基于蚁群算法的无线传感器网络改进CTP路由协议
基于蚁群算法的无线传感器网络路由协议研究的开题报告
基于蚁群算法的无线传感器网络路由协议研究的开题报告一、研究背景及意义随着无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）的快速发展，其在环境监测、智能交通、智能家居等领域的应用越来越广泛。
在WSN中，节点的分布是随机的，节点间的通信距离有限，节点资源（如能量、计算能力等）有限，因此如何实现高效的路由协议是WSN研究的重要问题之一。
目前，商用的WSN路由协议大多基于传统的路由算法，如Dijkstra、AODV等，但这些传统的路由算法难以满足WSN的要求，例如能量消耗大、网络寿命短等。
蚁群算法（Ant Colony Optimization，ACO）是一种基于生物群体智能的优化算法，已在多个领域取得了较好的优化效果。
与传统的路由算法相比，蚁群算法具有无需全局信息、自适应等优势，因此其在WSN路由协议的设计中应用前景广阔。
本文将以蚁群算法为基础，设计一种适用于WSN的蚁群算法路由协议，以提高WSN的路由效率和网络寿命。
二、研究内容1. 蚁群算法的原理及其在WSN路由协议中的应用；2. 研究现有的WSN路由协议的优缺点，分析其不足之处；3. 设计一种基于蚁群算法的适用于WSN的路由协议；4. 在模拟平台上进行实验，与其他现有路由协议进行比较分析；5. 分析实验结果，总结该路由协议的优缺点，提出改进措施。
三、研究方法和步骤1. 文献调研和阅读，了解WSN和蚁群算法相关的基本理论和算法；2. 分析现有WSN路由协议的特点、优缺点；3. 设计一种基于蚁群算法的新型路由协议，包括协议的路由选择机制、信息素更新策略等方面；4. 实现该协议的模拟平台，并进行实验测试；5. 分析实验结果，总结协议的优缺点，提出改进措施；6. 撰写论文。
四、预期成果1. 提出一种基于蚁群算法的新型WSN路由协议；2. 在模拟平台上进行实验测试，验证该协议的效果；3. 分析协议的优缺点，提出改进措施；4. 发表一篇学术论文。
基于改进蚁群算法的无线传感器网络优化
Network World •网络天地Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 1<<下转2页【关键词】蚁群算法 无线传感器 网络优化1 无线传感器技术概述当前对静态无线传感器网络覆盖范围的研究已经取得了有益的成果。
库马尔等人首先提出了高K 势垒范围和低K 势垒范围的概念，并开发了一种算法来评估应用领域是否被强K 势垒覆盖，在以随机方式使用的传感器网络中，获得低K 覆盖围栏的重要条件。
基于加权图确定Anwar Saypulla Buddy 静态无线传感器网络中强障碍数量的限制，我们提出了一种最大流量算法，Habib Mostarfire （Habib Mostafai ）及其同事提出了一种分布式自学习算法，用于研究静态无线传感器网络中K 势垒的高覆盖率问题。
库马尔和他的同事们还使用传感器节点形成一个强大的K 防护膜，可以探测相同的生存时间和其他生存时间栅栏结构算法，并延长网络生存时间计划，提出的算法是OptimalSleep Wakeup ，JieTian 等人提出了一个二维问题来覆盖K 栅栏，并将应用区域划分为多个子区域来构建栅栏。
雷利和鲍贤湛及其合作者对低范围围栏的问题进行了调查，并分析了弱围栏的覆盖范围。
Balister 等人研究了一种可靠的方法来预测节点的部署密度，以便随机使用传感器网络形成围栏的覆盖，并可根据预期的浓度永久连接。
2 系统模型2.1 相关定义穿越路径(CrossingPath)，是检测目标的起始点和终点位于监视区域A 的上限和下限，并且区间A 的起始点和终点之间的任何曲线称为截距轨迹。
当区域A 沿着该路径移动时，如果至少通过K 传感器节点不能检测到被监基于改进蚁群算法的无线传感器网络优化文/朱重龙视对象，则单色K 防护盖（强障碍盖）的识别是区域A 是K 强覆盖并且能够打电话。
当被监测物体沿路径通过应用区域时，可以检测到至少K 个传感器节点，即3 K 栅栏交叉电阻（应变势垒交叉涂层）的定义满足定义2。
基于蚁群算法的无线传感器网络优化
同． 当某些路径上通过的蚂蚁越来越多时， 在路径上 留下的信息素数量也越来越多， 导致信息素强度增大 ， 蚂
