3基于蚁后可知的算法 - 智能与网络化系统研究所.ppt

Queen-Ant-Aware-Based Algorithm for Wireless Sensor Networks Routing无线传感器网络中基于蚁后可知算法的路由 卢旭 摘要 目前，无线传感器网络的优势使其在军事和民用领域都形成了大量新的应用。很多研究人员都致力于设计新的传感器网络协议，其中能量可知是主要考虑的因素。我们认识到无线传感器网络的趋势应该是可以被用户通过Internet来操控，我们提出一种新的算法，该算法可实现远程信息获取和通过Internet操控，这样用户就可以避免来自危险环境的不必要的伤害。本文我们开发出了一个适用于远程传输信息的新模型。另外，我们详细描述了我们的基于蚁后可知算法，然后对该算法进行了仿真。最后，我们总结了该新协议的一些开放的研究点。 关键词：无线传感器网络、远程信息获取、internet操控、路由算法 1 引言 目前，无线传感器网络被期望在军事和民用领域都有广阔的应用和越来越多的部署。不过，结合了数据处理、存储单元和通信能力为一身的传感器节点却被有限且不能更换的电源和固定的带宽限制着。因此，传统的路由协议对服务质量（QoS）要求较高，但无线传感器网络协议的设计更关注于能量的节约和效率。在网络层，找出建立能量有效的路由来最大化网络的寿命是非常有挑战性的。 尽管无线传感器网络和无线ad-hoc网络有很多相同的地方，前者还是和后者有很多不同的特性。首先，传感器节点是比较脆弱的而且容易失效。为了确保监控的有效性，我们必须布置较密集的传感器节点。其次，由于传感器节点的数目要比ad-hoc网络节点多，传感器节点不可能和ad-hoc网络一样有一个全局ID。第三，传感器节点的能量、计算能力和存储量都有限。第四，传感器节点的活动性使得传感器网络的拓扑变化频繁。 很多研究人员都致力于开发出满足这些要求的协议。泛洪和闲聊都是以中心来收集信息，目的是在不需要任何路由算法和拓扑维护的情况下传输传感器网络的数据。虽然它们易于实现，但它们不能解决由于他们的机制产生的内爆和重叠问题。其他协议：基于信息协商的传感器协议（SPIN）、能量可知路由、直接扩散、谣传路由以及基于梯度路由都是以数据为中心的。对比以上协议，最小能量通信网络（MECN）、地理适应精度（GAF）和地理位置和能量可知路由都是基于位置的协议，在考虑到传感器节点和sink节点的活动性的情况下有较大优势。 无论这些协议在能量节约和考虑活动性方面有多大优势，它们都不能由用户通过Internet来操控。同时，由于环境要求有所不同，这些协议不能很好地适应各种不同环境。本文我们提出了一种无线传感器网络的基于蚁后可知的算法。经过蚁后的操作，用户可以通过Internet控制和获取网络中任意传感器节点的信息。该算法也能满足能量节约的要求，也能够适应节点活动的情况。 2.网络模型 我们基于Y. Xu的GAF模型提出一个新颖的模型。在该模型中，我们根据每个节点的位置划分很多个虚拟的网格，节点的位置是由GPS频繁更新的。为了实现Internet和传感器网络可操作性的结合，我们把节点分为五种：源节点（事件）、目标节点（Sink）、蚁后节点（Internet的接口节点）、主节点（组的领头或代理）以及普通成员节点。在我们划分区域来确保通信的有效性时，我们做出一下假设： 1）任意节点的最小通信距离： （P G是GPS的定位精度） 2）GPS定位精度：P G≤ L（L是相邻网格的轴距） 3）中心网格中的任意节点的最小通信距离： 如图1所示，中心区域中的任意节点都可以广播信息给红线区域的所有节点。 由GPS来划分完区域之后，我们需要建立一个合理的网络，网络中任意两个节点之间的通信都要是可行而且有效的。在相同区域中的节点按以下原则自组织在一起： 1）同一网格中的节点选举出一个或多个主要的节点作为它们的代理，但同一网格中的每个组都是唯一且独立的。 2）同一区域中的任意组除了有GPS定位的网格位置之外，还有它们自己组的序列号。 3）包括它们的主节点在内组成员的数量最多为8。而该组中的每个成员都在组序列号之后有其自己的序列号。 4）主节点担当一个代理的角色，除非其成员节点是源节点或sink，否则它就有权力处理很多问题，这样可以节约能量。 5）如果主节点知道了它的一个成员节点是源节点、目标节点或是蚁后节点，它就必须和该成员节点互换角色，然后把其他成员节点的信息发送给该成员节点。 6）符号a、b、c……表示由GPS更新的区域信息。 7）每个主节点以图2所示的形式存储其成员节点的信息： Identity用于识别节点的身份，N表