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专利号: 2024107105417
申请人: 康国府
专利类型:发明专利
专利状态:授权未缴费
专利领域: 电通信技术
更新日期:2025-03-31
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.无限均衡蚁群熵改进的无线传感网路由算法,其特征在于,基于无限均衡对策盘对原始蚁群算法进行改良,改良后的蚁群熵算法通过采用蚁群熵算法获取的路由表数据,选择满足无限均衡熵的结点作为下一跳的结点,构建一种在结点进行路由选择时引入无限均衡对策盘的改进蚁群熵算法:第一,结点根据邻居结点间的对策盘结果,即混合无限均衡熵,直接选择满足无限均衡熵的结点作为下一跳的结点,算法收敛速度加快;

第二,结点的剩余能量作为参数融入路由选择的无限均衡对策盘模型中,即结点剩余能量作为下一跳路由的影响因子,在选择下一跳结点的过程中加强结点的能量对路由选择的影响,促使整个系统的能耗更加均衡;

第三,从全局的角度来决定蚂蚁更新信息素的能力,蚂蚁根据数据包从源结点到达目标结点所花费的时间来决定蚂蚁的信息素更新能力。

2.根据权利要求1所述无限均衡蚁群熵改进的无线传感网路由算法,其特征在于,改进蚁群熵的无限均衡对策盘模型:

1)一场对策盘的参与者是传感器结点m在网络中的所有邻接结点,倘若传感器m采用邻接传感器n作为途经结点,传感器n递归的对自身除开结点m的所有邻接传感器采用对策,通过得到的对策盘结果从邻居结点中选出下一跳;

2)每个参与者的纯策略集为{不转发,转发};

3)定义每个参与者的费用函数如下:

其中,ρ

表示当一个相邻结点拒绝转发数据包时只能获得部分的网络收益,进而激励剩余能量较多的结点积极参与数据包的转发。

3.根据权利要求1所述无限均衡蚁群熵改进的无线传感网路由算法,其特征在于,改进的蚁群熵算法采用结点的剩余能量作为路径选择考量因素,基于无线网络中每个传感器结点都是理性的,即各个传感器在面临需要传输数据时,通过将自身的能量损耗减到最低,尽可能提升网络全局效益,将问题转化为一个无限均衡对策盘问题。

4.根据权利要求1所述无限均衡蚁群熵改进的无线传感网路由算法,其特征在于,协议结点设计:采用NS2建立网络通信模型,该模型具有一定数量的网络结点,每个结点用一个被Agent类的C++类表示,每个结点的Agent类为其提供运行网络协议所需要的所有功能:结点编号ID是结点标示自己的唯一符号,数据包在网络中的传输都以此为依据,该唯一标示也被用来在环境中部署无线传感器结点;

结点路由表Vector存储结点可用的邻接路由,当前结点选择途径结点时需要采用该表,结点路由表包含传感器编号、信息素大小与剩余能量参数;

结点剩余能量NodeLife是节点的生命周期,在结点选择下一跳路由结点时,引入无限均衡对策盘模型,结点的剩余能量作为参数引入无限均衡对策盘模型,防止某些传感器因能量损失速率太高造成传感器无法继续使用;

数据包大小packetSize字段方便节点设置其发送的数据包的大小。

5.根据权利要求4所述无限均衡蚁群熵改进的无线传感网路由算法,其特征在于:数据包最大跳数TTLMax防止数据包在网络中无尽的进行传输,防止其发展为网络内部无限传输的废弃数据,当数据包和探测包达到最大跳数这一临界值,结点将回收数据包和探测包;

结点发送数据包的数量sendNumb和结点接收数据包的数量backNumb字段通过记录源结点发送和目标结点接收的数据包的数量,来计算网络的丢包率;

探测包转发延时时间detectDelay用来设置探测包的延时发送时间,并设置为远短于数据包转发延时时间;

源结点可接受的数据包最大传输时间Sendovertime是为对数据包在传输过程中丢失这一问题进行判定,倘若数据包传输时间已超过设置的最长可传输时间,源结点却依旧未接收到该数据包,把数据包信息设置成丢失包,并需要重新发送新数据包;

探测包循环时间Senddetectovertime是用来判定探测包在探测过程中丢失的情况;

探测包转发定时器senddetect_timer_配合探测包转发延时时间对整个探测包的转发进行时间管理和控制;

