基于蚁群优化的zigbee路由算法研究

哈尔滨远东理工学院学士学位论文题 目： 基于蚁群优化的 zigbee 路由算法研究 姓 名： 崔继鹏 分院： 工学院 专业： 电子信息工程 学 号： 09030201 指导教师： 郑灿香 二 0 年 月 日毕业设计（论文）评语及成绩一、指导教师评语：是否同意参加答辩：指导教师签字：20 年 月 日二、评阅人评语：是否同意参加答辩：评阅教师签字：20 年 月 日 三、答辩委员会评语：是否建议授予学士学位：答辩委员会成员签字：1、 2、 3、 4、 5、 6、7、 8、 9、20 年 月 日四、答辩委员会主任单位 答辩委员会主任职称 答辩委员会主任签字 20 年 月 日五、毕业设计（论文）成绩：学生所在分院盖章： 20 年 月 日哈尔滨远东理工学院毕业设计（论文）任务书学生姓名 崔继鹏 学 号 09030201分 院 工学院 专 业 电子信息工程任务起止时间： 2012 年 12 月 10 日 至 2013 年 5 月 31 日毕业设计（论文）题目：基于蚁群优化的 zigbee 路由算法研究毕业设计（论文）工作内容：本文提出了一种基于蚁群优化的 ZigBee 路由算法，该算法很好地利用了蚁群算法的自适应性，结合蚁群算法和无线传感网络中 ZigBee 技术的结构和特点，并根据蚂蚁寻径与路由传输数据节点的相似性，采用该算法提高网络的确定性服务质量，提高网络路由节点的平均寿命，寻求网络中任一俩个节点的最优路径，提高数据包成功发送速度，同时平衡网络带宽、时延节省费用，并对他们进行限制以保证在网络出现过载拥堵情况时，重要数据不受延迟或丢弃。蚁群算法显示出它在无线传感器网络路由方面的优势。毕业设计（论文）进度安排：1、查阅中外文文献资料，写出文献综述阶段：2012 年 12 月 10 日2013 年 1 月 10 日2、调查、设计、实验、研究阶段：2013 月 1 月 11 日2013 年 3 月 31 日3、设计（论文）撰写与整理阶段：2013 年 4 月 1 日2013 年 5 月 31 日指导教师意见与要求：签字：年 月 日主任意见：签字：年 月 日摘 要无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是由大量具有通信与计算能力的微小传感器路由节点以多跳通信、自组织的方式形成的分布式无线网络。传感器节点只能和其邻居节点通信，其计算能力、存储能力和通信能力都十分有限。无线传感器网络广泛应用于军事领域、环境监测、医疗健康等领域，具有重要的实用价值。由于无线传感器网络中的传感器节点能量受限，因此，有效节约并且均衡网络的能量消耗就成了研究传感器网络路由算法的关键因素。本文提出了一种基于蚁群优化的 ZigBee 路由算法，该算法很好地利用了蚁群算法的自适应性，结合蚁群算法和无线传感网络中 ZigBee 技术的结构和特点，并根据蚂蚁寻径与路由传输数据节点的相似性，采用该算法提高网络的确定性服务质量，提高网络路由节点的平均寿命，寻求网络中任一俩个节点的最优路径，提高数据包成功发送速度，同时平衡网络带宽、时延节省费用，并对他们进行限制以保证在网络出现过载拥堵情况时，重要数据不受延迟或丢弃。蚁群算法显示出它在无线传感器网络路由方面的优势。关键词：蚁群优化(ACO)；ZigBee 技术；路由；网络寿命AbstractWireless Sensor Network is a wireless Ad hoc network consisting of numerous tiny sensor nodes by multi-hop communication and self-organization, which have communication and computing capability. The sensor node can only communication with neighbor nodes, and its computing capability, storage capacity and communication ability are limited. WSN is widely used in military, environment