[发明专利]基于蚁群算法的LEACH协议优化方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种基于蚁群算法的LEACH协议优化方法。

背景技术：

无线传感器网络 ( Wireless Sensor Network，WSN) 是由大量具有特定功能的传感器节点构成的具有数据采集、检测、感知和控制的自组织测控网络系统，是一种全新的信息获取和处理技术，被广泛用于军事、医学和工农业等众多领域。无线传感器网络是由电池提供的，因此在能量有限的约束条件下，降低节点的能量消耗，延长网络的生命周期和网络传输的可靠性、可扩展性是研究和应用无线传感器网络的热点。

在无线传感器网络中，LEACH( Low-Energy Adap-tive Clustering Hierarchy protocol，LEACH protocol) 协议是第一个基于多簇结构的层次路由协议，其后很多的层次协议，如 TEEN、PEGASIS 等大多都是在其基础上发展起来的，它是目前应用较广泛、较成熟的一种无线传感器网络路由协议。它的基本思想是通过对簇头进行等概率的随机循环选择，将整个网络的能量负载平均分配到每个节点，从而达到降低网络能量消耗、延长网络生命周期的目的。但是，随机簇头的选择易造成网络内节点能量损耗不均，缩短

网络生命周期，使得网络生存期的后期形成监控盲点，影响网络的整体性能。

本文在 LEACH 的基础上提出了一种基于蚁群算法的算法，该算法通过环状模型控制的节点间距离与路径信息素的相互作用来选择最优路径，该算法与 LEACH 算法相比，在降低能耗，提高网络生命周期方面有更好的性能。

发明内容：

本发明的目的是提供一种基于蚁群算法的LEACH协议优化方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

基于蚁群算法的LEACH协议优化方法，通过以下步骤实现：

步骤一、初始化阶段，Sink节点获取传感器网络的网络拓扑和网络能量，创造簇建立所需的条件；

步骤二、根据预先划分的区域建立簇，将能量较大的节点作为簇头，相邻的簇头之间进行信息交流，更新路由表，计算信息度浓度，簇内节点采用单跳的方式与簇头通信；

步骤三、簇头完成数据融合，去除冗余数据，减少通讯业务量，建立簇间路由，通过选择下一跳簇头完成簇间路由，将数据发送给Sink节点；

步骤四、从簇头节点按搜索角度发出m只人工蚂蚁，每只人工蚂蚁携带包括此节点的剩余能量和ID的数据包，人工蚂蚁分布在搜索角度范围内的边界节点上；

步骤五、人工蚂蚁按转移概率以及环状模型限定的距离相结合的方法寻找下一跳节点，当人工蚂蚁到达非汇聚节点且按照规则无法移动时，则回退到前一节点重新搜索，并将已经搜索过的节点放入第k只蚂蚁的禁忌表中；

步骤六、人工蚂蚁在1跳内就找到汇聚节点，该人工蚂蚁不再参与以后的搜索；

步骤七、人工蚂蚁到达汇聚节点后得到一个路径评价值，然后根据路径评价和信息素浓度更新规则更新路径上的信息素浓度；

步骤八、直到当前人工蚂蚁搜索到的节点是汇聚节点时，则完成单次搜索；

步骤九，若迭代次数内，相邻3次搜索的路径相同或者到达迭代次数的最大值，则完成搜索

有益效果：

1. 本发明的协议具有能量消耗增长速度慢的优点，且大约可降低12.5%的能量消耗。这是因为在无线传感器网络中，能量的主要消耗是节点发送数据消耗的能量，而不是数据的融合，相比现有的LFACH和LEACH-C算法，簇首通过单跳的方式将数据直接发送给Sink节点，当簇首距离Sink节点距离较远时，能量的消耗更加明显，而本发明改进后的算法将单跳的数据传输方式改为多跳形式，使网络中能量的消耗更加均衡，延长了能连过的消耗时间，从而盐城了网络的生命周期。

本发明根据无线传感器网络的特点，运用分簇算法的思想，提出了将蚁群算法医用于无线传感器网络的路由选择。本发卖给你方法是可以运用到分簇路由选择中的，并且算法中考虑到了节点剩余能量以及路径的长度，因而使得算法有了更好地鲁棒性和可扩性。

具体实施方式：

具体实施方式一：

本实施方式的基于蚁群算法的LEACH协议优化方法，基于蚁群算法的LEACH协议优化方法通过以下步骤实现：

步骤一、初始化阶段，Sink节点获取传感器网络的网络拓扑和网络能量，创造簇建立所需的条件；