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1.1MLRO的網絡運行環境
通常本地移動錨點是一種分布在公共網絡中比較固定的路由器,在其中的MN等移動節點則通過光速顯存管理系統(LMA)與外界進行連接,通過使用相同的域前綴的路由器通告通過RA的消息構成了本地的移動域,所以在LMD里面的光速顯存管理系統進行組傳播,以此來實現信息的共享,在LMA的系統中完成LMD的移動性的管理。
1.2RA消息擴展探究
MLRO的移動網絡的優化方案,其視圖如圖1所示,通過RA消息的前綴信息選項,從增加U比特的來體現此前綴的本地節點。而在RA的消息中可以包含有多個的前綴信息,所以同一個LMD中所發出的RA中至少會存在一個移動節點的地址配置。所有進入LMD中的人員都需要根據相應的前綴(LMD-)信息修改自己的RA,在此過程中需要至少2個前綴的信息選項,一個用戶所管理的網路前綴需要通過LFN進行地址的配置,通過在線監測或者移動性檢測實現。另外LMD前綴主要是用于移動節點的地址配置和檢測。
1.3移動性檢測方法研究
一般情況下在MLRO中通過以下的策略實現移動性檢測,通過擴展RA消息的前綴信息選項之后,要根據MN對于兩種前綴的移動狀態進行判斷,在此過程中當MN接收到RA信息的時候,要根據本地的主機地址的配置前綴與用戶地址前綴的不同來確定其發生移動與否,所以在此過程中要確定MN是否是在域間發生了移動,若MN在配置的時候與前一個的CoA前綴和LMD的前綴一樣,那么就說明MN發生了移動在LMD域里。此時則不需要對CoA進行重新的配置,只需要向服務器注冊新的位置信號。
二、MLRO解決方案概述
2.1MLRO里的數據路由分析
當CN向LMA發去數據的時候,第一件事就是要檢查前綴目錄的地址,并且要根據LMD里面的注冊信息來確定其用戶,將已經注冊的信息直接發到目的地址的MR或者是LMA,根據目的節點可以在LMD里面某個LMA的LFN進行數據的轉發,其按照一定的協議對數據進行處理。在信息傳遞的時候要對數據進行封裝,通過用戶前綴的選擇,LMA將一個用戶數據的傳輸通過路由器轉發給另外一個用戶,最后達到LFN。
2.2域內切換分析
在MLRO系統中如果MR通過LMD域的時候進行切換,那么MR在LMA中要不斷的更新自己的位置信息,但是不需要按照NEMO的最基本的協議進行重新配置,每一個MN根據收到的RA的前綴配置尋找到自己的CoA,如果當LMD改變了接入點,就會獲得LMD的前綴RA信息,以此來減少主干網絡的流量以及切換的延時性。
2.3VMN的支持探究
通常VMN是具有移動的節點,但是在VMN在子網中進行移動的時候,要根據新的前綴實現CoA的注冊,在MLRO系統中,根據以前的方法通過移動檢測的方法來對此系統進行檢測。當VMN進入到LMD的時候,需要根據LMD的前綴配置CoA的時候進行注冊。如果在注冊的時候與MR不同那么在進行注冊新的子網前綴信息的時候要根據注冊的規則進行。當VMN在LMD進行移動的時候,可以通過修改LMA所連接的MR的地址設置的方法來實現,通過VMN的數據連接來實現VMN的路由優化。
三、結語
關鍵詞:二手書 網絡交易 資源利用
中圖分類號:F712.9 文獻標識碼:A
在低碳經濟的背景及電子商務經濟如泉水般涌起的當下,許多國家為促進二手書資源的效用最大化,都在政策、經濟上大力支持引入二手書網絡交易服務。因此二手書的網絡交易成為炙手可熱的模式。它可以進入更分化、細碎的微小市場,為更多的知識需求者提供更豐富的選擇空間,在創建資源節約型和環境友好型社會方面發揮積極作用。
一、二手書網絡交易的發展
隨著現代電子商務的飛速發展,網絡上的二手書交易平臺大量涌現,比較有影響力的有亞馬遜、當當網、孔夫子舊書網、有路網,此外我們熟識的淘寶、京東等網上購物商城對于二手書網絡交易也有所涉及,并且銷量驚人。但是這些網站所開設的二手書的項目,由于其主打方向的原因和在管理、品牌上的劣勢,書種銷售對象單一,發展空間有限。因此我們提出了二手書網絡交易優化路線研究。本項目以徐州工程學院為例,重點是高校二手書網絡交易。