蚁选择 该路径 的概率 随之增加 ， 而进一 步增加 该路 径 的信 息 素强度 ； 从 而某些 路 径 上通 过 的蚂 蚁 较少 时 ， 路 径上 的信息 素就会 随 时间 的推 移而蒸 发 ． 因此 ， 模拟 这 种现 象 利用 群体 智 能 ｓ ｒ ｉｔｌｇｎｅ建 立路 径 选 ｗａｍ ｅｉｅｃ） ｎ ｌ 择机制 ， 蚁群算 法 的搜 索 向最优解 推进 ． 使 蚁群算 法所 利用 的搜 索机 制呈 现 出一 种 自催 化或 正 反馈 的特 征 ． 因此 ， 以将 蚁群 算法模 型理解 成增 强型 学 习系统 ［ 可 引．
维普资讯
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报（ 自然科学 版）
第２ ３卷
（ ｂ ｓ） 进行 模拟 ．２蚂 蚁利用 信 息 素 （ｈｒｍｏ ｅ进行 相 互通 信 ． 蚁 在所 选 择 的路 径 上会 释放 一 种 ｔ ｕｌｔ来 ａ ｉ （） ｐｅｏ ｎ ） 蚂 叫做信 息素 的物 质 ， 当同伴进行 路径 选择 时 ， 据 路径 Ｉ ３ 息素 进行 选择 ， 样 信息 素 就成 为 蚂蚁 之 问 会根 － 信 ＿ ￣ 这 进行 通讯 的媒介 ．３蚂 蚁 的集 群 活动 ． 过一 只蚂 蚁 的运 动很难 到达 食物 源 ， 整个蚁 群进行 搜索 就完全 不 （） 通 但
基于改进蚁群算法的无线传感器网络路由
Ｒｏ ｕ ｔ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｗｉ ｒ ｅ ｌ ｅ ｓ ｓ ｓ ｅ ｎｓ ｏ ｒ ｎｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｉ ｍ ｐｒ ｏ ｖ ｅ ｄ ａ ｎ ｔ ｃ ｏ ｌ ｏ ｎｙ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈｍ
ＮＡ Ｙｏ ｎ ｇ，ＴＩ ＡＮ Ｍｅ ｉ — ｙ ａ ｎ，Ｌ Ｉ Ｙａ ｎ，Ｘ Ｍｅ ｎ ｇ
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｒ ｅ ｄ ｕｃ ｅ ｔ ｈ ｅ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｃ ｏ ｎ ｓ ｕ ｍｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｎ ｏ ｄｅ ｓ ａ ｎｄ ｐｒ ｏ ｌ ｏ ｎ ｇ ｔ ｈｅ ｌ ｉ ｆ ｅ ｔ ｉ ｍｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｎｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ，ａ ｎ ｅ ｗ
（ Ｄ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｄ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｕ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｃ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ， Ｊ ｉ ｌ ｉ ｎ Ｔ Ｖ ＆Ｒ ａ ｄ ｉ ｏ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ｕ ｎ １ ３ ０ ０ ２ ２ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
那 勇 ， 田美 燕 ， 李 燕 ， 徐 萌
（ 吉林 广 播 电视 大 学 远 程 教 育 技 术 中心 ， 长春 １ ３ ０ ０ ２ ２ ）
摘 要 ： 为 了降低 节 点 能量消 耗 ， 延 长 网络 生存 的 时 间， 提 出 了一种 改进蚁 群 算 法 的 无 线传 感 器 网络路 由 机制 。 首先 将无 线传 感器 网络 服 务质量 分 为 ３类 ， 然后利 用蚁 群 算法 可 以 自适 应 网络 状况 动态 性 的优 势 ， 构 建
那 勇等 ： 基 于改 进蚁 群算 法 的无线 传感 器 网络路 由 《 激光 杂 志） ２ ０ １ ５年 第 ３ ６卷第 ２期 Ｌ Ａ Ｓ Ｅ Ｒ Ｊ Ｏ Ｕ Ｒ Ｎ Ａ Ｌ （ Ｖ ｏ １ ． ３ ６ ． Ｎ ｏ ． ２ ． ２ ０ １ ５ ）
基于蚁群优化的无线传感器网络路由算法
