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      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

      文檔序號(hào):7781813閱讀:1047來(lái)源:國(guó)知局
      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(zhuān)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(yú)群算法和螞蟻算法,所述魚(yú)群算法生成信息素,所述螞蟻算法根據(jù)魚(yú)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(zhuān)利說(shuō)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(zhuān)門(mén)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(shì)。
      [0003]在多機(jī)器人中,機(jī)器人之間需要通過(guò)信息交流進(jìn)行同步或協(xié)調(diào),所以機(jī)器人需要通過(guò)通信來(lái)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(guó)仍然沒(méi)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酚桑怯捎跀y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(méi)有解決收斂速度慢的問(wèn)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(yú)群算法和螞蟻算法,所述魚(yú)群算法生成信息素,所述螞蟻算法根據(jù)魚(yú)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(yú)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(guò)穩(wěn)定信息素進(jìn)行對(duì)比;
      [0016]S3:如判斷超過(guò)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(guò),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(zhǎng)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(guò)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(yú)群算法和螞蟻算法,所述魚(yú)群算法生成信息素,所述螞蟻算法根據(jù)魚(yú)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(yú)群算法的融合,對(duì)蟻群算法進(jìn)行改進(jìn)。魚(yú)群算法具有收斂速度快的優(yōu)點(diǎn),采用魚(yú)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(shì)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(lái)也不方便。而便攜式的能源例如電池雖然攜帶起來(lái)比較方便,不過(guò)也帶來(lái)了另一個(gè)問(wèn)題,很容易會(huì)導(dǎo)致能源耗盡,使整個(gè)系統(tǒng)無(wú)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(wú)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(zhǎng)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(guò)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(lái)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(guò)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(cè)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(guò)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(wú)響應(yīng),再次重新發(fā)送,超過(guò)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(yú)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(guò)穩(wěn)定信息素進(jìn)行對(duì)比;
      [0033]S3:如判斷超過(guò)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(guò),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(zhǎng)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(guò)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(kāi)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(shū)公開(kāi)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(yú)群算法和螞蟻算法,所述魚(yú)群算法生成信息素,所述螞蟻算法根據(jù)魚(yú)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(yú)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(guò)穩(wěn)定信息素進(jìn)行對(duì)比; 53:如判斷超過(guò)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(guò),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(zhǎng)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(guò)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(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)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(qǐng)人:大連大學(xué)
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