一种基于多生物启发的无线传感网络自适应路由决策方法技术

一种基于多生物启发的无线传感网络自适应路由决策方法，由信任评价机制、路由决策和路由自适应调节方法三部分组成，信任评价机制对每个节点的邻居进行可信度评价，并存储到节点本身的信任评价表中，作为路由决策的决定因素之一，节点需要向汇聚节点发送数据时，路由决策为其选择一条合适路由，不存在合适路由时，路由发现寻找通向汇聚节点的路由，节点需要向汇聚节点转发数据时，路由转发为其选择一个合适的下一跳节点转发，有2条或以上路由可供选择时，路由选择根据绒泡菌算发选择最优一条路由；本发明专利技术能能够实现传感器节点的可信性评价、路由决策，并能够根据网络状态调节路由决策参数，实现路由决策的自适应调节。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多生物启发的无线传感网络自适应路由决策方法
本专利技术涉及网络通信
，具体的说是涉及一种基于多生物启发的无线传感网络自适应路由决策方法。
技术介绍
路由选择决策是指选择通过网络从源节点向目的节点传输信息的通道，而且至少通过一个中间节点。路由选择工作在OSI参考模型的网络层。无线传感网络是一个自治的无线网络，它没有事先部署的基础设施，比如路由器、基站等。无线传感网络的节点同时具有事务处理和路由器的功能，即，它的节点既可以感知周围感兴趣的事件(温度、湿度、图像、声音等)，又可以帮助其它节点向汇聚节点转发数据。无线传感网络具有节点移动、有限带宽、有限电池能量和频繁节点故障等特点。这些特点使得无线传感网络的路由决策方案比较复杂。现有的无线传感网络要不考虑路由的效率，即如何高效、快速的向汇聚节点转发数据；要不考虑路由的能量，即如何减小路由的能量消耗，延迟网络的寿命。有的方案考虑在二者之间进行权衡，在保障一定效率的基础上减少网络的能量消耗，尽可能的延长网络寿命。还有一些研究者考虑了网络的安全问题，研究如何使得传输数据的安全可靠。这些方案中，没有将网络效率、能量消耗、网络安全等问题分开对待。由于取得网络效率优、能量优、安全级别高是需要采用不同的模型，然后再对其进行统一融合才能取得更好地的效果和根据网络状态进行自适应调控。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述通过单一模型解决路由一个或多个方面特性带来的效率问题，提供一种基于多生物启发的无线传感网络自适应路由决策方法，能够根据免疫算法实现传感器节点的可信性评价，根据感知蚁群算法和绒泡菌算法实现路由决策，并能够根据网络状态调节路由决策参数，实现路由决策的自适应调节。本专利技术采用的技术方案是：一种基于多生物启发的无线传感网络自适应路由决策方法，所述的决策方法由根据免疫算法实现的信任评价机制、根据感知蚁群算法和绒泡菌算法实现的路由决策以及路由自适应调节方法三部分组成，信任评价机制是由邻居监视、生灭过程、自律进化和信任评价四部分组成，且信任评价机制对每个节点的邻居进行可信度评价，并存储到该节点本身的信任评价表中，作为路由决策的决定因素之一，节点需要向汇聚节点发送数据时，路由决策为其选择一条合适的路由，不存在合适的路由时，路由发现根据蚁群算法寻找通向汇聚节点的路由，并计算找到路径的链路可信度和链路能量，节点需要向汇聚节点转发数据时，路由转发为其选择一个合适的下一跳节点转发，有2条或以上路由可供选择时，路由选择根据绒泡菌算发选择最优一条路由，路由决策根据信任评价机制的评价结果进行路由发现、路由决策、路由转发和路由选择，路由发现、路由决策和路由转发分别独自运行于每一个网络传感器节点，完成不同的工作任务，三者相互协作，共同实现路由决策，而路由选择支撑路由决策组件和路由转发组件。