改进蜂群协议能量的无线传感网QoS路由方法与流程
本技术涉及一种无线传感网qos路由方法，特别涉及一种改进蜂群协议能量的无线传感网qos路由方法，属于无线传感器网络路由。
背景技术：
：：1、无线传感器网络是由许多具有除了数据传输功能以外，还能进行数据存储和计算的无线传感器结点组合而成。目前对这项技术的研究重心放在了降低结点的能耗和网络的自组织能力上。2、无线传感器网络以很多布置在测控范围里的微小的传感器结点进行简单计算和数据传输功能组成的可以自适合的网络，无线传感器网络的功能是在测控区域进行搜集和处理各类对象的信息，并最终将处理好的数据传送到用户或基站。无线传感器的组成一般通过基站和布置在监测范围内的大量的无线网络结点组成。单个结点的功耗比较小，具有有限的计算和通信能力，处理的数据相对并不可靠，而大量的这样的结点自组织形成的网络系统的可靠性普遍满足相关
技术领域：
：的要求。随着无线传感器技术的发展，该技术已被应用到多个领域，其中包括智能医疗、智能交通、智能家电、基础设施监测、生态监测与灾害预警、农业生产、工业等领域。3、随着技术的发展，无线网络技术将被运用到更多恶劣的环境中，相对于传统网络结点，容易使单个无线传感器结点更易失效，降低对整体传感器网络的服务支持。无线传感器网络在不断扩展和完善的进程上仍面临诸多的挑战：一是能耗问题，绝大部分的无线传感器网络的传感器结点由电池供电，传感器结点的能量有限。整个网络的能量也是有限的，只能正常工作一定的时长，由于能源耗尽而造成网络的失效。通过优化传输协议、改进传感器结点的设备等方式可以降低网络的能耗以达到延长网络生命周期的目标，但是能耗问题仍是目前无线传感器网络面临最大的问题。二是拓扑结构构造直接影响网络的多项服务质量，包括网络的覆盖率，连通性等，一个适合应用同时提高服务质量的拓扑结构至关重要。三是成本问题，硬件成本来自传感器结点，虽然单个传感器结点的设备费用较低，但是无线传感器网络通常是布置大量结点的网络，网络的维护过程需要更新设备网络中涉及的各类协议和具体应用服务的开销都影响设备寿命，可以从网络管理和维护方面考虑，降低网络成本。四是安全问题，无线传感器网络通过降低网络服务质量或改变工作结点的数量，让部分结点进入睡眠状态从而达到降低网络能耗来节约成本。虽然节约了能源，但不可避免的带来一些潜在的安全问题。在物理层，网络容易无线干扰或物理破坏问题。在数据链路层，网络可能出现通信冲突，能源耗尽和非公平竞争等问题，在网络层，网络可能会遇到路由报文丢弃，误导攻击和黑洞攻击等问题。4、除此之外，现有技术的无线传感网qos路由需要解决的问题和本技术关键技术难点包括：5、(1)现有技术的路由协议并不能满足无线传感器网络的需求，无线传感器网络要求的网络能提供除了传统网络所要求的带宽、时延、延时抖动、丢失率、吞吐量等性能要求以外还要考虑整体网络的生命周期、网络的覆盖率、连通度和网络的耗能情况，传统网络路由协议无法满足无线传感网对于服务质量的要求，在网络时延、结点和系统总体能耗、结点存活数量等方面存在缺陷，传输路线的可靠性和效率较低。6、(2)现有技术的无线传感网qos路由未考虑结点剩余能量因素，在寻径过程中未考虑路径能耗对最优路径的判断影响，无法充分利用高能结点和保护低能结点，导致网络结点能量不均衡，造成无线传感网稳定性较差。7、(3)现有技术路由协议无法动态更新，在网络工作过程中，最优路径的结点可能由于能量耗尽，认定损坏等原因而降低了工作能力影响路径的服务质量，现有技术无法定时对路由进行信息更新来保证获取的路径是当时的最优路径，导致网络的生命周期短，网络中结点的能耗不均衡。技术实现思路1、针对现有技术的不足，本技术对传统网络路由协议进行改进，引入结点剩余能量因素，实现路由协议动态更新，满足无线传感器网络对于服务质量的要求。改进蜂群算法融入新的协议与能量本来完成路由寻径，并在此基础上添加一些qos约束，包括网络时延和网络能耗来保证传输路线的可靠高效。本技术的路由协议满足无线传感器网络的需求，网络能提供除了传统网络所要求的带宽、时延、延时抖动、丢失率、吞吐量等性能要求以外，还充分考虑了整体网络的生命周期、网络的覆盖率、连通度和网络的耗能情况。在网络时延、结点和系统总体能耗、结点存活数量等方面有较大的改善，无线传感网路由传输路线的可靠性和效率提高。