基于蟻群算法的無線傳感器網(wǎng)絡路由算法

(2)路徑搜索初始時，賦予每條路徑上相等數(shù)量的初始信息素τ0，本文設置為信息素濃度下限τmin。

(3)路徑搜索開始時，m只前向螞蟻從源節(jié)點S處出發(fā)，前向螞蟻所要攜帶的信息有:源節(jié)點ID號、目的節(jié)點ID號、節(jié)點i到節(jié)點j的信息素強度τ(i，j)、經(jīng)過節(jié)點的剩余能量的總和以及當前總跳數(shù)。

(4)位于節(jié)點i的前向螞蟻k，依據(jù)轉移規(guī)則從相鄰的下一跳節(jié)點集合中選擇一個節(jié)點，并根據(jù)式(5)、式(6)更新路徑上信息素強度。

(5)當中間節(jié)點j收到來自鄰居節(jié)點的螞蟻節(jié)點時：①更新前向螞蟻搜索包跳數(shù)h(i)=h(i)+1，i∈[1，m]。如果前向螞蟻沒有到達目的節(jié)點，且h

(6)當每個前向螞蟻到達目的節(jié)點時，它們將立即轉化成一個后向螞蟻，并且它將沿著反向信息素表回到源節(jié)點。中間節(jié)點收到后向螞蟻數(shù)據(jù)包時，按照式(5)、式(7)將更新相鄰節(jié)點信息素強度，并建立到目的節(jié)點的路由表，路由表是一個三元組包括：目的節(jié)點、下一個節(jié)點、信息素。

(7)后向螞蟻到達源節(jié)點后路由建立完畢。

2.5 網(wǎng)絡的維護

在無線傳感器網(wǎng)絡中，節(jié)點的故障和能量的耗盡都將導致網(wǎng)絡拓撲結構的變化，這使得路由維護顯得十分重要。路由斷路和節(jié)點能量的消耗是路由維護中必須解決的兩個關鍵問題。

(1)路由斷路。

當中間節(jié)點發(fā)現(xiàn)路徑不通或收到路由斷路的消息后，它首先根據(jù)斷路的路徑信息刪除自己對應的路由表條目，然后查詢可能性路由表條目，看是否能找到到達同一目的地的其他路徑。如果有，則根據(jù)路由表中信息素最大的條目作為最優(yōu)的路徑進行通信;

如果沒有到達對應目的地的可選路徑后，即向其他節(jié)點繼續(xù)發(fā)送路由斷路消息。當源節(jié)點在通信完成前收到路由斷路消息后，如果沒有到目的地的其他路徑，則將發(fā)起新的路徑探索過程，直到通信完成。

(2)節(jié)點能量的消耗。

為了不頻繁地重建路由表，節(jié)省能量，MP-ACA算法根據(jù)每個節(jié)電的剩余能量自動更新路由表，這樣就使得節(jié)點的能耗盡可能保持平衡。節(jié)點能量每下降10%，節(jié)點就會向周圍節(jié)點廣播自己的剩余能量，收到廣播的節(jié)點用式(8)更新路由表：

為了分析改進方案的性能，這里選用了以下2個典型參數(shù):(1)接收到數(shù)據(jù)包的平均時延(EndtoEndAverageDelay)，單位為s;(2)能量不為零的節(jié)點數(shù)目(NumberofNodes)。

3.1 接收到數(shù)據(jù)包的平均延時

圖1反映了三種算法網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)的平均傳輸延時隨時間的變化關系。由圖可知，各算法的時延呈現(xiàn)先降后增的趨勢，主要是由于網(wǎng)絡剛建立時，節(jié)點需要建立路由表，然后時延呈下降趨勢。網(wǎng)絡運行一段時間后，由于網(wǎng)絡中部分節(jié)點死亡，導致路由的重建，致使時延呈上升趨勢。

總的來說，MP-ACA的平均傳輸延時要小于MACO和ACA的平均傳輸延遲，主要是因為在MACO和ACA其路由是通過多次迭代而建立起來的，需要的時間長，從而增加了網(wǎng)絡延時。