[发明专利]一种融合膜计算和蚁群算法的配电网WSNs路由方法

说明书

本发明公开了一种融合膜计算和改进蚁群算法的配电网WSNs路由方法。此方法在对传统蚁群算法进行改进的同时引入了膜计算对算法进行优化。通过在状态转移函数中引入动态补偿因子，避免了该算法因信息素过高出现过早停滞现象；利用膜计算膜内运算和膜间运算的并行能力，结合引入的最优路径衡量公式，进行多路径并行搜索获取到最优的路径，提高了算法的局部和全局收敛的能力；通过定义路由修复机制，使得算法避免了路由空洞。该方法避免了搜索复杂度，加快了搜索速度，在数据的可靠路由方面有明显增强，实现节能要求以及延长了网络寿命。

技术领域

本发明涉及智能配电网WSNs中数据传输领域，具体是一种融合膜计算与蚁群算法的数据路由方法。

背景技术

随着国家提出了“智能电网”概念，国家电网开始由之前的传统电网向智能化电网进行转变。智能电网的优势可以通过智能设备对电网进行在线检测，使得电网的安全性与稳定性大大加强，而无线传感器网络可以方便快捷的收集配电网关设备信息和运行数据以实现实时监控，因此将无线传感器网络引入到智能配电网中具有明显优势。但由于无线传感器网络由大量传感器组成，其节点的能量取决于其有限的存储能量，一旦安装部署在配电网络中，它将不再变化，并且能量耗尽时，再次充能将更加麻烦。为此提出了一些延长WSNs网络寿命的路由方法。现有的一些方法对数据传输的路由方法对路由路径的搜索容易陷入局部最优，且搜索方式复杂，这就使得配电网中传感器节点的能量消耗过多，容易造成路由空洞，致使智能配电网中的数据采集与传输效率降低，效果不够理想。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是为了提供一种融合膜计算和蚁群算法配电网WSNs的路由方法来进行智能配电网中的数据传输。在以降低节点能耗及数据传输可靠性的条件基础上，均衡网络中的节点能量损耗，降低了运行维护成本，延长网络生存寿命。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种融合膜计算和蚁群算法的配电网WSNs路由方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

步骤1：初始化网络中初始节点能量E₀，初始信息素浓度τ_ij(t)，节点之间距离d_ij和环境信息；

步骤2：初始化膜计算中膜结构为[₁[₂]₂[₃]₃[₄]₄]₁，膜1为主膜；膜2，3，4为子膜；

步骤3：算法开始迭代之前，每个子膜中在初始节点放置n只蚂蚁准备进行路由路径选取；

步骤4：准备工作完成后，在各个子膜中，初始节点上的蚂蚁根据概率进行下一跳节点的选取，以此来进行路径的构建，概率以及动态补偿因子m(i,j)按照公式(1),(2)设计。引入动态补偿因子可以防止下一跳节点的选取因考虑信息素含量过多而导致搜索陷入局部最优解。同时对蚂蚁经过的节点能量信息进行记录，如此按照上述流程进行路径搜索。

公式(1),(2)中，τ_ij(t)表示节点i，j之间的信息素浓度，η_ij(t)表示距离d_ij的倒数，l_max和l_min分别代表所有蚂蚁在此轮中最长的路径和最短的路径，l_(k)表示蚂蚁k所走的路径的长度。

步骤5：当所有子膜2，3，4中的蚂蚁完成路径搜索后，每个子膜中都存有多条搜索出的路径。此时根据膜的进化规则以路径度量概率C_(r,t)将各自膜内的路径进行排序，最终选取排名前五的路径送入主膜1中。路径度量概率C_(r,t)按照公式(3)设计：