2、为实现以上技术效果，本技术所采用的技术方案如下：3、改进蜂群协议能量的无线传感网qos路由方法，基于无线传感器网络对于服务质量的要求，通过引入结点剩余能量因素和路由协议动态更新对网络路由协议进行改进，改进蜂群算法融入新的协议与能量来完成路由寻径，并在此基础上添加一些qos约束，包括网络时延和网络能耗来保证传输路线的可靠高效，具体改进内容包括：4、1)引入结点剩余能量因素：在寻径过程中加强路径能耗对最优路径的判断影响，更多利用高能结点，保护低能结点，使网络结点比原来能量均衡。5、2)路由协议动态更新：在改进算法中定时对路由进行信息更新来保证获取的路径是当时的最优路径，避免最优路径的结点由于能量耗尽、认定损坏而降低工作能力影响路径的服务质量。6、优选地，改进蜂群协议能量路由算法:7、首先建立一个无线传感器网络模型，设置结点数量和结点的地理位置，给结点随机设置各个参数的数值，包括结点的能量、邻接点范围、位置信息，设置相邻结点间的带宽大小；8、分析随机结点vi计算结点下一跳的过程：定义下一跳结点位结点j，则j必须是结点i的邻居结点,结点j成为下一跳结点的概率用式1表示，其中pij表示从结点i出发选择下一跳结点，选中邻居结点j的概率：9、10、蜜蜂分为探寻蜂、引领蜂、跟随蜂三种，不同蜜蜂对同一条线路选择的概率不同，用wij表示不同蜜蜂类型，在结点i出选择下一跳结点为j的概率用式2得出，其中eij表示qos约束，通过对qos条件的符合度来决定结点j成为下一跳结点的概率，从而实现路由选择的qos约束：11、12、探寻蜂选择下一条结点的概率pij采用式3得到，设定蜜蜂没有走的路径为m：13、wij＝1/m 式314、跟随蜂选择下一条结点的概率p用式4得到,d为路径数量：15、16、计算路径p的各项网络路由qos数据，网络中的时延的消耗用式5表示：17、cost(p)＝∑delay(p) 式518、能量波动equal(p)以式6计算得到，在式中emax表示结点中能量最大值，energy(i)表示该路径中各结点能量值：19、20、不同的应用对网络层qos的需求不同,设置适合度函数式7来测试适合各种类型的应用，λ表示各类参数占服务要求的权重，计算得到的数值越小，表示选择的路径对应用提供的服务满足qos的程度越高，能耗情况也越好：21、fiti＝λ1/cost(p)+λ2/equal(p) 式722、在完成一条路径的构建后，重复上述步骤直到遍历该区域网络，比较各个路径的适合度，选择适合度最好的路径作为最优路径。23、优选地，假设无线网络下存在某条路径p＝(v1v2…vn)，p属于备选路径之一，则这条路径必须遵守下面几个qos路由约束：24、(1)时延约束：路径p的时延≤最小要求时延；25、(2)能量约束：路径p上的各结点的能量≥结点最低能量值；26、(3)带宽约束：路径p上的各条链路带宽≥最低要求带宽。27、优选地，改进蜂群协议能量的无线传感网qos路由流程分三个步骤：28、第1步：邻居结点进行路由信息的更新和维护：在初始阶段，所有结点都不具备任何网络路由信息，发送探测数据包获取邻居结点的路由信息，当在协议设定的响应时间内结点没有接收到相邻结点的应答报文，则认定该相邻结点已经死亡或失效，从路由表中移除该结点的路由信息；29、第2步：探寻蜂探测路由阶段：发送结点通过探寻蜂进行路由探测，以广播的方式进行转发数据包，探寻蜂在转发的过程中记录每次转发过程中经过的结点的信息，包括结点的地址、最小能量、条数信息并以堆栈的形式保存，探寻蜂到达目标结点后携带路径信息返回发送结点，发送结点根据各个探寻蜂返回的信息进行计算得到各个路径的适合度值，同时定期更新路由信息，删除路由表中已经失效的路径信息；30、第3步：采蜜蜂路由选择阶段：采蜜蜂根据轮盘赌的方式选择路径，适合度越高的路径被选择的概率越高，采蜜蜂也需要返回发送结点，采蜜蜂不仅传输数据，还记录路由信息，采蜜蜂返回发送结点后，更新路由信息。31、优选地，无线传感器网络qos路由架构：定义两种蜜蜂类型为探寻蜂f和回巢蜂b，探寻蜂从起始结点开始探寻，经过若干个中间结点，到达目标结点，在中间结点的传输过程中，蜜蜂记录经过结点的跳数，结点间链路的延时和带宽信息，在蜜蜂找到目标结点后，探寻蜂f改变状态为回巢蜂b，携带此前收集保存的信息按原路径返回起始点，在起始点分析这条路径的服务质量的适合度。32、6.