事件的主要问题聚集在无线传感器网络(网络)是限制为每个节点通信范围。由于限制通信范围和高网络密度、网络事件转发是非常具有挑战性的,需要多次反射数据转发。目前,节能基于ant的路由(EEABR)算法,基于蚁群优化(ACO) metaheuristic,是能源利用最先进的路由协议之一。在本文中,我们提出了三个改进EEABR算法来进一步提高能源效率。改进原来的EEABR是基于以下几点:(1)一项新计划来智能地初始化路由表优先考虑相邻节点同时可以目的地,(2)智能更新路由表的节点或链路故障的情况下,和(3)减少对拥塞控制洪水能力的蚂蚁。能源效率的提高尤其是动态路由环境中非常重要。使用RMASE模拟环境实验结果表明,该方法提高了能源效率达9%和64% converge-cast和目标跟踪场景,分别在原EEABR不引起显著增加复杂性。方法也比较,发现也比其他群路由协议,如基于传感器和cost-aware蚂蚁路由(SC)和Beesensor。
传感器网络是一种基础设施组成的传感、计算和通信元素给用户或管理员工具的能力,观察和反应事件和现象在特定的环境
近年来,几轮竞争有效的路由算法开发和调查
社会性昆虫社区有许多可取的属性从系统的角度来看,调查(
剩下的纸是组织如下。部分
使用群体的思想范式在通信网络建立路线并不新鲜。在[
在SC(基于传感器和cost-aware蚂蚁路由)
传感器网络的节能基于ant的路由(EEABR)提出(
Beesensor [
除了所有的缺点每个相关的协议,几乎所有的算法倾向于牺牲网络性能获得改善节点的能量消耗,反之亦然。
本节描述了一个典型的传感器网络的主要应用场景。在传感器网络中,每个传感器产生的数据包在一个固定的数据速率。如果一个传感器节点
告知整个网络的拓扑变化在水槽的流动性,
通知一个节点时,与水槽被打破由于水槽流动性。
(a)沉在一个静态位置,(b)流动的水槽(
这让我们解决现实世界问题的社会性昆虫的方法进行了综述
网络中目标跟踪是一个估计位置的过程,轨迹,速度,加速度和/或一个移动的目标。它通常需要准确的目标状态估计和预测。典型靶跟踪(动态场景)应用程序中,系统事件移动目标。因此,源节点或节点必须改变它的位置在每个时间间隔的时间来应对其目标事件的动态特性。图
在蚂蚁搜索食物。
在这个场景中,沉没负责转发所需的信息(即从网络到总部。通过互联网,主控制器),通过卫星或其他无线技术。目标可以是一个人,移动车辆,动物,坦克,敌人,或任何有趣的对象,需要跟踪通常是移动的。目标可以以一种意想不到的方式,这将导致损失的目标有时。定位目标的位置在任何时候是网络中目标跟踪的主要挑战。每个传感器节点都有一个传感器设备意义或探测感兴趣的目标在该地区的存在(ROI)。检测的目标总是残疾时,节点的传输范围。因此,使用移动水槽或节点可以减轻负担的损失的目标,这也会反过来减少能源消耗的网络节点由于更少的控制流量将被用于定位目标的位置。由于传感器节点的能量有限的电池馈电和物理访问它们的困难,节能目标跟踪是一个至关重要的目标。此外,成百上千的传感器节点部署在ROI。但由于节能路由算法和水槽在动态场景中,可以很容易地跟踪目标的位置和更少的啤酒花将所需的传感器节点获取整个水槽节点的信息。
蚂蚁寻找食物的组织的化学痕迹而寻找食物来源。蚂蚁在觅食过程中,借助信息素交流了在回巢。当食物被发现,蚂蚁返回鸟巢铺设一条招聘家奴的食物来源。觅食和招聘轨迹之间的差别归因于不同数量的踪迹信息素的道路上。发现了蚂蚁总是适应他们的环境,找到最有效的路径他们的食物来源
以下部分解释群体智慧的原则相互作用觅食的蚂蚁对食物来源。
积极的反馈表示特定行为的一般规则。在蚂蚁觅食,一只蚂蚁对信息素梯度偏见的吸引力,增加大量被称为积极的反馈。桩越积累越多,信息素可能,因此蚂蚁更偏向走向它,并可能增加桩的道路上。食物来源的偏见,越大越蚂蚁也可能采取的路径,食物来源,进一步增加了路径的信息素含量。
负面反馈是通过信息素的蒸发。这种情况发生,避免过早收敛在蚂蚁(停滞)。蚂蚁个体之间的沟通,信息素必须蒸发环境。蒸发有助于削弱信息素和较低的路径上的信息素的浓度。路径信息素浓度较低会有蚂蚁,因为它会吸引蚂蚁越来越少朝着这个方向。尽管这似乎与巢收集所有食物的任务,但它是很重要的。在移除负面反馈是完全有用旧或贫穷的解决方案从系统的集体记忆。
位置和路径的蚂蚁对食物来源是完全取决于机会。有点漂移在蚂蚁的行为可能对未来事件有很大的影响。随机性对新的解决方案是利用允许出现或直流电解进化以适应环境。
在食物的蚂蚁巢,它是必要的,很多个人合作和共同努力,实现自己的目标;这是根据相邻节点的传感器网络作为路由器到其他源节点。如果没有足够的蚂蚁存在于一个窝,然后信息素会腐烂之前在巢可以收集更多的食物。同样,如果我们这个映射到一个传感器网络,如果没有许多节点的路径水槽节点,数据包将被删除在水槽里。这也可能是由于节点的低传输距离。但是如果在环境中存在更多的蚂蚁,快速将聚集更多的食物以避免完成最短路径信息素衰变,其他蚂蚁将继续他们的随机漫步没有建立任何强大的解决方案的最佳路径。
