一种基于新概率转移函数的照明通信动态寻径蚁群算法
【专利摘要】本发明涉及通信领域，尤其涉及一种基于新概率转移函数的照明通信动态寻径蚁群算法，该算法用于在网络拓扑图中，周期性地搜索网络中每一对节点之间可能存在的路径，并且收集每一条路径上各个路由目标的属性值，记录在信息素中。本发明的有益效果在于：1）采用新的状态转移概率函数，避免了蚂蚁算法在路径寻优时容易陷入局部最优路径陷阱的大缺陷；2）采用正态分布的信息权重因子来调节概率转移函数，减少蚂蚁算法状态转移规则随机性与盲目性；3）通过对全局信息素算法分段设置信息素强度；以及引入基于均匀分布信息量算子使得蚂蚁过于集中的路径上的信息素浓度增加的速度得以缓解；4）优化路灯控制的载波通信路由寻径时间。
【专利说明】一种基于新概率转移函数的照明通信动态寻径蚁群算法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通信领域，尤其涉及一种基于新概率转移函数的照明通信动态寻径蚁群算法。
【背景技术】
[0002]城市路灯控制系统采用电力线载波通信技术有其它控制技术所无法比拟的优点:电力是现代城市生活最基本的条件，因此在不需要铺设额外的通信线路条件下，直接利用已有的电力线资源进行数据或话音信号的传输，从而降低通信成本。此外，电力线载波通信设备可随处接入，灵活方便。目前电力线载波通信技术已经广泛地应用，电力线载波通信可以说是一个现成的、覆盖范围最广的通信信道，在花费最少的情况下就能组成智能网络。
[0003]一般情况下，低压民用输电线路负载大，加上使用终端电器设备频繁加入或者撤出等因素的影响，低压民用输电线路具有高衰减、高噪声、时变大的特点。高衰减就是线路上传输的信号随着频率的升高呈快速衰减的趋势，因此要求载波通信信号不能过高，否则难以实现长距离的数据传输。高噪声就是低压线路上传输的信号容易而且持久受到负载设备噪声的干扰，例如:城市道路路灯在工作时候会发出噪声，这种噪声会通过输电线路传播到远方，因此严重干扰了输电线路传输数据信号解码的正确性。一般情况下，噪声功率强度与频率成反比，在低频噪声中，输电网本身的电流高次谐波噪声以及开关电源所引起的窄带噪声、突发性噪声等能量相当大。这些噪声对低频信号冲击很大，但是对高频信号冲击相对来说，要小的多。因此载波信号频率不能过低。时变性就是由于低压电力线的干扰、信号衰减和终端节点经常的加入与撤出等因素，使信号在电力线上的传输距离具有一定的时变性，不能永远保持最优传输距离进行传输。在传输过程中，某些节点传输功能随时变化。同时由于通信距离的限制，某些节点将不能直接与中心节点(集中器)进行通信，为了建立整个通信网络，使得集中器可以与每一个节点通信，必须先建立集中器到部分相邻节点之间的通信路径，再将这些节点作为中继节点，扩展通信距离，将集中器与不能直接通信的节点建立通信路径，这样才可能将所有的节点连入低压电力线通信网络。
[0004]综上所述，低压民用输电线路这种电能传输的专用网络，当它作为一种通信信道传输数据时候，网络通信特性会变得非常复杂，因为电力线信道的时变性、频率选择性、噪声干扰强和信号衰减大等固有特点已经严重降低了电力线载波通信的可靠性。
[0005]为了提高低压输电线路数据传输的可靠性，有必要对这种输电网络路由特性进行深入研究，本专利根据低压输电线路的数据传输特性，提出了基于一种基于混合自适应蚁群低压输电线路载波通信动态路由寻径算法进行动态路由通信，为提高电力线通信可靠性和抗毁性提供了 一种有效的解决方案。
[0006]前人在研究中提出一些基于蚁群算法的低压电力线载波通信方法，可以有效延长电力线载波通信距离，但是不具有动态适应电力线环境变化能力，虽然已经有工作开发关于动态适应电力线环境路由算法，但算法的收敛速度慢，并且容易陷入局部优化极小值中。
【发明内容】
