基于量子遗传算法的无线传感器网络QoS路由选择算法研究 第13页
GA （1，4，29，35，40） 342 8292.2
表4.4 =1， =38时，最优路径值
最优路径p 路径时延D(p) 目标函数值（F）
QGA （1，3，8，34，38） 192 4776
GA （1，24，29，34，38） 284 6951.7
表4.5和表4.6给出了当N=80时，选取不同的源节点和目的节点，QGA和GA所求得最优路径p以及目标函数F值和路径时延D(p)的值。
表4.5 =1， =80时，最优路径值
最优路径p 路径时延D(p) 目标函数值（F）
QGA （1，23，8，74，80） 142 3533
GA （1，2，47，8，34，80） 151 5076.38
表4.6 =2， =76时，最优路径值
最优路径p 路径时延D(p) 目标函数值（F）
QGA （2，27，9，35，76） 294 4726.0
GA （2，63，24，30，76） 290 7126.25
由以上数据分析可知，该算法不仅能找到满足QoS路由要求的路径，而且最优解的时延和目标函数值均小于GA求得的最优解。说明算法在满足带宽和时延约束的条件下，进一步实现了优化网络资源利用、实现负载均衡的目的。
4.4 本章小结
本章主要研究了用量子遗传算法解决多约束QoS路由选择的优化问题，采用上一章提出的量子比特编码与译码策略，对多约束QoS路由模型进行归纳，并实现多次实验仿真。仿真结果表明，基于QGA的路由选择算法收敛速度快，可靠性更高，收敛效果明显优于基于GA的最短路径路由选择算法，获取最优路径的成功率更高。
第五章 基于量子遗传算法的无线传感器网络QoS路由选择算法研究 第13页
5.1 无线传感器网络的概念
无线传感器网络(wireless sensor network)是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者[32]。由于传感器节点数量众多，布设时只能采用随机投放的方式，传感器节点的位置不能预先确定；在任意时刻，节点间通过无线信道连接，自组织网络拓扑结构；传感器节点间具有很强的协同能力，通过局部的数据采集、预处理以及节点间的数据交互来完成全局任务。无线传感器网络是一种无中心节点的全分布系统。由于大量传感器节点是密集布设的，传感器节点间的距离很短，因此，多跳(multi-hop)、对等(peer to peer)通信方式比传统的单跳、主从通信方式更适合在无线传感器网络中使用，由于每跳的距离较短，无线发收器可以在较低的能量级别上工作。另外，多跳通信方式可以有效地避免在长距离无线信号传播过程中遇到的信号衰减和干扰等各种问题。无线传感器网络可以在独立的环境下运行，也可以通过网关连接到现有的网络基础设施上，如Internet等。在后面这种情况中，远程用户可以通过Internet浏览无线传感器网络采集的信息。
5.1.1 无线传感器网络的关键技术
无线传感器网络研究的关键技术包括：
（1） 网络拓扑控制
对于无线的自组织的传感器网络而言，网络拓扑控制具有特别重要的意义。通过拓扑控制自动生成良好的网络拓扑结构，能够提高路由协议和MAC协议的效率，可为数据融合、时间同步和目标定位等很多方面奠定基础，有利于节省节点的能量来延长网络的生存期。所以，拓扑控制是无线传感器网络研究的核心技术之一。
（2）网络协议
传感器网络协议负责使各个独立的节点形成一个多跳的数据传输网络，目前研究的重点是网络层协议和数据链路层协议。网络层的路由协议决定监测信息的传输路径，数据链路层的介质访问控制用来构建底层的基础结构，控制传感器节点的通信过程和工作模式。在无线传感器网络中，路由协议不仅关心单个节点的能量消耗，更关心整个网络能量的均衡消耗，这样才能延长整个网络的生存期。
（3）网络安全
无线传感器网络作为任务型的网络，不仅要进行数据的传输，而且要进行数据采集和融合、任务的协同控制等。如何保证任务执行的机密性、数据产生的可靠性、数据融合的高效性以及数据传输的安全性，就成为无线传感器网络安全问题需要全面考虑的内容。为了保证任务的机密布置和任务执行结果的安全传递和融合，无线传感器网络需要实现一些最基本的安全机制：机密性、点到点的消息认证、完整性鉴别、新鲜性、认证广播和安全管理。
（4）时间同步
时间同步是需要协同工作的传感器网络系统的一个关键机制。NT协议是Interne上广泛使用的网络时间协议，但只适用于结构相对稳定、链路很少失败的有线网络系统；GPS系统能够以纳秒精度与世界标准时间UTC保持同步，但需要配置固定的高成本接收机，同时在室内、森林或水下等有掩体的环境中无法使用GPS系统。因此，他们不适合应用在传感器网络中。
（5）定位技术
位置信息是传感器节点采集数据中不可缺少的部分，没有位置信息的监测信息通常毫无意义。确定事件发生的位置或采集数据的节点位置是传感器网络最基本的功能之一。为了提供有效的位置信息，随机部署的传感器节点必须能够在布置后确定自身位置。由于传感器节点存在资源有限、随机部署、通信环境易受环境干扰甚至节点失效等特点，定位机制必须满足自组织性、健壮性、能量高效、分布式计算等要求。
（6）数据融合
传感器网络存在能量约束。减少传输的数据量能够有效地节省能量，因此在从各个传感器节点收集数据的过程中，可利用节点的本地计算和存储能力处理数
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