針對(duì)多移動(dòng)機(jī)器人通信網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議及運(yùn)算方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種針對(duì)多移動(dòng)機(jī)器人通信網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議及運(yùn)算方法，該路由協(xié)議采用魚群算法和螞蟻算法，所述魚群算法生成信息素，所述螞蟻算法根據(jù)魚群算法所生成的信息素進(jìn)行分析和路徑的決策以選擇路徑。
【專利說明】針對(duì)多移動(dòng)機(jī)器人通信網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議及運(yùn)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種針對(duì)多移動(dòng)機(jī)器人通信網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議及運(yùn)算方法，應(yīng)用于通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，尤其專門針對(duì)多移動(dòng)機(jī)器人處于復(fù)雜環(huán)境下對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的有效路由的解決。
【背景技術(shù)】
[0002]從目前機(jī)器人技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀而言，單個(gè)機(jī)器人不僅在獲取信息、處理及控制能力等方面能力欠缺，而且對(duì)于工作任務(wù)及工作環(huán)境稍微復(fù)雜的情況應(yīng)變能力也不夠。多機(jī)器人系統(tǒng)可以相互協(xié)作，提高了工作效率并且更精確地進(jìn)行定位，適用于復(fù)雜的工作環(huán)境。所以多機(jī)器人系統(tǒng)是完成復(fù)雜任務(wù)的必然趨勢。
[0003]在多機(jī)器人中，機(jī)器人之間需要通過信息交流進(jìn)行同步或協(xié)調(diào)，所以機(jī)器人需要通過通信來更好的完成任務(wù)。
[0004]移動(dòng)多機(jī)器人的通信與一般網(wǎng)絡(luò)通信不同，是個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)。由于移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的特殊性，目前研究人員選擇比較多的是基于Ad hoc的通信網(wǎng)絡(luò)，機(jī)器人一方面作為數(shù)據(jù)信息的發(fā)送方和接收方，另一方面作為路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，進(jìn)行路由發(fā)現(xiàn)，路由維護(hù)和路由更新。當(dāng)通信環(huán)境復(fù)雜，移動(dòng)機(jī)器人能量低以及機(jī)器人移動(dòng)較為活躍等各種因素影響機(jī)器人發(fā)送數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)合理有效的，適應(yīng)性靈活性強(qiáng)的路由協(xié)議算法就顯得很有必要。而目前各國仍然沒有設(shè)計(jì)出特別完善的適用于移動(dòng)機(jī)器人的路由協(xié)議，現(xiàn)在比較流行的一些路由協(xié)議面對(duì)復(fù)雜的外界環(huán)境也有一定的不足之處。
[0005]Ad hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議目前主要分為表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議和按需驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議，目前比較常用的路由協(xié)議有:
[0006]DSDV (Destination Sequenced Distance Vector,目的節(jié)點(diǎn)序列距離矢量協(xié)議)路由協(xié)議，設(shè)定序列號(hào)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)保留一個(gè)路由表，避免環(huán)路的產(chǎn)生。但是收斂性低。當(dāng)機(jī)器人移動(dòng)較頻繁時(shí)，性能下降。
[0007]DSR(Dynamic Source Routing動(dòng)態(tài)源路由協(xié)議)路由協(xié)議,最大的特點(diǎn)就是在每個(gè)分組的頭部都包含整條路由信息。當(dāng)進(jìn)行路由發(fā)現(xiàn)時(shí)搜索到新的路由則更新緩存內(nèi)容?？梢钥焖俳⒙酚?，但是由于攜帶了整條路由信息，對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬資源的占用比較大。