為了使得二手書網絡交易實現資源最大化利用的效益,充分了解求知者對二手書及二手書網絡交易的現狀,我們進行了本研究。本團隊分為三個小組,第一組負責發放調查問卷并回收(發放331份調查問卷,有效問卷315份);第二組負責深度訪談,采訪相關求知者對于二手書的理解和他們對網絡交易的看法;第三組負責查閱相關資料,了解國內外二手書網絡交易的運行狀況,并提出相關問題,得出相關結論。最后我們對于那些調查做了數據分析和原因分析,并發現些許問題,也提出了相應的解決措施。
二、高校二手書的處理方式及網絡交易發展現狀
(一)被調查人群的基本情況
1.性別分布
本次問卷調查,我們以徐州工程學院的在校大學生為對象,進行有針對性的調查。此次調查總人數為331人,男女生比例為9:16。其中有效問卷有315份。
2.年級分布
本次問卷調查中,大一新生和大二學生所占比重最大,約為60%,而大三、大四學生所占比例約為40%。主要是因為大一、大二的低年級學生有更多的閱讀時間,大三、大四的學生大多忙于考研、考證等,所以此次調查主要以低年級學生為重點對象。
(二)被調查人群購買課外書的情況
1.大學生購買書籍的次數:在受訪的人群中,購買10次以下的占32%,10次~ 20次的占30%,20 ~30次的占23%,30次以上的占15%。由此可見,大學生對書籍的需求市場比較龐大,閑置的二手書數量也是不少的。
2.從圖1可知大學生購買的課外書籍的類型:在受訪的人群中,65%的人選擇購買新書;15%的人選擇購買折扣書;15%的人會買二手書;還有5%的人選擇購買盜版書。其中購買新書的人群中有超過一半人數表示因為自己購買的書籍沒有舊書出售,只能購買新書。
3.大學生處理購買的課外書的方式:40%的學生選擇珍藏(看過一次就再也不看了);23%的學生會經常翻閱購買的課外書;20%的同學選擇與其他同學互換書籍;還有17%的同學有賣書的想法,但是沒有渠道。同時,參與調查的學生中80%愿意將自己購買的書籍出售,僅僅20%的同學不愿意賣出舊書。由此可見,二手書的源頭供給非常充足。
(三)被調查人群對于購買二手書情況的調查
1.購買二手書的原因
在此問題中只有11%的學生不愿購買二手書籍,70%受訪者認為課外書籍本身使用次數有限,購買二手書既能滿足自己的需求又經濟實用的同時還能資源重復利用,節約資源。只有19%的人因為其他原因購買二手書,例如:書店出售的為盜版書籍,在附近書店未找到自己想買的新書、絕版書籍。
2.拒絕購買二手書的原因
從圖2可知,拒絕購買二手書的主要原因如下:
(1)二手書過于破舊,一部分人接受不了;
(2)二手書交易市場環境混亂,定價隨意,無規范的交易管理k法,導致購書者的權益無法得到保障;
(3)供求不匹配,傳統的二手書交易市場覆蓋的范圍過小,用來交易的書籍過少,沒法全面滿足讀者的需求。
3.二手書購買渠道
據調查,38%的人選擇私下聯系有書籍的同學,進行實地交易;23%在每年開學時學校的地攤上購買;29%會去正規的二手書市場購買;10%的人會選擇網上購買。如圖3所示:
4.二手書估價方式
43%的受訪人選擇按書籍新舊程度估價;32%的人認為由買賣雙方共同議價;10%的人認為按書籍的種類定價,名著最高,小說較低;2%的人認為一律五折賣出;13%的人認為如果幾個人同時需要某一本書可以競價拍賣(不得高于原價)。之所以會調查這個問題,是因為在前期調查過程中,發現無論是二手書市場還是網上書店均存在標價隨意、參差不齊、花樣百出的現象,例如書籍論斤賣,網上有的書店是天價書,有的則只要郵費價;還有通過走訪同學,發現同學之間賣書還存在“人情價”的現象,很多學生表示覺得自己利益受損。由于信息不對稱和各種主觀原因使消費者利益受損的情況也是尤為常見。
(四)關于二手書網絡交易情況的調查
1.對本校二手書市場的印象
50%的人沒見過和聽說過;40%的人知道學校僅有的幾家不具規模的二手書市場;10%的人表示沒有聽說和沒有渠道參與網絡交易的二手書市場。從調查結果可知,高校雖然存在二手書交易市場,但是由于推廣力度小,規模小,經營范圍不全面,很難有大的發展。急需一個規范經營、規模大的網絡交易平臺來滿足高校學生的購書與賣書需求。
2.是否支持學校建立一個規范有序的二手書網絡交易市場以及對二手書市場發展趨勢的預測
