TELKOM NIKA Indonesia n  Journal of  Electrical En gineering   Vol. 12, No. 10, Octobe r 20 14, pp. 7486  ~ 749 4   DOI: 10.115 9 1 /telkomni ka. v 12i8.558 9          7486     Re cei v ed  Jan uary 6, 2014;  Re vised July   25, 2014; Accepted Augu st  20, 2014   Optimization of Routing Protocol in Wireless Sensor  Networks by Improved Ant Colony and Particle Swarm  Algorithm      Tianshun  Hu ang*, Xiaoqiang Li, Zhiqiang Zhan g , Hongy un Lia n   Hen an Occup a t ion T e chnical  Coll eg e, Hen a n  Z hengz ho u, 450 04 6, Chin a   *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l : huan gtia nshu ned u@1 63.co     A b st r a ct   T h is pa per  mai n ly d i scusses  the a n a l ysis a n d  eva l u a tion  of  routin g pr otoc ols for W i re les s  Senso r   Netw orks. Particle sw arm al g o rith m has be en prov en to be very goo d solve  many g l oba l opti m i z at i o n   prob le ms.   Ant  colo ny al gor ith m  n o t on ly us es the  positiv e  feedb ack pr in ciple, th e ev ol ution  proc ess  of  spee din g  u p  to  a certai n exte nt, but also  ca n be  i m pl e m e n t ed in  par all e l i n  natur e a nd d i fferent ind i vid u a ls   throug h conti n uous  infor m ati on exc han ge  and tra n s m issi on.   T he p a p e r prese n ts opti m i z at io n of ro uti n g   protoco l  in  w i reless s ensor  n e tw orks base d  on i m prove d  a n t colo ny a nd  particl e sw arm alg o rith m. F i n a lly ,   simulati on  res u lts ver i fy the   effectiveness  o f  the i m prove d  al gorith m an d i m prove  the   search  for o p ti ma l   routin g.     Ke y w ords :  wireless sensor network, particle swarm   alg o rith m, ant col ony, routin g protoc o l     Co p y rig h t   ©  2014 In stitu t e o f  Ad van ced  En g i n eerin g and  Scien ce. All  rig h t s reser ve d .       1. Introduc tion  Ant colony al gorithm  is a  bioni c intelligence algorithms, proces s i t  in real life f r om the  ant foraging  of inspi r ation,  to  use probability selection  mechanism  cont rol path, also joined  with  the extension of time, pheromon e volatilization factor. M any st udies show that,  ant  col ony  algorithm has  strong ability to find bet ter solution s,  this al gorithm not only uses the  positive  feedba ck pri n ciple, the ev olution p r o c e ss  of sp e edi ng up to a  certain extent,  but also  ca n  b e   impleme n ted in  pa rallel  i n  nature, different  indi vidu al s throug h con t inuou s info rmation ex cha nge   and tran smi s sion, can work togethe r, help to find  a better sol u tio n . Ant colony algorithm  ca n be  unde rsto od a s  a kin d  of sp ecial reinfo rcement lea r nin g  algorith m Particle  swa r m algorithm i s  ea sy to implement, low computatio n a l co st and u s e s  less   hard w a r re source. Pa rticl e  swa r m al g o rithm  ha s b een  prove n  t o  be  very g o od  solve m a n y   global  optimi z ation  p r oble m s [1]. Of  course, PSO   algorith m  a n d  othe glob al optimi z ati on  algorithm, is  easy to fall into local  optim um, conv erg e n ce  pre c i s ion  is not hi gh,  disa dvantag e  of  slo w  late  con v ergen ce, in t he theo retical  study  on  alg o rithm. The P S O algo rithm  analysi s  did  n o mature the o ry, few rese arche r s fo r the  conve r ge nce of the algorit hm is an alyzed, and mo st  of  the re sea r ch  on the struct ure a nd pe rfo r man c e of  th e improve d  al gorithm a r studied, incl ud ing   the analy s is  o f  param eters,  topology  stru cture,  parti cle  to maintain t he diversity, fusio n  alg o rith and pe rform a nce  comp ari s ons.   Wirel e ss  se n s or net wo rk  routing p r oto c ol fr om th e d r ive mechani sm ca n b e  divi ded into  proa ctive rou t ing proto c ol,  on-d e ma nd  routing  prot o c ol a nd hyb r i d  routin g p r o t ocol: p r oa ctive   routing p r oto c ol, all routin g has b een f o rme d   before  use; on -dem and ro uting p r otocol only whe n   need ed to form; hybrid ro uting proto c o l  is a ki nd of  the new ro u t ing proto c ol  the two idea together.  Due  to the re sou r ce  con s trai ne d wirele ss  se nso r  no de s, a nd the n u mb er of no de s in  a  sen s o r  net wo rk, sen s o r  no des d o  not h a ve enou gh  spa c e to  store a larg e nu mber of  routi ng  table, so in practical appli c ation, on-d e m and ro uti ng p r otocol and h y brid routin g proto c ol is m o re  popul ar. Wi re less sensor  n e twork  routin g proto c ol from the net wo rk top o l ogy structu r e point of  view can b e  divided into: flat and hiera r chical  routing proto c ol s.  Th pape r pre s ents optimi z a t io n   of  routing protocol  in wireless sen s o r   net wo rks b a s ed  on imp r oved ant col ony and p a rt icle   swarm al gorit hm.