[0008]AODV(Ad Hoc On-Demand Distance Vector Routing Ad Hoc按需距離矢量路由協(xié)議)路由協(xié)議，綜合DSDV和DSR的優(yōu)點(diǎn)，但是還是沒有解決收斂速度慢的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種針對(duì)多移動(dòng)機(jī)器人通信網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議，其可提高收斂速度。
[0010]為實(shí)現(xiàn)前述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種針對(duì)多移動(dòng)機(jī)器人通信網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議，采用魚群算法和螞蟻算法，所述魚群算法生成信息素，所述螞蟻算法根據(jù)魚群算法所生成的信息素進(jìn)行分析和路徑的決策以選擇路徑。
[0011]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在所述路由協(xié)議中采用能源代價(jià)作為約束條件。[0012]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述路由協(xié)議中包括發(fā)送的父節(jié)點(diǎn)、與所述父節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖庸?jié)點(diǎn)、以及用以判斷父節(jié)點(diǎn)傳遞給子節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)時(shí)間的發(fā)送信息超時(shí)機(jī)制，所述子節(jié)點(diǎn)回復(fù)給父節(jié)點(diǎn)的信號(hào)為感應(yīng)器信號(hào)。
[0013]本發(fā)明還包括一種針對(duì)多移動(dòng)機(jī)器人通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)算方法，包括:
[0014]S1:采用魚群算法生成信息素,然后將信息素進(jìn)行初始分布；
[0015]S2:判斷信息素是否超過穩(wěn)定信息素進(jìn)行對(duì)比；
[0016]S3:如判斷超過穩(wěn)定信息素，則判斷該信息素內(nèi)的下節(jié)點(diǎn)為穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)，如判斷未超過，則判斷該信息素內(nèi)的下節(jié)點(diǎn)為活躍節(jié)點(diǎn)；
[0017]S4:當(dāng)判斷為穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)后，根據(jù)信息素和路徑長度計(jì)算該信息素內(nèi)的下節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)移概率，根據(jù)概率隨機(jī)選擇信息素內(nèi)的下節(jié)點(diǎn)；
[0018]S5:查看下節(jié)點(diǎn)是否改變；
[0019]S6:如改變，則查看該下節(jié)點(diǎn)是否為目的節(jié)點(diǎn)；如未改變，則更新此下節(jié)點(diǎn)之后的路由表重新進(jìn)行路由發(fā)現(xiàn)并將信息素限制在設(shè)定的信息素的最大值和最小值之間；
[0020]S7:如查看后為目的節(jié)點(diǎn)，則螞蟻返回更新本次經(jīng)過路徑的路由表和信息素表，然后進(jìn)入步驟S8 ;如查看后不為目的節(jié)點(diǎn)，則回到步驟S2 ；
[0021]S8:結(jié)束本班次傳遞數(shù)據(jù)。
[0022]本發(fā)明的有益效果是:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的針對(duì)多移動(dòng)機(jī)器人通信網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議和運(yùn)算方法提高了收斂速度。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明的一種針對(duì)多移動(dòng)機(jī)器人通信網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議，采用魚群算法和螞蟻算法，所述魚群算法生成信息素，所述螞蟻算法根據(jù)魚群算法所生成的信息素進(jìn)行分析和路徑的決策以選擇路徑。
[0024]采用上述路由協(xié)議的目的為:由于需要考慮的是機(jī)器人是隨時(shí)進(jìn)行移動(dòng)的，如果機(jī)器人系統(tǒng)處于移動(dòng)比較活躍的狀態(tài)，而蟻群算法又是正反饋疊加收斂，具有收斂速度慢的缺點(diǎn)，最初信息素差距不明顯，使路徑不能收斂于最優(yōu)解，而系統(tǒng)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)又經(jīng)常移動(dòng)，則使系統(tǒng)更加不穩(wěn)定，本發(fā)明采用了魚群算法的融合，對(duì)蟻群算法進(jìn)行改進(jìn)。魚群算法具有收斂速度快的優(yōu)點(diǎn)，采用魚群算法生成信息素，能夠使路徑選擇更有針對(duì)性，利用螞蟻算法求精確解，優(yōu)勢互補(bǔ)，從而提高收斂速度。
