[发明专利]一种基于改进和声搜索算法的无线传感器网络路由方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器网络技术领域，具体涉及一种改进和声搜索算法的路由方法。

背景技术

无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）与传统的因特网以及最近几年发展迅猛的无线自组网（MobileAd Hoc Network）都有着很大程度上的不同。在传统的因特网和Ad Hoc网络中，每个网络节点通常情况下是一台个人电脑或者移动设备，用户使用因特网和Ad Hoc网主要是用来获取网络共享信息，所以不管是因特网还是AdHoc网络，路由协议设计的目的主要是为了提高服务质量，而不必考虑用户消耗多少能量。无线传感网络则不同，无线传感网络是在检测区域（通常情况下环境十分恶劣或者人无法到达）内散播大量的微型传感器节点，这些传感节点并没有固定的ID，而是通过自组织的方式组成一个传感器网络。无线传感器网络一经问世，便获得了社会各界的青睐，应用在军事，医疗，环境等各个领域。

路由算法在无线传感器网络中发挥着重要作用，它对各节点的能耗、整个网络的生命周期以及通信质量起着关键性的作用。因此，路由算法的研究受到越来越多的关注。由于传感器网络具有能量受限、资源受限、拓扑结构变化频繁等特点，因此，传统的路由机制不能适应无线传感网络，必须设计与之相应的路由算法。

至今，用于无线传感器网络的路由协议主要包括：平面路由协议（Flooding协议、SPIN协议、MTE协议、Directed Diffusion协议）、层次路由协议（LEACH协议）、基于位置信息的路由协议（GAF协议、GEAR协议）以及基于数据流和QoS的路由协议。

目前，基于智能优化算法的路由方法在无线传感器网络技术领域也有了一些应用，主要是基于蚁群算法（Ant Colony Optimization,ACO）的路由方法和基于蜂群算法（Bee Colony Optimization,BCO）的路由方法。

无线传感网络路由协议的研究已经逐渐成为热点，路由协议的研究从简单到复杂，从以数据为中心到高质量要求，并向着智能化方向发展，如何建立高效、自适应的传感路由算法成为当前研究的一个热点。

和声搜索算法是2001年韩国学者Geem等人提出的一种新颖的智能优化算法。算法模拟了音乐演奏中乐师们凭借自己的记忆，通过反复调整乐队中各乐器的音调，最终达到一个美妙的和声状态的过程。和声搜索算法有很强的全局搜索能力，易于收敛到全局最优解，其流程图如图1所示，执行步骤如下所示：

Step1：初始化算法相关参数。

初始化HMS（和声记忆库的大小，即种群容量大小）、HMCR（选择概率）、PAR（调整概率）、BW（调整带宽）、评价次数eval_No_max。

Step2：和声记忆库（Harmony Memory,HM）初始化。

在此步骤中，式（1）所示的HM通过在内产生一组随机数来初始化，其中1≤i≤n。从而根据式（2）得到第j个解向量的第i个变量值：

上式中，j＝1,2,…,HMS，Random(0,1)是0到1之间的随机数。

Step3：计算和声库中各和声的适应度。

Step4：设置eval_No＝0。

Step5：即兴演奏候选和声。

Step5.1：在此步骤中，一个新的和声向量由三个规则产生：

①记忆选择；

②随机选择；

③音高调整。

产生一个候选和声被称之为即兴演奏，先通过规则①和②确定是记忆选择还是随机选择，具体如下所示：

式中，P₁为0到1之间的随机数，x_rand(i),j表示在HM的第j列分量中随机选择一个分量，Ω_j表示第j个分量的定义域。

Step5.2：每个经过记忆选择得到的音调将被进一步检验决定是否需要音高调整，此操作使用PAR参数，音高调整决策如下所示：

式中，P₂为0到1之间的随机数。

Step5.3：计算候选和声的适应度值f(π)；

Step5.4：更新HM。

依据目标函数值，如果候选和声向量优于HM中最差的向量，则新向量取代HM中最差的和声向量，否则不操作。

Step6：检查是否停止迭代。