一種改進蟻群優(yōu)化傳感器網(wǎng)絡(luò)簇頭方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簇頭優(yōu)化選取蟻群優(yōu)化技術(shù)。為了實現(xiàn)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量均衡，適當(dāng)選取做匯聚節(jié)點的簇頭非常重要，本發(fā)明采用考慮了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能耗因素改進的蟻群優(yōu)化方法提高了網(wǎng)絡(luò)的生命周期。當(dāng)一個節(jié)點接到一個數(shù)據(jù)包時，會估算其鄰居節(jié)點的剩余能量，并更新路由表，動態(tài)選擇下一跳。信息素是螞蟻從一個節(jié)點到另一個節(jié)點能量距離的倒數(shù)，然后每個節(jié)點增強信息素，并選擇鄰居節(jié)點中剩余能量最多的節(jié)點作為下一個簇頭；經(jīng)過多次迭代選取出做匯聚節(jié)點的簇頭，通過考慮了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能耗因素改進了蟻群優(yōu)化方法，最終提高了網(wǎng)絡(luò)能量平衡能力。
【專利說明】
一種改進蟻群優(yōu)化傳感器網(wǎng)絡(luò)簇頭方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于數(shù)據(jù)的非模型優(yōu)化技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 蟻群算法是一種新型的模擬進化算法，是其對自然界中蟻群真實的行為研究總結(jié) 而成。蟻群算法善于解決各種NP問題，諸如：背包問題、指派問題以及旅行商問題等。由于 在解決復(fù)雜優(yōu)化問題中的良好性能，其發(fā)展前景獲得了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛認可。一般蟻群 算法實施的具體步驟以解決TSP問題為例為：
[0003] St印1:針對城市個數(shù)為 η 的 TSP 問題，其中N= {1，2, {(i，j)|i， jeN}，城市間的距離表示為D= ((^)ηΧη，每一條路徑的信息素初始化為τ^Ο) =1/|A|， 假設(shè)投入m只螞蟻進行工作，每只螞蟻都從同一座城市i。出發(fā)，有k:= 1。因此當(dāng)前最有 解為 W = {1，2, · · ·，η}
[0004] Step2 :外層循環(huán)開始，如果滿足設(shè)定的最優(yōu)解條件，則算法停止輸出最優(yōu)解；否 貝1J，讓螞蟻s(l < s < m)重新回到初始位置i。，用L(s)表示螞蟻s行走的路徑集合，初始 化L(s)為空。
[0005] Step3 :內(nèi)層循環(huán)開始，當(dāng)?shù)趕只螞蟻所在的城市為i，如果 L(s) = N或{/|(U)e浼以你)}*0，按順序完成所有螞蟻的計算；否則 71 = {/|〇/)6浼化你)}-{丨()}*0且1^)辛1則其中概率為：
[0006] 、 ~ (1)
[0007] 到達城市 j，則 L(s) = L(s) U {j}，i := j ;
[0008] 如果；T = {/|(z_,/)e 關(guān) 0.且 L(s)乒 N，則到達 i。，L(s)= L(S) U {；[。}，；[:=；[。;重復(fù)執(zhí)行8七6口3。
[0009] Step4:對于所有m只螞蟻，按照L(s)中城市的順序依次計算路徑的長度，如果 L(s)辛N，同時路徑長度充分大，則對m只螞蟻中的路徑長度進行比較，記錄下路徑長度最 短的螞蟻為t。如果f(L(t)) <f(W)，則W:=L(t)，用式（2)加強W路徑上的弧信息素，對 其他弧的信息素痕跡進行揮發(fā)操作。
[0010]
[0011]得到新的 τ "(k)，k : = k+Ι，重復(fù)執(zhí)行 step2。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0012] 對于一般傳感器網(wǎng)路，由于上述的算法沒有考慮到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點當(dāng)前的能耗問題，所 以對蟻群算法做如下改進，綜合考慮節(jié)點的剩余能量選擇下一輪的簇頭。
[0013] 首先對螞蟻的轉(zhuǎn)移概率算法進行優(yōu)化如下：
[0014]
(3)
[0015] 其中α為信息素權(quán)重，β為啟發(fā)因子權(quán)重，信息素是螞蟻從節(jié)點\到^的能量 距離的倒數(shù)：
[0016]
^4)
[0017] 其中4","; ω節(jié)點 '到ν j的能量距離，而能量距離又可表示為：
[0018] (5)
[0019]
[0020]
[0021]
[0022]
[0023] (6)
[0024] 其中Einit為節(jié)點的初始能量，E 節(jié)點vjlj v 的所需能量估算， timely，')點所需要的時間。當(dāng)一個節(jié)點接到一個數(shù)據(jù)包時，會估算其鄰居節(jié)點 的剩余能量，并更新路由表，動態(tài)選擇下一跳。經(jīng)過一定的輪數(shù)之后，輪數(shù)是設(shè)置的固定循 環(huán)次數(shù)roundtoupdate的倍數(shù)時，信息素的揮發(fā)按式（7)進行。
[0025] n (v；, Vj) = (1-p ) X n (v；, Vj) (7)
[0026] 然后每個節(jié)點增強信息素，并選擇鄰居節(jié)點中剩余能量最多的節(jié)點作為下一個簇 頭（如節(jié)點 V])，增強的按式⑶進行。
[0027] Φι,ν]) = η{ν?,ν]) + Ε?(νν) (8)
[0028] 至此對于蟻群優(yōu)化算法的改進完畢。
【主權(quán)項】
1. 本發(fā)明特征是針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量均衡問題，解決適當(dāng)選取做匯聚節(jié)點的簇 頭，通過考慮了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能耗因素改進的蟻群優(yōu)化方法從而提高了網(wǎng)絡(luò)的生命周期。2. 在權(quán)利要求1中，信息素是螞蟻從一個節(jié)點到另一個節(jié)點能量距離的倒數(shù)，然后每 個節(jié)點增強信息素，并選擇鄰居節(jié)點中剩余能量最多的節(jié)點作為下一個簇頭。3. 在權(quán)利要求1中，本發(fā)明的另一個特征是當(dāng)一個節(jié)點接到一個數(shù)據(jù)包時，會估算其 鄰居節(jié)點的剩余能量，并更新路由表，動態(tài)選擇下一跳。
【文檔編號】H04W84/18GK105898897SQ201410783185
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年12月15日
【發(fā)明人】彭力
【申請人】江南大學(xué)