如圖4所示,85%的人支持;12%的人持無所謂態度,H有3%的人反對二手書網絡交易市場。其中72%的人對二手書網絡交易市場的出現與發展呈樂觀態度,認為二手書網絡交易市場會越辦越好,成為潮流;15%的人則認為會出現競爭態勢,但還是會越來越好;僅13%的人認為會逐步退出校園。
據調查,92.4%的學生交易的產品主要是二手書籍;70.1%的學生交易的是電子產品,包括手機、電腦耗材等;43.6%的學生選擇的是相關學習、生活用品。可見,在二手物品中二手書的交易所占比重之大。一項在某高校的調查顯示,86.9%的學生愿意出售自己的二手商品,60.7%的學生購買過二手商品。調查顯示,57.9%的學生認同購買二手物品能加強資源的再利用和建設環保。可見學生對于二手書的充分利用有較為全面深刻的認識。在校園,二手書來源渠道主要是畢業生。每當臨近畢業,畢業生處理書籍的方式無非以下幾種:一是將書籍保留,帶離校園。二是把書售賣給低年級的同學,但是降價出售往往會導致畢業生心理不平衡,高價買回低價出售。三是將無價值的書作為廢品回收給廢品收購站。而這往往具有時季性,總集中在畢業季。畢業生往往會零散地出沒在各個角落出售書籍,沒有具體的出售地點,而且臨近畢業,沒有太多時間來擺攤出售,這就會造成大量二手書賣給廢品收購站,造成資源的大量浪費。而對于需求者來說,由于信息不對稱及對于市場價格不了解,使交易秩序顯得混亂。而且往往在本來想買專業書時又會有臨時想法買入其他書籍。在不規范的情況下,市場對資源的配置的決定性作用則體現不出來。
需求每天都存在,那么對于這個二手書交易市場的規范則顯得尤為重要。雖然現在有不少的二手交易平臺,例如閑魚、跳蚤市場……但是這些二手交易平臺普遍存在著可信度不能保證、交易混亂繁雜、效率低等各種問題,因此我們準備提供一個網絡平臺或者實體交易點,進入平臺的買賣雙方的真實性保證,確切的交易地點時間、透明合理的價格則在一定程度上提高了市場的運行效率。同時也會根據不同人群的需求建立買賣市場和租賃市場,對于違反規定者給予相應的懲罰,以保證買賣雙方的利益。否則,在這個無序混亂的市場下,實現公平交易、愉快交易是做不到的。
因此本團隊成員認為,二手書網絡交易具有很大的市場空間和較高的可行性,必須對現存的二手書網絡交易進行相關規范化、秩序化,這樣才會受到學生、書友、求知者的歡迎。
三、當前高校二手書網絡交易所存在的問題及分析
(一)用戶體驗差,消費者無法近距離獲得商品信息
線上方式不能讓消費者在交易完成之前直觀地獲得書籍信息,只能根據書籍介紹獲得前期認識,不能親自翻閱試看。由于過于陳舊或筆記雜亂影響閱讀,由于經過長期的儲存或者經過多人使用,二手書給人臟亂的感覺,不僅會滋生許多細菌,而且大量筆記的存在會影響視覺美觀,這也是大部分人不愿購買二手書的原因。
(二)季節性波動引發的出售困難
校園二手書需求隨季節波動,一般開學季和期末考試復習時期對二手書需求多,二手書需求多以學習資料為主,而且許多同學會直接從網上購買新書,用完之后棄置或者丟掉,因此校園二手書網絡交易過程中易出現銷售空白區。
(三)二手書的來源不明確,可信度不高
出售書籍的人良莠不齊,有些人甚至會使用盜版書籍來濫竽充數,消費者對購買的二手書持質疑態度,不能確保二手書的質量,對于買到的不符合要求的二手書擔心沒有完整的售后體系,對二手書市場持懷疑態度。
(四)供求不對等
二手書來源多且雜,書本分類不全,品種不全,版本過舊。書本分類不夠科學規范,消費者查找專業書籍困難,書籍品種不全,造成供求不對口甚至囤貨缺貨,導致囤積成本增加。包括其他各類書籍所有者對于書種的選擇存在局限,導致銷售對象單一。
(五)電子書的沖擊
電子書是一種特殊的書籍,不僅獲取范圍廣,渠道便捷而且成本低。手機、電腦平板等設備增大了書籍的適用范圍,對閱讀者而言,可以更方便快捷地獲取書籍內容,而且成本低,對二手書市場造成極大的壓力。
四、高校二手書網絡交易項目的優化措施
2012年,他所執掌的武漢印易得數碼印刷有限公司即將迎來5歲生日。“在個性化網絡印刷的道路上,印易得始終會扮演探路者的角色。”胡艷華這樣說。
難 題
起初,最讓胡艷華猶豫不定的問題是:如何為網絡客戶提供一款合適的DIY設計軟件?到底應該選擇在線軟件還是離線軟件?