根据权利要求1所述改进蜂群协议能量的无线传感网qos路由方法，其特征在于，无线传感网qos路由架构结点结构包括：33、起始结点地址(src_address_)：无线传感器网络中结点的独立标志，其它结点与其进行信息传输对结点身份验证的唯一标准；34、目标结点地址(des_address_)：发送结点以目标结点地址为依据进行路由选择和数据传输；35、结点能量(node_energy_)：是单个结点所有的剩余能量的多少，其使用时长就是结点的生命周期长短；36、发送包大小(packet_size_)：路由数据包发送的大小；37、路由表(vector<routertable>)：所有结点都设有路由表存储结点和局部网络或全局网络的路由数据，路由表里保存的路由信息包括目标结点地址、邻居结点地址、邻居结点路由状态、当前结点到下一结点之间路径能量消耗以及网络开销，探寻蜂通过分析路由信息选择下一跳结点，来实现对蜜源的探寻，引领蜂和跟随蜂则在网络通信的过程中维护或者更新路由表来实现路径的收敛；38、转发包指针(temp_packet_)：发送结点对目标结点信息传输过程表现在转发包上，转发包指针指向这一转发包，当一个结点收到一个转发包，需要对转发包内信息和自身比对确认自身是否为转发包的目标结点，如果不是则将转发包继续转发，在转发的过程中，对转发包设置一个定时器，定时器的数值设置是全局，不被中间结点改变，定时器的设置有助于系统对于内部结点进行监测；39、数据包生命周期(tll_max_)：给转发的数据包设置一个生命周期，限制数据包的网络中传输的跳数，当结点达到生命周期时，系统认定该结点已经无用或死亡，对结点作废弃处理，数据包生命周期的设置避免数据包在网络内做无用的转发工作；40、结点发送的数据量(send_numb)：表示发送结点向外发送的数据包的数量多少；41、结点接收的数据量(recieve_numb_)：表示发送结点接收到的反馈的数据包的数量多少；42、探寻蜂在到达目标结点后给发送结点发送一个带有路径信息的数据反馈给发送结点，发送结点通过分析接收到的反馈信息来确定最优路径，通过比对发送出去的数据量和最后反馈数据量的数值比较，得到发送和接收前后丢失的信息量，以此来计算线路的丢失率；43、优选地，无线传感网qos路由架构路由表结构包括：44、目标结点地址(des_address_)：在结点发送数据向目标结点进行数据传输的过程初始阶段，发送结点查看自身的路由表并提取目标结点的有用数据，如果没有监测到这部分的信息，发送结点开始进行探寻路由；45、下一跳结点：无线传感器网络中信息传输的进程中，发送结点发送的数据包经过若干个中间结点最后到达目标结点，每到达一个中间结点，中间结点经过一定的路由计算和分析选择其中一个相邻结点作为下一跳结点，如此重复直到下一跳是目标结点并完成数据传输；46、路径结点栈：以栈的方式保存从发送结点到目标结点完整路径上的中间结点的路由信息；47、跳数：表示数据包在网络中的存在时长，其数值和数据包在转发过程中经历结点的个数相同，每转发到一个新的结点，跳数的值加一，记录整条路径长短，是衡量最优路径的评价因素之一；48、最小能量值：结点的能源供应是随机分配且相互不同，这之中存在某个结点具有最少的能量，在一条完整的路径中，某个中间结点因能量消耗而失效会造成自身所在的那条线路也失去工作能力；49、适合度：是确定选择哪一条路径的最终依据，适合度是网络中多项qos标准的量化数据以一定的权重值相加得到的，适合度的值越高，说明这条路径满足应用，用户的要求或符合网络的合理能量分配以及资源管理，但在一次数据传输完成后，路径的适合度值会发生改变，需要网络动态更新最优路径。50、优选地，无线传感网qos路由架构数据包结构：51、发送结点地址(src_address_)：发送结点向目标结点发送的数据包中包含发送结点地址的信息，模型中探寻蜂携带着发送结点的这一项地址信息，在目标结点收到消息后，读取发送结点的地址信息并将反馈信息连同一起保存到返回结点都蜜蜂中；52、当前结点地址(temp_address)：表示在确认路径中某一条对应的结点地址，蜜蜂在路径上进行传输的并到达某一个结点，该结点将蜜蜂携带的信息中提取当前结点地址这项信息并将之与自身的地址信息进行比对，如果二者相同，则自身就是这一条结点，接收数据包并继续转发，否则，放弃接收蜜蜂；53、目标结点地址(des_address_)：是完整路径目标结点的地址信息，当发送结点发送的数据包到达目标结点，目标结点比对数据包携带的目标地址和自身的地址进行比较，如果一致，表示自身就是目标结点，进行数据的转发处理，否则将数据包的其它信息如当前结点信息进行比对并做出对应的处理；54、路径结点栈(vector<path_stack>)：探寻蜂在探寻过程中，把完整路径经过的所有结点的地址信息都记录下来保存在路径结点栈中，并回到发送结点将路径结点栈的数据保留给发送结点，采蜜蜂通过读取路径结点栈的信息来进行路由寻址，按照路径栈中若干结点组成的线路到达同一目标结点；55、上一条结点(index_)：探寻蜂在探寻阶段，每到达一个新的结点，将上一跳结点的数据存储在路在路径结点栈的最上面，探寻蜂从栈的最上面依次获取回溯路径的结点的地址信息，走原来的路径回到发送节点。