[发明专利]基于菌群觅食优化算法的无线传感网层次化路由方法

摘要

本发明将细菌觅食优化算法与分层路由算法相结合，提出一种基于菌群觅食优化算法的无线传感网分层路由方法。该方法首先利用自适应分簇方法对节点进行分簇，然后选一节点为源节点，汇聚节点为目标节点，利用细菌觅食优化算法的循环迭代进行路径搜索，搜索过程充分考虑了路径传输能耗和节点剩余能量等因素，最后选出最优路径，完成源目节点间的信息传输。本发明充分考虑了路径传输能耗和节点剩余能量等因素，能够有效延长无线传感网的生存期。

主权项

一种基于细菌优化觅食算法的无线传感器节点层次化路由方法，其特征在于该方法的步骤为：第一阶段：用自适应分簇方法对节点分簇步骤1：簇建立阶段：针对于能量分布不均匀的网络，在局部范围内对节点的能量进行排序，保存能量最高的两个节点，一个作为簇头节点，另一个为备用簇头节点，两簇头节点交替工作；各区域选定簇头节点后，参与排序的节点则直接从属于选出的簇节点，完成簇的建立；当簇内能量值低于平均能量值 30%时，簇将开始重建；步骤2：数据通信阶段：通过细菌优化算法完成到目的节点的数据传输；第二阶段：基于细菌优化算法选择路由路径在分簇完成后，利用菌群群体智能的特性，通过趋化、聚集、繁殖、迁徙的迭代操作完成最优路径的选择，步骤21. 趋化操作     对细菌觅食优化算法来说，步长越小越有助于进行更精密的搜索，但会减缓算法的收敛速度；而步长越大越能加快算法的收敛速度，但会增加降低算法的求解精度；采用自适应变步长的方法，根据该细菌到邻居的细菌的平均距离来动态改变步长，使算法更加适应环境变化，加快源目节点间路由优化的过程；细菌在翻转操作时，翻转角度不再是随机值，而是根据周围节点的剩余能量和传输耗能，更新引诱度表，选择引诱度最高的节点作为细菌将要前进的方向；步骤22. 聚集操作 聚集行为可以是趋化操作的一部分，它主要的作用是对细菌的自适应值进行修正，通过细菌间的作用力加快菌群的聚集；步骤23. 繁殖操作 对S个细菌的健康度按从小到大进行排序，并按排列顺序分成长度相等的两个子序列Slow和Shigh，丢弃子序列Shigh中的S/2个细菌及其搜索路径；保留Slow子序列中的S/2个细菌及其搜索路径，同时生成S/2个子细菌，子细菌和母细菌具有相同的位置参数，但是步长减少为原来的10%；步骤24. 迁徙操作先对菌群健康度按升序排序，对健康度值排在Shigh子序列中的细菌，以概率Pm迁徙到一个随机位置，剩余细菌的位置不变，这样在不破坏当前最优解结构的情况下，增加了细菌到达最优解的概率；步骤25. 选择最优路径重复步骤21‑23，直到前向包到达目的节点，并且向该路发送回溯细菌，按照路径节点方向顺序到达源节点接收到回溯细菌开始发送数据，沿着上述最优路径，完成信息传输。