工业 4.0背景下的 WSN路由优化框架

于兆鹏 张建成

山东英才学院 250104

摘要：工业4.0的进步为智能电网(SG)的结构部署开辟了新途径，以应对21世纪不断上升的挑战。通过优化的路由技术可以更好地管理工业4.0的SG。在移动自组织网络(MANET)中，拓扑结构不是固定的，可能会遇到干扰、节点移动性、多路径传播和路径损耗。为了减轻对SG的这些担忧，在本文中，我们提出了用于SG的标准优化链路状态路由(OLSR)协议的新版本，以改进控制间隔的管理，从而在不影响其可靠性的情况下提高标准OLSR协议的效率. 自适应容错方法使所提出的协议对于工业应用更加可靠。节点分组过程通过减少严重的泛洪和评估优化的集群头来支持管理总网络成本。单位负责人是根据第一个定义的期望因素提名的。通过在模拟参数下进行一系列严格的性能评估，模拟结果表明，当与基于最先进技术的传统协议进行比较时，所提出的OLSR版本具有激增的服务质量(QoS)指标，即，标准OLSR、DSDV、AOMDV和混合路由技术。

关键词：工业4.0；WSN路由器；框架优化

前言：工业革命的第四阶段，即工业4.0，由于信息和通信技术(ICT)的发展而加快了其增长率。工业4.0通过使用ICT新技术控制和改进生产过程，成为智能过程的基础。此外，产品、机器、操作员和备件之间的互操作性产生了对可靠和稳定连接的需求，以及工业4.0中各个子系统和系统之间的自主交互。物联网正在证明自己是连接现实世界和虚拟世界的最佳方式，这是工业4.0网络和开发的彻底改变游戏规则和革命。物联网可以实现两种类型的通信，即有线和无线。通信层的主要目的是促进智能工业中数据的自动交换。由于智能行业应用对QoS的多样化需求，异构系统稳定组网的行业框架的设计和实现非常具有挑战性。因此，了解工业流程中对QoS套件/指标的需求对于部署工业4.0的通信框架非常重要。智能电网(SG)等物联网应用中的服务质量(QoS)细心协作通信依赖于各种性能度量/指标，例如时间、稳定性、网络寿命和复杂性。在SG中，迄今为止，文献中已经介绍了广泛的移动自组织网络(MANET)机制。然而，智能SGs工业网络不能通过MANET的传统协议来促进。它们使数据通信成为SG应用程序的一项具有挑战性的任务。在恶劣环境下，延迟、网络寿命、可靠性和复杂性等质量感知指标是SG的主要问题。因此，对于SGsIndustry4.0，MANET的传统通信协议需要优化过程。MANET中节点之间的连通性是直接处理的，不受MANET特定移动管理中固定设备的干扰。优化链路状态路由（OLSR）被认为是一种有效的MANET协议，用于确保路由列表中的目标轨道。我们检查了两种协议，即点播点播距离矢量(AODV)作为响应式显示，而OLSR作为行业网络的主动显示。为了应对上述挑战，本文提出了一种改进的OLSR协议，用于MANET中的SG，以改进控制间隔的管理，在不影响其可靠性的情况下提高标准OLSR协议的效率。所采用的分组过程通过减少评估集群首长时的严重泛洪来降低总能源成本，并改善了SGs中的通信服务。

1. 问题定义和动机

SG工业4.0的主要动机是通过使用创新的物联网技术提供智能电力范式，以在新兴领域提供各种好处：工业经济、能源受限、可靠性、网络稳定性、安全性等。在SG工业4.0中，框架的子系统和组件将是可互操作和严格协作的。这主要集中在MANET现有框架中的优化。一种著名的现有方法在传感器节点之间形成MANET，它基于无线通信中的消息控制，是仅适用于SG传统范式的OLSR。然而，RFC3626中的OLSR确认控制节点，如果对特定过程有效，则在不同阶段发送控制消息。上述对工业4.0限制和MANET在工业应用中的使用的讨论促使我们提出了一种新协议，该协议侧重于控制消息间隔的管理，这有助于SG工业4.0中的稳健通信^[1]。

