基于蚁群的Mesh网络路由算法模型的设计

图 ２ 蚁群算法模型方程 １
其中，ａｌｌｏｗｅｄｋ＝｛０，１，２，３…，ｎ－１｝表示蚂蚁 ｋ 下一步可以
选择的节点．依据方程 １ 可知，概率 ｐｋｉｊ（ｔ）与 ταｉｊ＊ηβｉｊ 成正比．α 为信息启发因子，β 为期望启发式因子，分别反映了蚂蚁在
ｐｋｉｊ：包 ｋ 的转移概率，ｊ 是尚未访问的节点． 为了满足问题的约束条件，在完成一次循环后，不允许
数据包选择已经访问过的路径，基于以上模型，用蚁群算法
（ＡＮＴ）来实现．
4 基于蚁群的无线 Mesh 网络路由算法设计
初始时刻，由于每条路径上的信息量是相同的，不妨设
τｉｊ＝Ｃ（Ｃ 为为常），蚂蚁 ｋ（ｋ＝１，２，３…）在运动过程中的转移方 向取决于路径上的信息量．依据随机比例规则，可以确定蚂
（３）Ｌ＊ 是所找出的最优解的路径长度．
3 无线 Mesh 网路由算法模型
针对无线 Ｍｅｓｈ 网的特点，设计路由算法，首先要考虑
网络中可能遇到的各种情况，所要数据有不同的需求，然后
根据不同的情况和需求选择最优的路径来完成数据的传输．
为说明问题，首先建立一个简单的网络模型：给定 ｎ 个
节点和两两节点间的距离，要求确定一条经过各节点且每
图 １ 无线 Ｍｅｓｈ 网络 由于无线 Ｍｅｓｈ 网络具有自动组网功能，能够提供无线 网主干的灵活性，在无线网高速发展的今天特别受关注，无 线 Ｍｅｓｈ 网络的如今的应用非常广泛如：社区网络、小区监 控系统、无线公交等． 2 蚁群算法概述 蚁群算法 （ａｎｔ ｃｏｌｏｎｙ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ， ＡＣＯ），又称蚂蚁算 － ２８ －
基于 Ｍｅｓｈ 的无线网络（ＷＭＮ）主要有两类节点组成： Ｍｅｓｈ 路由器和 Ｍｅｓｈ 客户． 其中 Ｍｅｓｈ 路由器具有网关路由 和 Ｍｅｓｈ 组网路由两个功能．无线 Ｍｅｓｈ 网络，如 １ 图所示， 众多无线路由器（ＷＲ）相互合作，成网状分布，从而将无线 网络对城市任意位置覆盖，实现无线移动通信．
蚁 ｋ 从节点 ｉ 到 ｊ 的转移概率．在 ｔ 时刻蚂蚁 ｋ 在节点 ｉ 选择
节点 ｊ 的转移概率为 ｐｋｉｊ（ｔ），如图 ２ 所示．
ｐｋｉｊ（ｔ）＝
Σ Σ
ταｉｊ（ｔ）ηβｉｊ（ｔ）
∑ Σ
ΣΣ ΣΣｓ∈ａｌｌｏｗｅｄｋ
ταｉｓ（ｔ）ηβｉｓ（ｔ）ｒｗｉｓｅ
ｍ
Σ 其中 △τｉｊ＝ △τｋｉｊ ｋ＝１
Σ△τｋｉｊ
Ｑ Ｌｋ
，如果蚂蚁 ｋ 在本次循环中经过路径（ｉ，ｊ）
０，否则
Σ△τ＊ｉｊ σ·ＬＱ＊ ，如果边（ｉ，ｊ）是所找出的最优解的一部分 ０，否则
说明：
（１）上式中 △τ＊ 表示精英蚂蚁引起的路径（ｉ，ｊ）上的信息
素量的增加；
（２）σ 是精英蚂蚁的个数；
是两个节点间距离和两个节点间路径上存有的信息量的函
数．
ｎ
Σ ｂｉ（ｔ）：ｔ 时刻位于节点 ｉ 的包数，ｍ＝ ｂｉ （ｔ）； ｉ＝１
ｄｉｊ：两节点 ｉ 和 ｊ 之间的距离． ηｉｊ：边（ｉ，ｊ）的能见度，反映由节点 ｉ 转移到节点 ｊ 的启发 程度，这个量在系统的运行中是不变的．
τｉｊ：边（ｉ，ｊ）上的信息素轨迹强度． △τｉｊ：包 ｋ 在边（ｉ，ｊ）上留下的单位信息长度轨迹信息素 量．
