[發(fā)明專利]基于復(fù)合信息素濃度場(chǎng)蟻群算法的Ad hoc網(wǎng)絡(luò)路由

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110631016.2
• 申請(qǐng)日: 2021-06-07
• 公開（公告）號(hào): CN113556728B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李顏初;李書芳;丁青青
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W12/00
• 分類號(hào): H04W12/00;H04W40/02;H04W84/18;G06N3/006
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 王萌

一種基于復(fù)合信息素濃度場(chǎng)蟻群算法的Ad?hoc網(wǎng)絡(luò)路由，該方法根據(jù)螞蟻個(gè)數(shù)和傳感器網(wǎng)絡(luò)空間大小確定搜索區(qū)域大小，將每只螞蟻置于相應(yīng)的搜索區(qū)域中并設(shè)置初始獲得光點(diǎn)概率，將第k只螞蟻未經(jīng)過(guò)的節(jié)點(diǎn)設(shè)置為節(jié)點(diǎn)集合，當(dāng)節(jié)點(diǎn)集合不為空時(shí)，假設(shè)所述第k只螞蟻下一步將從節(jié)點(diǎn)i移動(dòng)到節(jié)點(diǎn)j，然后計(jì)算所述節(jié)點(diǎn)i和所述節(jié)點(diǎn)j之間的歐氏距離及其倒數(shù)并計(jì)算每只螞蟻將要轉(zhuǎn)移的位置、路徑的信息素濃度以及根據(jù)路徑的信息濃度更新路徑信息濃度，滿足預(yù)設(shè)條件后通過(guò)路徑信息素濃度設(shè)定Ad?hoc網(wǎng)絡(luò)路由。上述方案可提高Ad?hoc網(wǎng)絡(luò)的收斂速度以及全局尋優(yōu)能力，并可有效抵抗針對(duì)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)攻擊、數(shù)據(jù)擁塞等帶來(lái)的節(jié)點(diǎn)失效，從而提高網(wǎng)絡(luò)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域，尤其涉及一種基于復(fù)合信息素濃度場(chǎng)蟻群算法的Adhoc網(wǎng)絡(luò)路由。

背景技術(shù)

Ad?hoc網(wǎng)絡(luò)是一種分布式傳感網(wǎng)絡(luò)，采用多跳無(wú)線通信技術(shù)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是潛在的路由節(jié)點(diǎn)，同時(shí)節(jié)點(diǎn)受到資源限制。通信時(shí)，各節(jié)點(diǎn)將采集到的數(shù)據(jù)利用多跳接力的方式發(fā)至匯聚節(jié)點(diǎn)，這必將導(dǎo)致內(nèi)層節(jié)點(diǎn)承擔(dān)的數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)較重，能量消耗過(guò)快最終導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)有效覆蓋面積降低。因此，Ad?hoc網(wǎng)絡(luò)路由的選擇要結(jié)合節(jié)點(diǎn)的能量信息，使得網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的能量消耗能夠得到全局均衡，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)正常工作的時(shí)間。

當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的安全性已經(jīng)成為制約Ad?hoc網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的瓶頸，Ad?hoc網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)特點(diǎn)和其能耗的限制，導(dǎo)致Ad?hoc網(wǎng)絡(luò)的安全威脅多不同于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。Ad?hoc網(wǎng)絡(luò)的一類主要安全攻擊是通過(guò)惡意消耗節(jié)點(diǎn)能量，是一部分一部分節(jié)點(diǎn)較早的失去工作能力，從而使得網(wǎng)路不能有效的完成數(shù)據(jù)收集任務(wù)。針對(duì)Ad?hoc網(wǎng)絡(luò)的攻擊方式有：虛假路由信息、選擇性轉(zhuǎn)發(fā)、污水池攻擊、女巫攻擊和蟲洞攻擊等。

蟻群算法屬于一類模擬自然界生物系統(tǒng)形為或過(guò)程的最優(yōu)化群體智能算法，最早由意大利學(xué)者M(jìn)arco?Dorigo于1991年在其博士論文中提出，算法本身具備分布式計(jì)算、自組織性和反饋性等特點(diǎn)，與Ad?hoc網(wǎng)絡(luò)的自組織網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)非常相似。將蟻群算法應(yīng)用于Adhoc網(wǎng)絡(luò)上，可以在很大程度的提高Ad?hoc網(wǎng)絡(luò)性能，但該算法仍存在問(wèn)題：一是由于缺乏信息素，算法初期搜索過(guò)程進(jìn)行緩慢，影響全局的收斂速度；二是在大規(guī)模Ad?hoc網(wǎng)絡(luò)中，蟻群算法在尋找路徑時(shí)易陷入局部最優(yōu)解，使算法過(guò)早收斂。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題之一。

為此，本申請(qǐng)的第一個(gè)目的在于提出一種基于復(fù)合信息素濃度場(chǎng)蟻群算法的Adhoc網(wǎng)絡(luò)路由，能夠提高Ad?hoc網(wǎng)絡(luò)的收斂速度以及全局尋優(yōu)能力，并可有效抵抗針對(duì)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)攻擊，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的安全性。

本申請(qǐng)的第二個(gè)目的在于提出一種計(jì)算機(jī)設(shè)備。

本申請(qǐng)的第三個(gè)目的在于提出一種非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。

為達(dá)上述目的，本申請(qǐng)第一方面實(shí)施例提出了一種基于復(fù)合信息素濃度場(chǎng)蟻群算法的Ad?hoc網(wǎng)絡(luò)路由，本發(fā)明的解決問(wèn)題的主要思想如下：

1)考慮到蟻群算法本質(zhì)為尋找最短路徑的算法，因此基于蟻群算法來(lái)進(jìn)行路由數(shù)據(jù)傳輸路徑的規(guī)劃。

2)由于傳統(tǒng)蟻群算法存在易陷入局部最優(yōu)和收斂速度慢等問(wèn)題，本發(fā)明提出復(fù)合信息素濃度場(chǎng)的概念。通過(guò)建立信息素?cái)U(kuò)散機(jī)制和反信息素收斂機(jī)制，使得每個(gè)節(jié)點(diǎn)能過(guò)夠?qū)σ欢ǚ秶鷥?nèi)的相鄰節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生影響，更好的避免了算法陷入局部最優(yōu)，穩(wěn)定提升了最優(yōu)解的質(zhì)量。

本申請(qǐng)第一方面實(shí)施例包括以下步驟：

步驟S10，設(shè)定初始信息素，所述初始信息素包括螞蟻個(gè)數(shù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)空間大小和最大迭代次數(shù)，根據(jù)所述的螞蟻個(gè)數(shù)和傳感器網(wǎng)絡(luò)空間大小確定搜索區(qū)域大小，將每只螞蟻置于相應(yīng)的搜索區(qū)域中并設(shè)置初始獲得光點(diǎn)概率，將第k只螞蟻未經(jīng)過(guò)的節(jié)點(diǎn)設(shè)置為節(jié)點(diǎn)集合，k為正整數(shù)；

步驟S20，校驗(yàn)經(jīng)所述步驟S10獲得的節(jié)點(diǎn)集合是否為空，