為了延長無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（wireless sensor network,WSN）的生命周期,均衡各個(gè)節(jié)點(diǎn)間能量消耗,針對現(xiàn)有的WSN路由優(yōu)化算法存在的問題,提出了一種基于改進(jìn)蟻群算法的路由優(yōu)化算法;首先通過對蟻群算法和遺傳算法的優(yōu)劣性比較,在蟻群算法的基礎(chǔ)上,結(jié)合遺傳算法的選擇、交叉和變異的操作,從而提高蟻群算法的搜索速度和尋優(yōu)能力;最優(yōu)路徑評價(jià)函數(shù)綜合考慮節(jié)點(diǎn)能耗及節(jié)點(diǎn)的剩余能量,使剩余能量多的節(jié)點(diǎn)優(yōu)先參與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā),均衡節(jié)點(diǎn)間的能量消耗;通過與經(jīng)典蟻群算法及遺傳算法的對比實(shí)驗(yàn)表明,隨著數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)輪數(shù)增加,改進(jìn)的蟻群算法能耗小,剩余能量多,網(wǎng)絡(luò)生命周期明顯延長;隨著整個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)間的增長,改進(jìn)的蟻群算法,節(jié)點(diǎn)均衡能耗性好,最優(yōu)路徑搜索的成功率也明顯優(yōu)于其他兩種算法。 

【文章來源】：計(jì)算機(jī)測量與控制. 2016年02期

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

圖１無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)蟻群算法

數(shù)設(shè)置為了更好地驗(yàn)證改進(jìn)的蟻群算法的路徑優(yōu)化性能，需要對其進(jìn)行仿真研究，采用網(wǎng)絡(luò)模擬軟件ＮＳ２來進(jìn)行仿真。在仿真開始之前，需要對參數(shù)進(jìn)行初步的設(shè)置。進(jìn)行仿真的傳感器點(diǎn)的數(shù)目為１０個(gè)。蟻群算法仿真所需要的參數(shù)為：整個(gè)路徑中的螞蟻總個(gè)數(shù)為１０個(gè)，α＝０．２，β＝０．２，ρ＝０．３；遺傳算法仿真所需要的參數(shù)為：螞蟻種群的總個(gè)數(shù)為１０個(gè)，在進(jìn)化過程中最多能夠進(jìn)化１０００次，發(fā)生交叉操作的概率為０．９，發(fā)生變異操作的概率為０．０１。無線感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖３所示。圖３無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖３．２算法的性能評價(jià)指標(biāo)為了能夠更好地看出每種算法的優(yōu)化效率，讓結(jié)果具有可比性，需要建立算法的性能評價(jià)指標(biāo)。本次指標(biāo)從路徑能量消耗和尋找最優(yōu)路徑的成功率兩個(gè)方面來完成。同時(shí)將改進(jìn)的蟻群算法和蟻群算法、遺傳算法相比較，來體現(xiàn)出改進(jìn)算法的優(yōu)越性［１４］。螞蟻在尋找最優(yōu)路徑的過程中需要不斷的消耗能量，那么在尋找最優(yōu)路徑的過程中螞蟻消耗的總能量為：Ｅ＝∑ｎｉ＝１ｅｉ（５）其中：Ｅ表示的是消耗的總能量，ｅｉ表示的是每個(gè)節(jié)點(diǎn)消耗的能量。傳輸過程中的能量消耗采用自由空間模型計(jì)算。路徑損耗由下面的公式來計(jì)算：λ＝ＣＢａｎｄｗｉｄｔｈ（６）ｅｉ＝１４π×距離２×λ２４π（７）因此在已知傳感器的初始能量、仿真次數(shù)和運(yùn)行時(shí)間的前提下，可以計(jì)算出各個(gè)節(jié)點(diǎn)的剩余能量。３．３仿真結(jié)果３．３．１能量消耗仿真結(jié)果３種算法的能量消耗總量的仿真結(jié)果如圖４所示，從圖中可以看出，改進(jìn)的蟻群算法在尋找最優(yōu)路徑的過程中消耗的能量最少，其次是蟻群算法

計(jì)算機(jī)測量與控制第２４????????????????????????????????????????????????????·卷３２２·無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：１）每一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)在工作時(shí)不僅要進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送，而且還要進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。２）每個(gè)傳感器的節(jié)點(diǎn)都是以單跳或者多跳的方式來進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，最終將信息發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)處。３）匯聚節(jié)點(diǎn)與管理終端的數(shù)據(jù)發(fā)送方式有很多種，比如互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)、衛(wèi)星通信等。圖１無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)２蟻群算法２．１基本的蟻群算法蟻群算法是意大利學(xué)者Ｍ．Ｄｏｒｉｇｏ通過對自然界中螞蟻的行為進(jìn)行研究所提出的一種新型的模擬進(jìn)化算法［７］。研究發(fā)現(xiàn)：螞蟻在覓食過程中，會釋放出一種信息素，該信息素會引導(dǎo)螞蟻選擇從洞穴到食物之間的最優(yōu)路徑。螞蟻尋找到食物返回洞穴的過程中，會在返回的路徑上留下信息素，后面的螞蟻不但可以檢測到該信息素的存在，還可以檢測出信息素的濃度大�。郏福荨Ｎ浵仌x擇信息素濃度較高的路徑來進(jìn)行覓食。同時(shí)，信息素還具有揮發(fā)的特性，隨著時(shí)間的推移，路程較遠(yuǎn)的路徑上的信息素會慢慢地?fù)]發(fā)，濃度降低，那么螞蟻選擇該路徑的概率會大大減少。路程較近的路徑留下的信息素濃度增加，螞蟻選擇該路徑的概率會增加，這種信息素濃度的增加會使后面的螞蟻更高概率地選擇該路徑，這一現(xiàn)象就是正反潰通過這種正反饋，螞蟻總能選擇到食物與洞穴之間的最優(yōu)路徑［９］。２．２蟻群算法通過對螞蟻覓食的基本原理進(jìn)行研究，科學(xué)家們設(shè)計(jì)了能夠?qū)ふ易顑?yōu)路徑的蟻群算法，算法的主要步驟為：１）設(shè)外出尋找食物的螞蟻數(shù)量為ｍ只，并且該ｍ只螞蟻是隨機(jī)出發(fā)的。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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[3]基于改進(jìn)蟻群算法的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由的研究[D]. 陳宇.華南理工大學(xué) 2012
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[5]面向無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多路徑路由協(xié)議研究[D]. 龔瑜.南京郵電大學(xué) 2012
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[8]螞蟻算法在車輛路徑問題中的研究[D]. 程滿中.中南民族大學(xué) 2007



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