ｍａ ｉ ｎ ｔ ａ ｉ ｎ ｎ ｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ｌ ｉ ｆ ｅ ｔ ｉ ｍｅ ｔ ｏ ｂｅ ｌ ｏ ｎ ｇ ｅ ｓ ｔ ， ｗｈ ｉ ｌ ｅ ｄ ｉ ｓ ｃ ｏ ｖ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｓ ｈｏ ｒ ｔ ｅ ｓ ｔ ｐ ａ ｔ ｈｓ ｆ ｒ ｏ ｍ ｓ ｏ ｕｒ ｃ ｅ ｎ ｏ ｄ ｅ ｓ ｔ ｏ ｂ ａ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ
ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｑ ｕ ｅ ， ｉ ｓ ｗ ｉ ｄ ｅ ｌ ｙ ｕ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｎ ｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ｒ ｏ ｕ ｔ ｉ ｎ ｇ ． Ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ａ ＷＳ Ｎｓ ＡＣ Ｏ ｒ ｏ ｕ ｔ ｉ ｎ ｇ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ， ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｃ ａ ｎ
由算法 ， 能够保 持网络的生存 时间最长 ， 同时能找到从 源节点到基站 节点 的最短路 径 ； 采用 的多路数据 传
输也可提供 高效可靠 的数据传输 ， 同时考虑节点 的能量水平 。仿真结果表明 ： 提 出的算法延长 了无线传感
器 网络 的寿命 ， 实现无线 传感 器网络在通信过程 中快速 、 节能的路 由。
基 于蚁 群 优 化 的 无 线传 感器 网络 路 由算 法
基于改进蚁群优化算法的无线传感器网络路由研究
文献标识码： A
文章编号： 1000—9787（ 2012） 09—0036—03
Research on improved ACO-based routing for wireless sensor networks*
SHANG Xing-hong，QIAN Huan-yan，GAO De-min
（ School of Computer Science and Technology，Nanjing University of Science and Technology，Nanjing 210094，China）
法应用于无线传感器网络的路由选择，提出一种基于能量均衡的无线传感器网络路由算法。该算法将节
点能量作为转移概率规则启发因子，通过计算转移概率和适应度值找到最优路径。仿真结果表明： 该算法
可以显著减低网络总能耗，从而延长无线传感器网络的生命周期。
关键词： 无线传感器网络； 网络路由； 蚁群优化算法
中图分类号： TP 393
研究蚁群算法应用于 QoS 路由问题的可能性的基础上，给
出了调和蚁群算法解决多路径多约束 QoS 问题的算法，最
后通过仿真实例得到满意的结果。以上的算法在解决其关
注领域方面都有一定创新性，但较少考虑节点的能耗平衡
和路径最优等于无线传感器网络，提出基于能量均衡
k = 1，…，m ，
（ 4）
{ρ fitness Q，l（ r，s） ∈wk（ t）
Δτij （ t） =
． 0 ， otherwise
（ 5）
其中，ρ（ ρ∈（ 0，1） ） 表示信息素挥发系数，Q 表示信息
度强度系数。
5） 转到步骤（ 2） 反复执行，直到执行完规定的迭代次
基于蚁群优化的无线传感器网络路由优化算法
中 图分类 号 ：Ｐ９ Ｔ ３３
无 线传 感器 网络 由众 多具 有 感 知 、 信 和计 算 通 功能 的微 小节点 组 成 ， 点 间 以多跳 自组 织 的方 式 节
行路 由优化后 ， 数据包沿能量较高的路径进行传输 ， 可防止传感器网络中出现“ 传输热点 问题”４， ＿ 导致 Ｊ 部分 节点 失效 ； 由于所选 路径节 点 问信道 质量 较好 ，
７ ％ ， 有较 高的 实用价值 。 ３ 具
关
键
词 ： 线传 感 器网络 ，路 由算 法 ， 群 算法 ， 功耗 无 蚁 低 文献标 识码 ： Ａ 文章编 号 ：００２５ （０ ２ ０ ＿３６ １０ －７８ ２ １）３（５ ５ ） 信 道 质量较 好 的路径 进行 路 由转 发 。采用 该算 法进
一
功耗 的降低可以从硬件设计 、 节点操作 系统任务调 度 以及 网 络 协 议 等 各 个 层 面进 行 优 化 … 。 由于 传
