一种基于蚁群算法的无线网络路由建立方法技术

本发明专利技术提供一种基于蚁群算法的无线网络路由建立方法，该方法将蚁群算法中的信息素进行调整，由剩余能量、路径消耗能量和跳数三个参数归一化成一个路由性能评价值进行赋值；源节点广播路由请求，路由请求蚂蚁FANT到达目的节点过程中会产生一张反向信息素表；目的节点收到FANT并产生路由应答蚂蚁BANT，BANT通过反向信息素表的值算出选择下一跳邻居节点的概率，并且利用信息素表中最高值对原有的信息素表相对应的信息素值进行一次自我迭代；增加最终选择作为下一跳节点对应的信息素值，同时减小没有被选中的节点信息素值，不断迭代，直到完成路由建立。本发明专利技术通过多度量的路由发现方式均衡每个节点的剩余能量，延长了网络的寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种通信
的技术方法，具体地，涉及到一种基于蚁群算法的无线网络路由建立方法。
技术介绍
随着移动小型设备的普及，Ad Hoc无线自组织网络协议越来越受到认可。智能障碍场作为本专利技术的一种应用平台，Ad Hoc无线自组织网络更是体现出其特有的优势。实际作战场合会随着地理位置的改变而具有其不同的拓扑结构，需要一种自组织性非常强的无线数据通信网络。又由于其野外作战场合的恶劣性，所以需要其电池有很强的供电能力。因此，在保证数据通信的可靠性的同时，还需要能量消耗尽可能低，并且每个节点的能量尽可能均衡，从而使得整个网络的寿命得到延长。AODV是Ad Hoc网络中比较常用的通信传输协议。经检索，公开号为103327564A的中国专利，该专利技术公开了一种基于蚁群算法的无线传感器网络路由方法，包括路由建立准备阶段、路由建立阶段、路由优化阶段，该专利技术基于改进的蚁群算法，来设计具有全局能量均衡、高效自适应的无线传感网络路由算法，通过改进蚁群路由算法中在数据包传回到sink阶段，采用了自适应路由选择算法，可以根据节点剩余能量情况，采取动态的路由选择策略，较好地保护了那些能量接近耗尽的节点，保持了网络功能完整性。但是，上述专利路由数据包的数据结构比较复杂，这对整个无线网络的开销是比较大的。此外上述专利采用蚁群算法没有经过迭代收敛处理，整个路由发现的收敛速度较慢，严重影响整个通信网络的端到端延迟性能。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于蚁群算法的无线网络路由建立方法，通过多度量的路由发现方式均衡每个节点的剩余能量，来达到延长网络的寿命的目的。针对路由包数据结构的复杂性，本专利技术则维护了每个节点对应的反向信息素表，将每个路由请求蚂蚁的携带信息维护在该表中，使得路由请求蚂蚁还有路由应答蚂蚁所携带的数据包数据结构得以简化。而对于路由发现收敛速度，本专利技术则在收敛迭代过程中添加了一步自我正反馈迭代，大大加快收敛速度。为实现上述目的，本专利技术提供一种基于蚁群算法的无线网络路由建立方法，所述方法将蚁群算法中的信息素进行调整，由剩余能量、路径消耗能量和跳数三个参数归一化成一个路由性能评价值进行赋值，信息素值越高，表示相对应的路由性能更高；源节点广播路由请求，在路由请求蚂蚁FANT到达目的节点过程中，每个节点都会维护一张自身反向信息素表，该表存储了路由请求蚂蚁FANT携带的路径路由信息，携带路由信息的蚁群FANTs从源节点到达目的结点的过程中会对该表进行更新；目的节点收到路由请求蚂蚁FANT会同时产生路由应答蚂蚁BANT，路由应答蚂蚁通过反向信息素表的值算出选择下一跳邻居节点的概率，并且利用信息素表中最高的值对原有的信息素表相对应的信息素进行自我迭代，增加最终被选择作为下一跳节点对应的信息素值，同时减小所有没有被选中的节点信息素值；不断迭代，直到最终完成路由的建立。