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Optim i zation of Routing Protocol in  Wire less  Sensor  Networks b y  I m pr ove d … (T ianshun  Hua ng)  7487 2. Rou t ing  Protocol in  Wireless S e nsor Net w o r ks Based  o n  Improv ed  Particle S w a r Algorithm   Cla ssifi cation  of routing protocol s for  wire le ss  sen s o r  networks on  the continu a t ion of  the tra d itional  cla s sificatio n  metho d  of A d  ho network, a c cording  to the  differe n t  angle s   ca be  cla ssifie d  differently. Acco rding  to the  routing  st rate gy point of vi ew, can b e  d i vided into a c tive   and p a ssive  routing  rout ing two type s, acco rdi n g  to the logi cal  stru cture  of the net work   manag eme n t and  routin g  proto c ol ca n be  divided  in to flat ro u t ing and  hie r archical routi ng.  Active routin g: also  calle d the table d r iven ro uting  (Tabl e Drive n ), an a c tive  routing  path  by  found a simi lar strate gy with  tradition al  routin g  protocol,  by p e riodi ca lly broad ca st  routi ng  informatio n p a cket no de s, routing i n formation e xcha nge, a c tive d i scovery rout e, at the sa me  time, node must mai n tai n  to all n e two r nod es [2].  Its advantag e  is that  whe n   a nod e n eed s to   sen d  data pa ckets to the d e stinat io n no de, as long a s  the route ex ists, the req u i r ed del ay is very  small. Sh ort c oming s   need  co stly ove r h ead, a s  far  as  po ssi ble t he  routing  u pdate foll owed   cha nge s in the cu rrent topology,  wa st e of resources to build  a nd re build th ose a r e n o t use d   routing.   Particle  swarm algorithm  is from this m odel in  enlighte n  an d use d  to solve the  optimizatio n probl em. In PSO, each o p timization p r o b lems of pot ential sol u tio n s is to search a   bird in  spa c e, called th e  particl e. All of t he parti cle s  are det ermin ed by  a function  b e ing   optimize d  fitness (fitne ss v a lue), e a ch p a rticle   ha s a  spe ed dete r m i ne the directi on and  distan ce  they fly. Then the particle  will follow the optimal  parti cle current search  in the solution space.  Particle  swa r m optimi z ati on al gorith m  is in itialized  to a  g r oup  of rand om  particl (sto cha s tic).  And then through the ite r ation to find  the optimal  solution. In ea ch iteration, the   particl e i s  u p dated  by followin g  two  "e xtreme": the  first is the  op timal pa rticle  itself to find t he  solutio n , the  sol u tion i s   calle d individ ual extre m u m  point  (pe r son a l be st  said its  po sition).  Another extreme is the o p timal popul ations  cu rr e n t ly find solutions, this  sol u tion is a gl obal   extremum by  global be st, GB said its  p o sition ).  Also  can o n ly use one a s  a p a rticle  neigh b o without the  whole p opul ation, so   extre m e in all  nei ghbo rs is  a l o cal  extremu m . Particle  swarm  optimizatio allows the in telligen ce alg o rithm i s  re al ized by  con s tantly  on the extreme poi nt  update.   Information d i sseminatio proto c ol info rmation con s ultation and  has e n e r gy adaptive  function  ba se d on. T he b a s ic idea  of th e protoc ol is:  any two  nod e s  a r e to  be n egotiated  bef ore  the data transmission. Node will me tadata (Meta2data) for a descri ption of the origi nal data,  metadata in cl ude s som e  key informatio n of the  original data. The  neighbo r no des a c cordin g to   the metad a ta  inform ation,  de cide  wh e t her you  ne e d  to tra n spo r t the  raw d a ta. Wh en t h e   informatio n redun dan cy i s  very hi gh, th e am ount  of raw  data i s  m u ch  hig her th an the  meta d a ta   con d ition s , u s ing  this info rmation  ne go tiation p r oto c ol can  greatl y  red u ce the  amo unt of  d a ta   transmissio n based on it.  Comp ared to  hiera r chical  routing p r oto c ol an d singl e layer routin g proto c ol, h a s better  scalability, easier  data fusi on,  thereby reducing power consumpti on. Single routing protocol , due   to the expa n s ion  of the n e twork  si ze,  gateway load  will in crea se , leading  to n e twork  delay.  In   orde r to improve the expansibilit y of the netwo rk, p eople put fo rward the con c ept of network  s t ratification [3]. LEACH [5] is  the firs t hierarchic al ro uting proto c ol  in  sen s or n e t works, routin proto c ol p o si tion need to  kno w  the l o catio n   information of se nso r  no de s based on th ese   informatio n, can  be u s ed  to cal c ulate  the di sta n ce betwe en no d e s, en ergy consumption and   estimated  co nstru c tion  mo re effici ent ro uting p r ot o c ol . As the  se nsor n ode are   distrib u ted i n   a   regio n , and  n o  IP addre s scheme  simil a r to this,  so   we  can b u ild  efficient ro uting protocol u s ing  locatio n  information, to pro l ong the net work  lifetime, a s  is sho w n by  Equation (1 ).    ) 2 sin( )] ( ) ( [ 2 1 fk D k k Q k x x m k x x x x i j j i j i                                                                  (1)     In the flat rou t ing proto c ol s, each  nod e i n  t he net wo rk status i n  the  routing  fun c tion the   same, no hie r archi c al ma nagem ent  m e ch ani sm.  Ad vantage s of  plana stru ct ure  routin g i s  no  spe c ial no de s in the network, the net work traffi c i s  uniformly distribute d  in the netwo rk, the   routing  algori thm is easy to im plem ent. Disadvantage is  scalabilit y small, to a certai n extent,  limiting the si ze of the net work, the net work dyna mic resp on se sp eed.