二、工业4.0背景下的WSN路由优化框架分析

最近的一项研究调查显示，在新框架、协议和算法方面，工业4.0正在开展大量工作。各个地区的MANET产生了许多移动节点，这些节点可以自由通信。在OLSR中，多点中继(MPR)是单节点，与特别版节点相比，多点中继(MPR)是首选购买的节点，而特别版节点可能会受到MPR节点的影响，以实现巨大的能源指南。不利的一面是，过度竞争的MPR节点通过丢弃大量节点数据包而不是发送它们来帮助资源。这会导致巨大的能量损失并影响当前某些节能MPR选择计划的执行。对于这项服务，MANET是由升级的能量和稳定性意识路由模型建立的。普格布勒等人。发明的方法论表明，每台物联网机器都有一种特殊的能力，可以避免检测和感知信息或数据。它能够从其他设备接收信息。所提出的算法的主要目标是结合现有数据并提高以下方面的熟练程度，例如流量瓶颈、能源消耗、增加物联网寿命以及注入网络的流量。但是，它不是基于多个参数，一些学者提出用于数据传输的安全通信，仅适用于社会活动而不适用于工业过程。遵循基于QoS的方法; 然而，智能电网应用需要主要关注控制数据包和可靠性，这就是需要进行一些优化的原因。除非借助网络切片，否则无法获得。根据文献，增强现实系统也关注行业观点；然而，需要一个综合机制来处理工业制约因素。的作者提出了物联网上的生命周期数据平衡机制，该机制由端到端延迟要求运行，以管理系统框架动态和异构性，同时尝试提高物联网节点的能量水平应用程序。智能电网的主要挑战没有通过所提出的方法来解决。在中描述并介绍了OLSR技术的控制策略。WSN有许多智能应用，研究人员在这些应用中研究了QoS指标。然而，的作者提出了工业4.0背景下智能电网应用的路由框架。他们致力于端到端的可靠性。其他技术也在为工业4.0铺平道路，例如LoRaWAN。作者还研究了微粒的能量发射，中提出了用于智能船舶制造的网络物理集成

^[2]。

本文研究的方法，即多点中继(MPR)技术，用于优化由用于发现邻域的消息创建的流，它是SG的主要要求，是工业4.0的理想选择。所提出的方法基于中提出的路由方法。本文介绍了控制消息之间时间的减少，从而也减少了延迟。在SG应用中，延迟、传输数据的最佳路径和丢失链路识别是主要要求，这些要求通过OLSR、混合路由、AoMDV和DSDV协议上的建议方法进行涵盖、分析和评估。

2. 框架技术

OLSR性能取决于hello消息的间隔时间和邻居的保持时间。控制消息，即hello消息在邻居节点关联中的通知修改。在链路丢失的情况下，数据和控制包不会传输到丢失的路由。邻居的保持时间是一个极端的等待时间，在此期间，节点等待链路在丢失路由的情况下回复对称链路。选择一条新的最短路径来传输数据包，避免丢失链路数据传输。由于更多和密集的数据包传输导致更高的功耗和更快的电池耗尽，我们关注负责可靠通信的属性（距离、能量、hello间隔）及其长度对路由流量的影响。hellointerval参数显示hello数据包之间的时间间隔，需要这些数据包来维持节点之间的端到端通信。Hello数据包携带一跳和两跳邻居的详细信息。我们优化的主要目标是减少路由流量并最小化时间段。通过减少控制消息的延迟，时间被测量为离开当前邻居节点的传输范围和在另一个移动节点的邻居列表中注册之间的间隔。根据我们的假设，3s的值应该在控制流量较少的情况下产生相同的效果，因为在t=20s期间，移动节点发送6个hello消息。第七个问候消息将被新的传输范围内的新邻居节点获得，时间间隔t为1s，这是一个可以接受的值。

4. 结束语

在这项研究工作中，原始OLSR协议的新增强版本通过改变OLSR中的所有控制间隔并通过所有间隔的最佳值来制定和演示，这对于为网络提供最佳结果至关重要。所提出的增强型OLSR方案嵌入了聚类现象，这是增强路由方案结果的一种突出方法。这是因为它通过减少泛洪并根据显着的概率因子进一步选择簇头来降低整个网络成本。路由协议的实现和分析在MATLAB中进行。所提出方案的性能大约是AOMDV、DSDV、混合路由和OLSR的三倍。获得的结果得出结论，改进的OLSR版本在处理各种参数时比现有方案产生更好的执行结果，从而使网络对工业4.0更加有效和可靠。

参考文献：

1. 付鋆、钱俊凤、冯光璐. 基于功率分配算法的WSN安全路由连接概率优化分析[J]. 电气自动化, 2020, v.42;No.252(06):102-104.

2. 洪思琴. 能耗均衡和低时延的WSN分簇路由算法研究[D]. 中南民族大学, 2019.