进一步的，所述方法包括如下步骤：包括如下步骤：步骤一：源节点s有数据发送请求：首先在自己的路由表中判断是否存在到达目的节点的路由，如果存在就按照此路由发送数据，如果没有就需要发起路由搜索，用路由请求蚂蚁FANT替代路由请求数据包RREQ广播出去；步骤二：中间节点i收到来自源节点s的FANT：用路由性能评估值Γijs表示信息素值，这个评估值跟三个变量有关，一是表示当前节点剩余能量绝对值与该节点初始能量的比值，二是表示当前跳数和到目的节点总跳数比值的反相关；三是表示FANT到达当前节点路径能量消耗和到达目的节点的比值的反相关；首先判断反向信息素表中有无对应源节点s和上一跳节点j的条目，若没有，则建立相应的信息素条目，若有，则比较两者评估值，取评估值大者，更新反向信息素表；步骤三：当目的节点收到FANT：首先参照步骤二方式更新相应的反向信息素表，接着产生相应的路由应答蚂蚁BANT；步骤四：路由应答蚂蚁BANT在选择下一跳是依据已经维护好的反向信息素表，计算该目的节点选择下一跳邻居节点的概率，在通过概率选择完下一跳节点后，再进行信息素修正，利用当前迭代过程中最大信息素值做一次自我迭代，增大被选择的节点对应的信息素值，降低没有被选择的节点信息素值，从而加快整个路由发现的收敛速度；步骤五：源节点s收到来自目的节点d的BANT后，更新其路由表中对应目的节点为d的路由条目，如果新的路由条目的标准评价值更高，就进行相应路由条目更新。优选地，所述步骤二中，根据FANT携带的路由信息计算路由性能评估值，该值采用如下公式得到： Γ i j s = exp ( γ 1 E i e + γ 2 E i h + γ 3 E i c ) ]]>其中Γijs表示从源节点s出发的路由请求蚂蚁FANT经过节点j到达节点i的评估值；表示FANT来到当前节点相对剩余能量；表示节点从源节点到达当前节点所经过的相对跳数；则记录了从源节点到达当前节点相对路径消耗能量；γ1，γ2和γ3分别代表着三个指标各自所占的权重；其中和的计算公式如下： E i e = e i E 0 ]]> E i h = 1 - h i H max ]]> E i c = 1 - c i C max ]]>公式中：是FANT的剩余能量影响参数，表示的是当前节点的相对剩余能量，其中E0则是当前节点的初始能量值，而ei则是当前节点的绝对剩余能量值；是FANT的跳数影响参数，其中Hmax是该网络中路由的最大可能跳数，而hi则是FANT从源节点出发到达当前节点路径上所经过的绝对跳数；是FANT的路径能量消耗影响参数，其中Cmax是从源节点到目的节点路径上消耗的总能量，而ci则是FANT从源节点出发到达当前节点路径上所消耗的绝对能量。优选地，在所述路由应答蚂蚁返回源节点途中，是根据已经维护好的反向信息素表来选择下一跳节点，根据反向信息素表找到对应于源节点s和上一跳邻居节点j的信息素值，并计算选择下一跳邻居节点的概率，通过如下公式计算：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于蚁群算法的无线网络路由建立方法，其特征在于：所述方法将蚁群算法中的信息素进行调整，由剩余能量、路径消耗能量和跳数三个参数归一化成一个路由性能评价值进行赋值，信息素值越高，表示相对应的路由性能更高；源节点广播路由请求，在路由请求蚂蚁FANT到达目的节点过程中，每个节点都会维护一张自身反向信息素表，该表存储了路由请求蚂蚁FANT携带的路径路由信息，携带路由信息的蚁群FANTs从源节点到达目的结点的过程中会对该表进行更新；目的节点收到路由请求蚂蚁FANT会同时产生路由应答蚂蚁BANT，路由应答蚂蚁通过反向信息素表的值算出选择下一跳邻居节点的概率，并且利用信息素表中最高的值对原有的信息素表相对应的信息素进行自我迭代，增加最终被选择作为下一跳节点对应的信息素值，同时减小所有没有被选中的节点信息素值；不断迭代，直到最终完成路由的建立。

【技术特征摘要】