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 10, Octobe r 2014:  748 6  – 7494   7488 In the hiera r chical  stru cture, cluste r he a d   node i s  not  only re spon si ble for the ju ri sdi c tion  of the clu s te informatio n collectio n an fusion  pr oce s sing, fo rwardi ng is  also respon sible fo r t he  inter cl uste r d a ta. The form ation of ea ch  clu s ter  hi era r chi c al routing  prot o c ol s are  usu a lly base d   on  the rete ntion  of  e n e r gy of  se nsor nod es and cl u s te r he ad clo s e  deg ree,  at th e same time  i n   orde r to  prol ong the  lifetime of the  wh ole net wo rk,  clu s ter  hea node  sel e ctio n nee d p e rio d i c   updatin g. Th e advanta g e s  of hie r a r chical  routi n g  is suitable  for wi rele ss  sen s o r  net work  environ ment,  larg e-scale,  scalabl e.  Di sadvantag is that the cl uster he ad n o d e relia bility and  stability ha great  effect o n  the p e rfo r mance  of the  whol e n e two r k,  colle cting  and p r o c e s si ng  information will also be a lot of  cluster head energy consum ption.   In the theo reti cal  study on  algorith m . Th e PSO  algo rit h m analy s is  d i d not matu re  theory,  few  re sea r ch ers for the  co nverge nce of  the al go rith m is an alyze d , and  mo st  of the  re sea r ch  on   the stru cture and pe rform a nce of  the im proved al go ri thm are stu d i ed, inclu d ing  the analysi s   o f   para m eters, t opolo g y stru cture, pa rticle  to main tain  the diversity, algo rithm a nd pe rforman c e   comp ari s o n  [4]. PSO has  simple, e a sy  to implement,  few paramet ers to  set, wi thout gra d ient  informatio n a nd oth e ch a r acte ri stics, i n  a  co ntinuo us  nonli nea r optimization  pro b lem s   a n d   combi nato r ial  optimization  probl em s hav e sho w n g o o d  results.   With the  tra d itional PSO  only to it histori c al  be st positio n a n d  the  neig h b o rho od  histori c al  be st positio n le arning i s   differe nt, each  p a rti c le  of CLPSO is rand om  learni ng to  th eir  own o r  other  particl es, an d  each on e ca n learn from   different parti cle; the learni ng strate gie s  so  that each pa rticle  has m o re le arning  obje c ts, c an  be in the l a tent sp ace flight more, thu s   con d u c ive to global  sea r ch . CLPSO velocity updating  formula.     1 ) , ( ) 1 ( ) ( ) ( t x j p r t wv t v ij j f ij ij i                                                                  (2)    In the pa rticl e  swa r m alg o rithm, ea ch  opt imizatio n probl em of potential solu tions can   be tho ught of  as a p o int i n  the  sea r ch  sp ace dim e nsio n,  which  we call  " parti cle" (Parti cle).  In   flight particl e  to a ce rtain  spe ed in th e se ar ch  sp ace, thi s  to  dynamically adju s t the sp eed  according  to  its o w n  flight  expe rien ce   and  co mpani on flying  exp e rien ce.  All p a rticle s have  a  adapt to the obje c tive function to be d e termin ed va l ue, and that his be st po sition discove r e d  so   far.  Implementati on of  sea r ch  diversificatio n in th e  previous velocity  of parti cle s  u nder the   action of (Div ersifi cation ), and the reali z ation of  ce ntralize d  se arch  pro c e ss in th e cog n itive part  and so cial p a rt  of  the   tra c tion unde r (intensifi c at ion ) , so  the  bal ance an re stri ct ea ch  other  betwe en the s e three  dete r mines th e m a in alg o rithm   can. Pa rticle  swarm  optim ization  se arch is  formed  by su ch a g r o up o f  rando m initializatio n of the pa rticle and a p opul a t ion com p o s e d perfo rmed in  an iterative m anne r,  as is  shown by Figu re 1.       Figure 1. The  Principl e of Particle Swarm Move      Dire cted  diffusion p r oto c ol  is a ro utin g  mech ani sm  based on th e que ry. The  whole   pro c e s s can  be divide d int o  interest diff usio n, gr a d ie nt is e s tabli s h ed an d the p a th to strengt hen  the three  sta ges. In  the  st age  of intere st spr ead, th e si nk no de t o  the  se nsor nod sen d its   want to obtai n inform ation  types or  co n t ent. A ta sk type, the targ et area, the  d a ta tran smi s sion  rate, time st amp me ssag e paramete r  of inte rest.  Each sen s or no de afte r re ceiving t h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Optim i zation of Routing Protocol in  Wire less  Sensor  Networks b y  I m pr ove d … (T ianshun  Hua ng)  7489 informatio n,  save it  in  CACHE.  Whe n  the  inform ation  req u ire m ents thro ug hout the   sen s or  netwo rk, it would esta blish a gradie n t field bet we en  sen s o r  nod e and sin k  no d e , a gradient  field   is ba se d on t he minimi zati on of the  co st and en er gy  adaptive p r in ciple. O n ce the colle ction  of  sen s o r  nod es to a sink no de data of intere st, can a c cording to th e gradi ent field for the fast est   path for data  transmissio n.  HREEM R is  prop osed b a sed on the  directed  diffu sio n  routin g me chani sm, the g oal is to   improve routi ng relia bility by maintainin g multip le available path s .  