一种基于贪婪蚁群算法在移动自组网中进行广播的方法及系统技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种基于贪婪蚁群算法在移动自组网中进行广播的方法方法及系统，其包括：确定信息源节点并进行广播初始化设置；对时间间隔Δt后节点的地理位置进行位移预测；寻找广播过程中信息传输路径并基于目标函数确定出当前传输路径中的全局最优解；在满足广播结束条件时，输出信息传输路径；标识并存储信息传输路径所包含的节点并完成信息由源节点传输给移动自组织网中其余节点的过程。本发明专利技术解决了传统在移动自组网中广播通信时存在的同一节点接收多条重复信息的情况进而导致网络资源浪费的不足的问题。本发明专利技术能对移动自组网中源节点广播重要信息时的路由路径进行合理规划，并根据目标函数选择最优路径，达到将信息传输给全部节点的目的。

A Method and System for Broadcasting in Mobile Ad Hoc Networks Based on Greedy Ant Colony Algorithm

【技术实现步骤摘要】
一种基于贪婪蚁群算法在移动自组网中进行广播的方法及系统
本专利技术涉及数据通信
，尤其涉及一种基于贪婪蚁群算法在移动自组网中进行广播的方法及系统。
技术介绍
移动自组网是一种适应于军事领域和民用领域的网络结构，由没有固定基础设施的可移动性节点构成的动态无线传感网络，网络中的每个节点都可以充当主机或路由器，具有无中心节点、独立自组网、多跳路由，网络拓扑结构变化快等特点。移动自组网最初应用于军事领域。上世纪70年代开始，美国军方资助研究在战场环境中使用分组无线网进行通信，直到1991年5月成立的IEEE802.01标准委员会采用“AdHoc网络”来描述这种特殊的可移动多跳的通信网络。近年来，移动自组网除军事领域外，还被广泛的应用于民用领域，比如紧急抢险救灾、野外通信、车载网、个人区域网等。由于路由节点的可移动性，资源有限性，导致移动自组网中存在许多传统网络中未曾出现的新问题和新挑战。具体的：在移动自组网中主要通信方式分为单播路由，多播路由和广播。其中广播是一种将信息源处的特定信息传输给网络中其他节点的操作，是最基本的通信方式。常见的广播策略采用的是基于洪泛算法的信息传递方法，这种方法具有覆盖范围广，转发速度快，简单方便的特点。但是在洪泛算法的转发机制下，每个路由节点在接收到数据信息后都会转发给邻居节点，由于邻居节点之间的相互转发，会造成过量的冗余转播，占用过多的网络资源，搭建多余的通信链路，产生大量的重复数据包最终导致广播风暴问题。为解决广播风暴问题，研究学者提出多种应用于广播的算法，比如基于概率的广播算法、基于面积的广播算法、基于计算机的广播算法和基于位置的广播算法。这些算法均致力于减少转发节点的数量，降低广播风暴发生的概率。由于改进后的算法，依然采用邻居节点相互转发信息的方式，仍存在同一节点接收多条重复信息的情况，造成网络资源浪费。也就是说，现有的技术均存在同一节点接收多条重复信息的情况进而导致网络资源浪费的问题。
技术实现思路
基于此，为解决在移动自组网中广播通信时存在的同一节点接收多条重复信息的情况进而导致网络资源浪费的不足，特提出了一种基于贪婪蚁群算法在移动自组网中进行广播的方法。一种基于贪婪蚁群算法在移动自组网中进行广播的方法，包括：S1、确定信息源节点并进行广播初始化设置，该广播初始化设置至少包括调用移动自组网中其余节点的位置信息和状态信息、初始化广播所需的参数并设置广播结束条件；S2、对时间间隔Δt后当前节点的地理位置进行位移预测以获取对应的预测地理位置并计算出各节点间的距离；S3、寻找广播过程中信息传输路径并基于所设定的目标函数确定出当前传输路径中的全局最优解，该传输路径是通过采用贪婪蚁群算法对各所述预测地理位置计算获得；S4、在满足广播结束条件时，输出所述全局最优解对应的信息传输路径；S5、标识并存储所述S4中的信息传输路径所包含的节点，转发节点根据所述路信息传输路径要求将信息转发给下一跳节点直至完成信息由源节点传输给移动自组织网中其余节点的过程。