monitoring, medical and health services and so on, and it has great practical and scientific values. Because of the limited energy of sensor nodes in the WSN, therefore, the key factor of routing algorithm in the WSN will be to save efficiently and balance the energy consumption in the network.This paper proposes a kind of Zigbee routing algorithm of based on ant colony optimization, the algorithm makes good use of the ant colony algorithm for adaptive, combination of ant colony algorithm and wireless sensor network Zigbee technology structure and characteristics，according to ant routing and routing data transmission node similarity, using this algorithm to improve network deterministic service quality, to improve network routing node average life, for any two nodes in a network optimal path, improve the successfully sent speed of data transmission, at the same time to balance network bandwidth, save delay cost ，and they were restricted, to ensure that the network overload congestion, important data without delay or discarded. Ant colony algorithm shows it in the wireless sensor network routing advantages.Keywords：Ant colony optimization; Zigbee technology; Routing; Network lifetime目 录摘 要 .IAbstract .II目 录 .III第 1 章 绪 论 .11.1 课题研究的目的和意义 .11.2 课题国内外研究的意义 .11.2.1 国内蚁群算法应用现状 .11.2.2 国外蚁群算法研究现状 .21.3 课题研究内容 .31.4 本章小结 .4第 2 章 无线网络蚁群算法路由技术 .52.1 蚁群算法简介 .52.1.1 蚁群算法基本概念 .52.1.2 蚁群算法特点 .62.1.3 蚁群算法基本数学模型 .62.2 蚁群算法的实现 .82.3 蚁群算法迭代过程 .102.4 无线网络蚁群算法路由技术分析 .112.4.1 简单相关路径 Zigbee 路由算法概述 .112.4.2 路由维护与信息素更改 .112.4.3 基于蚁群算法的 Zigbee 路由研究与改进 .122.5 蚁群算法中信息素的更新原则 .122.6 本章小结 .12第 3 章 无线网络蚁群优化算法路由技术 .133.1 蚁群优化算法基本原理 .133.1.1 蚁群优化算法基本概念 .133.1.2 蚁群优化算法数学模型 .133.1.3 蚁群优化算法的值与点的收敛 .143.2 蚁群优化算法在路由中的应用 .143.3 蚁群算法中参数的最优选择 .153.3.1 蚁群信息素挥发度的选择 .153.3.2 蚁群数量的选择 .163.3.3 启发因子的选择 .183.3.4 总信息量的选择 .183.4 本章小结 .19第 