一種基于新概率轉(zhuǎn)移函數(shù)的照明通信動態(tài)尋徑蟻群算法
【專利摘要】本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，尤其涉及一種基于新概率轉(zhuǎn)移函數(shù)的照明通信動態(tài)尋徑蟻群算法，該算法用于在網(wǎng)絡(luò)拓撲圖中，周期性地搜索網(wǎng)絡(luò)中每一對節(jié)點之間可能存在的路徑，并且收集每一條路徑上各個路由目標的屬性值，記錄在信息素中。本發(fā)明的有益效果在于：1）采用新的狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率函數(shù)，避免了螞蟻算法在路徑尋優(yōu)時容易陷入局部最優(yōu)路徑陷阱的大缺陷；2）采用正態(tài)分布的信息權(quán)重因子來調(diào)節(jié)概率轉(zhuǎn)移函數(shù)，減少螞蟻算法狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)則隨機性與盲目性；3）通過對全局信息素算法分段設(shè)置信息素強度；以及引入基于均勻分布信息量算子使得螞蟻過于集中的路徑上的信息素濃度增加的速度得以緩解；4）優(yōu)化路燈控制的載波通信路由尋徑時間。
【專利說明】一種基于新概率轉(zhuǎn)移函數(shù)的照明通信動態(tài)尋徑蟻群算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，尤其涉及一種基于新概率轉(zhuǎn)移函數(shù)的照明通信動態(tài)尋徑蟻群算法。
【背景技術(shù)】
[0002]城市路燈控制系統(tǒng)采用電力線載波通信技術(shù)有其它控制技術(shù)所無法比擬的優(yōu)點:電力是現(xiàn)代城市生活最基本的條件，因此在不需要鋪設(shè)額外的通信線路條件下，直接利用已有的電力線資源進行數(shù)據(jù)或話音信號的傳輸，從而降低通信成本。此外，電力線載波通信設(shè)備可隨處接入，靈活方便。目前電力線載波通信技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用，電力線載波通信可以說是一個現(xiàn)成的、覆蓋范圍最廣的通信信道，在花費最少的情況下就能組成智能網(wǎng)絡(luò)。
[0003]一般情況下，低壓民用輸電線路負載大，加上使用終端電器設(shè)備頻繁加入或者撤出等因素的影響，低壓民用輸電線路具有高衰減、高噪聲、時變大的特點。高衰減就是線路上傳輸?shù)男盘栯S著頻率的升高呈快速衰減的趨勢，因此要求載波通信信號不能過高，否則難以實現(xiàn)長距離的數(shù)據(jù)傳輸。高噪聲就是低壓線路上傳輸?shù)男盘柸菀锥页志檬艿截撦d設(shè)備噪聲的干擾，例如:城市道路路燈在工作時候會發(fā)出噪聲，這種噪聲會通過輸電線路傳播到遠方，因此嚴重干擾了輸電線路傳輸數(shù)據(jù)信號解碼的正確性。一般情況下，噪聲功率強度與頻率成反比，在低頻噪聲中，輸電網(wǎng)本身的電流高次諧波噪聲以及開關(guān)電源所引起的窄帶噪聲、突發(fā)性噪聲等能量相當大。這些噪聲對低頻信號沖擊很大，但是對高頻信號沖擊相對來說，要小的多。因此載波信號頻率不能過低。時變性就是由于低壓電力線的干擾、信號衰減和終端節(jié)點經(jīng)常的加入與撤出等因素，使信號在電力線上的傳輸距離具有一定的時變性，不能永遠保持最優(yōu)傳輸距離進行傳輸。在傳輸過程中，某些節(jié)點傳輸功能隨時變化。同時由于通信距離的限制，某些節(jié)點將不能直接與中心節(jié)點(集中器)進行通信，為了建立整個通信網(wǎng)絡(luò)，使得集中器可以與每一個節(jié)點通信，必須先建立集中器到部分相鄰節(jié)點之間的通信路徑，再將這些節(jié)點作為中繼節(jié)點，擴展通信距離，將集中器與不能直接通信的節(jié)點建立通信路徑，這樣才可能將所有的節(jié)點連入低壓電力線通信網(wǎng)絡(luò)。