在線設計軟件的好處在于客戶從產生興趣到動手設計、下單、成交,可以做到一氣呵 成。“但通過在線軟件產生的訂單中有大約30%的客戶屬于‘沖動消費’,而且在線設計模板相對簡單粗糙,客戶一旦拿到匆忙DIY出來的作品,可能并不會覺得有太大的吸引力,也就很難再有二次下單。”胡艷華說,“當然,也有不少商家追求的正是快速的成交率,哪怕需要不斷去開發新的客戶,可這并非印易得的初衷。”
多番對比試驗之后,印易得從英國引進了Taopix設計軟件。簡單易用的特性,使得任何一個非專業的設計人員都能在最短時間內設計出較為精美的雜志、相冊、掛歷等等。胡艷華坦言,數據顯示,每100個下載軟件的客戶中,只有30人左右會最終提交訂單。“許多客戶下載軟件以后,由于時間不足、照片素材不夠或者不再感興趣,便中途放棄了。還有很多客戶從下載軟件到最后下單,要花費長達六七個月的時間。”對此,胡艷華并不太介意。“通過離線方式,即便在沒有網絡連接的情況下也可以完成設計甚至是提交,給用戶提供了充分的創作空間和時間。追求完美的客戶可以盡情享受精雕細琢的過程,拿到自己DIY出來的產品以后,自己愿意多次翻閱,也愿意跟人分享。自然而然地,客戶以后還會多次訂印、多次消費。”
胡艷華介紹,在網站真正上線運行不到三年的時間里,一共創造了4萬多個訂單。其中,僅去年下半年和今年上半年的訂單量就占到了總量的一半。“之所以呈現快速的增長態勢,一是由于越來越多的客戶開始了解和認可個性化網絡印刷產品,市場需求在逐漸增大;二是印易得的客戶回頭率比較高,大約10%的客戶幾乎每個月都會下單,有約50%的客戶是經由其他客戶介紹而來,這是很多同類型網站難以做到的。”
個性雜志,是印易得的明星產品,其訂購量占總業務量的70%。“許多同類型網站都以相冊為主打產品,但客戶總是會習慣性地與傳統相冊對比,發現目前數碼印刷產品在畫面質量上還難以達到銀鹽沖印的效果,難免會有一些失望。”胡艷華將更多的重心放在了個性雜志的軟件模板開發和推廣上,在他看來,“對于熱愛生活的客戶來說,雜志的表現形式比相冊更好。”
目前印易得的客戶以中老年人和年輕媽媽居多,他們喜歡把過去的照片電子化后DIY成雜志,用來回顧自己的人生;或是以小孩為雜志主角,記錄孩子的成長歷程。為此,印易得著力開發了適合各種場景、不同年齡段人群的文字模板,客戶可以根據需要稍作修改。同時還將推出一年四季套裝本,到了年終可以做成精裝本,“把自己和家人的回憶通過雜志的方式傳承下去。”此外,在即將推出的新一版網站中,還將增加三折頁、宣傳畫冊、名片等商務印刷業務。“商務印刷面向的市場廣闊,網絡能幫助我們與更廣大的客戶群體實現對接。”胡艷華說。
插 曲
“客戶的認知度、接受程度在很大程度上決定了個性化網絡印刷的發展前景。”胡艷華一再強調。實際上,2007年底胡艷華就將公司名稱注冊為民星時代數碼印刷有限公司。“顧名思義,‘民星時代’代表的是一種面向大眾的個性化服務理念。”然而,他也清楚,中國個性化網絡印刷市場的潛力雖大,但整體的市場環境遠不夠成熟。“一是國內的互聯網技術跟國外相比存在很大差距,二是在營銷鏈條上,個性化產品是需要直接傳達到終端客戶的,可是目前從事個性化網絡印刷的企業并不多,很難在短時間內把終端市場帶動起來。”
與以前“全心全意想做個性化印刷”相比,現在的胡艷華采取了一種更為迂回的策略:“在繼續保持開發個性化印刷市場的前提下,兼顧當地的一些快印業務。”將“民星時代”更名為“印易得”之后,他單獨成立了一個部門來負責經營個性化網絡印刷業務,再將承接到的訂單外包給印易得旗下的2家快印店。“實際上,快印店就是印易得的生產中心,在這里,網絡訂單由專人、專班生產,并有一套專門的流程服務。隨著網上業務的不斷增加,我們也會逐步減少當地快印業務的服務生產量。”
而在營銷推廣上,胡艷華也走過一段彎路。“原本我們想要通過吸納當地沖印店作為加盟商,把營銷網絡鋪得更大,但最終發現,這樣做的時機并不成熟。”加盟店采用印易得的品牌與設計軟件,但大多堅持獨立生產,印刷設備五花八門,難以實現同等水平的質量控制,胡艷華不得不中斷了“加盟”的計劃。
離線設計軟件給了他另外的靈感,“現在印易得采取的是產品的方式,讓多個生產商或是銷售商共享一個軟件平臺,實現‘B2B2C’”。也就是說,與商網站達成合作后,印易得會為其打包生成一個單獨的軟件,把商的郵箱嵌入其中。一旦客戶登陸商網站并且下載該軟件后,每產生一個訂單,商都會收到一份詳細記載著訂單交易明細的郵件,每月月底也以此為依據享受提成。未來,他還計劃在線下開設實體體驗店,讓客戶現場體驗DIY的樂趣,希望通過這樣的方式,“引導客戶進一步認識和了解個性化網絡印刷。”
延長ZigBee網絡的壽命是設計ZigBee路由協議的一個重要目的,通過對ZigBee網絡協議的研究提出一種基于能量管理的ACOAODV路由協議,能降低網絡延時并延長ZigBee網絡壽命。仿真結果表明,ACOAODV協議的方法是可行的和節能的,可以在保持較低數據分組的平均端到端時延的同時降低能量開銷,達到了低開銷、低時延的設計目標。