The proto c o l  in operatio n   durin g the localizatio n algo rithm and DD the same so urce nod e an d sink p o int optimal path P, at  the same tim e  in order to  protocol  can  still the  co nst r uction of m o re than one do not  want  wi th P  redu nda ncy p a th gua rante e  norm a l ru n n ing of P fa ilure (eme rge n c y mea s ures  in ord e r to av oid  the occu rre n c e of the ma in path failure phen omen on and ta ke ). HREEM R protocol p r op o s ed   disjoi nt multipath and wi ndi ng path two d i fferent multip ath mech ani sm.    12 2 2 ,, 4 24 lc c l ll l                                                                                                        (3)    Funda mentall y   spe a ki ng, most solutio n s   a r e ba sed  on  imp r oved  combi ned   wit h   othe r   optimizatio algorith m , is t o  g r eatly im p r ove  th e difficulty of un derstandi ng  and  implem entati on  of algorithm  complexity, wh ich ma ke s th e parti cl e swarm optimi z at ion algo rithm  lost so me core   advantag es a ttractive, su ch as  simpli city, underst an ding the impl ementation  si mplicity, this  the  algorith m  of large a r ea a p p licatio n is somewhat  unf avorabl e. Th erefo r e, the improve d  part i cle   swarm al gori t hm as the  starting p o int  for impr ove d  particl e swarm alg o rith m is simpl e  and  effective, it is  necessa ry an d meanin g ful.  The ba sic p a r ticle swa r optimizatio n algorit h m  in the solutio n  space sea r ch,  ever particl e of fli ght time  con s tant i s  1,  so metime s lea d  to pa rticle s i n  the  optimal  sol u tion  of the   back an d forth near "o sci llation" phen omeno n [5]. A daptive adj ustment of the time of flight  method to dy namically adj ust the time  of flight, with  the increa se  of the it erative algeb ra s, fligh t   time decrea s es line a rly as  is sh own by Equation (4).      n i C C dt t j t a t x i i 1 ) ( exp ) ( Re ) (                                                                             (4)     Routin g st rat egy TEEN p r otocol i s   rea c tive wi rele ss sen s o r  n e twork an d de si gn, it is  real -time, can  make a  rapid  re spo n se to  emergen cie s .  TEEN a nd i m pleme n tatio n  me cha n ism  of  LEACH is very simila r, but   the form er is  the re spon se   type, whi c b e long s to  the  netwo rk a c tive   sen s o r . The  advantag es  of TEEN pro t ocol: prot o c ol suitabl e for the appli c at ion enviro n m ent  need s re al-ti m e perceptio n; by setting the hard  thre shol d and so ft threshold o f  2 paramete r s,  TEEN can g r eatly red u ce  the numbe r of data  transmissio n, en ergy savin g  and othe r than  LEACH.  Disa dvantage s: n o t suitabl e for application i n   the sy stem  of perio dic  sa mpling, it is a s  if  the node s in  the netwo rk have  not re ceived the  relevant th re shold, then th e node  can n o t   comm uni cate  with the base station,  use r  also  without  any data network.   GEAR also can b e  co nsidere d  as a n  im proved m e thod of Directed  Diffusi on. The   proto c ol d o e s  not u s e th e intere st to  the entire  net work to b r o a d ca st, but th e use of loca tio n   informatio n, to a  spe c ific  a r ea  of inte re st is th en  broa dca s t, u s ing  l o catio n  info rmation  (a s fa r a s   possibl e to choo se the sh ortest path )  and nod e re sidu al ene rgy  situation, the packet is sent   back to the  sin k  no de. T he metho d  can greatly  save ene rgy, prolo ng the  sen s o r  net work  lifetime.  One  hop  nei ghbo r n ode and Sin k  i s  t he root n ode  of the  multicast tree to  re alize  th e   sen s o r  n ode s to the Sin k   multi hop  pat h. It is  cha r a c teri zed  by t he routing  de cisi on m u st t a ke   into con s ide r ation n o t only  to ea ch  path  of the  ene rg y, but also  re lates to  the  e nd to  delay  a nd  data packet to be sent pri o rity end [6]. The simulati on re sults sh ow that, with the minimum  energy path  energy cons umption m e a s ureme n t protocol s, SAR ene rgy con s ume  le ss.  The   disa dvantag e  of the algori t hm is not suitable  for la rge an d freq uent ch ange s in the network  topology.   Particle swa r m algorithm  behavio r is a ffect ed by its optimal pbe st and optim al gbest,  this versio n is calle d the  gl obal ve rsi on  of the PSO  al gorithm. An other i s  th e lo cal version  of the   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 10, Octobe r 2014:  748 6  – 7494   7490 PSO algo rith m, in this  alg o rithm, the  p a rticle  be havi o r i s  not  affected by the  glo bal optim al g best  effect, but  by the l o cal o p timal lb est  adj ace n t pa rticl e s in  p b e s t an d its optimal   topology  effect,  the experim ental re sults show that,  w in  between [0.8,1.2], PSO algorithm has fa ster  conve r ge nce spe ed, and th e whe n  w>1. 2, the algorit h m  is ea sy to fall into the local extremum.   