2.3 蟻群算法研究
蟻群算法源於對蟻群尋找食物過程的研究。觀察發現，一旦有螞蟻找到食物，在食物和巢穴之間很快就能形成一條近似最短的蟻路，並且蟻路上的螞蟻會越來越多直到食物消耗殆盡。並且，一旦出現斷路情況，蟻群能快速繞過障礙物重新尋找食物並形成新的蟻路。蟻群算法已經成為一種優秀的獲取優化路徑的幾率型算法。由於蟻群算法具有良好的正反饋性、多樣性、健壯性以及自適應性、自組織性，越來越多的被應用於路由優化問題[4]。
為了保證螞蟻的多樣性，基於式（1），螞蟻k從位置r移動到位置j的概率計算公式為式（5）。其中，r為（0，1）上均勻分布的隨機數，p0∈（0，1），當螞蟻從位置i，選擇路徑到達位置j時。選取一個隨機數r。若r>p0，根據式（1）選擇路徑，若r≤p0，則根據式（5）選擇最優路徑。
在前向螞蟻到達目的節點後，會將其攜帶的信息存放至目的節點，所有的螞蟻都完成這一過程後，根據信息選擇最優路徑並派出後向螞蟻，後向螞蟻將根據信息進行全局信息素更新，其中，Δτ=c×Ebest，c為常數， Ebest為路徑最優評價值。
當網絡中某一節點要和目標節點進行通信時，此節點作為源節點，查找路由表是否存在和目標節點連通的路徑，如果不存在，將根據式（1）和式（2）的規則，前向螞蟻根據啟發信息和信息素強度，從源節點的鄰居列表中選擇路徑到達下一節點，並記錄所經節點的負載接納率、IP地址和路徑的時延。中間節點接受前向螞蟻後，根據本節點的負載情況判斷是否接納前向螞蟻，前向螞蟻選擇其他路徑請求接收，避免持續擁堵。如果中間節點不處於擁塞狀態，則接受前向螞蟻的信息，並建立更新信息素，重複上述過程繼續轉發下一節點。當前向節點到達目的節點時，首先目的節點和源節點之間建立信息素表並由式（5）、式（6）和更新信息素值派出後向螞蟻返回源節點。由於後向螞蟻是根據建立或者更新的信息素表返回，在全局修正的基礎之上，其經過的路徑信息素值在增加，其他路徑在減少，當到達源節點後，後向螞蟻銷毀。過程結束[5]。
在整個路徑發現過程中，要避免擁塞的節點成為路由節點，並選擇負載接納能力強的路徑建立路由，節點要周期性的判斷本節點的負載能力，可能發生擁塞的節點要通知上遊節點減少發送的信息，避免發生嚴重的擁堵[6]。
3 軟硬件設計
3.1 係統硬件電路設計
LED模塊包括繼電器模塊和調光模塊兩部分。調光模塊通過采用PWM調光原理實現。PWM調光的基本原理是保持LED 正向導通電流恒定，而通過控製電流導通和關斷的時間比例，即改變輸入脈衝信號的占空比，使LED 產生亮暗變化；並利用人眼的視覺殘留效應，當LED 亮暗變化頻率大於120 Hz 時，人眼就不會感覺到閃爍，而看到的是LED 的平均亮度。PWM 調光的優勢在於LED 正向導通的電流是恒定的，LED 的色度就不會像模擬調光時產生變化。PWM信號由主控MCU產生R、G、B、W四路信號，采用高性能的PT4115恒流芯片驅動，能將直流電壓直接轉換成穩定的恒流輸出。
主控單元采用美國TI公司生產的CC2540芯片，適用於藍牙低功耗應用，同時也作為藍牙傳輸的核心部分。CC2540集成了2.4 GHz射頻收發器，是一款完全兼容8051內核的無線射頻單片機。CC2540使用單周期訪問SFR、DATA和主SRAM。當CC2540處於空閑狀態模式時，任何終端都可以將其恢複到主動模式。該芯片的8051不具有PWM模塊，但可以通過定時器和通用輸入輸出產生PWM信號。
整個係統初始化後，判斷該節點是否加入網絡，如果沒有加入網絡，則尋找相鄰節點並查找鏈路表加入網絡。在節點加入網絡後，等待中斷，並開始接收控製指令。整個控製分為開關控製和調光控製兩部分，並及時回傳燈光狀態。