56、数据包生命周期(tll_)：给转发的数据包设置一个生命周期，限制数据包的数据传输在网络中的跳数，当结点达到生命周期时，系统认定该结点已经无用或死亡，对结点作废弃处理，数据包生命周期的设置能避免数据包在网络内做无用的转发；57、应答类型(ack_)：在数据包中做一个应答类型的标记，用0和1来区分，0表示自己作为发送节点接收到带有反馈信息的数据包，1表示自己作为目的节点接收到发送节点发来的数据包；58、蜜蜂类型(type_)：分析数据包的作用，从蜜蜂类型角度划分为探寻蜂和采蜜蜂两种。可以给类型设置“0”，“1”，“2”三种类型。类型0表示相邻节点进行信息交换；类型1表示这个数据包是探寻蜂类型；类型2表示数据包是采蜜蜂类型。59、与现有技术相比，本技术的创新点和优势在于：60、(1)本技术对传统网络路由协议进行改进，实现无线传感器网络对于服务质量的要求。改进蜂群算法融入新的协议与能量本来完成路由寻径，并在此基础上添加一些qos约束，包括网络时延和网络能耗来保证传输路线的可靠高效。本技术的路由协议满足无线传感器网络的需求，网络能提供除了传统网络所要求的带宽、时延、延时抖动、丢失率、吞吐量等性能要求以外，还充分考虑了整体网络的生命周期、网络的覆盖率、连通度和网络的耗能情况。在网络时延、结点和系统总体能耗、结点存活数量等方面有较大的改善，无线传感网路由传输路线的可靠性和效率提高。61、(2)本技术创造性的引入结点剩余能量因素：在寻径过程中加强路径能耗对最优路径的判断影响，更多利用高能结点，保护低能结点，使网络结点比原来能量均衡，结合网络服务质量qos，提供一定保障来实现应用的指令信息在网络中畅通的进行传输，降低了结点的能耗，强化了网络的自组织能力，有利于这项技术更好的应用到环境的监视，自然灾害的防治，以及其它各领域中。62、(3)本技术创造性的实现了路由协议动态更新：在网络工作过程中，最优路径的结点可能由于能量耗尽，认定损坏等原因而降低了工作能力影响路径的服务质量，在改进算法中会定时的对路由进行信息更新来保证获取的路径是当时的最优路径。通过对实验结果的分析，改进算法实现了预期的目标，在保证时延没有太大改变的情况下，延长了网络的生命周期，网络中结点的能耗更加均衡。当前第1页12当前第1页12
技术特征：
技术总结
本申请的改进蜂群协议能量的无线传感网QoS路由方法，对传统网络路由协议进行改进，引入结点剩余能量因素，实现路由协议动态更新，满足无线传感器网络对于服务质量的要求。改进蜂群算法融入新的协议与能量本来完成路由寻径，并在此基础上添加QoS约束，包括网络时延和网络能耗来保证传输路线的可靠高效。本申请的路由协议满足无线传感器网络的需求，网络能提供除了传统网络所要求的带宽、时延、延时抖动、丢失率、吞吐量等性能要求以外，还充分考虑了整体网络的生命周期、网络的覆盖率、连通度和网络的耗能情况。在网络时延、结点和系统总体能耗、结点存活数量等方面有较大改善，无线传感网路由传输路线的可靠性和效率提高。
技术研发人员：赵启梦,李淇,吴光
受保护的技术使用者：赵启梦
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23
背景技术：
：：1、无线传感器网络是由许多具有除了数据传输功能以外，还能进行数据存储和计算的无线传感器结点组合而成。目前对这项技术的研究重心放在了降低结点的能耗和网络的自组织能力上。2、无线传感器网络以很多布置在测控范围里的微小的传感器结点进行简单计算和数据传输功能组成的可以自适合的网络，无线传感器网络的功能是在测控区域进行搜集和处理各类对象的信息，并最终将处理好的数据传送到用户或基站。无线传感器的组成一般通过基站和布置在监测范围内的大量的无线网络结点组成。单个结点的功耗比较小，具有有限的计算和通信能力，处理的数据相对并不可靠，而大量的这样的结点自组织形成的网络系统的可靠性普遍满足相关
技术领域：
