一種基于改進和聲搜索算法的無線傳感器網(wǎng)絡路由方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種基于改進和聲搜索算法的無線傳感器網(wǎng)絡路由方法，包括以下步驟：Step1、初始化算法相關參數(shù)HMS、HMCR、PAR以及評價次數(shù)eval_Nomax；Step2、利用輪盤賭初始化和聲記憶庫HM；Step3、評價和聲庫中各和聲路徑的適應度；Step4、設置eval_No＝0；Step5、設置i＝0；Step6、產(chǎn)生候選和聲；Step7、eval_No++，若eval_No＜eval_Nomax，執(zhí)行Step8；否則執(zhí)行Step11；Step8、對和聲庫中的第i條和聲Xi＝{s,x2,…xj,…,d},進行鄰域搜索；Step9、eval_No++，若eval_No＜eval_Nomax，執(zhí)行Step10；否則執(zhí)行Step11；Step10、i++，若i＜HMS，執(zhí)行Step6；否則執(zhí)行Step5；Step11、記錄和聲記憶庫中的最優(yōu)和聲路徑。本發(fā)明的路由方法具有較高的能效，并且能夠有效地延長整個網(wǎng)絡的生命周期。
【專利說明】一種基于改進和聲搜索算法的無線傳感器網(wǎng)絡路由方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于無線傳感器網(wǎng)絡【技術領域】，具體涉及一種改進和聲搜索算法的路由方法。
【背景技術】
[0002]無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Network, WSN)與傳統(tǒng)的因特網(wǎng)以及最近幾年發(fā)展迅猛的無線自組網(wǎng)(MobileAd Hoc Network)都有著很大程度上的不同。在傳統(tǒng)的因特網(wǎng)和Ad Hoc網(wǎng)絡中，每個網(wǎng)絡節(jié)點通常情況下是一臺個人電腦或者移動設備，用戶使用因特網(wǎng)和Ad Hoc網(wǎng)主要是用來獲取網(wǎng)絡共享信息，所以不管是因特網(wǎng)還是AdHoc網(wǎng)絡，路由協(xié)議設計的目的主要是為了提高服務質量，而不必考慮用戶消耗多少能量。無線傳感網(wǎng)絡則不同，無線傳感網(wǎng)絡是在檢測區(qū)域(通常情況下環(huán)境十分惡劣或者人無法到達)內散播大量的微型傳感器節(jié)點，這些傳感節(jié)點并沒有固定的ID，而是通過自組織的方式組成一個傳感器網(wǎng)絡。無線傳感器網(wǎng)絡一經(jīng)問世，便獲得了社會各界的青睞，應用在軍事，醫(yī)療，環(huán)境等各個領域。
[0003]路由算法在無線傳感器網(wǎng)絡中發(fā)揮著重要作用，它對各節(jié)點的能耗、整個網(wǎng)絡的生命周期以及通信質量起著關鍵性的作用。因此，路由算法的研究受到越來越多的關注。由于傳感器網(wǎng)絡具有能量受限、資源受限、拓撲結構變化頻繁等特點，因此，傳統(tǒng)的路由機制不能適應無線傳感網(wǎng)絡，必須設計與之相應的路由算法。
[0004]至今，用于無線傳感器網(wǎng)絡的路由協(xié)議主要包括:平面路由協(xié)議(Flooding協(xié)議、SPIN協(xié)議、MTE協(xié)議、Directed Diffusion協(xié)議)、層次路由協(xié)議(LEACH協(xié)議)、基于位置信息的路由協(xié)議(GAF協(xié)議、GEAR協(xié)議)以及基于數(shù)據(jù)流和QoS的路由協(xié)議。
[0005]目前，基于智能優(yōu)化算法的路由方法在無線傳感器網(wǎng)絡【技術領域】也有了一些應用，主要是基于蟻群算法(Ant Colony Optimization, AC0)的路由方法和基于蜂群算法(Bee Colony Optimization, BC0)的路由方法。
[0006]無線傳感網(wǎng)絡路由協(xié)議的研究已經(jīng)逐漸成為熱點，路由協(xié)議的研究從簡單到復雜，從以數(shù)據(jù)為中心到高質量要求，并向著智能化方向發(fā)展，如何建立高效、自適應的傳感路由算法成為當前研究的一個熱點。
[0007]和聲搜索算法是2001年韓國學者Geem等人提出的一種新穎的智能優(yōu)化算法。算法模擬了音樂演奏中樂師們憑借自己的記憶，通過反復調整樂隊中各樂器的音調，最終達到一個美妙的和聲狀態(tài)的過程。和聲搜索算法有很強的全局搜索能力，易于收斂到全局最優(yōu)解，其流程圖如圖1所示，執(zhí)行步驟如下所示:
[0008]Stepl:初始化算法相關參數(shù)。
[0009]初始化HMS (和聲記憶庫的大小，即種群容量大小)、HMCR (選擇概率)、PAR (調整概率)、Bff (調整帶寬)、評價次數(shù)eval_Nomax。
[0010]Step2:和聲記憶庫(Harmony Memory, HM)初始化。
【權利要求】
1.一種基于改進和聲搜索算法的無線傳感器網(wǎng)絡路由方法，包括以下步驟: Stepl、初始化相關參數(shù)HMS以及評價次數(shù)eval_Nomax ； Step2、利用輪盤賭初始化和聲記憶庫HM ； Step3、計算和聲庫中各和聲(路徑)的適應度f( π );
Step4、設置 eval_No = O ； St印5、設置i = O ; Step6、產(chǎn)生候選和聲并更新和聲記憶庫；
Step7、eval_No++,若 eval_No < eval_Nomax,執(zhí)行 Step8 ;否則執(zhí)行 Stepll ； Step8、對和聲庫中的第i條和聲Xi = {s, X2,…，X」，…，d}進行鄰域搜索；
Step9、eval_No++,若 eval_No < eval_Nomax,執(zhí)行 SteplO ;否則執(zhí)行 Stepll ； St印10、i++，若i < HMS，執(zhí)行St印6 ;否則執(zhí)行St印5 ； SteplU記錄和聲記憶庫中的最優(yōu)和聲路徑。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，所述Step2中，節(jié)點i通信范圍內的節(jié)點j的選擇概率P(i, j)如下:
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，所述Step6中，所述候選和聲夂=，…，其中:
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，所述Step6中: 當隨機數(shù)P1小于和聲搜索算法的選擇概率HMCR時，候選和聲的下一跳從和聲記憶庫中選擇；否則，隨機從當前節(jié)點的通信范圍內選擇未到達過的節(jié)點作為下一跳； 如果下一跳節(jié)點取自和聲記憶庫，則判斷取是否需要調整:當隨機數(shù)P2小于調整概率PAR時，對取自和聲庫中的音調進行調整，隨機從當前節(jié)點的通信范圍內選擇未到達過的節(jié)點替換掉被選擇的節(jié)點作為下一跳，否則，保持被選擇的節(jié)點做為下一跳；直到到達匯聚節(jié)點，其中，P2為O到I之間的隨機數(shù)。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，所述對取自和聲庫中的音調進行調整具體為:
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，所述St印6包括: Step6.1、計算候選和聲的適應度值f(π); Step6.2、將候選和聲與HM中最差的和聲進行比較，如果優(yōu)于該最差和聲，則將該最差和聲替換出和聲記憶庫。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，StepS中，通過隨機選擇路徑中的節(jié)點，在被選節(jié)點的上一跳和下一跳的通信范圍交集內隨機選擇一個未到達過的節(jié)點將被選節(jié)點替換，從而完成鄰域搜索。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，StepS具體包括: Step8.1、計算鄰域搜索得到的和聲的適應度值f(π); StepS.2、將鄰域搜索得到的和聲與進行鄰域搜索之前的和聲進行比較，如果優(yōu)于之前的和聲，則將之前的和聲替換出和聲記憶庫。
9.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，和聲記憶庫中的每條和聲的首尾元素分別是源節(jié)點和匯聚節(jié)點，和聲記憶庫HM如下:
10.根據(jù)權利要求1所述的方法，所述適應度函數(shù)模型為:
【文檔編號】H04W40/04GK103916927SQ201410097200
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月17日 優(yōu)先權日:2014年3月17日
【發(fā)明者】董燕, 曾冰 申請人:華中科技大學