[发明专利]一种双生物启发的无线自组网络路由决策方法

摘要

本发明提供一种新的路由决策方法，采用智慧蚂蚁算法和绒泡菌优化决策算法分别进行路由发现、路由选择和路由优化，包括三个独立运行的部分组成，即路由表维护、路由决策和路由转发，三个组成部分分工协作，共同支撑双生物启发的移动自组网络路由决策方法。解决了移动自组网络效率较低、可靠性差、能耗较高等技术问题；降低了节点的故障发生率，优化了网络结构，用该方法组建的网路由结构简单、安全可靠，适合推广使用。

主权项

一种双生物启发的无线自组网络路由决策方法，其特征在于：所述自组网络中的每一个节点均设有邻域路由表和外域路由表，每个节点定期对其邻域路由表进行维护，并在需要寻找外域节点路由时进行外域路由表维护，每个节点在需要向目的节点发送数据时进行路由决策，在需要向目的节点转发数据时进行路由转发；在进行路由表维护和路由转发时利用蚂蚁数据结构发现和更新路由，在自组网络中的每个节点均建立人工信息素表，以人工信息素值的大小反映该节点到其邻域节点路径被使用的频度；所述的蚂蚁数据结构包括用于邻域路由表维护的先应式前向智慧蚂蚁和先应式后向智慧蚂蚁、用于外域路由表维护的反应式前向智慧蚂蚁和反应式后向智慧蚂蚁，以及通知蚂蚁和错误蚂蚁；所述的先应式前向智慧蚂蚁从源节点发出并记录有源节点地址和节点跳转次数，先应式后向智慧蚂蚁在先应式前向智慧蚂蚁达到邻域节点后生成，并携带源节点地址、目的节点地址、跳转次数向源节点返回；所述的反应式前向智慧蚂蚁从源节点发出并记录有源节点地址、目的节点地址及跳转次数，反应式后向智慧蚂蚁在反应式前向智慧蚂蚁达到目的节点后生成，并携带源节点地址、目的节点地址、跳转次数向源节点返回；所述的通知蚂蚁生成于路由转发途中路由发生改变的节点并携带正确的源节点地址和目的节点地址向源节点返回，以修改返回途中各节点路由表中的相应条目；所述的错误蚂蚁生成于路由转发途中路由失效的节点并向源节点返回，用于删除返回途中各节点路由表中的错误路由条目；所述邻域路由表维护的方法为：（1）、要进行邻域路由表维护的节点作为源节点通过广播方式发送先应式前向智慧蚂蚁，并在设定的时间内接收反馈信息；（2）、当先应式前向智慧蚂蚁到达一个邻域内节点时，首先将该先应式前向智慧蚂蚁的跳转次数减1，之后该邻域内节点判断是否接收过该先应式前向智慧蚂蚁，如果没有接收过就产生一个先应式后向智慧蚂蚁，携带从该节点到源节点的路由返回源节点；然后判断该先应式前向智慧蚂蚁的跳转次数是否为0，如不为0则由该节点向除上一级节点外的其它邻域节点转发该先应式前向智慧蚂蚁；（3）、当先应式后向智慧蚂蚁向源节点返回途中，从节点m跳转到节点n时，它感知节点n的待处理队列长度和节点n收到节点m的信号强度，并按公式计算从节点n到节点目的节点j的链路质量，按公式计算从节点n到目的节点j的链路负载；其中，，和是常数，是节点n接收到节点m的信号强度，是节点j的负载，是从节点n到节点j的链路质量；（4）、当一个先应式后向智慧蚂蚁到达源节点后，利用公式计算该蚂蚁携带的从源节点到达另一节点的路由可用性，并按照可用性大小顺序将该记录插入到源节点邻域路由表合适的位置；其中，s代表源节点，j代表另一节点，是源节点s到目的节点j链路的可用性，节点s到节点j的链路质量，是节点s到节点j的链路负载，是节点s到节点j的跳数，是常数，是常数，表示单位时间内链路传输负载的降低率；所述外域路由表维护的方法为：（1）、要进行外域路由表维护的节点作为源节点s，根据公式计算该节点到其所