：的要求。随着无线传感器技术的发展，该技术已被应用到多个领域，其中包括智能医疗、智能交通、智能家电、基础设施监测、生态监测与灾害预警、农业生产、工业等领域。3、随着技术的发展，无线网络技术将被运用到更多恶劣的环境中，相对于传统网络结点，容易使单个无线传感器结点更易失效，降低对整体传感器网络的服务支持。无线传感器网络在不断扩展和完善的进程上仍面临诸多的挑战：一是能耗问题，绝大部分的无线传感器网络的传感器结点由电池供电，传感器结点的能量有限。整个网络的能量也是有限的，只能正常工作一定的时长，由于能源耗尽而造成网络的失效。通过优化传输协议、改进传感器结点的设备等方式可以降低网络的能耗以达到延长网络生命周期的目标，但是能耗问题仍是目前无线传感器网络面临最大的问题。二是拓扑结构构造直接影响网络的多项服务质量，包括网络的覆盖率，连通性等，一个适合应用同时提高服务质量的拓扑结构至关重要。三是成本问题，硬件成本来自传感器结点，虽然单个传感器结点的设备费用较低，但是无线传感器网络通常是布置大量结点的网络，网络的维护过程需要更新设备网络中涉及的各类协议和具体应用服务的开销都影响设备寿命，可以从网络管理和维护方面考虑，降低网络成本。四是安全问题，无线传感器网络通过降低网络服务质量或改变工作结点的数量，让部分结点进入睡眠状态从而达到降低网络能耗来节约成本。虽然节约了能源，但不可避免的带来一些潜在的安全问题。在物理层，网络容易无线干扰或物理破坏问题。在数据链路层，网络可能出现通信冲突，能源耗尽和非公平竞争等问题，在网络层，网络可能会遇到路由报文丢弃，误导攻击和黑洞攻击等问题。4、除此之外，现有技术的无线传感网qos路由需要解决的问题和本技术关键技术难点包括：5、(1)现有技术的路由协议并不能满足无线传感器网络的需求，无线传感器网络要求的网络能提供除了传统网络所要求的带宽、时延、延时抖动、丢失率、吞吐量等性能要求以外还要考虑整体网络的生命周期、网络的覆盖率、连通度和网络的耗能情况，传统网络路由协议无法满足无线传感网对于服务质量的要求，在网络时延、结点和系统总体能耗、结点存活数量等方面存在缺陷，传输路线的可靠性和效率较低。6、(2)现有技术的无线传感网qos路由未考虑结点剩余能量因素，在寻径过程中未考虑路径能耗对最优路径的判断影响，无法充分利用高能结点和保护低能结点，导致网络结点能量不均衡，造成无线传感网稳定性较差。7、(3)现有技术路由协议无法动态更新，在网络工作过程中，最优路径的结点可能由于能量耗尽，认定损坏等原因而降低了工作能力影响路径的服务质量，现有技术无法定时对路由进行信息更新来保证获取的路径是当时的最优路径，导致网络的生命周期短，网络中结点的能耗不均衡。技术实现思路1、针对现有技术的不足，本技术对传统网络路由协议进行改进，引入结点剩余能量因素，实现路由协议动态更新，满足无线传感器网络对于服务质量的要求。改进蜂群算法融入新的协议与能量本来完成路由寻径，并在此基础上添加一些qos约束，包括网络时延和网络能耗来保证传输路线的可靠高效。本技术的路由协议满足无线传感器网络的需求，网络能提供除了传统网络所要求的带宽、时延、延时抖动、丢失率、吞吐量等性能要求以外，还充分考虑了整体网络的生命周期、网络的覆盖率、连通度和网络的耗能情况。在网络时延、结点和系统总体能耗、结点存活数量等方面有较大的改善，无线传感网路由传输路线的可靠性和效率提高。2、为实现以上技术效果，本技术所采用的技术方案如下：3、改进蜂群协议能量的无线传感网qos路由方法，基于无线传感器网络对于服务质量的要求，通过引入结点剩余能量因素和路由协议动态更新对网络路由协议进行改进，改进蜂群算法融入新的协议与能量来完成路由寻径，并在此基础上添加一些qos约束，包括网络时延和网络能耗来保证传输路线的可靠高效，具体改进内容包括：4、1)引入结点剩余能量因素：在寻径过程中加强路径能耗对最优路径的判断影响，更多利用高能结点，保护低能结点，使网络结点比原来能量均衡。5、2)路由协议动态更新：在改进算法中定时对路由进行信息更新来保证获取的路径是当时的最优路径，避免最优路径的结点由于能量耗尽、认定损坏而降低工作能力影响路径的服务质量。