[發明專利]一種基于遺傳算法的無線傳感網多目標優化路由方法

有效

• 申請號: 201510740359.7
• 申請日: 2015-11-03
• 公開（公告）號: CN105430707B
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 曾偉;葉遠譽;范瑞祥;江峰;郝玉國;劉永光;王軍;方旭
• 申請（專利權）人: 國網江西省電力科學研究院;國家電網公司;國網江西省電力公司;河南許繼儀表有限公司
• 主分類號: H04W40/04
• 分類號: H04W40/04
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所 36122
• 代理人: 姚伯川

一種基于遺傳算法的無線傳感網多目標優化路由方法，該方法利用基站的存儲空間充裕、能量充足和計算能力強的優勢，采用全局搜索無線多媒體傳感器網絡多路徑多目標優化路由的策略，在基于前向鄰居概念的網絡模型和多目標優化函數的基礎上，設計特定的編碼方案及選擇、交叉、變異算子。本發明結構簡單，引入了遺傳算法和Pareto多目優化方法，設計特定的編碼方案及選擇、交叉、變異算子，最終實現優化求解，在全局范圍內搜索WMSNs多路徑多目標優化路由，提高了方法穩定性，在多路徑多目標優化上可行、有效。

技術領域

本發明涉及一種基于遺傳算法的無線傳感網多目標優化路由方法，屬路由方法技術領域。

背景技術

基于遺傳算法的無線傳感網多目標優化路由方法建立在遺傳算法和Pareto多目標優化方法的基礎上，采用變長編碼策略，在WMSNs中，滿足source節點到sink節點之間數據轉發經過的節點個數不確定的情況，并利用時延和可靠性的獎懲函數的概率選擇、粗細粒度交叉和基因本身及基因間順序變化實現染色體的更新操作，從而實現了目標的優化求解。但是相對WSNs而言，WMSNs數據傳輸量更大、能量消耗更快，且具有對網絡時延、時延抖動、傳輸速率、能量均衡、可靠性等多QoS參數同時敏感的特點，因此傳統的WSNs路由協議不能很好地滿足多媒體數據流的傳輸要求。設計一種能夠滿足多媒體數據流傳輸的多目標較優路由算法，提高方法穩定性，是遺傳算法的無線傳感網多目標優化的路由算法的真正關鍵。

發明內容

本發明的目的是，針對傳統的WSNs路由協議不能很好地滿足多媒體數據流的傳輸要求的問題，本發明提出一種基于遺傳算法的無線傳感網多目標優化路由方法，將Pareto前沿技術與遺傳算法相結合，在基于前向鄰居概念的網絡模型和多目標優化函數的基礎上，在全局范圍內搜索WMSNs多路徑多目標優化路由，提高方法穩定性。

實現本發明的技術方案是，一種基于遺傳算法的無線傳感網多目標優化路由方法，所述方法利用基站的存儲空間充裕、能量充足和計算能力強的優勢，采用全局搜索無線多媒體傳感器網絡多路徑多目標優化路由的策略，在基于前向鄰居概念的網絡模型和多目標優化函數的基礎上，設計特定的編碼方案及選擇、交叉、變異算子。

所述方法包括以下步驟：

(1)隨機生成網絡拓撲，初始化參數；基站收集網絡初始信息，得到網絡的各個節點的前向鄰居矩陣A、可靠性性矩陣Re、時延矩陣De、能量矩陣E、時延抖動矩陣Jit和帶寬矩陣SNR。

(2)根據前向鄰居矩陣A找源節點的代理源節點集NB和數目length_NB,初始化最優路徑解集MM_Path＝Φ；初始化i＝1。

(3)如果i≤length_NB,則執行(4),否則執行(13)。

(4)置StartN＝NN(i)，生成父代種群father和子代種群child；置Counter＝1，初始化bestPath＝Φ；用節點ID號表示染色體中的基因，則一個染色體是由source節點到sink節點的路徑上的節點ID號序列組成；每條染色體的第一個基因為source節點ID號，最后一個基因為sink節點ID號；每相鄰的兩個基因為WMSNs一條實際存在可相互通信的鏈路。

假設網絡的節點個數為n，source節點ID號為k＝1，sink節點ID號m＝n，則對應的染色體可表示為一個有序序列:<1…i…j…n>,1＜i,j＜n且i≠j。

(5)如果Counter＜λ，則執行(6)，否則執行Stepll，λ為迭代次數。

(6)將種群father和child合群為farm，對farm的每個個體計算其適應度值，求Pareto最優解集，對最優解集i約束，得到本次迭代最優解集并保存在bestPath中。