[发明专利]基于蚁群算法的无线自组网络节能按需路由方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种信息技术领域的方法，涉及一种基于蚁群算法的无线自组(Ad Hoc)网络节能按需路由方法。

背景技术

Ad Hoc网络是一种没有基础设施、多跳、无线自组织网络。分布式的网络结构使得网络非常灵活，特别适合于临时信息共享的网络应用，如会议、军事行动和灾难救助等。Ad Hoc网络的多跳路由、随机移动等特点使得其路由发现和维护过程非常复杂。而且设备终端通常都是采用电池供电，网络的寿命很大程度上都取决于电池的能量消耗，因此节能策略成为Ad Hoc网络研究的热点，如何有效地管理节点的能量消耗，延长整个网络的工作寿命是无线通信领域最具挑战性的课题之一。

目前在Ad Hoc网络领域已经提出了很多节能策略，涵盖了无线网络的各个功能层。如IEEE 802.11标准提出一种MAC层的节能策路，节点处于空闲时，通过将节点设置成睡眠状态而达到节能目的。类似的MAC层节能策略还有EC-MAC、PAMAS等。在网络层，也有很多以节能为目的的方法，如MTPR，MBCR，MMBCR等。近年来，已有人将蚁群算法应用到移动Ad Hoc网络的路由中来，利用蚁群算法的分布式、自适应、正反馈和负反馈的特点，来自动配置、自适应网络的动态变化，根据网络的状态及时调整路由，以实现多个QoS的优化，例如AntHocNet、EARA、ANSI、ARAMA。这些方法中，蚂蚁在进行路由发现过程中需要记录所有访问过的节点信息，蚂蚁分组结构复杂，甚至还需要专门的控制分组来增强网络路径，因此在网络节点数量较多时，会增加网络的开销，甚至造成拥塞。目前基于蚁群算法的路由协议中很少从节能角度来考虑路由建立过程。

经对现有技术的文献检索发现，O.Hussein等在《IEEE conferenceProceedings on：Performance，Computing，and Communications》(IEEE会刊：性能、计算和通信)(2003年4月)上发表的“Ant routing algorithm formobile ad-hoc networks(ARAMA)”(“用于移动Ad hoc网络的蚂蚁路由算法(ARAMA)”)，该文中提出的ARAMA算法采用路由跳数和节点能量消耗作为网络QoS指标，算法中前向蚂蚁分组进行路由搜索时随机选择一个邻居节点进行转发，该分组在转发过程中需要按访问顺序记录所经过的节点地址作为路由路径，当目标节点收到前向蚂蚁分组时，对该分组记录的路径进行评估，然后沿着该路径向源节点发送反向蚂蚁分组，同时增强路径上各节点相应的信息素表。其不足在于：该方法所发出的前向蚂蚁分组的数量与网络的动态特性有关，当网络变化频繁时需要增加前向蚂蚁分组数量，这必然会增加网络开销，甚至造成网络拥塞；此外，蚂蚁需要记录所有访问过的节点信息，使得蚂蚁分组的结构复杂，特别当网络节点较多、密度较大时，蚂蚁分组的传输会占用较多的网络带宽，这些不足该文中都没有予以解决。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种基于蚁群算法的无线自组网络节能按需路由方法，使其在相同的网络初始状态和网络负载条件下，网络寿命(在本发明中定义为从开始数据传输到第一个网络节点能量衰竭所经历的时间)相对于常规的距离矢量按需路由(AODV)方法可以延长15％以上，特别是在网络负载较大时，网络寿命的延长效果更为明显。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明实现分为路由建立和路由维护两部分。

所述的路由建立，具体为：通过源节点向网络广播路由请求蚂蚁分组，分布式地搜索网络状态信息，将这些信息进行规范化处理以后保存在一种与源节点和邻居节点相对应的反向信息素表中。目标节点收到请求蚂蚁以后，根据请求蚂蚁收集到的节点能量、跳数和传输能耗信息，采用轮盘赌法选择一个节点作为下一跳节点，单播出路由应答蚂蚁分组，并依此方法逐跳返回到源节点，同时在返回的过程中建立从源节点到目标节点的路由。

所述路由维护，具体为：节点周期性的检查自身的剩余能量与路由表中各路由条目的路由建立能量的比值和该路由条目的生命期，当节点剩余能量和路由建立能量的比值小于某一个阈值或者生命期结束时，则将该路由条目设置成无效状态，这样在下一次需要使用该路由条目时，就需要触发新的路由发现过程。