所述的信任评价机制包括以下步骤：步骤201、邻居监视1)假定传感器节点i及其邻居节点j，首先定义：(1)节点的行为集合Ag＝{x|x是节点的行为}；(2)节点行为的标识AgG＝{gene|gene是节点行为的标识}，其中gene可以唯一标识一类行为；(3)“评价子”是一个四元组，能够评价节点行为，评价子集合Ab＝{<gene,age,count,weight>|gene∈AgG,(age,count,weight)∈N}，其中gene是行为标识,age是“评价子”存在的时间，count是“评价子”已经评价节点行为的次数，weight是“评价子”的权重；(4)“评价子”与节点行为匹配函数为:其中，“.”是一个操作，x.weight表示x的第四个元素weight，Φ(·)是节点行为识别的一个函数；2)节点i实时监视其邻居节点j的行为，通过规范化描述，可以获得其邻居节点j的行为标识，每次通过监视到一组邻居节点的行为，Φ(·)函数可以返回一个二元组<id,g>，其中，id是邻居的地址，g是监视到邻居行为的标识；汇聚节点定时广播网络各节点前一时间段的工作效率，通过对这些信息的分析，获得不同网络行为对应的效率，每次监视到一个邻居节点行为的效率，Ψ(·)函数可以返回一个二元组<g,w>，其中，g是监视到邻居行为的标识，w是行为标识g对应的权重(或效率)；步骤202、生灭过程，假定评价子生灭过程的时间间隔是1，且初始评价子是{a1,a2,......,an}，ai∈Ab,i＝1,2,......,n，1)时间从t-1到t，新增的行为标识AgGnew和“评价子”Abnew分别为：yk表示在k时刻新增的节点行为，Abnew＝{<g,0,1,wini>|g∈AgGnew,wini∈N}，wini是表示评价子权重的常数；2)在t时刻，被杀死的评价子Abdead表示为Abdead＝{x|x.age≥lifecycle,x.count<THmatch}，THmatch是一个常数，将Ab集合中每个元素的age加1，新的评价子集合Abt为步骤203、自律进化，“评价子”可以根据从节点行为评价Ψ(·)获取的评价结果进行自律进化，具体过程如下：1)假定收到来自Ψ(·)的二元组<g,w>；2)取Ab中的一个没有进行过处理的元素i，如果i不存在，转向步骤6)；否则，转向步骤3)；3)如果i.gene！＝g，转向步骤2)；否则，转向步骤4)；4)如果w！＝0，则i.weight＝i.weight+w；否则，i.weight＝i.weight+w0；5)把i放入集合Ab；6)算法结束；步骤204、信任评价，当节点从邻居监视组件的Φ(·)接收到一组信息<id,g>时，节点可以对地址是id的邻居进行信任评价，并将评价结果放在本地的信任表中，具体过程如下：1)假定收到来自Φ(·)的二元组<id,g>；2)取Ab中的一个没有进行过下述处理的元素i。如果i不存在，则令weight＝i.weight，转向步骤(5)；否则，转向步骤(3)；3)如果i.gene！＝g，转向步骤(2)；否则，转向步骤(4)；4)令weight＝i.weight，i.count++；5)取信任表中未处理的元素i。如果i不存在，转向步骤(7)；否则，转向步骤(6)；6)如果i.id！＝id，转向步骤(5)；否则，令i.Value＝i.Value+weight，增加<id,Valueini>到信任表；7)算法结束。所述的路由发现包括以下步骤：步骤301、设定任意传感器节点S，在节点S设置一个Timeout，并生成一代前向蚂蚁，利用公式计算节点S到其所有邻居节点跳转的概率pSj，并向pSj大于特定值p0的节点跳转，其中，τ(S,j)表示路径(S,j)的人工信息素，NS表示节点S的邻居；步骤302、假定节点i，前向蚂蚁在节点i中，确定需要转发前向蚂蚁的邻居节点后进行转发，并向所有需要转发的路径按照公式留下人工信息素，同时按照需要对所有不转发的路径按照公式蒸发人工信息素，其中，E0,T0,K0,Δτ和U0是常数，U0∈(0,1)，τt(i,j)是路径(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多生物启发的无线传感网络自适应路由决策方法，其特征在于：所述的决策方法由根据免疫算法实现的信任评价机制、根据感知蚁群算法和绒泡菌算法实现的路由决策以及路由自适