这是间接通信个体间的社会昆虫,一般通过他们的环境。stigmergic系统的复杂性是由于个体互动不是彼此,而是一个共同的环境。他们与环境交互修改它。这些变化影响进一步的更改。这产生了正反馈效应,信息提要在信息(同样的效果,当谈话可以根据人们应对不可预知的方向彼此的注释)。蚂蚁是指向高的路径信息素梯度;没有必要为蚂蚁直接相互通信,甚至知道彼此的存在。出于这个原因,蚂蚁可以独立于其他个体的行为,大大简化了必要的规则。
网络协议是为了满足一些重要功能的服务质量和提高网络生命周期。然后为每个协议用于WSN重要考虑底层算法的能源效率和可靠性。这是必要的网络正在考虑在有限的电源、内存容量限制,处理能力低、可用带宽的限制。为此,我们提出了一些重要的改进现有的节能路由算法基于ant (EEABR)。
基于节能的蚂蚁的路由(EEABR)算法(
通过执行这个算法几个迭代,每个节点可以知道哪个是最好的邻居(在最优函数表示为(
EEABR算法的改进版本考虑节点的可用功率和能耗的路径作为路由选择的依赖。它提高了内存使用和利用selforganization自适应和动态优化能力的蚁群系统来找到最优路径和多个候选路径从源节点到汇聚节点。该算法避免了使用了最优路径上节点的能量,延长网络生命周期,同时保留网络连接。这是必要的,因为任何网络协议设计、能源效率的重要的问题是网络的底层算法由于在调查中有严格的功率要求。提出了(
EEABR改进基于ant的路由没有指定路由表的一个初始化方法。出于这个原因,我们建议一个初始均匀分布的概率路由表。由于没有先验知识的情况下对网络拓扑结构,提出了初始化每个路由表反映了以前的(最初的)知识网络拓扑结构的路由过程的进展。路由表的初始化都是用一个统一的概率分布
在给定的时间网络拓扑更新后,邻近的节点分配一个更大的概率值,同时可以显示目的地(
例如,如果一个源节点有五个邻居,进而选择邻居节点的概率作为目标根据先前的知识更新的路线
当然,我们可以看到,(
EEABR不指定任何方法来维持控制总数的蚂蚁向前移动内部的网络,这在某些情况下,可能导致交通堵塞。为了控制蚂蚁,蚂蚁的总数在每个节点启动仅限于一个网络节点的数量(5倍量
有些情况下,远期蚂蚁从源节点发送不回去后的源节点反向链接。在这种情况下,为了避免无限循环发生循环时,当蚂蚁向前不断的移动网络,自我毁灭的蚂蚁
原EEABR不处理失败情况下的网络资源。在链接失败的情况下,自动更新了路由表的情况下一个节点
这种方法反映了网络流量和拓扑节点知识之前失败。这些改进,网络收敛速度和更好的结果。算法的详细描述算法的算法伪代码所示
信息素值,目的地ID];
然后计算信息素和构建逆向蚂蚁
我们还在这工作描述的信息素表内容路由过程中网络中的一个节点。下面是信息素表的描述。
信息素表使信息收集的蚂蚁。每个节点维护一个表保持每个邻居路径上的信息素量。节点有不同的信息素气味,表的形式与目的地节点矩阵列在顶部列出的一面和邻居节点。行对应于目的地和列的邻居。信息素表中的一个条目的引用
的描述信息素表节点G。
描述算法的伪代码描述我们提出的方法给出了算法
我们使用一个路由建模应用程序仿真环境(RMASE) [
小偷是一个事件驱动的模拟器,可以设置在确定性或概率模式;它提供了一个快速、简单的方法原型应用程序,而且有漂亮的可视化功能。小偷由无线电模型以及介质访问控制(MAC)层模型。MAC层模拟伯克利微粒的CSMA协议,包括随机等待和退下。此外,它还支持基于事件的结构类似于TinyOS / NesC从而促进真实传感器节点的实现算法。无线电传播模型决定了传输信号的强度在特定的空间中所有发射机系统。基于这些信息,信号接收器的接收条件可以评估,可以检测到碰撞。从发射机到接收机信号强度是由确定性传播函数和随机干扰。
我们评估改善能源效率基于ant的路由(IEEABR)和三个候选算法:基于传感器和cost-aware蚂蚁路由(SC) Beesensor,节能基于ant的路由(EEABR)算法使用以下定义的指标(部分
仿真参数。
| 参数 | 值 |
|---|---|
| 路由协议 | Beesensor EEABR, SC, IEEABR。 |
| X_dist Y_dist,节点的数量 | 1,1,100 |
| 源类型、中心类型、半径、速度,随机率 | 静态随机1 4 0 |
| 目的地类型,中心类型、半径、速度,随机率 | 静态的,随机的,1,0.5,0 |
| 最大的啤酒花,数据流量 | 无穷,恒定比特率(CBR) |
| 数据速率 | 250 Kbps |
| 仿真时间 | 100秒。 |
| 节点的能量 | 30焦耳每 |
| 蚂蚁比,AntStart EEABRAntStart | 2、240000、240000 |