4 章 实验分析与结果仿真 .204.1 蚁群路由定义 .204.1.1 蚁群优化网络算法流程 .204.1.2 路由发现 .204.1.3 路由选择 .214.1.4 路由维护 .224.2 蚁群路由实现与结果仿真 .224.3 本章小结 .26第 5 章 课题研究中的难点及解决方法 .275.1 有关蚂蚁构建过程与难点分析 .275.2 基于遗传算法的 Zigbee 路由研究与改进 .285.3 课题的可行性评估 .295.4 本章小结 .30结 论 .31致 谢 .32参考文献 .33附 录 A.34附 录 B.35附 录 C.36第 1 章 绪 论无 线 通 信 技 术 的 迅 速 发 展 ， 使 得 人 们 对 移 动 通 信 的 需 求 越 来 越 强 烈 ， 人 们 通 过 配 有无 线 接 口 的 便 携 式 计 算 机 或 个 人 数 字 助 理 (PDA)来 实 现 移 动 中 的 通 信 ， 目 前 的 移 动 通 信往 往 需 要 有 固 定 基 础 设 施 的 支 持 才 能 实 现 ， 例 如 全 球 通 信 系 统 (GSM)。 但 是 当 遇 到 医 疗抢 险 、 抗 洪 救 灾 以 及 军 事 战 场 等 特 殊 紧 急 环 境 的 时 候 ， 传 统 的 无 线 网 络 就 不 可 用 了 。 为了 能 够 在 没 有 固 定 基 础 设 施 的 地 方 进 行 通 信 ， 一 种 被 称 作 Ad hoc(Mobile Ad Hoc Networks)网 络 的 技 术 应 运 而 生 。 移 动 Ad Hoc 网 络 是 一 种 新 的 移 动 无 线 网 络 系 统 ， 它 不需 任 何 固 定 基 站 设 施 ， 节 点 之 间 的 通 信 可 借 助 于 其 他 的 移 动 节 点 形 成 多 跳 通 信 完 成 。 由于 该 网 络 组 网 快 速 、 灵 活 ， 抗 毁 性 强 ， 使 用 方 便 而 且 应 用 范 围 广 泛 ， 因 此 是 当 前 网 络 和通 信 技 术 领 域 的 研 究 热 点 之 一 。 从 研 究 内 容 看 ， Ad Hoc 的 网 络 层 协 议 是 研 究 的 难 点 和重 点 ， 而 Zigbee 路 由 算 法 又 是 网 络 层 协 议 的 核 心 技 术 问 题 。1.1 课题研究的目的和意义随 着 网 络 的 普 及 ， 人 们 对 网 络 的 需 求 越 来 越 丰 富 ， 对 网 络 技 术 的 要 求 也 越 来 越 高 。开 始 只 是 简 单 的 文 字 传 输 ， 而 现 在 人 们 对 视 频 、 音 频 等 多 样 化 实 时 传 输 有 了 更 多 的 需 求 。本 课 题 研 究 基 于 蚁 群 优 化 zigbee 路 由 算 法 ， 采 用 该 算 法 提 高 网 络 的 确 定 性 服 务 质 量 ，提 高 网 络 路 由 节 点 的 平 均 寿 命 ， 寻 求 网 络 中 任 一 俩 个 节 点 的 最 优 路 径 ， 提 高 数 据 包 成 功发 送 速 度 ， 同 时 平 衡 网 络 带 宽 、 时 延 节 省 费 用 ， 并 对 他 们 进 行 限 制 ， 保 证 在 网 络 出 现 过载 拥 堵 情 况 时 ， 重 要 数 据 不 受 延 迟 或 丢 弃 。 蚁 群 算 法 显 示 出 它 在 无 线 传 感 网 络 路 由 方 面的 优 势 。无 线 传 感 器 网 络 路 由 设 计 的 指 标 之 一 就 是 尽 可 能 的 节 省 能 量 ， 延 长 网 络 寿 命 。 这 给传 感 器 网 络 路 由 协 议 的 设 计 提 出 了 巨 大 挑 战 。 将 蚁 群 算 法 应 用 于 路 由 协 议 的 设 计 中 ， 利用 蚁 群 算 法 的 网 络 分 布 式 、 个 体 简 单 而 群 体 智 能 表 现 出 优 化 等 特 点 很 好 的 均 衡 了 网 络 负载 ， 延 长 了 网 络 寿 命 。 近 年 来 引 起 了 中 外 研 究 人 员 的 广 泛 关 注 ， 并 且 已 逐 渐 成 为 当 前 无线 传 感 器 网 络 路 由 设 计 研 究 领 域 的 热 点 。 随 着 各 种 智 能 算 法 的 相 继 出 现 。 