ス丶詞:
蟻群算法;ZigBee;無線自主網按需平面距離矢量路由協議;能量管理
ブ型擠擲嗪牛 TP393
文獻標志碼:A
英文標題
Ant colony optimization and energy management routing algorithm for ZigBee network
び⑽淖髡咼
PENG You1, YANG Huixian1, MAN Sha2
び⑽牡刂(
1. Faculty of Material and Photoelectronic Physics, Xiangtan University, Xiangtan Hunan 411105, China;
2. College of Information Engineering, Xiangtan University, Xiangtan Hunan 411105, China
英文摘要
)
Abstract:
To prolong the life of ZigBee networks is an important goal to design ZigBee routing protocol. Ant Colony OptimizationAd hoc OnDemand Distance Vector Routing(ACOAODV) based on energy management routing protocol was proposed, which can keep the good network performance and extend the life of ZigBee networks. The simulation results show that ACOAODV algorithm is feasible and energysaving. This approach can maintain a low delay of the average endtoend data packet while effectively reducing energy consumption,so the design goals of low energy consumption and lowdelay are achieved.
英文關鍵詞
Key words:
Ant Colony Optimization (ACO); ZigBee; Ant Colony OptimizationAd hoc OnDemand Distance Vector Routing (AODV); energy management
0 引言
ZigBee網絡[1]與其他網絡主要的區別是其移動性,ZigBee網絡的性能很大程度取決于電池的效率。因此,要充分利用電池的能量來延長ZigBee節點以及整個ZigBee網絡的壽命。相對于計算機和其他通信技術的發展,電池的技術進步相對緩慢。針對ZigBee網絡關鍵節點特性來設計路由算法可以在較大程度上降低能量消耗[2]。本文著重從兩個方面來降低ZigBee網絡的能量消耗。第一是利用蟻群算法來優化無線自主網按需平面距離矢量路由(Ad Hoc OnDemand Distance Vector Routing, AODV)協議路由算法[3]降低路由開銷以最大限度地利用有限能源和延長ZigBee網絡的壽命;第二是加入能量管理策略,避免低能量節點過度使用而產生易于過早失效的網絡節點,達到平衡整體網絡能量消耗的目的。
1 ZigBee路由算法與蟻群算法
1.1 ZigBee技術
ZigBee是一種新興的低成本、低功耗的短距離無線通信協議,主要用于近距離無線連接。在很多個微小的傳感器之間相互協調實現通信。這些傳感器只需要很少的能量,以接力的方式通過無線將數據從一個傳感器傳到另一個傳感器,通信效率非常高。802.15.4標準定義了ZigBee協議棧MAC和PHY層的標準,制定了具有高可靠、高性價比、低功耗的網絡應用規格。圖1是ZigBee協議棧圖,圖2是一種ZigBee網絡拓撲圖[4-5]。
圖片
圖1 ZigBee協議棧
圖片
圖2 ZigBee網絡拓撲
1.2 AODV及其優缺點
AODV即無線自組網按需平面距離矢量路由協議,是應用于無線網狀網絡中進行路由選擇的路由協議[6]。該協議是Ad Hoc網絡中按需生成路由方式的典型協議和反應式路由協議,只有當向目的節點發送數據時,源節點才在網絡中發起路由查找過程,找到相應的路由,且僅在通信過程中才維持路由,當通信完畢后路由將被拆除,節點只需保存它們作為源節點或者中間節點時,到達所需要通信的目的節點的路由,路由開銷較少。
通過模擬實驗發現按需路由協議AODV存在一些缺點:
1)當一個節點發送數據包而沒有路由存在時,它只能等待,直到建立起一條合適的路由才能發送,因此,AODV也存在較長的路由時延。
