[發明專利]一種基于多生物啟發的無線傳感網絡自適應路由決策方法

有效

• 申請號: 201410040846.8
• 申請日: 2014-01-28
• 公開（公告）號: CN103826278B
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 張明川;鄭瑞娟;吳慶濤;宋曉莉;魏汪洋
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: H04W40/02
• 分類號: H04W40/02;H04W40/24
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙)41120
• 代理人: 羅民健

技術領域

本發明涉及網絡通信技術領域，具體的說是涉及一種基于多生物啟發的無線傳感網絡自適應路由決策方法。

背景技術

路由選擇決策是指選擇通過網絡從源節點向目的節點傳輸信息的通道，而且至少通過一個中間節點。路由選擇工作在OSI參考模型的網絡層。

無線傳感網絡是一個自治的無線網絡，它沒有事先部署的基礎設施，比如路由器、基站等。無線傳感網絡的節點同時具有事務處理和路由器的功能，即，它的節點既可以感知周圍感興趣的事件(溫度、濕度、圖像、聲音等)，又可以幫助其它節點向匯聚節點轉發數據。無線傳感網絡具有節點移動、有限帶寬、有限電池能量和頻繁節點故障等特點。這些特點使得無線傳感網絡的路由決策方案比較復雜。

現有的無線傳感網絡要不考慮路由的效率，即如何高效、快速的向匯聚節點轉發數據；要不考慮路由的能量，即如何減小路由的能量消耗，延遲網絡的壽命。有的方案考慮在二者之間進行權衡，在保障一定效率的基礎上減少網絡的能量消耗，盡可能的延長網絡壽命。還有一些研究者考慮了網絡的安全問題，研究如何使得傳輸數據的安全可靠。

這些方案中，沒有將網絡效率、能量消耗、網絡安全等問題分開對待。由于取得網絡效率優、能量優、安全級別高是需要采用不同的模型，然后再對其進行統一融合才能取得更好地的效果和根據網絡狀態進行自適應調控。

發明內容

本發明為了解決上述通過單一模型解決路由一個或多個方面特性帶來的效率問題，提供一種基于多生物啟發的無線傳感網絡自適應路由決策方法，能夠根據免疫算法實現傳感器節點的可信性評價，根據感知蟻群算法和絨泡菌算法實現路由決策，并能夠根據網絡狀態調節路由決策參數，實現路由決策的自適應調節。

本發明采用的技術方案是：一種基于多生物啟發的無線傳感網絡自適應路由決策方法，所述的決策方法由根據免疫算法實現的信任評價機制、根據感知蟻群算法和絨泡菌算法實現的路由決策以及路由自適應調節方法三部分組成，信任評價機制是由鄰居監視、生滅過程、自律進化和信任評價四部分組成，且信任評價機制對每個節點的鄰居進行可信度評價，并存儲到該節點本身的信任評價表中，作為路由決策的決定因素之一，節點需要向匯聚節點發送數據時，路由決策為其選擇一條合適的路由，不存在合適的路由時，路由發現根據蟻群算法尋找通向匯聚節點的路由，并計算找到路徑的鏈路可信度和鏈路能量，節點需要向匯聚節點轉發數據時，路由轉發為其選擇一個合適的下一跳節點轉發，有2條或以上路由可供選擇時，路由選擇根據絨泡菌算發選擇最優一條路由，路由決策根據信任評價機制的評價結果進行路由發現、路由決策、路由轉發和路由選擇，路由發現、路由決策和路由轉發分別獨自運行于每一個網絡傳感器節點，完成不同的工作任務，三者相互協作，共同實現路由決策，而路由選擇支撐路由決策組件和路由轉發組件。

所述的信任評價機制包括以下步驟：

步驟201、鄰居監視

1)假定傳感器節點i及其鄰居節點j，首先定義：

(1)節點的行為集合Ag＝{x|x是節點的行為}；

(2)節點行為的標識AgG＝{gene|gene是節點行為的標識}，其中gene可以唯一標識一類行為；

(3)“評價子”是一個四元組，能夠評價節點行為，評價子集合Ab＝{<gene,age,count,weight>|gene∈AgG,(age,count,weight)∈N}，其中gene是行為標識,age是“評價子”存在的時間，count是“評價子”已經評價節點行為的次數，weight是“評價子”的權重；

(4)“評價子”與節點行為匹配函數為:

其中，“.”是一個操作，x.weight表示x的第四個元素weight，Φ(·)是節點行為識別的一個函數；

2)節點i實時監視其鄰居節點j的行為，通過規范化描述，可以獲得其鄰居節點j的行為標識，每次通過監視到一組鄰居節點的行為，Φ(·)函數可以返回一個二元組<id,g>，其中，id是鄰居的地址，g是監視到鄰居行為的標識；匯聚節點定時廣播網絡各節點前一時間段的工作效率，通過對這些信息的分析，獲得不同網絡行為對應的效率，每次監視到一個鄰居節點行為的效率，Ψ(·)函數可以返回一個二元組<g,w>，其中，g是監視到鄰居行為的標識，w是行為標識g對應的權重(或效率)；