越 来 越 多 的 学者 将 它 们 应 用 于 无 线 传 感 器 网 络 路 由 协 议 的 研 究 中 ， 而 蚂 蚁 寻 找 食 物 的 行 为 与 网 络 中 节点 寻 找 路 由 的 过 程 十 分 相 似 ， 因 此 基 于 蚁 群 算 法 的 传 感 器 网 路 由 协 议 得 到 了 大 量 的 关 注 。1.2 课题国内外研究的意义蚁 群 算 法 是 一 种 仿 生 智 能 算 法 ， 它 从 现 实 生 活 中 蚂 蚁 寻 食 的 过 程 得 到 启 发 ， 采 用 概率 选 择 机 制 控 制 路 径 的 走 向 ， 同 时 也 加 入 了 随 着 时 间 的 延 长 ， 信 息 素 挥 发 的 因 子 。 众 多的 研 究 证 明 ， 蚁 群 算 法 具 有 很 强 的 发 现 较 好 解 的 能 力 ， 该 算 法 不 仅 利 用 了 正 反 馈 原 理 ，在 一 定 程 度 上 加 快 了 进 化 过 程 ， 而 且 在 本 质 上 也 可 并 行 实 现 ， 不 同 个 体 之 间 通 过 不 断 的信 息 交 流 和 传 递 ， 能 够 相 互 协 作 ， 有 利 于 发 现 较 好 解 。 蚁 群 算 法 可 以 理 解 为 一 种 特 殊 的强 化 学 习 算 法 。1.2.1 国内蚁群算法应用现状随 着 群 智 能 理 论 和 应 用 算 法 研 究 的 不 断 发 展 ， 蚁 群 算 法 在 离 散 求 解 空 间 问 题 中 表 现出 良 好 的 搜 索 效 果 。 蚁 群 优 化 算 法 并 不 是 旅 行 商 问 题 的 最 佳 解 决 方 法 ， 但 是 它 却 为 解 决组 合 优 化 问 题 提 供 了 新 思 路 ， 并 很 快 被 应 用 到 其 它 组 合 优 化 问 题 中 。 比 较 典 型 的 应 用 研究 包 括 ： 网 络 路 由 优 化 、 数 据 挖 掘 以 及 一 些 经 典 的 组 合 优 化 问 题 。 蚁 群 算 法 在 电 信 路由 优 化 中 已 取 得 了 一 定 的 应 用 成 果 。 HP 公 司 和 英 国 电 信 公 司 设 计 了 蚁 群 路 由 算 法 。 在该 算 法 中 ， 每 只 蚂 蚁 就 像 蚁 群 优 化 算 法 中 一 样 ,根 据 它 在 网 络 上 的 经 验 与 性 能 ， 动 态 更新 路 由 表 项 。 如 果 一 只 蚂 蚁 因 为 经 过 了 网 络 中 堵 塞 的 路 由 而 导 致 了 比 较 大 的 延 迟 ， 那 么就 对 该 表 项 做 较 大 的 增 强 。 同 时 根 据 信 息 素 挥 发 机 制 实 现 系 统 的 信 息 更 新 ， 从 而 抛 弃 过期 的 路 由 信 息 。 这 样 ， 在 当 前 最 优 路 由 出 现 拥 堵 现 象 时 ， ACR 算 法 就 能 迅 速 的 搜 寻 另一 条 可 替 代 的 最 优 路 径 ， 从 而 提 高 网 络 的 均 衡 性 、 负 荷 量 和 利 用 率 。 目 前 这 方 面 的 应 用研 究 仍 在 升 温 ， 因 为 通 信 网 络 的 分 布 式 信 息 结 构 、 非 稳 定 随 机 动 态 特 性 以 及 网 络 状 态 的异 步 演 化 与 ACO 的 算 法 本 质 和 特 性 非 常 相 似 。ACO 还 在 许 多 经 典 组 合 优 化 问 题 中 获 得 了 成 功 的 应 用 , 如 二 次 规 划 问 题 (QAP) 、机 器 人 路 径 规 划 、 作 业 流 程 规 划 、 图 着 色 (Graph Coloring) 等 问 题 。 部 分 研 究 者 将ACO 用 于 了 武 器 攻 击 目 标 分 配 和 优 化 问 题 、 车 辆 运 行 路 径 规 划 、 区 域 性 无 线 电 频 率 自动 分 配 Bayesian networks 的 训 练 和 集 合 覆 盖 等 应 用 优 化 问 题 。 Costa 和 Herz 还 提 出 了一 种 AS 在 规 划 问 题 方 面 的 扩 展 应 用 图 着 色 问 题 ， 并 取 得 了 可 与 其 他 启 发 式 算 法 相 比 的效 果 。