从几个从我们的仿真实验结果,我们使用以下性能指标清晰的目的。
为了更好地理解这四个算法之间的差异,我们测试了两种算法使用两个典型的应用程序的基础。在所有的应用程序中,每一个试图尽可能地代表真正的传感器网络部署环境,和在两个场景中所有节点被部署在一个随机的时尚。这是因为,在实际的传感器网络中,节点部署不能由操作员控制或人类造成的环境特征。converge-cast场景中,传感器节点随机部署与客观监测静态事件,所有的源和汇是固定的,圆的中心是随机选择的实验。在这种情况下,事件的位置和汇聚节点的位置是未知的,和节点负责监控事件和相关的感觉信息发送到汇聚节点。我们的实验结果如表所示
路由协议比较converge-cast场景中根据不同的指标。
| 路由协议的比较基于不同指标 | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| 路由协议 | 延迟(s) | 成功率(%) | 能源消耗(J) | 能源效率(Kb / J) | 标准偏差(J) |
| EEABR | 0.0315 | 92.4240 | 16.6624 | 21.9656 | 2.6624 |
| SC | 0.0313 | 68.6870 | 14.9488 | 18.1955 | 2.9782 |
| 该算法 | 0.0309 | 94.1920 | 15.5104 | 24.0484 | 2.7565 |
| Beesensor | 0.1229 | 90.9090 | 18.9696 | 18.9777 | 1.7042 |
路由协议的比较在目标跟踪场景中不同的指标。
| 路由协议的比较基于不同指标 | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| 路由协议 | 延迟(s) | 成功率(%) | 能源消耗(J) | 能源效率(Kb / J) | 标准偏差(J) |
| EEABR | 0.0322 | 20.21 | 10.8032 | 0.7405 | 2.1284 |
| SC | 0.1941 | 12.63 | 40.3936 | 0.1238 | 3.0880 |
| 该算法 | 0.0302 | 50.54 | 9.4064 | 2.1262 | 2.1230 |
| Beesensor | 0.0629 | 45.49 | 55.4075 | 0.3249 | 0.3463 |
绩效评估在Converge-cast场景四个协议:(a)能源消耗,(b)能源效率、能源消耗(c)对不同网络的密度,(d)延迟,(e)成功率,标准差(f)和(g)网络寿命预测。
绩效评估在目标跟踪场景四个协议:(a)能源消耗,(b)能源效率、能耗(c)对不同网络的密度,(d)成功率,标准差(e)和(f)网络寿命预测。
在本文中,我们将自然启发的性能最先进的节能意识在无线传感器网络路由协议在路由决策利用蚂蚁和蜜蜂的行为。我们提出的路由协议显示和证明性能良好的能源效率。性能不仅在网络中节点的能耗低,但低延迟、高吞吐量和成功率。该算法能够处理目标跟踪应用程序以及QoS要求应用程序。该算法执行在所有的指标用于评估目的同时也显示它和它的前身“EEABR合理差异。“EEABR高于该算法消耗31%和29.66%的能源消耗converge-cast网络中的节点和目标跟踪的情况下,分别。SC假定所有传感器节点传感器得到水槽的位置没有做算法相比。Beesensor converge-cast和目标跟踪场景中更高的能源消耗为29.3%和88%,分别由于其按需路由。收敛时间低,很难找到水槽每当网络拓扑的变化。与结果相比converge-cast场景中,事件流动性减少算法的性能,这是可以理解的和预期因为更多的节点成为数据包的来源,增加了网络数据包的数量。 Once again the IEEABR protocol presents the best results when compared to the other protocols, but the results can easily be compared to scenarios where all the environment variables are static (converge-cast scenario). We are in the process of implementing the proposed algorithm on a real WSN hardware. We will improve on the algorithm based on the experience obtained from the real-time implementation and testing.