[0004]綜上所述，低壓民用輸電線路這種電能傳輸?shù)膶Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)，當它作為一種通信信道傳輸數(shù)據(jù)時候，網(wǎng)絡(luò)通信特性會變得非常復雜，因為電力線信道的時變性、頻率選擇性、噪聲干擾強和信號衰減大等固有特點已經(jīng)嚴重降低了電力線載波通信的可靠性。
[0005]為了提高低壓輸電線路數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，有必要對這種輸電網(wǎng)絡(luò)路由特性進行深入研究，本專利根據(jù)低壓輸電線路的數(shù)據(jù)傳輸特性，提出了基于一種基于混合自適應(yīng)蟻群低壓輸電線路載波通信動態(tài)路由尋徑算法進行動態(tài)路由通信，為提高電力線通信可靠性和抗毀性提供了 一種有效的解決方案。
[0006]前人在研究中提出一些基于蟻群算法的低壓電力線載波通信方法，可以有效延長電力線載波通信距離，但是不具有動態(tài)適應(yīng)電力線環(huán)境變化能力，雖然已經(jīng)有工作開發(fā)關(guān)于動態(tài)適應(yīng)電力線環(huán)境路由算法，但算法的收斂速度慢，并且容易陷入局部優(yōu)化極小值中。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明為克服上述的不足之處，目的在于提供一種基于新概率轉(zhuǎn)移函數(shù)的照明通信動態(tài)尋徑蟻群算法，可以避免基于常規(guī)和基于遺傳算法的蟻群算法缺陷，該算法用于在網(wǎng)絡(luò)拓撲圖中，周期性地搜索網(wǎng)絡(luò)中每一對節(jié)點之間可能存在的路徑，并且收集每一條路徑上各個路由目標的屬性值，記錄在信息素中；改進了概率轉(zhuǎn)移函數(shù)策略，大大地降低了螞蟻尋徑盲目性、隨機性，同時又不失螞蟻尋徑的靈活性，以此策略為指導，同時控制算法中參數(shù)的變化，可以高概率地跳出局部最優(yōu)，以便求得最優(yōu)解。
[0008]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案達到上述目的:一種基于新概率轉(zhuǎn)移函數(shù)的照明通信動態(tài)尋徑蟻群算法，包括以下步驟:
[0009]I)算法初始化:初始化迭代次數(shù)Ne，設(shè)置蟻群中螞蟻總數(shù)為M，投放螞蟻k到源節(jié)點，開始螞蟻行走循環(huán)，k = k+Ι，初始化網(wǎng)絡(luò)拓撲中各鏈路的相應(yīng)信息素；
[0010]2)節(jié)點產(chǎn)生螞蟻數(shù)據(jù)包信息，由源節(jié)點發(fā)送至目的節(jié)點:當節(jié)點周圍存在該螞蟻數(shù)據(jù)包的目的節(jié)點時，螞蟻數(shù)據(jù)包將直接傳輸給目的節(jié)點，本次算法結(jié)束，螞蟻數(shù)據(jù)包更新相關(guān)信息；否則進入步驟3)；
[0011]3)源節(jié)點周圍沒有目的節(jié)點，剔除周圍的鄰居節(jié)點中已經(jīng)收到過該螞蟻數(shù)據(jù)包的節(jié)點，并在節(jié)點上存儲該螞蟻數(shù)據(jù)包的相關(guān)信息，然后對剩下的鄰居節(jié)點按照螞蟻數(shù)據(jù)包的概率轉(zhuǎn)移函數(shù)選擇該螞蟻數(shù)據(jù)包的下一跳節(jié)點，并且將螞蟻數(shù)據(jù)包發(fā)送出去；
[0012]4)當某只螞蟻成功地完成路由節(jié)點選擇后，將該節(jié)點可直接通信的節(jié)點集合傳遞給下一節(jié)點，下一節(jié)點將上一節(jié)點可直接通信的節(jié)點加入禁忌表中，并進行按公式:
[0013]
【權(quán)利要求】
1.一種基于新概率轉(zhuǎn)移函數(shù)的照明通信動態(tài)尋徑蟻群算法，其特征在于包括以下步驟: 1)算法初始化:初始化迭代次數(shù)Ne，設(shè)置蟻群中螞蟻總數(shù)為M，投放螞蟻k到源節(jié)點，開始螞蟻行走循環(huán)，k = k+Ι，初始化網(wǎng)絡(luò)拓撲中各鏈路的相應(yīng)信息素； 2)節(jié)點產(chǎn)生螞蟻數(shù)據(jù)包信息，由源節(jié)點發(fā)送至目的節(jié)點:當節(jié)點周圍存在該螞蟻數(shù)據(jù)包的目的節(jié)點時，螞蟻數(shù)據(jù)包將直接傳輸給目的節(jié)點，本次算法結(jié)束，螞蟻數(shù)據(jù)包更新相關(guān)信息；否則進入步驟3); 3)源節(jié)點周圍沒有目的節(jié)點，剔除周圍的鄰居節(jié)點中已經(jīng)收到過該螞蟻數(shù)據(jù)包的節(jié)點，并在節(jié)點上存儲該螞蟻數(shù)據(jù)包的相關(guān)信息，然后對剩下的鄰居節(jié)點按照螞蟻數(shù)據(jù)包的概率轉(zhuǎn)移函數(shù)選擇該螞蟻數(shù)據(jù)包的下一跳節(jié)點，并且將螞蟻數(shù)據(jù)包發(fā)送出去； 4)當某只螞蟻成功地完成路由節(jié)點選擇后，將該節(jié)點可直接通信的節(jié)點集合傳遞給下一節(jié)點，下一節(jié)點將上一節(jié)點可直接通信的節(jié)點加入禁忌表中，并進行按公式:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于新概率轉(zhuǎn)移函數(shù)的照明通信動態(tài)尋徑蟻群算法，其特征在于，所述步驟3)具體包括以下步驟: (31)判斷節(jié)點所在的子系統(tǒng)，跳轉(zhuǎn)到所在子系統(tǒng)的中心節(jié)點； (32)搜索禁忌表許可，各螞蟻根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移公式或者先驗知識進行下一節(jié)點選擇:找到下一跳節(jié)點后，判斷下一跳所在的子系統(tǒng)，并找出該子系統(tǒng)的中心節(jié)點，比較從當前節(jié)點經(jīng)下一跳節(jié)點到其中心節(jié)點的花費，花費較小的路徑為螞蟻從當前子系統(tǒng)到下一子系統(tǒng)的選擇路徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于新概率轉(zhuǎn)移函數(shù)的照明通信動態(tài)尋徑蟻群算法，其特征在于，步驟4)中，當同一條路徑上通過的螞蟻數(shù)目大于M/3時，則引入基于均勻分布的信息量算子Uij:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于新概率轉(zhuǎn)移函數(shù)的照明通信動態(tài)尋徑蟻群算法，其特征在于，信息素強度Q采用下面的公式自適應(yīng)調(diào)整:
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于新概率轉(zhuǎn)移函數(shù)的照明通信動態(tài)尋徑蟻群算法，其特征在于，信息素揮發(fā)系數(shù)P的取值范圍為P e [O，I]。
【文檔編號】G06N3/00GK103559536SQ201310562091
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月12日
【發(fā)明者】張標標, 宓林, 林凱琪, 吳俊宏, 王毅, 王輝 申請人:杭州銀江智慧城市技術(shù)集團有限公司