最 近 几 年 来 ， 随 着 人 类 在 无 线 通 信 技 术 、 微 传 感 器 技 术 、 微 机 电 技 术 等 方 面 取 得 的进 步 ， 一 种 集 成 了 感 知 、 通 信 能 力 的 传 感 器 节 点 被 发 明 出 来 。 这 种 节 点 具 有 低 成 本 、 低功 耗 、 多 功 能 、 体 积 小 和 短 距 离 无 线 通 信 的 特 点 ， 由 这 种 节 点 构 成 的 网 络 引 起 了 人 们 越来 越 多 的 关 注 。 这 种 传 感 器 节 点 集 成 了 无 线 通 信 技 术 、 传 感 器 技 术 、 分 布 式 信 息 处 理 技术 和 嵌 入 式 计 算 机 技 术 等 功 能 。 目 前 来 说 ， 无 线 传 感 器 网 络 路 由 算 法 已 经 成 为 国 内 外 学者 的 一 个 研 究 热 点 。 文 耀 锋 等 针 对 传 感 网 络 中 簇 头 采 用 单 跳 通 信 时 距 离 转 化 为 线 性 规 划问 题 ， 提 出 了 一 种 基 于 粒 子 群 优 化 的 有 效 能 量 空 洞 避 免 的 无 线 传 感 器 路 由 算 法 。 这 些 改进 的 路 由 算 法 在 节 省 结 点 能 源 方 面 取 得 了 很 多 进 展 ， 但 缺 少 对 路 径 全 局 寻 优 方 面 的 考 虑 ，降 低 了 WSN 的 整 体 吞 吐 量 。目 前 ， 在 将 蚁 群 算 法 应 用 于 无 线 传 感 器 网 络 路 由 方 面 ， 提 出 了 许 多 新 的 算 法 。 有 的文 献 中 提 出 了 一 种 针 对 斯 坦 纳 树 的 蚁 群 算 法 ， 该 算 法 可 被 移 植 到 WSN 路 由 中 。 然 而 ，并 没 有 针 对 WSN 的 特 定 需 求 做 出 相 应 改 变 ， 而 且 没 有 考 虑 对 于 WSN 性 能 至 关 重 要 的能 耗 问 题 。 Zhang 等 人 在 研 究 了 三 种 不 同 的 基 于 蚂 蚁 的 WSN 算 法 ， 然 而 ， 作 者 仅 仅 关注 信 息 素 初 始 分 布 的 建 立 ， 在 系 统 启 动 效 率 方 面 具 有 一 定 的 优 势 。 有 的 文 献 通 过 在 蚂 蚁算 法 的 下 一 跳 选 择 公 式 中 引 入 偏 转 角 的 概 念 来 优 化 路 径 并 利 用 蚂 蚁 算 法 的 正 反 馈 效 应 来完 成 数 据 汇 聚 从 而 达 到 节 省 能 量 的 目 的 。 但 是 ， 该 算 法 要 求 每 个 节 点 都 必 须 配 备 有 定 位设 备 如 GPS 系 统 ， 很 大 程 度 上 限 制 了 它 的 适 用 范 围 。1.2.2 国外蚁群算法研究现状20 世 纪 40 年 代 到 50 年 代 期 间 ， 法 国 昆 虫 学 家 Grasse 在 研 究 白 蚁 的 生 物 群 体 行 为时 ， 首 次 提 出 了 媒 介 质 网 (stigmergy)的 概 念 ， 来 描 述 白 蚁 个 体 之 间 间 接 交 流 信 息 的 特 殊方 式 。 媒 介 质 与 其 他 的 交 流 方 式 主 要 有 两 点 不 同 ： 首 先 ， 它 是 昆 虫 间 接 感 受 周 围 物 质 世界 的 改 变 而 释 放 出 来 的 物 理 的 (physical)、 非 符 号 化 (nonsymbolic)、 非 语 言 层 次 上 的 沟通 媒 介 ； 其 次 ， 它 只 能 被 接 触 到 媒 介 质 的 昆 虫 感 知 ， 也 就 是 它 具 有 局 部 被 感 知 的 特 性 。媒 介 质 的 这 种 特 性 在 著 名 的 双 桥 实 验 中 有 详 细 的 研 究 ， 并 成 为 激 发 计 算 机 科 学 家 提 出 蚂蚁 系 统 阳 (第 一 个 ACO 算 法 )的 直 接 源 泉 。蚁 群 算 法 是 有 意 大 利 学 者 M.Dorigo， M.aniezzo， A.Cobrni 等 人 在 20 世 纪 90 年 代初 首 先 提 出 来 的 它 是 继 模 拟 退 火 算 法 、 遗 传 算 法 、 禁 忌 搜 索 算 法 ， 人 工 神 经 网 络 算 法 后的 有 一 种 应 用 于 组 合 优 化 问 题 的 启 发 式 搜 索 算 法 。 