A good routin g proto c ol of wirel e ss sen s or  network sh ould have the  following feat ure s : a   dynamic  choi ce of the sin k  node capa cit y . Obviously , the sin k  nod e  directly affects the life cycl e   of the  whol sen s o r  n e two r k life  cy cle. I n  the  pr o c e ss of informatio n tran smi s sio n , the  sin k  n o d e   with the hig hest freq uen cy, the maximum ene rgy  con s umptio n. When a  sink no de en ergy  con s um ption  is too larg e, the  se nsor ne twork a c cordi ng to t he sin k  nod e ene rg y consumptio n,  energy con s umption  of n ode s dyna mi cally, co nv ey informatio n, the si nk no de bal an ce t he  netwo rk e n e r gy con s umpti on, can p r olo ng the se nsor network lifetime.      3. Using   Improv ed Ant Colon y  to Optimization of  Rou t ing Protocol in WSN  The PEGASIS protocol is used to con nect t he sen s or  node s in  the chain  structu r e.   Run n ing the  PEGASIS protocol  whe n  each nod e using  sig nal to  measure the  intensity of al l its   neigh bor n o d e s, dista n ce, whe n  determi ning the  ne arest neig hbo r and adj ust th e sen d ing  sig nal  stren g th to e n su re that on ly the neighb ors  hea r. Secondly, cho o se only one n ode chain a s   first   of chain tra n smi ssi on to  the sink n ode dat a [7 ]. The data colle cted b y  point-to-p o i nt  transmissio n, fusio n , an finally se nt to  the  re n d e z vous poi nt. Ad vantage s of  this  protocol i s redu ce  the L EACH g ene rated in th e p r ocess  of  clu s ter  re config uration  overh ead, an d thro ugh   the data fusion pro c e ss to reduce the numbe r of transcei v ers, whi c h  redu ce s en ergy  con s um ption.   The  wirele ss routin g p r ot ocol  an d MFl ood  r outin algorith m  i s   a broad ca st t r adition al  routing  proto c ol s. It doe not nee d to  maintain  th topology a n d  routin g net works, e a ch n ode  use s  a  data  packet b r oa d c a s t relay  re ceived, if t he recei p t of the  dupli c ate p a cket is  disca r d ed.  By setting th e ap propri a te  TTL  value  to  avoid  due   to   the diffusion  of  large are a  and occu py  too  much  cyb e sou r ce, the d i ffusion  conv erge nce, to  e n su re th e dat a pa cket only  after finite h o p   routing; i n  a ddition to  re peat p a cket  detectio n , ea ch  nod e n e e d s to  maintai n  a  data  pa cket   seq uen ce nu mber SEQ a nd a routing  table, the original nod e transmitting o n e packet SEQ is  adde d by 1,  and the  SEQ  is a dde d to  the data  pa cket IP he ad,  the rem a inin g nod es by d a ta   packet will b e  the SEQ re corded i n  the  routi ng tabl e  and re peate d  packet d e tection b a sed  on  the SEQ, as is sh own by equation 5    T 2 . 0 | ) ( cov : | ) ( s s a a C k k R Rk k                                                                                                  (5)     For a route, ant it more choice, stre ngt of ants in the path left by the phero m one i s   large r , an d the inten s ity of pheromo n e  attra c ts mo re ant s, so a s  to form  a p o sitive feed b a ck.  Thro ugh thi s   positive fee d back, ant ca n find the  sh ortest  routin g  path eve n tu ally. In the ACO  algorith m , the  phe rom one  trail to  be  kno w as a  pa ra metric p r oba bility model  o f  the ph erom one  model  simul a tion. The p hero m on e m odel  con s ist s  of a se rie s  of model p a ram e ters, the  para m eters o f  the model where the valu e is call ed the  phero m on e value.   On the roa d  of wirele ss se nso r  networks by  proto c ol  and ant colon y  algorithm. Although   many schola r s have  studie d  the rout in g proto c ol in  wi rele ss  se nsor  net wo rk s of  sev e r a l cla s si c,   but in the  rou t ing protocol  of  the effectiv e ene rgy utili zation  re se a r ch re sults are  not  ma ny,  the   ant colony  algorith m  i s  introd uced  to the  wi rel e ss  sen s o r   netwo rk rout ing al gorith m  to  chall engin g . To find the optimal path in  wirele ss s e n s or n e two r ks,  but also con s ide r  the effective  use  of the se nso r  no de e n e rgy [8]. A good  wirel e ss  sen s o r   net wo rk routin pro t ocol can sav e   energy effectively, but also can e nha nc e the netwo rk  scala b ility and reliability.  Acco rdi ng to  the ab ove  discu ssi on, a c cordi ng to t he cha r a c teri stics of the   wirel e ss  sen s o r  n e two r ks  need  to  d e sig n  n e w ro uting a pproa ch, ant  colo ny  algorith m  i s  o ne of th em. A n colo ny algo rithm is  derive d  from the  ob servatio n s  of t he natu r al  world a n t swa r m beh avior a n d   abstract. Ant  colo ny fora ging  can find  the sh orte st path bet we en the n e st  and foo d , which   depe nd s on  the ch emical  sub s tan c e s   in a ph er o m one, ant a n d  in between,  they relea s e a   pheromo ne, provide the p a th for the later ants  wi zard. Such beh a v ior is very good for the re ality  rea c tion, this  idea is al so  suitable for wi reless  sen s or  netwo rks, as i s  sh own by Equation (6).   