也就越强，则后面选择该路径的概率越大，是一种用来在图
中寻找优化路径的机率型算法．
蚁群算法最早被应用在旅行商问题（ＴＳＰ）的求解中，在
蚁群算法中，每个经过路径的蚂蚁都要根据当前路径状态
选择下一跳的节点，而路径上的信息素依据全局更新规则
进行更新．
信息素根据下式进行更新：τｉｊ（ｔ＋１）＝ρτｉｊ（ｔ）＋△τｉｊ＋△τ＊ｉｊ
关键词：无线 Mesh 网；路由算法；蚁群算法；信息素 中图分类号：ＴＰ３０２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３－ ２６０Ｘ（２０１２）０９－ ００２８－ ０２
1 无线 Mesh 网络的发展 随着当今无线网络的快速发展，人们对无线网络的依
赖性越来越强．当前用户连接无线网主要通过三种方式：（１） 通过 ２Ｇ 的 ＧＰＲＳ 连接；（２） 通过 ３Ｇ 网络连接；（３） 通过 ８０２．１１ 无线局域网连接．这三种方式都具有信号稳定、性能 可靠、维护方面，但 ２Ｇ 和 ３Ｇ 基站建立费用较高，用户联网 费用高，通过 ８０２．１１ 无线局域网连接方式覆盖范围小，信号 难以进行大面积覆盖． 基于 Ｍｅｓｈ 的无线网络是在 Ａｄ Ｈｏｃ 网络发展起来的一种无线网络技术，其具有自组网功能、费 用低、覆盖范围广和性能稳定等优点．
个节点只经过一次的最短路线．图论描述为 Ｇ＝（Ｖ，Ａ），Ｖ 节点
集，Ａ 为边集，已知各顶点间的连接距离，要求确定一个最
短的 Ｈａｍｉｌｔｏｎ 回路．
模拟现实网络，作如下标记：
每个数据包都具有以下特征：在从节点 ｉ 到节点 ｊ 无能
运动的过程中，数据包 ｋ 在边（ｉ，ｊ）上留下一定量的信息．
数据包概率地选择下一个将要访问的节点，这个概率
张千里
（１．安徽理工大学 计算机科学与工程学院；２．淮南联合大学，安徽 淮南 ２３２００１）
摘 要：随着当今无线网络的快速发展，人们对无线网络的依赖性越来越强，本文主要对基于 Ｍｅｓｈ 无线网络的核心 Ｍｅｓｈ 路由进行研究，提出基于蚁群的 Ｍｅｓｈ 路由算法，蚁群算法具有自组织能力，因此将蚁群算法应用到 Ｍｅｓｈ 路由中有一 定的优越性．该算法通过相邻节点交换高度及现存能量，在整个网络中建立梯度和平面路径上的信息浓度，在路由维护阶段， 算法通过对路由传送中的数据的信息素浓度进行相应的增加，并模仿蚂蚁信息素的挥发过程．
法，它由 Ｍａｒｃｏ Ｄｏｒｉｇｏ 于 １９９２ 年在他的博士论文中提出，
其核心思想是来自于大自然蚂蚁寻食过程，蚂蚁在寻食过
程中，会在所经过的路径上留下一定浓度的信息素，当下次
蚂蚁经过时，会判断信息素的浓度，以判断到达食物的最短
路径．从蚂蚁寻食过程可以看出，蚂蚁表现出一种存在信息
正反馈倾向，也就是某一路径经过的蚂蚁越多，信息素浓度
第 ２８ 卷 第 ９ 期（上） ２０１２ 年 ９ 月
赤 峰 学 院 学 报（ 自 然 科 学 版 ） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｆｅｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ）
Ｖｏｌ． ２８ Ｎｏ． ９ Ｓｅｐ． ２０１２
基于蚁群的 Mesh 网络路由算法模型的设计