蚁群算法在WSN分层路由中的应用研究

摘要

近年来，无线通信和电子技术的不断进步，促进了微型无线通信传感器节点的长足发展。由这些低功耗、多功能的节点所构成的无线传感器网络具有十分广阔的应用前景，目前已成为计算机科学技术领域中的研究热点。
　　 由于无线传感器网络与无线Ad Hoc网络等通信网络相比有着显著的不同特点，使得无线传感器网络的路由研究极具挑战性。近年来提出了许多新的无线传感器网络路由算法，如LEACH、PEGASIS、GAF、TopDisc、TEEN等，但这些协议都存在着一定的不足与缺陷。论文中对这些路由协议进行了分析与研究，并针对其不足，提出了基于蚁群算法的无线传感器网络分层路由协议(IACH)。
　　 蚁群算法是一种优良的演化算法，具有简单易于实现、局部工作、将链路质量融合到信息素形成中以及支持多条路径等特点，本文基于蚁群算法设计了路由协议IACH。该协议通过在整个网络中广播类似蚂蚁的报文来建立若干个路径链，形成和更新各条路径上的信息素，并最终向基站或汇聚节点提交融合后的数据。信息素的形成不仅考虑簇内节点的全部能量消耗，还融合了节点的剩余能量。节点在选择路由时，根据信息素浓度计算各节点被选择作为下一跳的概率，以形成路径链。也就是说，剩余能量多的节点更有可能在路径链中承担耗能较大的任务，总体能耗最少的路径链方案更有可能脱颖而出，而且数据包的发送不会总是沿着一条路径。这样，在沿着路径链发送的同时，能使节点能量的消耗尽可能的平均，提高网络生命周期。经过对该路由协议的仿真测试，证明该算法基本达到了无线传感器网络路由算法的设计目标。