改进蚁群算法在Ad Hoc网络路由中的应用研究

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Ad Hoc网络是一个多跳、临时性的自组网络,由多个移动终端组成并且都可以依靠自身发送或接收信息。由于,网络中所有的节点可以自由移动并且所处的地位相等,因此,在网络中不需要设置中心控制节点。Ad Hoc网络是一种特殊的无线通信网络,可以通过节点间的无线连接构成网络拓扑结构。Ad Hoc网络由于随时快速构建移动网络,不受周围环境的制约的优势,并且不需要现有基础通信设施的支持,具有较强的鲁棒性和抗毁性,因此这种临时性自治通信方式受到人们的关注,是无线通信网络研究的方向。在Ad Hoc网络中允许所有的节点随时加入或离开且节点可以随意移动,导致网络的拓扑结构不断变化,Ad Hoc的这一特殊性使得传统的网络路由协议无法使用,同时由于移动节点本身的计算能力和存储信息的能力较低,并且能源受限,要求新的路由协议算法尽量简单。因此,如何设计出适合Ad Hoc特点并且算法简单的路由协议,是Ad Hoc网络路由协议的一个重要研究课题。蚁群算法是通过模拟真实蚂蚁的觅食行为,而提出的一种群体智能优化算法。该算法具有自适应、正反馈、鲁棒性及本质上的并行性等许多优点。它不依赖于具体问题的数学描述,可以通过本身的寻优方式构造数据模型,具有全局优化和寻优的能力,在解决组合优化问题上具有独特的性能和巨大的发展潜力,通过利用蚂蚁模拟Ad Hoc网络中的节点建立网络模型,在Ad Hoc网络路由算法的设计上具有天生的优势。针对Ad Hoc网络节点通信和蚂蚁寻食过程的相似性,本文提出了一种基于自适应的Ad Hoc蚁群网络路由算法。在改进的蚁群算法中结合鱼眼技术对网络节点中的路由表结构和信息素的更新方式进行改进,并结合在解决TSP问题时改进蚁群算法中应用的局部选择策略与随机性选择的搜索策略,模拟网络节点之间的相互通信。本文中改进的蚁群算法完成的主要工作是路由选择问题,通过蚁群算法的正向挥发机制与反向积累的机制运用信息素更新策略,提高收敛速度,应用正态函数进行信息素的挥发策略,增强蚂蚁探索新路径的能力;同时结合Ad Hoc网络路由节点的特点,使其适应QoS的需求,降低网络拥塞程度,提高网络服务质量。实验部分主要分为两部分:(1)利用改进的蚁群算法模拟真实蚂蚁寻食过程中遇到障碍物的情况,以及在TSP组合优化问题中的性能。(2)利用结合鱼眼技术的改进蚁群算法,模拟Ad Hoc网络的性能。实验结果表明改进的蚁群算法具有良好的鲁棒性和有效性,在具体的问题中具有良好的性能。
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