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Optim i zation of Routing Protocol in  Wire less  Sensor  Networks b y  I m pr ove d … (T ianshun  Hua ng)  7491   n i n j j ji i n j j ji i i i k k f k k f k Z k m P k 11 1 ) 1 ( ) ( ) 1 ( ) ( )} ( | ) ( { ) (                                                 (6)     The agreem e n t calls for ne twork ope rati on by the end user Sin k  of the sen s o r  no des a r e   partitione d in to cluste rs, the location inform atio n of the node s are assig ned  and notify ea ch   clu s ter he ad  node ID lo go and cl ust e rs [9]. The  sen s or n o d e  can run  with low en ergy  con s um ption  and the sta n dby in two ways, and can   be in existence in the on e of four states,  namely pe rce p tion, forwa r d i ng, sen s in g and forwa r din g  dorm a n c y.  The clu s ter  head a s  the  network ma nagem ent  ce nter, energy cha nge can  monitor  node s, four state de ci sion an d mai n tain  the  se nso r . Based  on the two nod e en e r gy  con s um ption,  delay  optimi z ation   pe rformance in dex  to calculate   the path  c o s t  func tion.  The   clu s ter he ad  node s u s ing t he co st functi on as the lin k cost.   Routin g st rat egy TEEN p r otocol i s   rea c tive wi rele ss sen s o r  n e twork an d de si gn, it is  real -time, ca n re spo nd ra pidly to eme r gen cie s . TE EN and  LEACH  usi ng th e stru ctu r e a nd  operation of  multi clu s ter in the  same  way, is diffe re n t  in the course of e s tablish i ng cl uste r, with  the sele cted  clu s ter n ode s, cluste r hea d in addi tion  to reali z e dat a sched uling  by TDMA wa y,  also h a rd  clo s e to clu s ter  membe r  broa dca s ting d a ta  about the value and soft clo s e value s  of  two paramet ers. Hard clo s e value is m onitore data  can not be crosse d with value, soft clo s e   value is spe c i f ied by range   monitori ng d a t a. In  the sta b l e sta ge  clu s ter, no de th ro ugh the  sen s or   con s tantly a w are  of its  surroun di ng s.  Whe n  a  no de  first  monito ri ng d a ta to  ha rd  clo s ing  val ue,  then op en th e tran sceiver for data tra n smi ssi on,  a nd the dete c t i on value  sto r ed in th e no de  internal va ria b les in the S V , as is sh own by Equation  (7).     1 2 2 ( ) s i n ( ) ( () ) c o s ( ) () 22 2 2 l j Ll l jj j x xx x qx l h                                                                           (7)     This pa per in trodu ce s th con c e p t an cha r a c te ri st ic s of  wi rele s s   sen s o r   net w o rk s,  t h e   analysi s  an desi gn of net work  routing  proto c ol  chall enge, given  by the algorit hm of wirele ss  sen s o r  net wo rk b a sed on  ant colo ny o p timizati on  al gorithm. Th e routing  algo ri thm con s id eri n g   the ch ara c te ri stics of the n e tw ork, with  self-organi zati on, dy nami c Pherom one method con s i der  the ene rgy, round tri p  time , hops  and  other fa ctors.  T herefo r e m o re suita b le for  wirel e ss  sen s or  netwo rk routi ng.  The first ACO algo rithm  ant system  pra c tical  pri n cipl e and  a l gorithm m o del and  descri be, ant system is b e st ex plained a s  the basi c  id ea that ACO meta heuri s ti c algo rithm. The  basi c   prin cipl e of a n syst em to  pave t he  way fo th cha r a c teri stics, meta he uristi c algo rithm,  can th e meta  heu risti c  fra m ewo r k p r op ose d  by AC O, the alg o rit h m of a s soci ation definitio n of   combi nato r ial  optimization  pro b lem s ACO m e ta h euri s tic i s  i n deed  a  com pone nt and   the   operation mo de of the ba sic [10]. In this fram ework, the ant system is a s   an example  of  algorith m , an d ca n be  de ri ved from th other  algo rith ms, altho ugh  other  de rivative algorith m   is   pre s ente d  al one, but the ACO meta h euri s tic fr am ewo r k i s  the best su mma ry of  their. Then   descri b e s   se veral vari ants of typical A C O al go ri thm ,  these  are  b e tter than th e  perfo rma n ce  o f   the origin al a n t colony sy stem has g r e a tly increa se d.  In the static n e twork, al so  can  not gua rantee the int egrity  of the  netwo rk to pol ogy. After   the formation  of the network to polo g y, may enc o u n t er many un expecte d situ ations, such  as  netwo rk  nod e  positio n, net work n ode s h a ve no e nerg y , or is  subj ect to certai n ob stacl e blo c ked  and  so  on,  will have a n  im pact  on the  n e twork to pol o g y, and n e twork ap plicatio n effect. In th e   desi gn of ro u t ing proto c ol  sho u ld be full y taken  into  accou n t the chara c te risti c s of the netwo rk  topology dyn a mics, in ord e r to red u ce the in fluen ce  brou ght by the netwo rk n o de failure.       4. Optimizati on of Ro utin g Protocol in  Wireless Se nsor Net w o r ks Ba sed on  Impro v ed Ant  Colon y  and  Particle S w a r m Algorithm  Perform a n c e  evaluation  of WSN  rout ing pr otocol can be  me a s ured  from multiple   asp e ct s. The  analysi s  of  the routin g  proto c ol,  he re from  wh e t her the top o logy of ro uting  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 10, Octobe r 2014:  748 6  – 7494   7492 proto c ol s, protocol p e rfo r mance,  the n e twork life time, need to  maintain mult iple path s , ro bust,  scalabl e routi ng p r oto c ol i n  the n e two r k Fe stiv al, whether to p r o v ide QoS  su pport fo r m o bility  sup port, or  whether to p r o v ide se curity mech ani sm e t c. the summ ary.  