輸?shù)姆椒ǎ瑢⒃谔岣邤?shù)據(jù)傳輸率，減少端到端延時(shí)，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃陨献鞒鲐暙I(xiàn)。

設(shè)計(jì)符合NAN通信體系需求的路由算法仍存在很多值得研究和探討的內(nèi)容。

[1] Ekram Hossain, Zhu Han, H Vincent Poor. 智能電網(wǎng)通信及組網(wǎng)技術(shù)[M]. 劉英挺, 等, 譯. 北京：電子工業(yè)出版社，2013.

[2] Zhang Y, Sun W, Wang L, et al. A multi-level communication architecture of smart grid based on congestion aware wireless mesh network[C]//North American Power Symposium (NAPS), 2011: 1-6.

[3] Wang W, Xu Y, Khanna M. A survey on the communication architectures in architectures Smart Grid[J]. Computer Networks, 2011, 55(15): 3604-3629.

[4] 孫偉. 基于QoS的智能配電通信無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用研究[D]. 合肥：合肥工業(yè)大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院, 2012.

[5] 丁璐. 無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)的QoS路由研究[D]. 西安：南京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院, 2011.

[6] Saputro N, Akkaya K, Uludag S. A survey of routing protocols for smart grid communications[J]. Computer Networks, 2012, 56(11): 2742-2771.

[7] Gao J, Xiao Y, Liu J, et al. A survey of communication/networking in Smart Grid[J]. Future Generation Computer Systems, 2012, 28(2): 391-404.

[8] Xiang M, Bai Q, Liu W. Self-adjustable Trust-based Energy Efficient Routing for Smart Grid Systems[C]//2012 IEEE/WIC/ACM International Joint Conferences on Web Intelligence and Intelligent Agent Technology, 2012, 3: 378-382.

[9] Chen D, Brown J, Khan J Y. Performance Analysis of a Distributed 6LoWPAN Network for the Smart Grid Applications[C]//2014 IEEE Ninth International Conference on Intelligent Sensors, Sensor Networks and Information Processing, 2014: 1-6.

[10] Ho Q D, Gao Y, Rajalingham G, et al. Performance and Applicability of Candidate Routing Protocols for Smart Grid's Wireless Mesh Neighbor Area Networks[C]//2014 IEEE International Conference on Communications (ICC), 2014: 3682-3687.

[11] Moulema P, Yu W, Griffith D, et al. On Effectiveness of Mesh-based Protocols for Smart Grid Communication Networks[N]. ACM SIGAPP Applied Computing Review, 2014,14(2): 59-70.

[12] Moulema P, Yu W, Xu G, et al. On Simulation Study of Mesh-based Protocols for Smart Grid Communication Networks[C]//Proceedings of the 2013 Research in Adaptive and Convergent Systems, 2013: 202-207.

[13] Wang D, Tao Z, Zhang J, et al. RPL based routing for advanced metering infrastructure in smart grid[C]//2010 IEEE International Conference on Communications Workshops, 2010: 1-6.

[14] Kim J, Kim D, Lim K W, et al. Improving the Reliability of IEEE 802.11s Based Wireless Mesh Networks for Smart Grid Systems[J]. Journal of Communications and Networks, 2012,14(6): 629-639.

[15] Iwao T, Yamada K,Yura M, et al. Dynamic data forwarding in wireless mesh networks[C]//2010 First IEEE International Conference on Smart Grid Communications, 2010: 385-390.

[16] Dawson-Haggerty S, Tavakoli A, Culler D. Hydro: A hybrid routing protocol for low-power and lossy networks[C]//2010 First IEEE International Conference on Smart Grid Communications, 2010: 268-273.

[17] Gharavi H, Hu B. Multigate communication network for smart grid[J]. Proceedings of the IEEE, 2011, 99(6): 1028-1045.

[18] Li F, Luo B, Liu P. Secure Information Aggregation for Smart Grids Using Homomorphic Encryption[C]//2010 First IEEE International Conference on Smart Grid Communications, 2010: 327-332.

[19] Bartoli A, Hernandez-Serrano J, SorianoM, et al. Secure lossless aggregation for smart grid m2m networks[C]//2010 First IEEE International Conference on Smart Grid Communications, 2010: 333-338.

[20] Islam M S, Hamid M A, Hong C S. SHWMP: A secure hybrid wireless mesh protocol for IEEE 802.11s mesh network[C]//International Conference on Computational Science and Its Applications, 2008: 972-985.

[21] Liang S, Chen S, Ding X, et al. A broadcasting algorithm of multipath routing in narrowband power line communication networks[C]//IEEE 3rd International Conference on Communication Software and Networks, 2011: 467-471.

[22] Thubert P, Winter T, Brandt A, et al. RPL: IPv6 routing protocol for low-power and lossy networks[R]. RFC 6550, 2012: 1-157.

[23] Bari S M S, Anwar F, Masud M H. Performance study of hybrid Wireless Mesh Protocol (HWMP) for IEEE 802.11s WLAN mesh networks[C]//2012 International Conference on Computer and Communication Engineering, 2012: 712-716.