6、优选地，改进蜂群协议能量路由算法:7、首先建立一个无线传感器网络模型，设置结点数量和结点的地理位置，给结点随机设置各个参数的数值，包括结点的能量、邻接点范围、位置信息，设置相邻结点间的带宽大小；8、分析随机结点vi计算结点下一跳的过程：定义下一跳结点位结点j，则j必须是结点i的邻居结点,结点j成为下一跳结点的概率用式1表示，其中pij表示从结点i出发选择下一跳结点，选中邻居结点j的概率：9、10、蜜蜂分为探寻蜂、引领蜂、跟随蜂三种，不同蜜蜂对同一条线路选择的概率不同，用wij表示不同蜜蜂类型，在结点i出选择下一跳结点为j的概率用式2得出，其中eij表示qos约束，通过对qos条件的符合度来决定结点j成为下一跳结点的概率，从而实现路由选择的qos约束：11、12、探寻蜂选择下一条结点的概率pij采用式3得到，设定蜜蜂没有走的路径为m：13、wij＝1/m 式314、跟随蜂选择下一条结点的概率p用式4得到,d为路径数量：15、16、计算路径p的各项网络路由qos数据，网络中的时延的消耗用式5表示：17、cost(p)＝∑delay(p) 式518、能量波动equal(p)以式6计算得到，在式中emax表示结点中能量最大值，energy(i)表示该路径中各结点能量值：19、20、不同的应用对网络层qos的需求不同,设置适合度函数式7来测试适合各种类型的应用，λ表示各类参数占服务要求的权重，计算得到的数值越小，表示选择的路径对应用提供的服务满足qos的程度越高，能耗情况也越好：21、fiti＝λ1/cost(p)+λ2/equal(p) 式722、在完成一条路径的构建后，重复上述步骤直到遍历该区域网络，比较各个路径的适合度，选择适合度最好的路径作为最优路径。23、优选地，假设无线网络下存在某条路径p＝(v1v2…vn)，p属于备选路径之一，则这条路径必须遵守下面几个qos路由约束：24、(1)时延约束：路径p的时延≤最小要求时延；25、(2)能量约束：路径p上的各结点的能量≥结点最低能量值；26、(3)带宽约束：路径p上的各条链路带宽≥最低要求带宽。27、优选地，改进蜂群协议能量的无线传感网qos路由流程分三个步骤：28、第1步：邻居结点进行路由信息的更新和维护：在初始阶段，所有结点都不具备任何网络路由信息，发送探测数据包获取邻居结点的路由信息，当在协议设定的响应时间内结点没有接收到相邻结点的应答报文，则认定该相邻结点已经死亡或失效，从路由表中移除该结点的路由信息；29、第2步：探寻蜂探测路由阶段：发送结点通过探寻蜂进行路由探测，以广播的方式进行转发数据包，探寻蜂在转发的过程中记录每次转发过程中经过的结点的信息，包括结点的地址、最小能量、条数信息并以堆栈的形式保存，探寻蜂到达目标结点后携带路径信息返回发送结点，发送结点根据各个探寻蜂返回的信息进行计算得到各个路径的适合度值，同时定期更新路由信息，删除路由表中已经失效的路径信息；30、第3步：采蜜蜂路由选择阶段：采蜜蜂根据轮盘赌的方式选择路径，适合度越高的路径被选择的概率越高，采蜜蜂也需要返回发送结点，采蜜蜂不仅传输数据，还记录路由信息，采蜜蜂返回发送结点后，更新路由信息。31、优选地，无线传感器网络qos路由架构：定义两种蜜蜂类型为探寻蜂f和回巢蜂b，探寻蜂从起始结点开始探寻，经过若干个中间结点，到达目标结点，在中间结点的传输过程中，蜜蜂记录经过结点的跳数，结点间链路的延时和带宽信息，在蜜蜂找到目标结点后，探寻蜂f改变状态为回巢蜂b，携带此前收集保存的信息按原路径返回起始点，在起始点分析这条路径的服务质量的适合度。32、6.根据权利要求1所述改进蜂群协议能量的无线传感网qos路由方法，其特征在于，无线传感网qos路由架构结点结构包括：33、起始结点地址(src_address_)：无线传感器网络中结点的独立标志，其它结点与其进行信息传输对结点身份验证的唯一标准；34、目标结点地址(des_address_)：发送结点以目标结点地址为依据进行路由选择和数据传输；35、结点能量(node_energy_)：是单个结点所有的剩余能量的多少，其使用时长就是结点的生命周期长短；36、发送包大小(packet_size_)：路由数据包发送的大小；37、路由表(vector<routertable>)：所有结点都设有路由表存储结点和局部网络或全局网络的路由数据，路由表里保存的路由信息包括目标结点地址、邻居结点地址、邻居结点路由状态、当前结点到下一结点之间路径能量消耗以及网络开销，探寻蜂通过分析路由信息选择下一跳结点，来实现对蜜源的探寻，引领蜂和跟随蜂则在网络通信的过程中维护或者更新路由表来实现路径的收敛；38、转发包指针(temp_packet_)：发送结点对目标结点信息传输过程表现在转发包上，转发包指针指向这一转发包，当一个结点收到一个转发包，需要对转发包内信息和自身比对确认自身是否为转发包的目标结点，如果不是则将转发包继续转发，在转发的过程中，对转发包设置一个定时器，定时器的数