可选的，在其中一个实施例中，在所述S1中，所述信息源节点在移动的过程中，通过网络中节点之间的信息交换获取到其余节点的位置信息和状态信息；所述广播所需的参数至少包括：启发信息因子α、信息素浓度因子β、信息挥发因子ρ、信息素增强系数Q、跳点数影响因子θ、路径途经节点数激励量ξ、链路带宽Bw、总迭代次数No、每次迭代的蚁群数M、蚁群中蚂蚁个数K和移动平台的通信距离R；设置算法结束条件即所述广播结束条件为本方法实际运行的迭代次数大于所设定的总迭代次数No时结束，运行自动停止。可选的，在其中一个实施例中，在所述S2中，所述预测地理位置是根据当前节点的地理位置信息和状态信息预测时间间隔Δt后的地理位置，并将预测后的位置信息即所述预测地理位置作为本方法所述算法的输入量，用于计算出各节点之间的距离，所述时间间隔Δt为接收信息时到开始向下一跳节点进行信息广播时的时间间隔；同时设路由节点所处的待广播区域S为一个二维平面建立坐标系，每个节点在坐标系上都有自己对应的位置坐标，则作为路由节点的节点i对应的地理位置信息和状态信息可表示为其中Uid为当前待预测位置的节点i的标识信息，(xi,yi)为该节点i的地理位置坐标，vi为该节点i的速度信息，ai为该节点i的加速度信息，为该节点i飞行时的偏转角。根据下述预测公式获取信息预测时间间隔Δt后该节点i的地理位置即所述预测地理位置(x′i,y′i)，对应的预测公式如下：可选的，在其中一个实施例中，在所述S3中，为整个蚁群设置一个禁忌列表：tabuj,j∈{1,2…,M}(2)其中，tabuj表示第j个蚁群的禁忌列表，M为每次迭代过程中总的蚁群数，且每个蚁群中有H只蚂蚁。可选的，在其中一个实施例中，在所述S3中，为所述贪婪蚁群算法的设置约束条件，即设每条独立路径上的节点个数最大为N，其中，N≤n，整个的信息传输路径途经的节点数为m。可选的，在其中一个实施例中，在所述S3中，通过比较总移动路由节点个数n与整个的信息传输路径途经的节点数确定每个蚁群的寻径方式，即当n＝m时，当前蚁群的寻径方式为方式--一直接寻径，当n>m时为方式二--路径扩展寻径方式。可选的，在其中一个实施例中，在所述S3中，所述路径扩展寻径方式为设总节点集合为V，所述路径扩展寻径方式包括：首先，通过将未规划的节点存放在集合Von中，将已规划的节点存放在集合Vy，且满足条件Vy∪Von＝V；其次，分别计算所述集合Von与集合Vy中各个节点之间的距离；最后，分别自集合Vy中确定出集合Von中各个节点所对应的上一跳节点并建立对应通信链路，完成路径扩展过程，其中，自集合Vy中确定出集合Von中某一个节点所对应的上一跳节点是指自集合Vy中确定出距离自己最近的节点，将该节点作为给自己传送信息的节点，使得两节点间建立通信链路以完成某一路径扩展过程。可选的，在其中一个实施例中，在进行路径规划时蚁群中的蚂蚁需要对转移节点的选择即设定转移节点选择条件，所述转移节点选择条件至少包括：所选择的转移节点是某一路径上的某个蚂蚁当前所在节点的邻居节点即两者距离小于自身的通信距离以及所选择的转移节点是未被规划的节点即不存在禁忌列表tabui中，基于上述转移节点选择条件，则蚂蚁k在节点u向可选节点v的转移概率采用以下公式计算：其中τuv为路径(u,v)上信息素浓度；ηuv为路径(u,v)上启发信息，duv为链路段(u,v)的长度；α和β为启发信息和信息素浓度在蚂蚁寻径过程中体现出的重要性程度参数，C为节点u的可通信节点集合。可选的，在其中一个实施例中，在所述S3中，所述目标函数Cost(Ps)用于确定出当前传输路径中的全局最优解，其是结合了信息传输时间T、总链路条数Nsum、链路带宽Bw和蚁群规划路径途经的节点个数m建立而成，两种寻径方式对应的公式如下：可选的，在其中一个实施例中，在所述S3中，在每次迭代结束选择全局最优后，需要对全局最优路径进行信息素浓度更新，为避免上述两种方式信息系浓度更新相互影响，设计下述两种不同的更新公式：当蚁群通过方式一第一次完成路径规划时，重新初始化信息素浓度表，且不再使用方式二进行寻径，对应的信息素浓度更新方式如下：当蚁群通过方式一第P次完成路径规本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于贪婪蚁群算法在移动自组网中进行广播的方法，包括：S1、确定信息源节点并进行