源结点发送数据包定时器send_timer_用来配合源结点可接受的数据包最大传输时间,对整个系统中源结点发送数据包的频率进行控制;

信息素挥发定时器Volatilize_timer用来定期挥发网络中路径上的信息素浓度,通过减少无效路径上的信息素浓度大小,避免整个网络内部的信息素浓度大小没有限制的增加。

6.根据权利要求4所述无限均衡蚁群熵改进的无线传感网路由算法,其特征在于:结点路由表是一个二维数组,其中,ID为可到达的下一跳结点的ID,Pheromone为该结点到表项里的下一跳结点的路径上的信息素浓度,NodeLife为表项里下一跳结点的剩余能量。

7.根据权利要求1所述无限均衡蚁群熵改进的无线传感网路由算法,其特征在于,协议数据包设计:协议的数据包在网络中传感器结点之间传输,并通过传输数据来更新结点路由表,在转发过程中,传感器结点根据数据包中的数据来更新自身的路由表,接着根据结点和数据包中的数据来进行转发,数据包结构指数据包的Header结构,通过Header结构,协议才得到正确的执行;

源传感器编号SID是数据包进行传输的源传感器编号,数据包在传输给目标传感器后,通过该标识符找到源传感器进行返回;

目标传感器编号DID是数据包传输的目标传感器编号,传输过程中经过的每个结点通过和DID字段进行匹配,判定自身是否为目标传感器结点;

传输数据的传感器编号NodeSend是传输数据包的传感器结点编号,为下一个途径传感器的路由表更改提供支持;

数据包损耗TTL是数据包的传输次数,通过判断此字段表示的值是否超过某一定值,判断该数据包是否已经过期,若过期,则放弃转发;

包类型标识符Detect是数据包类型的标识符,此字段能够用来标志传输的包类型,方便协议结点来区分不同的包,并根据包类型采用对应的解决方法,Detect=0,表示数据包;Detect=1,表示探测包;Detect=2,表示探测回复包,Detect=3,表示信息素探测包;

下一个途径的结点编号NodeNext存储当前传感器结点通过蚁群熵算法的路由选择策略所选择的下一个途径的结点编号,如果收到数据包的传感器的编号和NodeNext编号不同,可选择遗弃数据包。

8.根据权利要求1所述无限均衡蚁群熵改进的无线传感网路由算法,其特征在于,基于全局计算信息素更新能力:从全局的角度来计算蚂蚁更新信息素的能力,使得蚂蚁在寻找从源结点到目标结点的路径时动态形成自身信息素更新能力,数据包到达目标结点后,蚂蚁根据数据包从源结点到达目标结点所花费的时间来决定蚂蚁的信息素更新能力,公式为:其中,参数A定义为常量,arriveTime为数据包到达目标结点的时间,startTime为目标结点发送该数据包的时间,蚂蚁的信息素更新能力与数据包传输时延成反比,数据包在某一条路径上的传输时延越小,蚂蚁按照原路径返回时更新信息素能力越大,反之,传输时延越大,蚂蚁更新原路径上的信息素能力越小;

沿最优路径返回的蚂蚁的信息素更新能力优于沿着其它路径返回的蚂蚁,具有较短数据包传输时延的路径上的信息素浓度的增长速度快于其它路径,即路径上的信息浓度越来越高,并与其它路径拉开距离,当最优路径上的信息素浓度增长明显,最优路径以更大的概率被之后寻径的蚂蚁选择,最终使得算法收敛于最优路径;

规定蚂蚁只能在到达目标结点后,按原路返回时再更新路径上的信息素浓度;同时,规定路径上的信息素浓度定期挥发一部分,避免路径上信息素浓度无节制增长,降低丢包率。

9.根据权利要求1所述无限均衡蚁群熵改进的无线传感网路由算法,其特征在于,无限均衡对策盘模型中能量因素的引入:对策盘中有n个有限参与者,G={S

改进蚁群熵算法的无限均衡对策盘模型中的无限均衡熵求解如下:

p=(p

即每个蚂蚁的混合策略p

v

每个参与者的纯策略集为{转发,不转发},表示为S

ρ

然后,根据

转化为方程组格式为;

将方程组式9所有行相加得:

带入式10得:

解得:

转换为方程组解的格式为:

根据式13计算出参与对策盘的每个结点k选择{转发}策略的概率p式13中:

其中参与对策盘的结点有n个,E