生 物 界 的 昆 虫 和 其 他 群 居 动 物 的 群 体智 能 (swarm intelligence)行 为 一 直 是 科 学 家 进 行 科 学 研 究 的 灵 感 源 泉 。 1979 年 ，R Hofstadter 首 次 提 出 了 人 工 蚂 蚁 的 概 念 ， 探 讨 了 具 有 较 低 智 能 的 简 单 个 体 间 能 否 通 过相 互 作 用 而 产 生 较 高 的 群 体 智 能 行 为 .从 此 ， 蚁 群 的 链 式 反 应 行 为 (autocatalytic behavior)或正 反 馈 (positive feedback)特 性 受 到 越 来 越 多 的 关 注 。ACO 的 思 想 是 由 在 意 大 利 米 学 者 M.Dorigo 等 人 于 1991 年 提 出 的 。 从 1991 年 到1996 年 ， M Dorigo 等 人 就 蚁 群 搜 索 食 物 的 过 程 与 旅 行 商 问 题 (TSP) 之 间 的 相 似 性 , 通过 人 工 蚂 蚁 搜 索 食 物 的 过 程 做 了 一 定 的 研 究 ， 先 后 提 出 了 三 种 模 型 ： ant-quantity, ant-density 和 ant-cycle。 这 三 种 模 型 的 主 要 差 别 是 在 于 对 信 息 素 浓 度 的 变 化 采 取 不 同 的 数 学公 式 。 直 到 1996 年 ， M Dorigo 在 发 表 了 系 统 的 关 于 蚂 蚁 系 统 (AS)的 全 面 论 述 ， 总 结 了这 三 种 模 型 。 在 这 篇 论 文 中 M Dorigo 引 入 了 ant-code 模 型 ， 并 针 对 TSP 问 题 做 了 一 系列 实 验 ， 和 其 他 只 能 算 法 做 了 比 较 ， 阐 明 了 AS 的 强 壮 性 (robust)， 多 适 应 性 (versatile)和 基 于 群 体 性 (population-based)。2009 年 ， P Deepalakshmill 提 出 了 ARMAN 算 法 ， 在 原 有 蚁 群 算 法 数 学 模 型 上 ，加 入 了 路 径 选 择 偏 好 概 率 ， 通 过 偏 好 概 率 选 择 移 动 网 络 中 从 源 节 点 到 目 的 节 点 的 多 重 路径 ， 最 终 得 到 的 路 径 时 延 更 小 、 带 宽 更 高 、 抖 动 更 少 。蚁 群 优 化 (ACO)是 由 意 大 利 学 者 M Dorigo 等 人 作 为 求 解 著 名 旅 行 商 问 题 (TSP)的启 发 式 算 法 而 提 出 的 ， 它 是 模 拟 自 然 界 中 蚂 蚁 搜 索 食 物 行 为 而 提 出 的 一 种 启 发 式 智 能 进化 算 法 。 由 于 蚁 群 优 化 算 法 具 有 正 反 馈 性 、 分 布 式 并 行 计 算 机 制 、 较 强 的 鲁 棒 性 等 特 点 ， 可 用 于 求 解 基 于 分 布 式 网 络 的 最 优 路 径 计 算 ， 如 路 由 、 负 载 平 衡 和 计 算 机 网 络 中 的 多路 传 输 等 方 面 。 Laura Rosati 等 人 在 2008 年 提 出 DAR(Distributed Ant Routing)协 议 ，它 是 一 种 按 需 的 路 由 协 议 ， 相 对 于 主 动 式 路 由 ， 它 可 以 减 少 路 由 时 的 网 络 负 载 。 前 向 蚂蚁 只 负 责 收 集 关 于 交 叉 节 点 的 ID 信 息 ， 它 在 使 用 概 率 公 式 计 算 选 择 下 一 跳 节 点 的 概 率时 只 使 用 信 息 素 值 作 为 参 数 。 而 后 向 蚂 蚁 在 返 回 过 程 途 中 只 释 放 常 量 值 的 信 息 素 值 。 在DAR 中 。 每 个 路 由 节 点 中 路 由 表 都 是 随 机 的 ： 下 一 跳 节 点 是 依 据 概 率 值 的 大 小 进 行 选择 的 。 