广播初始化设置，该广播初始化设置至少包括调用移动自组网中其余节点的位置信息和状态信息、初始化广播所需的参数并设置广播结束条件；S2、对时间间隔Δt后当前节点的地理位置进行位移预测以获取对应的预测地理位置并计算出各节点间的距离；S3、寻找广播过程中信息传输路径并基于所设定的目标函数确定出当前传输路径中的全局最优解，该传输路径是通过采用贪婪蚁群算法对各所述预测地理位置计算获得；S4、在满足广播结束条件时，输出所述全局最优解对应的信息传输路径；S5、标识并存储所述S4中的信息传输路径所包含的节点，转发节点根据所述路信息传输路径要求将信息转发给下一跳节点直至完成信息由源节点传输给移动自组织网中其余节点的过程。

【技术特征摘要】
1.一种基于贪婪蚁群算法在移动自组网中进行广播的方法，包括：S1、确定信息源节点并进行广播初始化设置，该广播初始化设置至少包括调用移动自组网中其余节点的位置信息和状态信息、初始化广播所需的参数并设置广播结束条件；S2、对时间间隔Δt后当前节点的地理位置进行位移预测以获取对应的预测地理位置并计算出各节点间的距离；S3、寻找广播过程中信息传输路径并基于所设定的目标函数确定出当前传输路径中的全局最优解，该传输路径是通过采用贪婪蚁群算法对各所述预测地理位置计算获得；S4、在满足广播结束条件时，输出所述全局最优解对应的信息传输路径；S5、标识并存储所述S4中的信息传输路径所包含的节点，转发节点根据所述路信息传输路径要求将信息转发给下一跳节点直至完成信息由源节点传输给移动自组织网中其余节点的过程。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述S2中，所述预测地理位置是根据当前节点的地理位置信息和状态信息预测时间间隔Δt后的地理位置，所述时间间隔Δt为接收信息时到开始向下一跳节点进行信息广播时的时间间隔；同时设路由节点所处的待广播区域S为一个二维平面建立坐标系，则作为路由节点的节点i对应的地理位置信息和状态信息表示为其中Uid为当前待预测位置的节点i的标识信息，(xi,yi)为该节点i的地理位置坐标，vi为该节点i的速度信息，ai为该节点i的加速度信息，为该节点i飞行时的偏转角。根据下述预测公式获取信息预测时间间隔Δt后该节点i的地理位置即所述预测地理位置(x′i,y′i)，对应的预测公式如下：3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述S3中，为整个蚁群设置一个禁忌列表：tabuj,j∈{1,2…,M}(2)其中，tabuj表示第j个蚁群的禁忌列表，M为每次迭代过程中总的蚁群数，且每个蚁群中有H只蚂蚁。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述S3中，为所述贪婪蚁群算法的设置约束条件，即设每条独立路径上的节点个数最大为N，其中，N≤n，整个的信息传输路径途经的节点数为m。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述S3中，通过比较总移动路由节点个数n与整个的信息传输路径途经的节点数确定每个蚁群的寻径方式，即当n＝m时，当前蚁群的寻径方式为方式--一直接寻径，当n>m时为方式二--路径扩展寻径方式。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述S3中，所述路径扩展寻径方式为设总节点集合为V，所述路径扩展寻径方式包括：首先，通过将未规划的节点存放在集合Von中，将已规划的节点存放在集合Vy，且满足条件Vy∪Von＝V；其次，分别计算所述集合Von与集合Vy中各个节点之间的距离；最后，分别自集合Vy中确定出集合Von中各个节点所对应的上一跳节点并建立对应通信链路，完成路径扩展过程，其中，自集合Vy中确定出集合Von中某一个节点所对应的上一跳节点是指自集合Vy中确定出距离自己最近的节点，将该节点作为给自己传送信息的节点，使得两节点间建立通...

【专利技术属性】
技术研发人员：李莉莉，张晓勇，岳伟，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21