1.一种基于蚁群算法的无线网络路由建立方法，其特征在于：所述方法将蚁群算法中的信息素进行调整，由剩余能量、路径消耗能量和跳数三个参数归一化成一个路由性能评价值进行赋值，信息素值越高，表示相对应的路由性能更高；源节点广播路由请求，在路由请求蚂蚁FANT到达目的节点过程中，每个节点都会维护一张自身反向信息素表，该表存储了路由请求蚂蚁FANT携带的路径路由信息，携带路由信息的蚁群FANTs从源节点到达目的结点的过程中会对该表进行更新；目的节点收到路由请求蚂蚁FANT会同时产生路由应答蚂蚁BANT，路由应答蚂蚁通过反向信息素表的值算出选择下一跳邻居节点的概率，并且利用信息素表中最高的值对原有的信息素表相对应的信息素进行自我迭代，增加最终被选择作为下一跳节点对应的信息素值，同时减小所有没有被选中的节点信息素值；不断迭代，直到最终完成路由的建立。2.根据权利要求1所述的基于蚁群算法的无线网络路由建立方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：源节点s有数据发送请求：首先在自己的路由表中判断是否存在到达目的节点的路由，如果存在就按照此路由发送数据，如果没有就需要发起路由搜索，用路由请求蚂蚁FANT替代路由请求数据包RREQ广播出去；步骤二：中间节点i收到来自源节点s的FANT：用路由性能评估值Γijs表示信息素值，这个评估值跟三个变量有关，一是表示当前节点剩余能量绝对值与该节点初始能量的比值，二是表示当前跳数和到目的节点总跳数比值的反相关；三是表示FANT到达当前节点路径能量消耗和到达目的节点的比值的反相关；首先判断反向信息素表中有无对应源节点s和上一跳节点j的条目，若没有，则建立相应的信息素条目，若有，则比较两者评估值，取评估值大者，更新反向信息素表；步骤三：当目的节点收到FANT：首先参照步骤二方式更新相应的反向信息素表，接着产生相应的路由应答蚂蚁BANT；步骤四：路由应答蚂蚁BANT在选择下一跳是依据已经维护好的反向信息素表，计算该目的节点选择下一跳邻居节点的概率，在通过概率选择完下一跳节点后，再进行信息素修正，利用当前迭代过程中最大信息素值做一次自我迭代，增大被选择的节点对应的信息素值，降低没有被选择的节点信息素值，从而加快整个路由发现的收敛速度；步骤五：源节点s收到来自目的节点d的BANT后，更新其路由表中对应目的节点为d的路由条目，如果新的路由条目的标准评价值更高，就进行相应路由条目更新。3.根据权利要求2所述的基于蚁群算法的无线网络路由建立方法，其特征在于：所述步骤二中，根据FANT携带的路由信息计算路由性能评估值，该值采用如下公式得到： Γ i j s = exp ( γ 1 E i e + γ 2 E i h + γ 3 E i c ) ]]>其中Γijs表示从源节点s出发的路由请求蚂蚁FANT经过节点j到达节点i的评估值；表示FANT来到当前节点相对剩余能量；表示节点从源节点到达当前节点所经过的相对跳数；则记录了从源节点到达当前节点相对路径消耗能量；γ1，γ2和γ3分别代表着三个指标各自所占的权重；其中和的计算公式如下： E i e = e i E 0 ]]> E i h = 1 - h i H max ]]> E i c = 1 - c i C max ]]>公式中：是FANT的剩余能量影响参数，表示的是当前节点的相对剩余能量，其中E0则是当前节点的初始能量值，而ei则是当前节点的绝对剩余能量值；是FANT的跳数影响参数，其中Hmax是该网络中路由的最大可能跳数，而hi则是FANT从源节点出发到达当前节点路径上所经过的绝对跳数；是FANT的路径能量消耗影响参数，其中Cmax是从源节点到目的节点路径上消耗的总能量，而ci则是FANT从源节点出发到达当前节点路径上所消耗的绝对能量。4.根据权利要求1所述的基于蚁群算法的无线网络路由建立方法，其特征在于：在所述路由应答蚂蚁返回源节点途中，是根据已经维护好的反向信息素表来选择下一跳节点，根据反向信息素表找到对应于源节点s和上一跳邻居节点j的信息素值，并计算选择下一跳邻居节点的概率，通过如下公式计算： τ i j s = ...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈佳品，张滨烽，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31