这 个 概 率 值 是 通 过 以 前 蚂 蚁 走 过 时 留 下 的 信 息 素 进 行 计 算 的 。 但 是 DAR 算 法 要让 蚂 蚁 记 录 经 过 的 节 点 ， 不 适 用 于 大 型 网 络 ， 同 时 也 容 易 陷 入 局 部 最 优 解 ， 网 络 的 收 敛速 度 也 不 快 。1.3 课题研究内容无 线 传 感 器 网 络 (Wireless Sensor Network WSN)是 继 Internet 之 后 随 着 无 线 通 信 技术 、 传 感 器 技 术 、 微 电 子 技 术 和 分 布 信 息 处 理 技 术 发 展 起 来 的 一 种 新 兴 信 息 获 取 技 术 。WSN 综 合 了 嵌 入 式 技 术 、 传 感 器 技 术 、 通 信 技 术 和 分 布 式 信 息 处 理 技 术 ， 能 够 协 作 实时 感 知 、 监 测 、 采 集 网 络 分 布 区 域 内 的 各 种 环 境 的 信 息 ， 并 对 数 据 进 行 适 当 的 处 理 以 获得 精 简 准 确 的 信 息 ， 并 传 送 给 最 终 的 用 户 。在 WSN 中 ， 每 个 传 感 器 结 点 的 路 由 选 择 过 程 和 蚂 蚁 的 觅 食 寻 优 行 为 具 有 极 大 的 相似 性 ， 因 此 ， 利 用 蚁 群 优 化 来 设 计 WSN 的 路 由 算 法 具 有 理 论 上 的 可 行 性 。 基 于 此 ， 我们 把 传 感 器 结 点 模 拟 成 蚂 蚁 ， 把 传 感 器 的 路 径 选 择 模 拟 成 蚂 蚁 的 觅 食 路 径 选 择 路 径 的 启发 式 信 息 模 拟 成 蚂 蚁 在 路 径 上 释 放 的 信 息 素 ， 提 出 了 一 种 基 于 蚁 群 优 化 的 路 由 算 法 。蚁 群 算 法 是 一 种 来 自 大 自 然 的 随 机 搜 索 寻 优 方 法 ， 是 生 物 界 的 群 体 启 发 式 行 为 ， 现己 陆 续 应 用 到 组 合 优 化 、 人 工 智 能 、 通 讯 等 多 个 领 域 。 蚁 群 算 法 的 正 反 馈 性 和 协 同 性 使其 可 用 于 分 布 式 系 统 ， 隐 含 的 并 行 性 更 使 之 具 有 极 强 的 发 展 潜 力 。 从 数 值 仿 真 结 果 来 看 ，它 比 目 前 风 行 一 时 的 遗 传 算 法 、 模 拟 退 火 算 法 等 有 更 好 的 适 应 性 。 但 是 蚁 群 算 法 毕 竟 是一 种 新 兴 的 模 拟 进 化 算 法 ， 还 缺 乏 坚 实 的 数 学 理 论 基 础 ， 算 法 的 参 数 选 择 、 收 敛 性 等 还有 待 进 一 步 研 究 ， 算 法 的 最 优 停 止 条 件 也 是 值 得 研 究 的 地 方 。目 前 ， 关 于 算 法 的 参 数 选 择 大 都 与 具 体 问 题 的 应 用 结 合 ， 通 过 实 验 进 行 确 定 ， 而 算法 的 停 止 条 件 则 采 用 固 定 循 环 次 数 或 当 进 化 不 明 显 时 停 止 迭 代 作 为 条 件 。 本 文 探 讨 了 蚁群 算 法 的 原 理 、 特 点 及 功 能 ； 对 基 本 蚁 群 算 法 的 有 关 参 数 的 合 理 选 择 进 行 实 验 分 析 ； 提出 了 相 应 的 改 进 策 略 ， 并 通 过 仿 真 实 验 ， 验 证 了 改 进 算 法 的 有 效 性 ， 提 高 了 寻 求 最 优 路径 能 力 ； 分 析 了 基 于 蚁 群 算 法 的 网 络 路 由 优 化 。采 用 该 算 法 并 把 该 算 法 应 用 于 zigbee 无 线 网 络 中 ， 平 衡 了 zigbee 网 络 的 缺 点 可 以提 高 网 络 的 确 定 性 服 务 质 量 ， 提 高 网 络 路 由 节 点 的 平 均 寿 命 ， 寻 求 网 络 中 任 一 俩 个 节 点的 最 优 路 径 ， 提 高 数 据 包 成 功 发 送 速 度 ， 同 时 平 衡 网 络 带 宽 、 时 延 节 省 费 用 ， 并 对 他 们进 行 限 制 ， 保 证 在 网 络 出 现 过 载 拥 堵 情 况 时 ， 重 要 数 据 不 受 延 迟 或 丢 弃 。 蚁 群 算