隨著半導體照明的不斷發(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)控形成一個比較完整的網(wǎng)絡體系。因此要求能在遠程控制的基礎上，實現(xiàn)對網(wǎng)絡的組建和可靠的傳輸。在通信技術的不斷發(fā)展中，低壓配電網(wǎng)絡已經廣泛應用于遠程通信“最后一公里接入網(wǎng)絡'是代替專用網(wǎng)絡的一種理想通信媒介；電力線通信（PowerLineCommunication，PLC）又稱為電力載波通信，是利用電力線通過載波方式將模擬或數(shù)字信號進行傳輸?shù)募夹g，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)中的實現(xiàn)主要由兩部分組成，第一部分是實現(xiàn)遠程監(jiān)控時可以使用GSM或GPRS網(wǎng)路進行遠程監(jiān)控，第二部分對終端LED路燈進行采集控制時采用電力線進行通信。
對于GSM和GPRS技術，在網(wǎng)絡通信過程中已有成熟的通信設備，但是由于低壓配電網(wǎng)結構復雜性，高頻信號在低壓電網(wǎng)上的傳輸必然會有較大衰減，使得低壓電力線信道的信號衰減大、噪聲干擾強，嚴重減低了PLC信道的可靠性。為此，尋找有效的低壓配電網(wǎng)電力線通信自動組網(wǎng)和快速網(wǎng)絡恢復以及提高其抗毀性的方法和電力線通信可靠性、擴大應用規(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)，結合電力線通信的具體特點，在未知物理拓撲結構環(huán)境下利用蟻群算法來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，實現(xiàn)網(wǎng)絡的重構，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)特點由于在LED路燈能源監(jiān)控網(wǎng)絡中電力線載波通信信道的時變性、頻率選擇性和強干擾性等特點，使得用電力載波通信組網(wǎng)必須具有一定的特點：由于LED路燈能源監(jiān)控網(wǎng)絡物理拓撲和邏輯拓撲會經常發(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)過程中具有了很多與Adhoc網(wǎng)絡特征相似之處。因此，在LED路燈能源監(jiān)控網(wǎng)中的電力線通信方法既無法保證通信距離，也無法保證電力線通信系統(tǒng)長期運行的可靠性。
沒有專用的交換機或中繼器。作為LED路燈能源監(jiān)控網(wǎng)用的電力線通信，一般不采用Internet網(wǎng)中的專用交換機和中繼器等設備，無法實現(xiàn)信號的轉發(fā)和放大。因此，通信距離會隨著電網(wǎng)信道質量的變化而動態(tài)變化。
通信媒質共享信道。在LED路燈能源監(jiān)控網(wǎng)電力線通信過程中，使用一個供電變壓器下，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（以下簡稱節(jié)點）共享同一個信道。在此環(huán)境下，低壓配電網(wǎng)信道特性的固有特點不能保證每一個載波節(jié)點能夠正確地收到相關信息。因此，LED路燈能源監(jiān)控網(wǎng)中電力線通信組網(wǎng)需要通過路由/中繼器將同一個物理子網(wǎng)劃分成多個邏輯子網(wǎng)。
弱數(shù)據(jù)處理能力LED路燈能源監(jiān)控網(wǎng)一般由一個中心（核心）節(jié)點、多個主節(jié)點和若干個終端設備節(jié)點組成。中心節(jié)點和主節(jié)點一般為集中控制器，所包含的CPU數(shù)據(jù)處理能力相對比較強；而終端設備多為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)很難用一般計算機網(wǎng)絡中的網(wǎng)絡路由算法實現(xiàn)。
―對多通信。在LED路燈能源監(jiān)控網(wǎng)中，通信方式經常是“一對多”，即一個集中控制器（中心節(jié)點）與它所負責控制的若干個LED路燈能源采集終端設備（終端節(jié)點）之間通信，各終端設備之間不需要直接的命令發(fā)布（通信）。因此，只需要維護一個全局路由表，即只需要保證中心節(jié)點與所有終端節(jié)點可靠通信，這大大簡化了電力線通信路由表的維護工作。
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發(fā)展起來的、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)式隨機優(yōu)化算法，采用正反饋機制實現(xiàn)分布式全局優(yōu)化，通過信息素的不斷更新達到最終收斂于最優(yōu)路徑上，算法無需進行大量的概率計算或建立復雜的數(shù)學模型來進行系統(tǒng)預測，可應用于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)路由算法設有個節(jié)點組成的集合C；螞蟻的數(shù)量為w，用<表示兩個節(jié)點/和之間的距離。表示，時刻路徑/）上的信息素量，以此來模擬實際螞蟻的分泌物。表示路徑的能見度，反映由節(jié)點z到節(jié)點y的啟發(fā)程度，一般可取為螞蟻4灸=1，2，在運動過程中，根據(jù)各條路徑上的信息量決定其轉移方向，用禁忌表to%（眾=1，2，w）來記錄螞蟻A：當前所走過的節(jié)點，隨著進化過程動態(tài)調整。在搜索過程中，螞蟻根據(jù)各條路徑上的信息量及路徑的啟發(fā)信息來計算狀態(tài)轉移概率。⑷表示在，時刻螞蟻A：由節(jié)點/轉移到節(jié)點7的狀態(tài)轉移概率，其為⑴：-to%表示螞蟻A：下一步允許選擇的節(jié)點的集合。由上式可知，4與成正比。a為信息啟發(fā)因子，反映了螞蟻在運動過程中所積累的信息素在螞蟻運動時所起的作用，其值越大，則該螞蟻越傾向于選擇其他螞蟻以前經過的路線，螞蟻之間的協(xié)作性越強；為啟發(fā)式因子，反映了螞蟻在運動過程中啟發(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)點的可能性越大。
為避免殘留信息素過多引起殘留的信息量淹沒啟發(fā)信息，每只螞蟻走完一步或者遍歷完“個節(jié)點后，要對殘留信息素進行更新處理。在H時刻路徑M上的信息素量按如下規(guī)則進行調整：-p表示信息素揮發(fā)系數(shù)，為了防止信息的無線積累，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)絡拓撲看作由節(jié)點和鏈路構成的圖，G（F，幻。F為節(jié)點的集合，五為邊的集合。距離代表兩個節(jié)點之間距離表示最小跳數(shù)，節(jié)點之間的存在直接通信的為跳節(jié)點，通過一次路由器時通信的距離增加為1跳。
4仿真結果為檢驗算法的有效性，建立一個與實際系統(tǒng)相同的網(wǎng)絡拓撲，即由4條支路組成一個星形網(wǎng)絡，每條支路16個節(jié)點，中心節(jié)點為1號節(jié)點，并假設每個節(jié)點最遠能覆蓋相鄰的6個節(jié)點。每只螞蟻壽命最大為5跳。為每次迭代采用20只螞蟻、對節(jié)點65進行路由搜索的一次Matlab仿真結果。其搜索出節(jié)點25和節(jié)點49或節(jié)點25和節(jié)點45.可見，最佳路由并不唯一，這也與實際情況相一致。
