无线传感器网络中的长生命周期蚁群路由
 

摘要：无线传感器网络蚁群路由简单易于实现，利于网络快速部署。在基本蚁群路由BACR中，传感器节点仍可能会过度地依赖于某些路径向sink 节点传递数据，使得某些节点的能量很快用尽，网络生命期较短。本文在基本蚁群路由的基础作了改进，得到了能提高网络生命周期的蚁群路由LLACR。LLACR 在网络信息素的更新中利用了节点能量信息，使得数据不会在能量很低的节点上传递。仿真表明，LLACR 有效地均衡了节点能耗，延长了网络的生命周期。
 

关键词：无线传感器网络；蚁群算法；路由协议

0 引言
无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，简称WSNs）综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息。WSNs可以使人们在任何时间、地点和任何环境条件下获取大量详实可靠的物理世界的信息，可以应用于包括军事、工业、农业、医疗、环境监测等多种领域，具有十分广阔的应用前景。WSNs 已经引起了学术界和工业界的广泛关注，被认为是21 世纪世界最具有影响力的技术之一。
 

无线传感器网络通常由一组静态的传感器节点和一个固定的sink 节点构成。传感器节点负责收集所探测范围内的数据，并且通过多跳方式将数据传递给sink 节点；sink 节点则负责接收、处理来自于传感器节点的数据。WSNs 路由协议[1]负责在sink 节点和传感器节点间可靠地传输数据。由于传感器节点通常以电池供电能量有限，一般不易更换或重新充电，因而提高网络的生命周期，便成为网络路由设计中的一个关键问题。WSNs 的生命周期通常被定义为第一个能量耗尽的传感器节点的生命周期。
 

蚁群算法[2]（Ant Colony Algorithm）是由意大利学者Dorigo等人受到人们对自然界中真实蚂蚁群集体行为的研究成果的启发而首先提出来的。蚁群算法已经成功地应用于解决TSP、JSP 等许多组合优化问题。蚁群算法在WSNs 中的应用也有一定的研究[3-6]。本文在基本蚁群路由（Basic Ant Colony Routing，简称BACR）的基础上作出了改进，得到了长生命周期蚁群路由(Long Lifetime Ant Colony Routing，简称LLACR)。仿真表明，LLACR 能够延长网络的生命周期。

4 结论
蚁群路由无需地理位置信息，简单易于实现，有利于在各种环境中便捷地部署WSNs。在BACR 中，传感器节点仍可能会过度地依赖于某些路径传递数据，导致部分传感器节点快速死亡。对BACR作进一步地改进，LLACR在传感器节点信息素的更新过程中引入了节点能量信息。仿真表明，LLACR 有效地均衡了节点能耗，提高了网络的生命周期。蚁群路由的缺点是：网络路由的更新和维护需要消耗较多能量；在sink 节点附近的传感器节点能量消耗较快容易死亡，当网络工作一段时间后，sink 节点可能无法会接收到较远处传感器节点传递来的数据。
 

[参考文献] (References)
[1] 唐勇,周明天,张欣.无线传感器网路路由协议研究进展[J].软件学报,2006,17(3):410-421.
[2] Marco Dorigo,Thoms Stutzle.蚁群优化[M].北京：清华大学出版社,2007.
[3] 张小庆,李腊元.基于蚁群算法的定向扩散算法研究[J].传感器技术学报,2008,21(7):1226-1231.
[4] Zhen-wei Shen,Yi-hua Zhu,Xian-zhong Tian,etc. Wireless Communications,Networking and Mobile
Computing,2008. WiCOM '08. 4th International Conference.
[5] Xin Guan,L.Guan,X.G.Wang.etc.A Novel Routing Algorithm Based on Ant Colony System for Wireless
Sensor Networks.2009 Proceedings of 18th International Conference on Computer Communications and Networks.
[6] 刘巍,崔莉.基于蚁群算法的传感器网络节点部署设计[J].通信学报，2009,30（10）:24-33.
185 [7] 吴微,周春光,梁艳春.智能计算[M].北京：高等教育出版社，2009.