有邻域节点转发的概率，其中，表示路径的人工信息素，表示节点s的所有邻居节点；将大于设定值的所有邻域节点作为需要发送反应式前向智慧蚂蚁的邻域节点集合，向该邻域节点集合中的所有节点发出反应式前向智慧蚂蚁，并在设定的时间内接收反馈信息；（2）、当反应式前向智慧蚂蚁到达一个节点时，该节点检查是否已收到过该反应式前向智慧蚂蚁；如未收到过，则检查该节点是否为目的节点，如果是，则产生一个反应式后向智慧蚂蚁携带该节点地址向源节点s返回；如果该节点不是目的节点，则查找该节点的邻域路由表和外域路由表，如发现未过期的通往目的节点的路由，则生成反应式后向智慧蚂蚁并携带该路由条目向源节点s返回；如没有发现未过期的通往目的节点的路由，则根据步骤（1）所述方法计算该节点需要发送反应式前向智慧蚂蚁的邻域节点集合，然后向该邻域节点集合中的所有节点转发接收到的反应式前向智慧蚂蚁；（3）、在步骤（2）节点转发反应式前向智慧蚂蚁时，在要转发的所有邻域节点的路径上按照公式留下人工信息素，同时，其余邻域节点的路径按照公式蒸发人工信息素，其中，,，,和是常数，，是路径在第次经过蚂蚁后留下的人工信息素，是节点j感知到节点i的信号强度，是节点k的等待队列长度，表示节点i需要发送反应式前向智慧蚂蚁的邻域节点集合；（4）、在反应式后向智慧蚂蚁返回源节点途中，当需要从一个节点跳转到另一节点时，按照步骤（3）的方法在要跳转的路径上留下人工信息素，并蒸发其余路径的人工信息素；（5）、当一节点接收到前一节点发送的反应式后向智慧蚂蚁时，首先计算从该节点到目的节点的链路质量和链路负载，然后检查该节点是否为源节点s，如果该节点是源节点s，则转向步骤（6），否则向下一节点转发反应式后向智慧蚂蚁；（6）、当反应式后向智慧蚂蚁到达源节点s时，利用公式计算该反应式后向智慧蚂蚁携带的路由的可用性，并将该路由插入到路由表的合适位置；其中，是源节点s到目的节点j链路的可用性，节点s到节点j的链路质量，是节点s到节点j的链路负载，是节点s到节点j的跳数，是常数，是常数，表示单位时间内链路传输负载的降低率；进行路由决策的方法为：（1）、源节点s查看自己的邻域路由表，如果存在未过期的路由条目，则选择路由表中第一条路由条目进行发送，并设置时间间隔，转向步骤（3）；如果其邻域路由表中不存在未过期的路由条目，则查找自己的外域路由表，若其外域路由表中存在未过期的路由条目，则选择外域路由表中第一条路由条目进行发送，并设置时间间隔，转向步骤（3）；若仍不存在未过期的路由条目，则调用外域路由表维护进行路由发现；（2）、等待一个外域路由表维护中路由发现的时间间隔，转向步骤（1）；（3）、发送数据；（4）、等待时间间隔，如果收到目的节点的确认，则转向步骤（7），否则，转向步骤（5）；（5）、如果等待的时间超过，转向步骤（6），否则转向步骤（4）；（6）、如果需要继续重发数据，转向步骤（1）；否则转向步骤（7）；（7）、发送结束；进行路由转发的方法为：（1）、如果节点收到需转发的数据包，则转向步骤（2），否则继续休眠；（2）、节点根据其路由表向路由的下一个节点转发数据，并设置一个时间间隔T3，等待；（3）、当T3到时，如果收到来自下一跳的确认，则转向步骤（5）；否则，节点调用路由表维护进行路由发现；（4）、如果发现从节点到目的节点的路由，则向源节点s发送通知蚂蚁，并沿途修改相应路由表条目，然后转向步骤（2）；否则，向源节点s发送错误蚂蚁，并从沿途节点路由表中删除相应路由表条目，然后转向步骤（5）；（5）、算法结束。