应调节方法三部分组成，信任评价机制是由邻居监视、生灭过程、自律进化和信任评价四部分组成，且信任评价机制对每个节点的邻居进行可信度评价，并存储到该节点本身的信任评价表中，作为路由决策的决定因素之一，节点需要向汇聚节点发送数据时，路由决策为其选择一条合适的路由，不存在合适的路由时，路由发现根据蚁群算法寻找通向汇聚节点的路由，并计算找到路径的链路可信度和链路能量，节点需要向汇聚节点转发数据时，路由转发为其选择一个合适的下一跳节点转发，有2条或以上路由可供选择时，路由选择根据绒泡菌算法选择最优一条路由，路由决策根据信任评价机制的评价结果进行路由发现、路由决策、路由转发和路由选择这四个组件的运行，路由发现、路由决策和路由转发分别独自运行于每一个网络传感器节点，完成不同的工作任务，三者相互协作，共同实现路由决策，而路由选择支撑路由决策组件和路由转发组件；其中，所述的路由转发组件包括以下步骤：步骤501、假定任意路由节点，如果节点收到需转发的数据包，则转向步骤502，否者，节点继续休眠；步骤502、检查节点的局部路由优化标志，如果为FALSE，则转向步骤503，否则，进行局部路由优化，然后转向步骤503；步骤503、向节点的下一跳转发数据，并设置一个时间间隔，等待；步骤504、当到时，如果收到来自下一跳的确认，则转向步骤506，否者，节点调用路由发现，然后转向步骤505；步骤505、如果发现从节点i到汇聚节点的路由，则向源节点发送通知蚂蚁，并沿途修改相应路由表条目，然后转向步骤503操作，否则，向源节点发送错误蚂蚁，并从沿途节点路由表中删除相应路由表条目，然后转向步骤506操作；步骤506、算法结束；其中，所述的路由选择组件工作过程为：利用公式分别计算供选择的每条路由的理由可用度，然后选择可用度最大的路由，其中，是常数。2.如权利要求1所述的一种基于多生物启发的无线传感网络自适应路由决策方法，其特征在于：所述的信任评价机制包括以下步骤：步骤201、邻居监视1）假定传感器节点及其邻居节点，首先定义：（1）节点的行为集合；（2）节点行为的标识，其中可以唯一标识一类行为；（3）“评价子”是一个四元组，能够评价节点行为，评价子集合，其中是行为标识,是“评价子”存在的时间，是“评价子”已经评价节点行为的次数，是“评价子”的权重；（4）“评价子”与节点行为匹配函数为:，其中，“”是一个操作，表示的第四个元素，是节点行为识别的一个函数；2）节点实时监视其邻居节点的行为，通过规范化描述，可以获得其邻居节点的行为标识，每次通过监视到一组邻居节点的行为，函数可以返回一个二元组，其中，是邻居的地址，是监视到邻居行为的标识；汇聚节点定时广播网络各节点前一时间段的工作效率，通过对这些信息的分析，获得不同网络行为对应的效率，每次监视到一个邻居节点行为的效率，函数可以返回一个二元组，其中，是监视到邻居行为的标识，是行为标识对应的权重；步骤202、生灭过程，假定评价子生灭过程的时间间隔是1，且初始评价子是，，1）时间从到，新增的行为标识和“评价子”分别为：，表示在时刻新增的节点行为，，是表示评价子权重的常数；2）在时刻，被杀死的评价子表示为，是一个常数，将集合中每个元素的加1，新的评价子集合为;步骤203、自律进化，“评价子”可以根据从节点行为评价获取的评价结果进行自律进化，具体过程如下：1)假定收到来自的二元组；2)取中的一个没有进行过处理的元素，如果不存在，转向步骤6）；否则，转向步骤3）；3)如果，转向步骤2）；否则，转向步骤4）；4)如果，则；否则，；5)把放入集合；6)算法结束；步骤204、信任评价，当节点从邻居监视组件的接收到一组信息时，节点可以对地址是的邻居进行信任评价，并将评价结果放在本地的信任表中，具体过程如下：1）假定收到来自的二元...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明川，郑瑞娟，吴庆涛，宋晓莉，魏汪洋，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：