[0025]在本實(shí)施方式中，由于在移動(dòng)多機(jī)器人系統(tǒng)當(dāng)中，在給機(jī)器人提供能源的時(shí)候一般選擇非固定的便攜式的能源，如果選擇固定的，或者大型的發(fā)電裝置，不僅會(huì)給整個(gè)系統(tǒng)造成負(fù)擔(dān)，機(jī)器人移動(dòng)起來也不方便。而便攜式的能源例如電池雖然攜帶起來比較方便，不過也帶來了另一個(gè)問題，很容易會(huì)導(dǎo)致能源耗盡，使整個(gè)系統(tǒng)無法正常運(yùn)行下去，同時(shí)，在特殊的環(huán)境下，立即更換電池是不現(xiàn)實(shí)的，所以合理的利用能量是很重要的。又由于本路由協(xié)議在通信路徑產(chǎn)生了最優(yōu)解，所以在機(jī)器人系統(tǒng)中可能會(huì)導(dǎo)致只有少量的機(jī)器人在消耗能源，而其他的機(jī)器人消耗的能源會(huì)很小，這樣就造成了能源分配的不均衡，使一些機(jī)器人會(huì)迅速耗盡自己的能源，造成系統(tǒng)無法正常運(yùn)行，所以，在該路由協(xié)議中采用能源代價(jià)作為約束條件，當(dāng)某條路徑消耗能量越多則越不易被選擇，控制能源的合理化利用，均衡的消耗能源，從而能夠延長整個(gè)移動(dòng)多機(jī)器人系統(tǒng)的生命周期。[0026]所述路由協(xié)議中包括發(fā)送的父節(jié)點(diǎn)、與所述父節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖庸?jié)點(diǎn)、以及用以判斷父節(jié)點(diǎn)傳遞給子節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)時(shí)間的發(fā)送信息超時(shí)機(jī)制。
[0027]當(dāng)路由協(xié)議中的節(jié)點(diǎn)選擇了下一節(jié)點(diǎn)后，發(fā)送數(shù)據(jù)給下一節(jié)點(diǎn)，如父節(jié)點(diǎn)超出了協(xié)議內(nèi)的發(fā)送信息超時(shí)機(jī)制，如果子節(jié)點(diǎn)收到信息，則向父節(jié)點(diǎn)回復(fù)一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，這個(gè)信號(hào)為傳感器信號(hào)，例如燈亮則代表接收到數(shù)據(jù)。通過此種方式，可防止由于信號(hào)干擾，子節(jié)點(diǎn)未收到信息，而父節(jié)點(diǎn)不知道未發(fā)送成功，不再進(jìn)行其他命令，從而出現(xiàn)了死鎖現(xiàn)象，使得其不占用信道的帶寬，防止信息擁塞。
[0028]當(dāng)上述子節(jié)點(diǎn)已經(jīng)收到父節(jié)點(diǎn)發(fā)送來的數(shù)據(jù)，回復(fù)了一個(gè)應(yīng)答消息，并進(jìn)行了下一節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)，當(dāng)超過了發(fā)送信息超時(shí)機(jī)制，父節(jié)點(diǎn)就會(huì)繼續(xù)發(fā)送重復(fù)消息，這時(shí)子節(jié)點(diǎn)如果檢測到數(shù)據(jù)是重復(fù)的，則不再進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)和算法處理，并向父節(jié)點(diǎn)繼續(xù)發(fā)送應(yīng)答信號(hào)。通過此種方式，這樣也有效的改善了信息的擁塞現(xiàn)象。
[0029]當(dāng)父節(jié)點(diǎn)發(fā)送消息后，子節(jié)點(diǎn)無響應(yīng)，再次重新發(fā)送，超過發(fā)送信息超時(shí)機(jī)制，則認(rèn)為此節(jié)點(diǎn)任務(wù)繁忙，則轉(zhuǎn)投其他節(jié)點(diǎn)。
[0030]本發(fā)明還包括一種針對(duì)多移動(dòng)機(jī)器人通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)算方法，包括:
[0031]S1:采用魚群算法生成信息素,然后將信息素進(jìn)行初始分布；
[0032]S2:判斷信息素是否超過穩(wěn)定信息素進(jìn)行對(duì)比；
[0033]S3:如判斷超過穩(wěn)定信息素，則判斷該信息素內(nèi)的下節(jié)點(diǎn)為穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)，如判斷未超過，則判斷該信息素內(nèi)的下節(jié)點(diǎn)為活躍節(jié)點(diǎn)；