Location info rmation  of m any ro uting  proto c ol s for wirele ss  se nso r  n e two r ks requi re   sen s o r  nod es. Becau s e th e WSN d o e s  not have access to a mechani sm simil a r to IP addre ss,   and is di stri b u ted in a pa rticula r  area, they can m a ke the tran sm i ssi on of data  in some e n e r gy  saving metho d s usin the  address  i n formation.  Th erefore, if  kno w n in du ction  are a , u s ing  the  sensor locati on, query informati on  will be issued only  to the perc ei ved area, reduce the number   of data tran smissi on.   Becau s e th traditional PS O is often th e se arch in t he middl e of  the global  an d local  best po sition , searchin g cap ability and conve r ge n c e pe rform a nce i s  heavil y depende nt on  con s tant acceleratio n  and  inertia weig ht settings , in orde r to overcome the shortcomin gs,  the  Gau ss fun c ti on wa s intro duced to the  PSO algorit hm, is used to guide the  movement of  th e   particl es; GP SO does n o t requi re the i nertia weight,  and co nsta n t  accel e ratio n  generated by  random  the number of  Gauss  distri but ion. Tension will  be  call ed the PSO:S PSO stretchi ng   techni que  an d defle ction   and  rej e ction  tech nolo g applie d to th e PSO, to  tra n sform the  ta rget   function, limit  the p a rticl e  t o  have  foun a lo cal mi nim u solution  o f  motion,  whi c help s  to  h a ve   more of a cha n ce to find th e global o p timal solutio n , as is  sho w n b y  Equation (8 ).    1 11 () tt t t ij t i j i j i j v v c r pbe s t x                                                                                     (8)     Cha nge the  p a rticle i nertia  weig ht swarm algo rithm  a kin d  of dyn a mic. In the  algorith m the algo rithm  cha nge  ine r tia wei ght op e r ation  e ffect,  by the evoluti on  spee of particl e swarm  optimizatio n and  p a rticl e  swarm agg re gation  d egr e e  com p rehe n s ive de ci sion . Compa r e d   with   the LDW alg o rithm, the average n u mb er of iteratio ns at least  a n  averag e re ductio n  of 25%,  conve r ge nce spe ed an d accuracy a r e im proved o b vio u sly. Che n  G u imin, on the  basi s  of LDW,  and give s three  kind s of  nonline a r d e crea sing in er tia weight  strategy, fou nd that for  most  contin uou s o p timization p r oblem s, the strategy  of d e crea sing  co ncave fun c tio n  is better th an  that of linear strategy, while t he linear  strategy is bett e r than  the  co nvex function  strategy.   Elitist ant system, ran k  b a sed ant  syste m ant col ony  system  and  the maximu min ant   algorith m , ant colony optimization al go rithm acco rd i ng to the basic ant colo ny algorithm for its  sho r tco m ing s , improve th e  perfo rma n ce  of the al gorit hm. Re gardle s s of is the  b a si c ant  col o n y   algorith m  an d improve d  a n t colony al g o rithm, is  the  single  sp eci e s, sin g le al g o rithm ba se d  on   pheromo ne,  not made  fu ll use  of pa rallel a nd  di stribute d  co mputing a n d  other  excell ent  cha r a c teri stics of ant colo n y  algorithm, can not fu lly reflect the com p lexity of real ant soci ety.  Overweight  may lead to seriou s net work co nge stion  and even con gestio n  colla pse loa d   node clo s e r   to the ba se  st ation in  wirel e ss  sen s o r  n e twork,  sen s or n ode s n e a r  the  ba se  sta t ion   is sel e cte d  from one of the mole cula r aggr e gation  node, other node s only throug h the su b   assembly co mmuni cate s with  the sin k   node   c an, a s  the  se nsor node s i n  co mmon u s e  m any  different ant  in ant colony  algorith m  b e twee n ph eromone i n tera ction a nd dy namic upd ate to  quickly find the optimal pat h from the so urce  nod e to the sin k  no de  co st small  so n.  By using the  object o r ient ed OM NeT + + as th e sim u lation platfo rm of multi ant colony  algorith m  an d efficient  acce ss load  a w are  cro s s l a yer routing   proto c ol  ba sed on  Desi g n  of  experim ent. Perceived a s  (0,0) to  (1 84 51,665 21)  sq uare plan ar monitori ng  a r ea,  se nsor n ode are  ran domly  deploye d  2 6 0 , simul a tion  time is  120 0s. Con s ide r in g  the reality of  se nsor  network  node, the no de is the ma ximum transmissi on di sta n ce i s  set to 90m, the fixed sin k  nod e s   locatio n  is  (4 5125 4). Tran smissio n  of the data p a cket size is 1 0 2 4 B, buffer qu eue len g th is set   of sensor no d e s into 100 d a ta packets, the sou r ce no de gene rate s data at a rate of 10packet / s.  The IEEE802 .11 protocol  use s  MA C la yer. Ope r at io n of improve d  pa rticle  swarm o p timizat i on   algorith m  and  ant colony al gorithm to op timize t he pro g ram of wi rel e ss se nsor n e twork routin g,  averagi ng the  result s of 20  experim ents t o  comp are, in Figure 2.