[发明专利]一种无线传感器网络的蚁群优化的任播路由方法

摘要

本发明无线传感器网络任播路由技术领域，具体为一种无线传感器网络的蚁群优化的任播路由方法，解决了无线传感器网络中存在网络延迟、网络生存时间短、网络耗能不均匀的问题，本发明所述方法首先利用节点间的信号强度值转换为节点间的距离值，然后利用这些距离值一步一步推算出P的所在区域，然后引入蚁群算法选择出P到就近sink节点间最优的传输路径，最后P按一定的权重比例发送数据包，故能够降低网络延迟，减少发送时间；均衡节点能耗，减少网络耗能；提高网络整体生存时间。

主权项

1.一种无线传感器网络的蚁群优化的任播路由方法，其特征在于，包括以下步骤：/nZ1：指定一个发送节点为P，设P能够接收到其周围4个不同的sink节点的信号强度，进而转换为信号强度值，且4个sink节点均位于P的通信范围之内，其中s1、s2、s3、s4分别代表4个不同的sink节点，且每个sink节点的坐标位置是已知的；设P到其中一个sink节点的任一条路径上有k个节点；k个节点中包括P和一个sink节点；/nZ2：设定P在一个四边形ABCD中，s1、s2、s3、s4分别在四边形ABCD的四条边上；将P到s1、s2、s3、s4的信号强度值转换为P与s1、s2、s3、s4之间的距离值且分别记为L_s1p、L_s2p、L_s3p、L_s4p；根据sink节点的坐标位置计算得出s1和s2的距离值记为L_s1s2，s2和s3的距离值记为L_s2s3，s3和s4的距离值记为L_s3s4，s4和s1的距离值记为L_s4s1；/nZ3：将四边形s1s2s3s4区域记为Ⅰ区且面积为S_□s1s2s3s4；P、s1和s2形成三角形区域的面积记为S_Δs1s2p；P、s2和s3形成三角形区域的面积记为S_Δs2s3p；P、s3和s4形成三角形区域的面积记为S_Δs3s4p；P、s4和s1形成三角形区域的面积记为S_Δs1s4p；且三角形As1s2区域记为Ⅱ区，三角形Bs2s3区域记为Ⅲ区；三角形Cs3s4区域记为Ⅳ区；三角形Ds1s4区域记为Ⅴ区；根据步骤Z2得到的各参数，计算S_Δs1s2p、S_Δs2s3p、S_Δs3s4p、S_Δs1s4p、S_□s1s2s3s4，设/n 则/n /n /n /n /nZ4：判断P位于哪个区域：/n①当S_Δs1s2p≠0,S_Δs2s3p≠0,S_Δs3s4p≠0,S_Δs1s4p≠0且S_Δs1s2p+S_Δs2s3p+S_Δs3s4p+S_Δs1s4p＝S_□s1s2s3s4时，则P位于Ⅰ区；/n②当S_Δs1s2p＝0,S_Δs2s3p≠0,S_Δs3s4p≠0,S_Δs1s4p≠0且S_Δs1s2p+S_Δs2s3p+S_Δs3s4p+S_Δs1s4p＝S_□s1s2s3s4时，则P位于边s1s2上，视为Ⅱ区；/n③当S_Δs1s2p≠0,S_Δs2s3p＝0,S_Δs3s4p≠0,S_Δs1s4p≠0且S_Δs1s2p+S_Δs2s3p+S_Δs3s4p+S_Δs1s4p＝S_□s1s2s3s4时，则P位于边s2s3上，视为Ⅲ区；/n④当S_Δs1s2p≠0,S_Δs2s3p≠0,S_Δs3s4p＝0,S_Δs1s4p≠0且S_Δs1s2p+S_Δs2s3p+S_Δs3s4p+S_Δs1s4p＝S_□s1s2s3s4时，则P位于边s3s4上，视为Ⅳ区；/n⑤当S_Δs1s2p≠0,S_Δs2s3p≠0,S_Δs3s4p≠0,S_Δs1s4p＝0且S_Δs1s2p+S_Δs2s3p+S_Δs3s4p+S_Δs1s4p＝S_□s1s2s3s4时，则P位于边s1s4上，视为Ⅴ区；/n⑥当S_Δs1s2p≠0,S_Δs2s3p≠0,S_Δs3s4p≠0,S_Δs1s4p≠0且S_Δs1s2p+S_Δs2s3p+S_Δs3s4p+S_Δs1s4p＞S_□s1s2s3s4时，则P位于四边形s1s2s3s4之外且在四边形ABCD之内；然后计算P到s1、s2的距离之和为L₁＝L_s1p+L_s2p；计算P到s2、s3的距离之和为L₂＝L_s2p+L_s3p；计算P到s3、s4的距离之和为L₃＝L_s3p+L_s4p；计算P到s1、s4的距离之和为L₄＝L_s1p+L_s4p；当L₁＝min(L₁,L₂,L₃,L₄)，即L₁为L₁、L₂、L₃、L₄中的最小值，那么P位于Ⅱ区；当L₂＝min(L₁,L₂,L₃,L₄)，即L₂为L₁、L₂、L₃、L₄中的最小值，P位于Ⅲ区；当L₃＝min(L₁,L₂,L₃,L₄)，即L₃为L₁、L₂、L₃、L₄中的最小值，P位于Ⅳ区；当L₄＝min(L₁,L₂,L₃,L₄)，即L₄为L₁、L₂、L₃、L₄中的最小值，P位于Ⅴ区；/nZ5：然后通过蚁群算法来选取一条从P到s1、s2、s3或s4之间的最短路径即最优传输路径，所述蚁群算法的适应度函数为：/n /n由步骤Z1可知从P到s1、s2、s3或s4任一sink节点间的任一条路径上均包括k个节点，设P到s1、s2、s3或s4任一sink节点间均包括M条路径；每条路径均可得一个适应度函数值F_sjz，适应度函数值F_sjz表示P到s1、s2、s3或s4任一sink节点间的第z条路径的距离，其中1≤z≤M；Li为第z条路径上第i个节点和第i+1个节点间的距离，从P到s1、s2、s3或s4任一sink节点间均包括M个适应度函数值F_sjz，从P到s1、s2、s3或s4任一sink节点间的M个适应度函数值F_sjz中，选出P到s1的最小适应度函数值F_s1m即为P到s1的最优传输路径的距离、P到s2的最小适应度函数值F_s2m即为P到s2的最优传输路径的距离、P到s3的最小适应度函数值F_s3m即为P到s3的最优传输路径的距离、P到s4的最小适应度函数值F_s4m即为P到s4的最优传输路径的距离；/nZ6：设P发送的数据包大小为D，由步骤Z5可得，P向s1的最优传输路径的距离为F_s1m，P向s2的最优传输路径的距离为F_s2m，P向s3的最优传输路径的距离为F_s3m，P向s4的最优传输路径的距离为F_s4m，P通过最优传输路径发送数据包，则当P位于Ⅰ区时，P向s1发送的数据包大小为P向s2发送的数据包大小为P向s3发送的数据包大小为P向s4发送的数据包大小为当P位于Ⅱ区时，P向s1发送的数据包大小为P向s2发送的数据包大小为当P位于Ⅲ区时，P向s2发送的数据包大小为P向s3发送的数据包大小为当P位于Ⅳ区时，P向s3发送的数据包大小为P向s4发送的数据包大小为当P位于Ⅴ区时P向s4发送的数据包大小为P向s1发送的数据包大小为/n