[24] Ben-Othman J, Benitez Y I S. On securing HWMP using IBC[C]//2011 IEEE International Conference on Communications, 2011: 1-5.

[25] Rajalingham G, Ho Q D, Le-Ngoc T. Evaluation of an Efficient Smart Grid Communication System at the Neighborhood Area Level[C]//2014 IEEE 11th Consumer Communications and Networking Conference (CCNC), 2014: 426-431.

[26] Gharavi H, Hu B. Multigate Mesh Routing for Smart Grid Last Mile Communications[C]//2011 IEEE Wireless Communications and Networking Conference (WCNC), 2011: 275-280.

[27] 李樹(shù)軍. 基于6LoWPAN的RPL路由協(xié)議研究[J]. 重慶工商大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2013, 30(8): 72-77.

[28] Chen D, Brown J, Khan J Y. 6LoWPAN based Neighborhood Area Network for a Smart Grid Communication Infrastructure[C]//2013 Fifth International Conference on Ubiquitous and Future Networks, 2013: 576 -581.

[29] Rajalingham G, Gao Y, Ho Q D, et al. Quality of Service Differentiation for Smart Grid Neighbor Area Networks through Multiple RPL Instances[C]//Proceedings of the 10th ACM Symposium on QoS and Security for Wireless and Mobile Networks, 2014: 17-24.

[30] Ancillotti E, Bruno R, Conti M. The Role of the RPL Routing Protocol for Smart Grid Communications[J]. IEEE Communication Magazine, 2013, 51(1): 75-83.

[31] Ancillotti E, Bruno R, Conti M. RPL Routing Protocol in Advanced Metering Infrastructures: an Analysis of the Unreliability Problems[C]//Sustainable Internet and ICT for Sustainability (SustainIT), 2012: 1-10.

[32] Kulkarni P, Gormus S, Fan Z, et al. A Self-organizing Mesh Networking Solution Based on Enhanced RPL for Smart Metering Communications[C]//2011 IEEE International Symposium on a World of Wireless, Mobile and Multimedia Networks, 2011: 1-6.

[33] Yang X, Guo J, Orlik P, et al. Stability Metric Based Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks[C]//2014 IEEE International Conference on Communications, 2014: 3688-3693.

[34] Ko J, Jeong J, Park J, et al. DualMOP-RPL: Supporting Multiple Modes of Downward Routing in a Single RPL Network[J]. ACM Transactions on Sensor Networks, 2015, 11(2): 1-20.

[35] 楊紅, 朱紅松, 孫利民. B-RPL：低存儲(chǔ)開(kāi)銷的RPL路由協(xié)議[J]. 計(jì)算機(jī)科學(xué), 2015, 42(1): 96-99.

[36] 楊凱. 無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)高性能路由協(xié)議研究[D]. 西安：西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院, 2011.

[37] Meng W, Ma R, Chen H H. Smart grid neighborhood area networks: a survey[J]. IEEE Network, 2014, 28(1): 24-32.

[38] Kong P Y. Wireless Neighborhood Area Networks With QoS Support for Demand Response in Smart Grid[J]. IEEE Transactions on Smart Grid, 2015: 1-12.

[39] 張德豐, 楊文茵. MATLAB仿真技術(shù)與應(yīng)用[M]. 北京：清華大學(xué)出版社, 2012.

[40] 陳敏. OPNET物聯(lián)網(wǎng)仿真[M]. 武漢：華中科技大學(xué)出版社, 2015.

[41] 馬光春, 姚建盛. ns-3網(wǎng)絡(luò)模擬器基礎(chǔ)及應(yīng)用[M]. 北京：人民郵電出版社, 2014.

RESEARCH PROCESS OF THE ROUTING ALGORITHM IN SMART GRID NEIGHBORHOOD AREA NETWORK

Zong Yu1,2Huo Meimei2Zheng Zengwei2

1(SchoolofComputerScienceandEngineering,AnhuiUniversityofScienceandTechnology,Huainan232001,Anhui,China)2(HangzhouKeyLaboratoryforIoTTechnologyandApplication,ZhejiangUniversityCityCollege,Hangzhou310015,Zhejiang,China)

Neighborhood Area Network (NAN) is the last one mile communication in Smart Grid (SG) communication network, which is an important part of the smart grid. Efficient communication is important to achieve Smart Grid and routing algorithm is the key technology to improve network performance. According to network topology and communication characteristic of NAN, the network topology which is applicable to NAN is firstly analyzed, then the research status of routing algorithm protocols in NAN are reviewed, especially the improved RPL and HWMP algorithm performance which are suitable for NAN and their practicability, and then the shortcoming of the improved RPL and HWMP algorithms is analyzed. Finally, the confronting problems and challenges of the NAN routing algorithm research are analyzed.

Smart Grid Neighborhood area network Network routing algorithm RPL HWMP

2015-12-07。浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(LY15F020 023)。宗宇，碩士生，主研領(lǐng)域：WSN，MANET路由協(xié)議?；裘访?，副教授。鄭增威，教授。

TP393

A

10.3969/j.issn.1000-386x.2017.01.021