2)建立路由時,鄰居節點依次向周圍節點廣播此分組直到該分組被送到一個知道目的節點路由信息的中間節點。但是通過這個中間節點找到的路由不一定是最好的路由。
3)沒有支持廣播節點動態調整等節能策略。
1.3 蟻群算法及其優缺點
蟻群優化(Ant Colony Optimization, ACO)算法是一種用來在網絡中尋找優化路徑的機率型算法[7]。它由Marco Dorigo創立,其靈感來源于螞蟻在尋找食物過程中發現路徑的行為,通過模擬自然界中螞蟻集體尋徑的行為而提出的一種基于種群的啟發式仿生優化系統。蟻群算法基本原理是螞蟻在外出覓食時,個體之間通過一種稱為外激素(“信息素”)的物質進行信息傳遞,螞蟻在運動過程中,能夠在經過的路徑上留下并感知這種物質,并以此來指導自己的運動方向:某一路徑上走過的螞蟻越多,留下的信息就越多,后者選擇該路徑的可能性就越大。
基本的ACO路由算法[8]在模擬時發現存在如下缺點:
1)節點只是單獨依靠螞蟻來尋找最短路由,當網絡動態變化較大和路由生命周期較小時,性能不會很好。
2)在ACO路由算法中沒有考慮能量管理,而ZigBee節點能量有限,關鍵路由節點容易出現失效節點。
2 蟻群優化與能量管理路由算法設計
2.1 ACOAODV算法設計思路
考慮到降低成本、節約能耗和易于使用,ZigBee一般使用簡化版本的AODV路由協議,這包含了AODV的主要功能,還具有一定程度的節能優化。為了進一步延長網絡的壽命,節約能量,克服傳統的AODV路由協議存在的缺點,提出改進的ACOAODV路由算法。算法主要從兩個方面來設計。
1)能量管理[9]。根據使用時長設立能量管理,對低電量信息素降低被選中路由概率,對高電量信息素增加優先使用的概率,極大降低失效節點率。改進算法設計中考慮節點的剩余能量,路由選擇的時候盡量避開剩余能量較低的節點,使整個網絡生存時間延長,提高節點的連接性,從而降低失效節點率。
2)降低時延。根據跳數和時延以及剩余能量函數構建信息素增量,增加短路徑和最優路由選中概率。主要在AODV算法組播之前加入蟻群優化處理[10],快速找出符合條件的路由節點集,縮小組播范圍。算法設計時融合ACO算法和AODV算法的優點,利用ACO算法尋找優化路徑并結合AODV算法按需路由,降低端到端的時延和尋找路由的延遲,提高網絡運行效率。
首先取時延函數T為各節點時延之和,即:
T=∑Ni=0TiВ1)
其中:跳數N即路由中轉次數n,剩余能量函數由能量初值E0,時間t和參數α構成,參數α為特定系數, 作用在于減緩能量初值E0減小的速度。
E=1t×E0×αВ2)
從式(2)可以看出節點剩余能量值與節點使用時間成反比,當時間t增大到一定程度,ACOAODV算法使得之前由于剩余能量較低而避免連接使用的一些節點又能繼續使用,當時間t趨近于無窮大時,可以認為剩余能量E趨近于零。時延函數,跳數和剩余能量函數組成信息素增量函數,即:
Δ 吉n,d= 1ω┆1T + ω┆2N + ω┆3E -1В3)
其中Е鬲1、ω2、ω3為對應參數的權值。再通過信息素迭代公式(式(4))對信息素進行實時更新。
Еi+1c,d=(1-λ)吉ic,d+Δ ic,dВ4)
其中:Е宋信息素衰減系數(0
Pc,d=(吉ic,d)β∑i∈M(吉ic,d)βВ5)
其中:β為信息素可調權重,M為與節點c相距一跳的所有節點集合,所有下一跳節點概率之和為1。И
Аj∈Mpj,d=1В6)
┑2期
彭友等:蟻群優化和能量管理的ZigBee網絡路由
┆撲慊應用 ┑31卷
2.2 算法設計流程
網絡初始化后,相關節點產生探索螞蟻,依據式(1)、(2)計算出時延T,剩余能量E以及跳數N等相關參數,依據式(3)、(4)更新信息素增量和信息素,再按照式(5)計算出相關節點的下一跳選擇概率,找到優化路徑節點集,用AODV組播,再用后向螞蟻返回路徑,更新所經過的最優路徑信息素濃度。
算法設計中,中間節點的路由流程如圖3所示。
圖片
圖3 中間節點路由流程
基于蟻群優化和能量管理的ACOAODV路由算法流程的主要有下面4個步驟。
1)初始化。
程序前
t = 0 ,n = 0,Φi(0)=c, ΔЕ氮i=0;
程序后
2)搜索循環。
程序前
For t=0 to ti do
For node=1 to n do
Launch exploring ant ();
End For
For k = 1 to m do
Compute T,N,E;/*計算螞蟻到達目的節點的時延T,跳數N,なS嗄芰E,更新信息素增量和信息素*/お
choose the next nodes(p);/*根據概率p來選擇下一步可能到達的節點j,じ新找到的優化路徑*/お
End For
End For
程序后
3)AODV組播。
程序前
Launch backward ant ();
For each backward ant do
