[发明专利]一种基于遗传算法和蚁群算法的路由选择策略的方法

说明书

本发明公开了一种无线传感网中基于改进的遗传算法和蚁群算法的路由选择策略的研究，包括：设定网络的基本参数，确定能耗模型，结合高斯分布产生遗传算法的初始解；当达到设定的轮数时，计算每个染色体的适应性函数值，使用精英法保留个体，并选择两个染色体作为父本，交叉互换，生成新的子代，进行基因位突变；确定簇头节点，更新全局信息素，当达到蚁群算法的循环次数时，每一个簇头节点使用蚁群算法需找到基站的路径；更新路由表，计算候选节点，使用轮盘赌方法选择下一跳的节点，直到蚂蚁到达基站，完成簇内传输和簇头到基站的传输，得到能耗最小的传输路径。能够增强了在随机网络内的适应性，延长网络寿命，降低节点传输到基站的能耗。

技术领域

本发明涉及一种基于遗传算法和蚁群算法的路由选择策略的方法，属于无线传感网络领域。

背景技术

无线传感网作为一种革命式的技术在近几年的发展中取得了长足进步，它是由可以感知和检测外部环境的传感器构成。传感器通过无线的方式通信，可以和互联网进行有线或无线的连接，节点通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络，并与外界连接。无线传感器网络已经在诸多领域有很广泛的应用，例如监控环境，灾害预警系统，医疗，防御系统和目标跟踪，在这种应用背景下，传感器在网络环境中测量和感知外界的数据并通过多跳的形式传输给位置比较远的基站。由于传感器节点在网络中随机分布且放置后不可移动，使得网络的整体能耗受限，因此，节能便成为了无线传感网中的热点问题之一。WendiRabiner Heinzelman等人在2000年提出了leach分簇算法(Low Energy AdaptiveClustering Hierarchy)，该算法基本思想是：以循环的方式随机选择簇头节点，将整个网络的能量负载平均分配到每个传感器节点中，从而达到降低网络能源消耗、提高网络整体生存时间的目的，仿真表明，与一般的平面多跳路由协议和静态分层算法相比，LEACH分簇协议可以将网络生命周期延长15％。

由于LEACH假定所有节点能够与基站直接通信，并且每个节点都具备支持不同MAC协议的计算能力，因此该协议不适合在大规模的无线传感器网络中应用。而且节点直接与基站通信会浪费大量的能量。Leach算法中的簇头选举依赖于随机数的生成，有可能出现被选的簇头节点集中在网络某一区域的现象，这样就会使得一些节点的周围没有任何簇头节点，除此之外算法没有说明簇头节点的数目怎么分布才能及于整个网络，由此可见，在无线传感网中，节点的分簇和路由问题是非常重要的。

分簇是将网络内的某些节点以簇为单位划分，分簇结束后，成员节点将收集到的信息传递给簇头，簇头收集后进行数据融合和处理，簇头会发送数据到基站，以直接发送数据到基站或者以多跳的形式传输数据。到目前为止，很多分簇和路由的算法相继被提出，旨在降低网络的能耗和延长网络的寿命。遗传算法，粒子群算法和蜂群算法是在簇头选举中较为常见的算法，在无线传感网中，传输路径的选择和簇头选举极为关键，好的路由算法和分簇算法可以降低在路径寻优过程中消耗的能量和时间，除此之外，还可以减少环路的产生，延长网络寿命。蚁群算法和遗传算法是基于种群进化的启发式算法，非常易于实现，很容易和其他算法结合，在路径的规划等方面有很广泛的应用。在近几年的路由算法研究中，引起了国内外研究学者越来越多的关注。

在无线传感网中，分簇和路由都是平衡网络能耗和节能的重要操作，在过去的几年，为了在网络中既能平衡网络的能耗，又能考虑节点本身自身有限的计算能力和剩余能量，有许多改进的分簇和路由算法先后被提出并用于无线传感网的路由及传输策略当中。