感器 节 点传 输 数 据 所 需 能 量 远 远 大 于 计 算 所需 能
量， 降低 网络层传输功耗能够有效延长网络的生命 周期 Ｊ 。现有 面 向传 感 器 网 络 的路 由协 议 绝 大 多
质 量敏 感 的无 线传感器 网络路 由优化 算 法 Ｃ Ｒ，Ｏ Ｏ Ｃ Ｒ算 法基 于节 点剩余 能 量、 线信道 质 量统 计参 无 数 等 变量 ， 通过修 改启发 因子 方程 以及信 息素更新 方程 ， 用改进蚁 群 算法选择 剩余 能 量 高、 道质 采 信 量较好的路径进 行数据 的路 由转发 ， 有效 降低数 据传 输功 耗 ， 可 平衡 网络 中节点 的功率 消耗 ， 长 网 延 络 生命周期 。仿 真 实验表 明 ，Ｏ Ｃ Ｒ算法 网络 消耗 能量仅 为传 统 Ａ Ｏ（ ｎ Ｃｌ ｙＯ ｔ ｉ ｔｎ 算 法的 Ｃ Ａ ｔ ｏ ｎ ｐｉ ｚ ｉ ） ｏ ｍ ａｏ
基于蚁群算法的无线传感器网络节点可信安全路由
基于蚁群算法的无线传感器网络节点可信安全路由张智威;孙子文【期刊名称】《传感技术学报》【年(卷),期】2016(029)002【摘要】Aiming at internal malicious attack behaviors generated in the wireless sensor network,this paper pres⁃ents anode trustedsecurity routing protocol for wireless sensor network based on ant colony algorithm. In this proto⁃col,the node trust evaluation model is introduced into the ant colony routing algorithm to improve the network node credibility,and isolate malicious nodes and enhance the security of the wireless sensor network by the node credibil⁃ity. Simulation results show that our routing protocol can perform better in packet loss、end to end delay、throughput and energy consumption,and have a preferable resistance in black hole attack.%针对无线传感器网络内部恶意节点可能产生的攻击，提出一种基于蚁群算法的节点可信安全路由协议，将节点信任评估模型引入到蚁群路由算法中，提高无线传感器网络的节点可信度，以节点可信度为依据隔离恶意节点，增强网络安全性。
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［ 文 章 编 号 ］１ ０ ０ ３ —４ ６ ８ ４ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ５ — ０ ０ ３ １ — ０ ６
基 于蚁 群 算 法 的无 线 传 感 器 网络 改 进 Ｃ ＴＰ路 由协 议
陈 昊 ，杨 光 友 ，马 志 艳 ，郑 拓 。 ，全 睿 。
（ １湖 北 工业 大 学机 械 工程 学 院 ， 湖 北 武汉 ４ ３ ０ ０ ６ ８ ； ２湖 北 工 业 大 学农 业 机 械 工 程 研 究设 计 院 ，湖 北 武 汉 ４ ３ ０ ０ ６ ８ ）
［ 中图 分 类 号］Ｔ Ｎ３ ９ ３
［ 文献标识码］ ： Ａ
无 线传 感器 网络 （ Ｗｉ ｒ ｅ ｌ ｅ ｓ ｓ Ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ Ｎｅ ｔ ｗ ｏ ｒ ｋ ，
ＷＳ Ｎ） 节点 具有 体积 小 、 能耗 低 等优 点 ， 但 同时 又有 能 量有 限 、 计算 能力 有 限 、 带 宽有 限 和易受 干扰 等缺
节点 接 入机 制 ， 在路 由更 新 中， 相应 节 点 以 Ｌ Ｂ － Ｃ Ｔ Ｐ 路 由算 法选 择父 节点 接入 网络 ， 分 担繁 忙节 点 负担 ，
由协 议 、 ＡｏＤ Ｖ 路 由协议 和 ＡＣ Ａ － Ｃ Ｔ Ｐ路 由协议 的
性能 。
１ ＡＣ Ａ— ＣＴＰ路 由协 议 中 的 蚁 群 算 法