[0007]本发明为克服上述的不足之处，目的在于提供一种基于新概率转移函数的照明通信动态寻径蚁群算法，可以避免基于常规和基于遗传算法的蚁群算法缺陷，该算法用于在网络拓扑图中，周期性地搜索网络中每一对节点之间可能存在的路径，并且收集每一条路径上各个路由目标的属性值，记录在信息素中；改进了概率转移函数策略，大大地降低了蚂蚁寻径盲目性、随机性，同时又不失蚂蚁寻径的灵活性，以此策略为指导，同时控制算法中参数的变化，可以高概率地跳出局部最优，以便求得最优解。
[0008]本发明是通过以下技术方案达到上述目的:一种基于新概率转移函数的照明通信动态寻径蚁群算法，包括以下步骤:
[0009]I)算法初始化:初始化迭代次数Ne，设置蚁群中蚂蚁总数为M，投放蚂蚁k到源节点，开始蚂蚁行走循环，k = k+Ι，初始化网络拓扑中各链路的相应信息素；
[0010]2)节点产生蚂蚁数据包信息，由源节点发送至目的节点:当节点周围存在该蚂蚁数据包的目的节点时，蚂蚁数据包将直接传输给目的节点，本次算法结束，蚂蚁数据包更新相关信息；否则进入步骤3)；
[0011]3)源节点周围没有目的节点，剔除周围的邻居节点中已经收到过该蚂蚁数据包的节点，并在节点上存储该蚂蚁数据包的相关信息，然后对剩下的邻居节点按照蚂蚁数据包的概率转移函数选择该蚂蚁数据包的下一跳节点，并且将蚂蚁数据包发送出去；
[0012]4)当某只蚂蚁成功地完成路由节点选择后，将该节点可直接通信的节点集合传递给下一节点，下一节点将上一节点可直接通信的节点加入禁忌表中，并进行按公式:
[0013]
【权利要求】
1.一种基于新概率转移函数的照明通信动态寻径蚁群算法，其特征在于包括以下步骤: 1)算法初始化:初始化迭代次数Ne，设置蚁群中蚂蚁总数为M，投放蚂蚁k到源节点，开始蚂蚁行走循环，k = k+Ι，初始化网络拓扑中各链路的相应信息素； 2)节点产生蚂蚁数据包信息，由源节点发送至目的节点:当节点周围存在该蚂蚁数据包的目的节点时，蚂蚁数据包将直接传输给目的节点，本次算法结束，蚂蚁数据包更新相关信息；否则进入步骤3); 3)源节点周围没有目的节点，剔除周围的邻居节点中已经收到过该蚂蚁数据包的节点，并在节点上存储该蚂蚁数据包的相关信息，然后对剩下的邻居节点按照蚂蚁数据包的概率转移函数选择该蚂蚁数据包的下一跳节点，并且将蚂蚁数据包发送出去； 4)当某只蚂蚁成功地完成路由节点选择后，将该节点可直接通信的节点集合传递给下一节点，下一节点将上一节点可直接通信的节点加入禁忌表中，并进行按公式:
2.根据权利要求1所述的一种基于新概率转移函数的照明通信动态寻径蚁群算法，其特征在于，所述步骤3)具体包括以下步骤: (31)判断节点所在的子系统，跳转到所在子系统的中心节点； (32)搜索禁忌表许可，各蚂蚁根据状态转移公式或者先验知识进行下一节点选择:找到下一跳节点后，判断下一跳所在的子系统，并找出该子系统的中心节点，比较从当前节点经下一跳节点到其中心节点的花费，花费较小的路径为蚂蚁从当前子系统到下一子系统的选择路径。
3.根据权利要求1所述的一种基于新概率转移函数的照明通信动态寻径蚁群算法，其特征在于，步骤4)中，当同一条路径上通过的蚂蚁数目大于M/3时，则引入基于均匀分布的信息量算子Uij:
4.根据权利要求3所述的一种基于新概率转移函数的照明通信动态寻径蚁群算法，其特征在于，信息素强度Q采用下面的公式自适应调整:
5.根据权利要求4所述的一种基于新概率转移函数的照明通信动态寻径蚁群算法，其特征在于，信息素挥发系数P的取值范围为P e [O，I]。
【文档编号】G06N3/00GK103559536SQ201310562091
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月12日 优先权日:2013年11月12日
【发明者】张标标, 宓林, 林凯琪, 吴俊宏, 王毅, 王辉 申请人:杭州银江智慧城市技术集团有限公司