[发明专利]水声协作通信网络中运用人工鱼群算法寻找路由的方法

权利要求书

1.水声协作通信网络中运用人工鱼群算法寻找路由的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将备选路由节点编号并计算任意两节点，节点i和节点j之间的距离；设d_i,j表示任意两相邻节点的通信距离；r1表示节点i和节点j之间是否需要协作节点C参与的距离阈值下限，即d_i,j小于该下限值时节点j无需协作节点C即可成功解码来自节点i的信息；r2表示节点i和节点j之间的距离阈值上限，即d_i,j大于该上限值时节点j无论协作节点C是否存在均无法成功解码来自节点i的信息；而当d_i,j大于r1且小于r2时，若节点j无法准确解码出来自节点i的信息，则需要节点C的协作，利用来自协作节点C和节点i的信息量进行解码；

进行人工鱼的初始化操作，确定人工鱼状态，并排除不符合d_i,jr2条件的人工鱼，并重新生成一种人工鱼状态信息，直至满足d_i,jr2；每条人工鱼的状态信息定义为所有节点排列中的一种(即任意一种节点路由顺序)，排列随机生成，一种排列对应一条人工鱼；

2)将人工鱼个体表示为X＝(X₁,X₂,…,X_n)，其中，X_α为寻优变量，α＝1,...,n，人工鱼所在位置的食料浓度为Y＝f(X)，其中，Y为目标函数值，食料浓度越高代表该人工鱼状态下的能耗值越低，人工鱼的感知距离表示为Visual，人工鱼移动的步长表示为Step，拥挤度因子表示为δ，人工鱼α和人工鱼β之间的距离表示为l_α,β；

3)任选一条未经判定的人工鱼，根据节点间的距离计算出该人工鱼状态信息下的系统总能耗，若需协作节点参与，则该人工鱼状态信息下的系统总能耗为各中继节点及其对应的协作节点所需的能耗之和，并对人工鱼状态进行行为判定，判定是否依次进行追尾、聚群、觅食三种行为；

考虑协作节点参与与否的人工鱼状态k的能耗计算公式为：

Y_k,C＝[R,C,energy]

其中，R为状态k下所需的中继节点组成的矩阵，C为状态k下的每一跳所需的协作节点组成的矩阵，若不存在协作节点则C为空矩阵，energy为该状态下的能量消耗值，energy具体表示为：

energy＝∑L_kij

式中，L_kij表示一条鱼的状态中节点i和节点j之间的能耗，d1为节点i和节点j之间的距离，d2为协作节点C和节点j之间的距离，U(d1)和U(d2)表示d1和d2通信距离条件下对应的水声通信能耗模型；

4)若可进行追尾行为，则跳出行为判断，同时更新追尾后的人工鱼的能耗，并与当前迭代得到的最低能耗值比较；若人工鱼当前的能耗值小于当前迭代得到的最低能耗值，则选择人工鱼当前的能耗值作为最低能耗值，并更新追尾行为后得到的人工鱼的状态；

5)若无法进行追尾行为，则尝试依次进行聚群、觅食两种行为，同时按照依次对比能耗值的方法，取当前能耗值与已记录的最低能耗值中相对更低者作为最低能耗值，跳出行为判断并更新最低能耗值；

6)所有人工鱼完成一次行为判决后，得到的最低能耗值即为本次迭代的最佳能耗值，输出本次迭代的最佳能耗值；

7)重复迭代步骤3)～6)至设定的最大迭代次数，输出最佳能耗值对应的人工鱼状态，即为选定的路由方案。