Track back along the exploring ant ();
Update Е氮i();更新當前最優解的螞蟻所走路徑的信息素濃度
Update routing tables ();
End For
程序后
4)處理數據。
程序前
Receive packet from MAC layer ();
Processing data packet ();
Compute network statistics ();
程序后
3 算法分析與實驗仿真
3.1 實驗環境
仿真工具采用Linux+NS2,網絡覆蓋面積500@m×500@m,網絡節點數目設置為60,設置節點的傳輸距離為50@m。采用的傳輸信道數據傳輸率為250@Kbps,信道延遲為0.3@s,數據包長度為128@bit。網絡中設定, 所有節點的初始能量為10B000個能量單位,接收一個消息消耗1個能量單位,發送一個消息消耗 2個能量單位,接收一個信息包消耗2個能量單位,發送一個信息包消耗4個能量單位。每次模擬運行時間為200@s,使用30次模擬的平均數據。
3.2 實驗仿真結果
實驗仿真結果如圖4~6所示。
在圖4中可以看出由于ACOAODV算法在探索路由過程中對時延和跳數進行控制,而且避免連接能量較低的節點,所以大幅度節省了網絡整體能耗。粒子群算法(Particle Swarm Optimization, PSO)和差分進化(Differential Evolution, DE)算法運行后,可以看出對ZigBee節點能量管理效率比ACOAODV算法低,對能量消耗優化效果不明顯,整個網絡能耗偏高。
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圖4 網絡能量消耗對比
在圖5中可以看出在節點較少時,ACOAODV算法的網絡時延較大,降低網絡時延的效果不明顯。這是因為路由節點較少時,優化的計算開銷大;當路由節點數增加時,ACOAODV算法延時優化效果明顯增強,而粒子群算法和差分進化算法在節點增加后易出現早熟,容易陷入局部最優,導致網絡時延較大。失效節點對比如圖6所示,由圖6可以看出由于加入了節點能量管理,所以優化算法出現第一個失效節點時間推遲,而粒子群算法和差分進化算法在多目標動態優化方面效率不高,所以運行中出現的失效節點數目較多。運行一段時間后,ACOAODV算法相對于無節點能量管理的差分進化算法和粒子群優化算法失效節點數要明顯減少。
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圖5 網絡延時對比
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圖6 失效節點對比
4 結語
針對基本ZigBee網絡AODV算法和網絡路由ACO算法,提出一種基于ACOAODV的ZigBee路由算法。ACOAODV算法在傳統的按需路由算法上,加入蟻群優化算法,并具體針對時延,跳數和剩余能量進行優化,能在一定程度上降低總體網絡能耗,而且保持了低時延的網絡性能并減少失效節點,從而延長ZigBee網絡壽命。
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關鍵詞:移動機器人; 路徑規劃; 滾動窗口; 模糊邏輯
中圖分類號:TP273.4 文獻標識碼:A
文章編號:1004-373X(2010)13-0146-03
Method of Path Planning for Rolling Windows Based on Fuzzy Logic
DU Yu-shang
(Experimental Teaching Center, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China)
Abstract: A method of the path planning for rolling windows based on fuzzy logic is presented according to the method of the original rolling window path planning, the distance between the mobile robot and the obstacle, the velocity of the obstacle, and the position relationship of the mobile robot, the obstacle and the target. The obstacle avoidance is accomplished with the new method. The simulation results show that the proposed method is effective.
