[发明专利]基于改进量子遗传算法的多跳网络路由协议

说明书

本发明适用于无线传感网络路由发现协议技术领域，提供了基于改进量子遗传算法的多跳网络路由协议，包括系统模型、路由发现协议和簇拥护，所述系统模型为路由发现协议的实现提供模型。本发明在路由发现的过程中，在无线自组网按需平面距离向量路由协议AODV的基础上，结合量子遗传算法进行簇头和路由路径的选择；同时提出量子遗传算法的改进方案，在量子比特初始化种群和量子旋转门更新种群的基础上，提出新的旋转角度调整策略：自适应旋转角度；同时提出用重复节点寻址的方法来解决传统AODV路由发现协议中出现的广播风暴问题；提出剩余能量参数对比的簇拥护策略来降低网络能量消耗，延长网络生命周期。

技术领域

本发明属于无线传感网络路由发现协议技术领域，尤其涉及基于改进量子遗传算法的多跳网络路由协议。

背景技术

随着近几年信息技术的高速发展，WSNs在军事，防灾，环境监测，智能交通，智能家居等领域都有广泛的应用。但是由于WSNs中的节点能量通常是有限的，且大多网络中都没有节点能量补偿措施，所以合理利用节点能量，进而提高WSNs的网络生命周期一直都是无线传感网络中的重要研究方向。

低能量自适应分簇路由协议(LEACH：Low Energy Adaptive ClusteringHierarchy)，经典的分簇路由协议，通过循环的方式，每个周期都随机选择节点作为簇头，保证簇内的每个地震仪界节点的能量都能得到平均分配，从而提高网络生存周期。但是协议没有说明簇头节点如何分布才能及整个网络，这就会导致被选的簇头节点集中在网络某一区域的现象，使得一些节点的周围没有任何簇头节点。

无线自组网按需平面距离向量路由协议(AODV：Ad hoc On-Demand DistanceVector Routing)中，在建立路由路径的时候，服务器首先广播一个RREQ报文的路由请求，节点在收到RREQ报文后再将报文广播给下游节点，如此重复，直到到达最终节点，然后节点沿原路返回RREP报文给服务器，完成路由路径的建立。但是由于中间节点之间可以相互通信，所以可能会导致同一个广播消息或者数据包在两个节点之间来回传输，引起广播风暴。

中国专利CN111970743A中提出一种基于混沌遗传算法的无线传感网络负载均衡路由协议，考量了能量消耗最小化和负载均衡的问题，并且合理地进行簇拥护，但是该算法交叉操作依旧采用传统的两点交叉，这就使得算法的收敛速度过慢，增加了时间成本和能量消耗。

中国专利CN111065107A中提出基于量子遗传算法无线传感网络中簇拥护方法，当簇头能量过低时会重新进行路由发现，但是没有采取合适的策略来保护低能量节点，即能量较低或仅仅高于阈值能量的节点也有可能作为簇头，会导致刚完成路由发现就又需要进行路由发现，严重浪费时间并且浪费节点能量，使得网络的生命周期大大缩短。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供基于改进量子遗传算法的多跳网络路由协议，旨在解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于改进量子遗传算法的多跳网络路由协议，包括：

系统模型，所述系统模型为路由发现协议的实现提供模型；

路由发现协议，所述路由发现协议通过在AODV协议的基础上结合量子遗传算法的方式，根据节点的状态建立适应度函数，并经过迭代计算后找出最优路由路径和簇头；

簇拥护，所述簇拥护通过设定剩余能量参数对比的方式来重新成簇和路由发现。

进一步的，寻找所述最优路由路径和簇头的具体步骤为：

通过量子比特构建初始种群，进行选择操作，利用量子旋转门以及自适应旋转角度来进行交叉操作，利用UDP协议传回的节点状态以及位置信息构建适应度函数；