值设置是全局，不被中间结点改变，定时器的设置有助于系统对于内部结点进行监测；39、数据包生命周期(tll_max_)：给转发的数据包设置一个生命周期，限制数据包的网络中传输的跳数，当结点达到生命周期时，系统认定该结点已经无用或死亡，对结点作废弃处理，数据包生命周期的设置避免数据包在网络内做无用的转发工作；40、结点发送的数据量(send_numb)：表示发送结点向外发送的数据包的数量多少；41、结点接收的数据量(recieve_numb_)：表示发送结点接收到的反馈的数据包的数量多少；42、探寻蜂在到达目标结点后给发送结点发送一个带有路径信息的数据反馈给发送结点，发送结点通过分析接收到的反馈信息来确定最优路径，通过比对发送出去的数据量和最后反馈数据量的数值比较，得到发送和接收前后丢失的信息量，以此来计算线路的丢失率；43、优选地，无线传感网qos路由架构路由表结构包括：44、目标结点地址(des_address_)：在结点发送数据向目标结点进行数据传输的过程初始阶段，发送结点查看自身的路由表并提取目标结点的有用数据，如果没有监测到这部分的信息，发送结点开始进行探寻路由；45、下一跳结点：无线传感器网络中信息传输的进程中，发送结点发送的数据包经过若干个中间结点最后到达目标结点，每到达一个中间结点，中间结点经过一定的路由计算和分析选择其中一个相邻结点作为下一跳结点，如此重复直到下一跳是目标结点并完成数据传输；46、路径结点栈：以栈的方式保存从发送结点到目标结点完整路径上的中间结点的路由信息；47、跳数：表示数据包在网络中的存在时长，其数值和数据包在转发过程中经历结点的个数相同，每转发到一个新的结点，跳数的值加一，记录整条路径长短，是衡量最优路径的评价因素之一；48、最小能量值：结点的能源供应是随机分配且相互不同，这之中存在某个结点具有最少的能量，在一条完整的路径中，某个中间结点因能量消耗而失效会造成自身所在的那条线路也失去工作能力；49、适合度：是确定选择哪一条路径的最终依据，适合度是网络中多项qos标准的量化数据以一定的权重值相加得到的，适合度的值越高，说明这条路径满足应用，用户的要求或符合网络的合理能量分配以及资源管理，但在一次数据传输完成后，路径的适合度值会发生改变，需要网络动态更新最优路径。50、优选地，无线传感网qos路由架构数据包结构：51、发送结点地址(src_address_)：发送结点向目标结点发送的数据包中包含发送结点地址的信息，模型中探寻蜂携带着发送结点的这一项地址信息，在目标结点收到消息后，读取发送结点的地址信息并将反馈信息连同一起保存到返回结点都蜜蜂中；52、当前结点地址(temp_address)：表示在确认路径中某一条对应的结点地址，蜜蜂在路径上进行传输的并到达某一个结点，该结点将蜜蜂携带的信息中提取当前结点地址这项信息并将之与自身的地址信息进行比对，如果二者相同，则自身就是这一条结点，接收数据包并继续转发，否则，放弃接收蜜蜂；53、目标结点地址(des_address_)：是完整路径目标结点的地址信息，当发送结点发送的数据包到达目标结点，目标结点比对数据包携带的目标地址和自身的地址进行比较，如果一致，表示自身就是目标结点，进行数据的转发处理，否则将数据包的其它信息如当前结点信息进行比对并做出对应的处理；54、路径结点栈(vector<path_stack>)：探寻蜂在探寻过程中，把完整路径经过的所有结点的地址信息都记录下来保存在路径结点栈中，并回到发送结点将路径结点栈的数据保留给发送结点，采蜜蜂通过读取路径结点栈的信息来进行路由寻址，按照路径栈中若干结点组成的线路到达同一目标结点；55、上一条结点(index_)：探寻蜂在探寻阶段，每到达一个新的结点，将上一跳结点的数据存储在路在路径结点栈的最上面，探寻蜂从栈的最上面依次获取回溯路径的结点的地址信息，走原来的路径回到发送节点。56、数据包生命周期(tll_)：给转发的数据包设置一个生命周期，限制数据包的数据传输在网络中的跳数，当结点达到生命周期时，系统认定该结点已经无用或死亡，对结点作废弃处理，数据包生命周期的设置能避免数据包在网络内做无用的转发；57、应答类型(ack_)：在数据包中做一个应答类型的标记，用0和1来区分，0表示自己作为发送节点接收到带有反馈信息的数据包，1表示自己作为目的节点接收到发送节点发来的数据包；58、蜜蜂类型(type_)：分析数据包的作用，从蜜蜂类型角度划分为探寻蜂和采蜜蜂两种。可以给类型设置“0”，“1”，“2”三种类型。