Keywords: mobile robot; path planning; rolling window; fuzzy logic
0 引 言
機器人路徑規劃是指在存有障礙物的環境中,機器人尋找一條實現從起始點到目標點安全運行的路線[1-2]。基于滾動窗口的路徑規劃方法是令機器人周期性地更新窗口信息及時滾動規劃,將規劃問題壓縮到滾動窗口內,與全局規劃相比其運算量大大降低[3]。
本文在借鑒文獻[4-6]的基礎上,從移動機器人與障礙物之間的距離、動態障礙物運動速度、移動機器人與障礙物和目標點的位置關系三者入手,結合模糊邏輯,提出基于模糊邏輯的滾動窗口路徑規劃方法。
1 基于滾動窗口算法路徑規劃的原理
基于滾動窗口算法的路徑規劃是在預測控制滾動優化原理的基礎上提出的。預測控制中的優化是一種有限時段的滾動優化,在每個采樣時刻t,優化性能指標只涉及到從該時刻起到以后的有限的單位時間段,而下一個時刻采樣時刻t+1,優化時段以t+1為起點向前延伸單位時間段。在預測控制中,優化不是一次離線進行,而是反復在線進行的,是不斷滾動優化的過程[7-8]。
基于滾動窗口算法的機器人路徑規劃利用機器人實時測得的局部環境信息,以滾動方式進行在線規劃[4]。基于滾動窗口的路徑規劃方法原理可以表述如下:
(1) 場景預測:在每個采樣時間點t,機器人根據傳感器檢測的局部環境信息,判斷滾動窗口內是否存在障礙物,預測障礙物的運動情況。
(2) 滾動窗口優化:根據t時刻滾動窗口內對障礙物的判斷信息和預測信息,規劃移動機器人的局部行駛路徑,機器人向子目標前進一步,滾動窗口對應向前。
(3) 反饋初始化:當新的滾動窗口形成后,對移動機器人的當前位置、局部環境信息、障礙物情況重新更新。
根據文獻[4,6,9]對滾動窗口算法的路徑規劃問題進行如下描述和定義。
令WS為機器人運動的二維平面有限區域,該區域中點的集合記為W,其中存在有限個靜態障礙物SObs1,SObs2,…,SObsn,以及有限個動態障礙物DObs1,DObs2,…,DObsm。靜態障礙物集合記為SOb,動態障礙物集合記為DOb。t時刻,機器人R的位置表示為PR(t),則PR(t)∈W,規劃起始時間為t=0。
定義 1 P∈W,若P(S┆Ob∪D┆Ob),則P稱為可行點。t時刻所有可行點的集合稱為可行域FD(t)。
有:FD(t)=W∩(∩(S┆Ob))∩(∩(D┆Ob))
定義 2 T=[t0,tf],P0=FD(t0),Pf=FD(tf),若連續映射FS(•):TW,使得FS(t0)=P0,FS(tf)=Pf,FS(t)∈FD(t),t∈(t0,tf),則映射FS(•)是W中從P0到Pf的一個可行路徑。
由于機器人沒有全局環境信息,任一時刻t,只能實時探測到以其當前位置為中心、r為半徑區域內的環境信息。
定義 3 機器人在點PR(t)處的視野域Win(PR(t))={P|P∈W,d(P,PR(t))≤r},Win(PR(t))Ъ次該點的滾動窗口。
2 基于模糊邏輯的滾動窗口路徑規劃實現方案
該滾動窗口路徑規劃方法包括3個過程:建立環境地圖、滾動窗口局部目標優化和信息更新。
建立環境地圖:采用二維平面坐標,包含存在的靜態障礙物和動態障礙物,以及機器人的起始點和目標點等環境信息。
滾動窗口局部目標優化:在每個時刻中,以機器人為中心,在機器人有效的傳感檢測范圍內,根據機器人與障礙物間的距離、動態障礙物的運動速度大小和方向以及機器人與障礙物和目標點間的位置關系,通過一定的推理啟發,確定機器人在該滾動窗口區域內的局部目標,機器人向此局部目標運動,直至下一時刻。
信息更新:在每個時刻的滾動窗口局部目標優化前,根據傳感系統獲取周圍環境實時信息,為新的滾動窗口下局部目標優化提供新的信息,也起到對先前時刻局部目標優化結果修正作用。這些信息包括新時刻中機器人與障礙物間的距離,動態障礙物的運動速度大小和方向以及機器人、障礙物和目標點間新的位置關系。
2.1 滾動窗口中的機器人運動軌跡確定