基于蚁群优化算法的无线传感器网络路由研究

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1、基于蚁群优化算法的无线传感器网络路由研究宋杰，吴勇，陈明明（安徽大学计算机科学与技术学院，安徽合肥230601）摘要：无线传感器网络是一种能量、资源受限的网路系统，实现网络中节点能量使用均衡延长整个网络的生命周期是无线传感器网络路由设计的重要目标.本文在基本蚁群算法在无线传感器网络应用的基础之上提出了几点改进策略.将节点现有的能量水平作为计算转移概率的条件之一，使优秀路径上的节点在网络中存在的时间更长.将节点的位置信息作为计算转移概率的条件，通过将位置信息写入转移概率中，使节点在搜索路径时具有方向性.最后本文利用MATLAB工具对改进的策

2、略进行了实验仿真，并将结果和原始的ACO算法进行比较分析,仿真结果显示改进策略在延长节点的生命周期，维持网络能量均衡方面比其他俩种算法具有一定的提升..jyqk个蚂蚁对节点i和节点j之间路径上的信息素含量的抑制.其中4仿真分析本文的仿真环境为MATLAB.仿真系统模型为：在面积大小为200200的空间内随机的部署200个感知点，负责感知信息和接收、发送数据包.汇聚节点设置在感知区域的边沿，坐标为（0,0）.采用TSP标准库中的实例来布置场景，平面区域中的节点有的分布是均匀的有的分布是不均匀的.为了更好的进行试验，做出以下假设：（1）传感器

3、节点的是不可以移动的.(2）所有的传感器具有唯一的标志ID，并且可以感知自己的坐标.（3）除汇聚节点外传感器节点的能量受限、初始能量相同，并且可以感知.4.1评价指标本文提出的改进策略旨在实现无线传感器网络的能量均衡.仿真实验主要考察节点的能量消耗、网络的生命周期、路径长度等方面考察了改进策略的有效性.4.1.1节点的能量消耗无线传感器网络需要将检测区域采集到的数据经过一定融合，传送到汇聚节点.为了延长整个网络的生命周期需要减少网络中所有节点的能耗，并且保证所有节点的能量使用的均衡.如果一些节点的网络任务过重，将会使这些节点过早的退出网络

4、.不利于网络能源的均衡利用，可能降低网络的生命周期.4.1.2网络的生命周期网络生命周期的长短是衡量无线传感器网络路由协议的重要指标之一.4.1.3路径长度由于无线传感器网络中节点能耗主要体现在节点间的通信方面.而发送数据的能量消耗和节点间的距离是呈现出指数型关系.因此，降低传输路径长度降低网络能量消耗的重要手段.4.2路径长度从上文的无线通信能量模型中我们可以看出无线通信能耗主要体现在节点间的通信方面.而发送数据的能量消耗和节点间的距离是呈现出指数型关系.降低传输路径长度降低网络能量消耗的重要手段.在依次仿真试验中选取某个节点作为源节点

5、，通过蚁群算法和改进的算法搜索路径.得到的数据如图所示：从上图4.1中可以看出原始的蚁群算法在搜索最优路径过程中经历了10跳，而改进的算法在搜索最优路径的过程中经历了8跳.俩种算法都经过了编号为89的节点，由于改进的算法引用了节点的位置信息，下一跳节点选择为编号为60的节点，原始的蚁群算法从邻居节点中选取转移概率最大的编号为198的节点.明显的增加了整体的路径长度.因此，可以看出改进的算法在降低传输路径长度方面有一定的提升.4.3能量消耗情况改进策略的初衷是降低网络整体的耗能、均衡网络的消耗实现无线传感器网络生命周期的延长.本实验迭代10

6、0次，俩算法下的网络能耗如下所示：从图4.2中可以看出，俩种算法随着网络使用时间的增加网络整体的能耗趋于平衡，改进的策略和原始蚁群算法相比较在能耗方面有一定的优势.在网络开始阶段，由于网络上各个路径上的信息素相等，传统蚁群算法在转移概率相等时随机的选择邻居节点集合中的一个节点作为下一跳，改进策略将节点的位置信息作为转移概率计算的参数之一，使搜索路径具有方向性.这样改进策略在开始阶段的路径长度很可能小于原始的蚁群算法.在图4.2中可以看出在开始阶段改进策略的能耗明显小于原始算法.随着网络使用时间的增加，每个节点的能量差开始体现出来，位置信息

7、对搜索路径的影响降低.因此，从图中可以看出，在稳定阶段二者的能耗差距不是非常的明显.4.4网络的生命周期无线传感器网络的生命周期直观的体现是网络中存活节点的个数.无线传感器网路中每个节点的传输能力有限，需要多个节点多跳的方式将数据传送到汇聚节点.当网络中存活节点的个数低于一定数量时，网络趋于瘫痪，不能够进行正常的采集传输工作.从图4.3中可以看出在开始阶段，不考率人为的破坏的情况下传感器节点的数量是不降低的，随着使用时间的增加，当出现节点退出网络时，网络存活节点数量随着时间的推移急速下降.由于将节点的能量水平作为计算转移概率的因素之一，从

8、图4.3中可以看出改进策略对网络中优秀路径中的节点起到了很大的保护作用，改进策略出现死亡节点的时间明显滞后于原始算法.5结束语通过阅读大量的文献，本文在原有的蚁群算法基础之上提出了几点改进策略