类型0表示相邻节点进行信息交换；类型1表示这个数据包是探寻蜂类型；类型2表示数据包是采蜜蜂类型。59、与现有技术相比，本技术的创新点和优势在于：60、(1)本技术对传统网络路由协议进行改进，实现无线传感器网络对于服务质量的要求。改进蜂群算法融入新的协议与能量本来完成路由寻径，并在此基础上添加一些qos约束，包括网络时延和网络能耗来保证传输路线的可靠高效。本技术的路由协议满足无线传感器网络的需求，网络能提供除了传统网络所要求的带宽、时延、延时抖动、丢失率、吞吐量等性能要求以外，还充分考虑了整体网络的生命周期、网络的覆盖率、连通度和网络的耗能情况。在网络时延、结点和系统总体能耗、结点存活数量等方面有较大的改善，无线传感网路由传输路线的可靠性和效率提高。61、(2)本技术创造性的引入结点剩余能量因素：在寻径过程中加强路径能耗对最优路径的判断影响，更多利用高能结点，保护低能结点，使网络结点比原来能量均衡，结合网络服务质量qos，提供一定保障来实现应用的指令信息在网络中畅通的进行传输，降低了结点的能耗，强化了网络的自组织能力，有利于这项技术更好的应用到环境的监视，自然灾害的防治，以及其它各领域中。62、(3)本技术创造性的实现了路由协议动态更新：在网络工作过程中，最优路径的结点可能由于能量耗尽，认定损坏等原因而降低了工作能力影响路径的服务质量，在改进算法中会定时的对路由进行信息更新来保证获取的路径是当时的最优路径。通过对实验结果的分析，改进算法实现了预期的目标，在保证时延没有太大改变的情况下，延长了网络的生命周期，网络中结点的能耗更加均衡。当前第1页12当前第1页12
技术特征：
1.改进蜂群协议能量的无线传感网qos路由方法，其特征在于，基于无线传感器网络对于服务质量的要求，通过引入结点剩余能量因素和路由协议动态更新对网络路由协议进行改进，改进蜂群算法融入新的协议与能量来完成路由寻径，并在此基础上添加一些qos约束，包括网络时延和网络能耗来保证传输路线的可靠高效，具体改进内容包括：
2.根据权利要求1所述改进蜂群协议能量的无线传感网qos路由方法，其特征在于，改进蜂群协议能量路由算法:
3.根据权利要求1所述改进蜂群协议能量的无线传感网qos路由方法，其特征在于，假设无线网络下存在某条路径p＝(v1v2…vn)，p属于备选路径之一，则这条路径必须遵守下面几个qos路由约束：
4.根据权利要求1所述改进蜂群协议能量的无线传感网qos路由方法，其特征在于，改进蜂群协议能量的无线传感网qos路由流程分三个步骤：
5.根据权利要求1所述改进蜂群协议能量的无线传感网qos路由方法，其特征在于，无线传感器网络qos路由架构：定义两种蜜蜂类型为探寻蜂f和回巢蜂b，探寻蜂从起始结点开始探寻，经过若干个中间结点，到达目标结点，在中间结点的传输过程中，蜜蜂记录经过结点的跳数，结点间链路的延时和带宽信息，在蜜蜂找到目标结点后，探寻蜂f改变状态为回巢蜂b，携带此前收集保存的信息按原路径返回起始点，在起始点分析这条路径的服务质量的适合度。
6.根据权利要求1所述改进蜂群协议能量的无线传感网qos路由方法，其特征在于，无线传感网qos路由架构结点结构包括：
7.根据权利要求1所述改进蜂群协议能量的无线传感网qos路由方法，其特征在于，无线传感网qos路由架构路由表结构包括：
8.根据权利要求1所述改进蜂群协议能量的无线传感网qos路由方法，其特征在于，无线传感网qos路由架构数据包结构：
技术总结
本申请的改进蜂群协议能量的无线传感网QoS路由方法，对传统网络路由协议进行改进，引入结点剩余能量因素，实现路由协议动态更新，满足无线传感器网络对于服务质量的要求。改进蜂群算法融入新的协议与能量本来完成路由寻径，并在此基础上添加QoS约束，包括网络时延和网络能耗来保证传输路线的可靠高效。本申请的路由协议满足无线传感器网络的需求，网络能提供除了传统网络所要求的带宽、时延、延时抖动、丢失率、吞吐量等性能要求以外，还充分考虑了整体网络的生命周期、网络的覆盖率、连通度和网络的耗能情况。在网络时延、结点和系统总体能耗、结点存活数量等方面有较大改善，无线传感网路由传输路线的可靠性和效率提高。
技术研发人员：赵启梦,李淇,吴光
受保护的技术使用者：赵启梦
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23
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