[0034]S4:當(dāng)判斷為穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)后，根據(jù)信息素和路徑長度計(jì)算該信息素內(nèi)的下節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)移概率，根據(jù)概率隨機(jī)選擇信息素內(nèi)的下節(jié)點(diǎn)；
[0035]S5:查看下節(jié)點(diǎn)是否改變；
[0036]S6:如改變，則查看該下節(jié)點(diǎn)是否為目的節(jié)點(diǎn)；如未改變，則更新此下節(jié)點(diǎn)之后的路由表重新進(jìn)行路由發(fā)現(xiàn)并將信息素限制在設(shè)定的信息素的最大值和最小值之間；
[0037]S7:如查看后為目的節(jié)點(diǎn)，則螞蟻返回更新本次經(jīng)過路徑的路由表和信息素表，然后進(jìn)入步驟S8 ;如查看后不為目的節(jié)點(diǎn)，則回到步驟S2 ；
[0038]S8:結(jié)束本班次傳遞數(shù)據(jù)。
[0039]綜上所述，本發(fā)明的針對(duì)多移動(dòng)機(jī)器人通信網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議和運(yùn)算方法提高了收斂速度。
[0040]盡管為示例目的，已經(jīng)公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將意識(shí)到，在不脫離由所附的權(quán)利要求書公開的本發(fā)明的范圍和精神的情況下，各種改進(jìn)、增加以及取代是可能的。
【權(quán)利要求】
1.一種針對(duì)多移動(dòng)機(jī)器人通信網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議，其特征在于:所述路由協(xié)議采用魚群算法和螞蟻算法，所述魚群算法生成信息素，所述螞蟻算法根據(jù)魚群算法所生成的信息素進(jìn)行分析和路徑的決策以選擇路徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對(duì)多移動(dòng)機(jī)器人通信網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議，其特征在于:在所述路由協(xié)議中采用能源代價(jià)作為約束條件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對(duì)多移動(dòng)機(jī)器人通信網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議，其特征在于:所述路由協(xié)議中包括發(fā)送的父節(jié)點(diǎn)、與所述父節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖庸?jié)點(diǎn)、以及用以判斷父節(jié)點(diǎn)傳遞給子節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)時(shí)間的發(fā)送信息超時(shí)機(jī)制，所述子節(jié)點(diǎn)回復(fù)給父節(jié)點(diǎn)的信號(hào)為感應(yīng)器信號(hào)。
4.一種針對(duì)多移動(dòng)機(jī)器人通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)算方法，其特征在于:所述運(yùn)算方法包括: 51:采用魚群算法生成信息素，然后將信息素進(jìn)行初始分布； 52:判斷信息素是否超過穩(wěn)定信息素進(jìn)行對(duì)比； 53:如判斷超過穩(wěn)定信息素，則判斷該信息素內(nèi)的下節(jié)點(diǎn)為穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)，如判斷未超過，則判斷該信息素內(nèi)的下節(jié)點(diǎn)為活躍節(jié)點(diǎn)； 54:當(dāng)判斷為穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)后，根據(jù)信息素和路徑長度計(jì)算該信息素內(nèi)的下節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)移概率，根據(jù)概率隨機(jī)選擇信息素內(nèi)的下節(jié)點(diǎn)； 55:查看下節(jié)點(diǎn)是否改變； 56:如改變，則查看該下節(jié)點(diǎn)是否為目的節(jié)點(diǎn)；如未改變，則更新此下節(jié)點(diǎn)之后的路由表重新進(jìn)行路由發(fā)現(xiàn)并將信息素限制在設(shè)定的信息素的最大值和最小值之間； 57:如查看后為目的節(jié)點(diǎn)，則螞蟻返回更新本次經(jīng)過路徑的路由表和信息素表，然后進(jìn)入步驟S8 ;如查看后不為目的節(jié)點(diǎn)，則回到步驟S2 ； 58:結(jié)束本班次傳遞數(shù)據(jù)。
【文檔編號(hào)】H04W40/02GK103634869SQ201310719728
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】葛斌, 劉玲 申請人:大連大學(xué)