Ａｌ ｇｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ Ｃｏｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｔｒ ｅ ｅ Ｐｒ ｏｔ ｏ ｃ ｏ ｌ ， ＡＣＡ— ＣＴＰ），
并在 Ｔ ｉ ｎ ｙ ＯＳ系 统 中 运 用 Ｎｅ ｓ Ｃ语 言 实 现 了 该 算
法 。算 法在原 有 Ｃ Ｔ Ｐ路 由协议 的基础 上 ， 将 蚁 群算 法 的控 制机制 加入 到 Ｃ Ｔ Ｐ路 由协 议 中 ， 通 过调 整信 息 素浓度 、 节 点 间链 路 质量 和数 据 包 时 间 延迟 三 者 之 间的关 系来 指 引路 由包 进 行 路 径搜 索 ， 算法 的 自
蚁信 息素 、 节 点 间链 路 质 量 、 数 据 包 时延 等 ３个 指 标 作 为 算 法 优 化 因 子 ， 改进蚁群 算法 的路径概 率选择 策略 ， 并 将
改进后 的蚁群算法与 Ｃ Ｔ Ｐ路 由协 议 相 结 合 ， 在 Ｔｉ ｎ ｙ ＯＳ平 台上 使 用 Ｎｅ ｓ Ｃ语 言 实 现 新 的路 由协 议 。 Ａ Ｃ Ａ － Ｃ Ｔ Ｐ路 由 协议 利 用 改 进 后 蚁 群 算 法 的全 局 寻优 能 力 和 快 速 收 敛 性 ， 在 源 节 点 和 目的 节 点 间 选 择 最 优 路 由 路 径 ， 保 证 监 测 数 据 实 时 准 确 地 传 输 至 监 控 平 台 。仿 真 结果 表 明 ： 该算 法延 长 了网络生存周 期 ， 降 低 了 数 据 包 传 输 时 延 和 网 络 丢 包率 。 ［ 关 键 词 ］无 线 传 感 器 网络 ； 蚁群算法 ； ＡＣ Ａ — Ｃ ＴＰ路 由 协 议 ； 信息 素 ； 最 优 路 由路 径
控 制 机 制
１ ． １ 改进 后 的蚁群 算 法控 制机 制
有效 均 衡 了 网 络 负 载 ］ 。文 献 ［ ６ ］ 在 Ｔｉ ｎ ｙ ＯＳ系 统
中实 现 了基 于蚁 群 算 法 的路 由协 议 ， 该 协 议 采 用 多
跳 的通 信方 式 ， 能够 在 降 低 丢 包 率 和传 输 时延 的 同
第 ３ Ｏ卷 第 ５期
ＶｏＩ ． ３０ ＮＯ ． ５
湖 北 工 业 大 学 学
报
２ ０ １ ５年 １ ０月
０ｃ ｔ ． ２ Ｏ１ ５
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｈｕ ｂ ｅ ｉ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
性 能和 生命 周期 。同时 ， 过载 节点 传输 队列 过 长 ， 影 响数 据 的实 时 传 输 ［ ４ ］ 。针 对 上 述 缺 点 ， 目前 国 内外 已有 学 者对 路 由协议 改进 优化 。基 于 均衡 汇 聚树 的 路 由算 法 Ｌ Ｂ － Ｃ ］针 对 农 业 大 棚 无 线 传 感 器 网 络监 测 系 统 出 现 的节 点 负 载 不 均 衡 、 负 载大的节点 寿命短 、 节 点 间链 路 质 量 差、 丢包和误码 较为频繁 、 数 据 包 时 间延 迟 较 严 重 等 现 象 ， 利 用 蚁 群 能 够 发 现 从 巢 穴 到 食 物 源 之 间 最 优 路 径 的 特 性， 提 出一 种 新 的 蚁 群 汇 聚 树 路 由协 议 ＡＣ Ａ － Ｃ ＴＰ （ Ａｎ ｔ Ｃ ｏ ｌ ｏ ｎ ｙ Ａｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｔ ｒ ｅ ｅ Ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ １ ） 。该 算 法 将 蚂
点＿ １ ］ 。因此 ， 设计 节 能高 效 的路 由协 议 是 ＷＳ Ｎ 的 主 要研 究 内容之 一 ［ ３ ］ 。路 由算 法 的路径 选择 机 制 的 优 劣和 执行 效率 的高低将 直 接决定 传 感器 节点 负载
存 在一 些缺 陷 。
本 文提 出 了一 种结 合 蚁 群 算 法 和 Ｃ ＴＰ路 由协 议 的 路 由算 法—— 蚁 群 汇 聚 树 算 法 （ Ａｎ ｔ Ｃ ｏ ｌ ｏ ｎ ｙ
适应 性好 ， 全局 搜 索 能力 和快 速 收 敛 性 两 者之 间较 为均衡 。最 后 通 过 Ｔ ＯＳ Ｓ Ｉ Ｍ 仿真， 比较 了 Ｃ Ｔ Ｐ路
均衡 程 度 、 采集 数据 和收 发数 据 的速率 ， 从 而影 响整 个 网络 的能 耗 和时延 。网络 拓扑 中路 由节 点 的负载
过 重会 导致 节点 过 度 能 耗 而 死 亡 ， 影 响整 个 网络 的