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Optim i zation of Routing Protocol in  Wire less  Sensor  Networks b y  I m pr ove d … (T ianshun  Hua ng)  7493     Figure 2. Co mpari s o n  of Routin g Proto c ol in Wi rele ss Sensor  Net w orks Based  on Improve d  Ant  Colo ny with Particle S w arm  Algorithm       From the  sim u lation results it is not diffi cult  to see th at, the numb e r of ant s the  size of M  ant col ony a l gorithm  cycl es  (converge nce )  influ e n c e incre a ses  linearly  cha n ge, wh en th number of  ants is too la rge (such  as cl ose to the  scale of  the problem),  while the  stability and  global  search  is improved,  but th e al go rithm  c onve r gen ce  rate  sl ow. A  numb e r of  ants in  a n colony algorit h m m  choice, shou ld  also consi der th e global  search ab ility and convergence   spe ed of two  indicators.  Thro ugh theo retical a nalysis and sim u la tion sho w  tha t, the particle swa r m optim ization   algorith m   for wirel e ss se nsor netwo rk  b u sin e ss  dyna mic  sched ulin g, a MT CH a t  the en d of t h e   subframe is  starting a M T CH frame  of a great   probability. According to  thi s  conclusion,  onl y   indicates the  MTCH o c cu pied by the sub fra m e in  DSI in the  starting e nd  sub fra m e o r   subframe, gai n scheduli ng  informatio n correspon di ng  to the user can be accu ra tely. Compared  with the  meth od of i ndi cati ng e nd  su b frame, i ndi cati ng meth od  st arting  su b fra m e's presen ce in   MTCH the  e nd of  sub f r a m e is not g o od po siti oni n g  problem. B a se d on  the  combi nation   o f   advantag es of  indication method  e nd sub  f r ame  at the sa me ti me, throu gh  further  analy s is  found, an  ant  colo ny algo ri thm occu pied  sub  fram e n u mbe r  not m u ch, the  ab solute po sition  of  the sub fram es en d sub frame indi cate s the i ndex m e thod still ha s som e  red u n dan cy, this paper  prop oses a e nd sub frame  differen c e i n dex sche me   points, to fu rt her  red u ce th e overhea d o f   DSI informati on.       5. Conclusio n   The pa per  prese n ts optimi z ation of rout ing  protocol in wirele ss  se nso r  net works ba sed   on imp r oved  ant col ony an d parti cle  swarm al gorith m . This p ape r u s es the a n t  colony al gorithm   and imp r ove d  particl e swarm alg o rith m to optimiz e the routing  in wirele ss sen s o r  network,   according to t he speci a l re quire ment s of netwo rk , the  node s in a  si ngle ho p del a y  and statisti cs  obtaine d MA C laye nod e  acce ss effi ciency, lo ad  p a ram e ters  of que ue l engt h info rmation  as  routing p a th sele ction. Experim ents  sh ow that, t he algorith m  to solve the opti m al tran smission   path that  ca n meet th need of wi reless  se ns or networks,  real-tim e,  reli ability and  l oad  balan cing  an d othe r re qui rements, to  en sure the  even t driven  wirel e ss sen s o r  n e twork  quality of  serv i c e.       Ackn o w l e dg ements   This p ape r i s  supp orted  by the natio nal scie nce  and te chn o lo gy sup port p r og ram   (SQ20 13BAY4553 ).      Referen ces   [1]  J Ibriq, I Mah gou b. Cluster- B ased r outin g  in  w i r e less s ensor  net w o rk s: Issues and  chall e n g e s .   Performanc e Evalu a tion  of Co mp uter T e lec o mmu n icati on S ystem . 20 04; Jan: 759- 76 6.  [2]  Lon g Che ngz h i , Luo Jia npi ng , Xia ng Manti a n, Yu  Guicai. Rese arch on t he Ant Col o n y  Optimizatio n   Algorit hm for Load Ba la nce in  W S N.  JCIT . 2 012; 7(1 8 ): 425 - 433.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 10, Octobe r 2014:  748 6  – 7494   7494 [3]  Yunl ian g  Pa n,  Jun  Du, W e it ao H u . An  ant  colo n y  o p timi zation-s upp ort  vector mach in e for gr ou nd   target optimal tracking.  IJACT . 2013; 5(9): 69 6- 703.   [4]  D Gan e san,  Govind an, S S henk er, D Estri n , Hig hl Resi li ent. Ener g y  Efficient M u lti path  Routi n g   i n   Wireless Sens or Net w orks.  Mobil e  Co mputi n g and C o mmu n icati on Rev i e w  (MC2R) . 200 2; 1(2).  [5]  Andi Mu hamm ad Il yas, M N a tsir Rahm an.  Econom ic  Dis patch T hermal  Generator Us ing Mo difi e d   Improved Particle S w arm Opt i mization.  T E L K OMNIKA Ind ones ian  Jo urn a l of E l ectric al  Engi ne erin g 201 2; 10(3): 45 9-47 0.   [6]  D Braginsky , D Estrin.  Rumor  Routin g Algor i t hm for Sensor  Netw orks . in the Proce edi ng s of the F i rst  W o rkshop o n  Sensor N e t w or ks and App lic ations (W SNA), Atlanta, GA. 2002.   [7]  N Hi gash i , H  Iba. Particle  s w a rm optimization  w i t h  Gaussian mutation. Institute of El ectrical  an d   Electron ics En gin eers . 20 03; (4): 72-79.   [8]  Xi on g Ji an- qia ng, H u a ng J u - hua,  Li ao Qu n.  Simul a tio n  A n al ysis  of C ontr o lli ng  Buffetin g  Nois e B a se on Hy br id Particle S w arm Algorithm.  JCIT . 2 012; 7(2 3 ): 753 - 761.   [9]  Haij ia ng W a ng , Shan lin  Ya n g . Electricit C onsum ption  Pr edicti on B a se d  on S V w i t h  Ant Co lo n y   Optimization.  T E LKOMNIKA Indo nesi an Jo u r nal of Electric al Eng i ne eri n g .  2013; 1 1 (11):  692 8-69 34.   [10]  Banks A, Vi nc ent J, An yak o ha C. A  rev i e w   of  partic l e s w a rm o p timiza tion.  Part I: ba ckgrou nd  an d   deve l op ment N a tural C o mputi n g . 200 7; 45(6) : 467-48 4.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.