一種基于蟻群算法的qos路由優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種路由優(yōu)化方法，尤其涉及一種基于蟻群算法的Q0S路由優(yōu)化 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 人們生活的現(xiàn)代社會(huì)是一個(gè)由計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)、電話通信網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)輸服務(wù)網(wǎng)絡(luò)、能 源和物流分派網(wǎng)絡(luò)等各種網(wǎng)絡(luò)組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的目的就是研究如何有效地 計(jì)劃、管理和控制這個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使之發(fā)揮最大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化是運(yùn)籌 學(xué)的一個(gè)經(jīng)典和重要的分支，所研究的問題涉及諸多領(lǐng)域，一方面是如何最大限度的節(jié)省 資源，如最短路問題、最小費(fèi)用問題等；另一方面是在網(wǎng)絡(luò)資源有限的情況下如何發(fā)揮其 最大的效益，如最大流問題、最優(yōu)資源配置問題等。網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問題是一類特殊的組合優(yōu)化 問題，屬于NP難問題。對(duì)于此類NP問題，傳統(tǒng)運(yùn)籌學(xué)的優(yōu)化方法顯得無能為力，尋找、 研究、應(yīng)用啟發(fā)式智能化的優(yōu)化方法就顯得尤為重要。蟻群算法就是其中一種有效的啟發(fā) 式智能優(yōu)化算法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明主要提供一種蟻群算法，解決PI網(wǎng)絡(luò)的路由優(yōu)化問題。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供一種基于蟻群算法的Q0S路由優(yōu)化方法，其 步驟為：
[0005] (1)初始化網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)：給出各個(gè)節(jié)點(diǎn)的（屯，dji,pi》的取值，以及每條存在邊的 (t，djij，by,Cij)的取值，給出約束條件中的D，DJ，B，PL的值，
[0006] NC= 0 (NC為循環(huán)計(jì)數(shù)器）
[0007] Set t = 0 (t為時(shí)間計(jì)數(shù)器）
[0008] 之后為每條邊（i, j)的信息素濃度設(shè)置一個(gè)初始值t ^(1：) = t ^，并且Au=〇， 講m個(gè)螞蟻都放到源節(jié)點(diǎn)上；
[0009] (2)根據(jù)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的（屯，dji，pi)中的分量pljg除一些不滿足的約束條件 packet_loss(n)彡P(guān)L的節(jié)點(diǎn)，與此節(jié)點(diǎn)相連的邊也應(yīng)刪除；
[0010] ⑶根據(jù)每條邊的（dij，dji」，bij，Cij)中的分量bij刪除一些不滿足約束條件 bandwidth(e) >B的邊；
[0011] (4)令s= 1 (s為tabu列表的下標(biāo)）Fork=ltom，將起點(diǎn)位置置于tabuk(s) 中，其中tabuk(s)表示在當(dāng)前路由選擇中第k只螞蟻訪問的第s個(gè)節(jié)點(diǎn)；
[0012] (5)重復(fù)本步驟直到tabu列表被填滿
[0013] Set s = s+1
[0014] Fork=ltom
[0015] 對(duì)每只螞蟻按照概率選擇下一個(gè)節(jié)點(diǎn)j，將節(jié)點(diǎn)j插入tabuk(s)，更新邊上的信息 素濃度tij;
[0016] (6) For k = lto m do
[0017]將第k個(gè)螞蟻從節(jié)點(diǎn)tabuk(n)移到tabuk(l)，計(jì)算第k個(gè)螞蟻的F值，更新找到 最優(yōu)路徑；
[0018] 優(yōu)選的，步驟（1)中，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的（屯，dji，b，pli.Cij)值分別代表延時(shí)、延時(shí)抖動(dòng)、 帶寬、丟包率和費(fèi)用。
[0019] 優(yōu)選的，步驟（5)中每只螞蟻按照概率選擇下一個(gè)節(jié)點(diǎn)j的公式為：j= Max{tijUrgJt) e}。
[0020] 優(yōu)選的，步驟（5)中更新邊上的信息素濃度tu依據(jù)公式tij= (1-P(I)XTij+P(lX、，其中P(l表示揮發(fā)強(qiáng)度，表明舊信息素在路徑上揮發(fā)的快慢。
[0021] 優(yōu)選的，步驟（6)中螞蟻k更新找到最優(yōu)路徑后會(huì)對(duì)其經(jīng)過的路徑上的所有邊上 的信息素進(jìn)行全局更新；
[0022] 優(yōu)選的，步驟（6)之后，運(yùn)行Sett=t+INC=NC+1,為每一條邊（i, j)設(shè)置A。 =0,如果（NC彡NCmax)那么清空所有tabu列表轉(zhuǎn)到步驟二，否則輸出最短費(fèi)用的路徑，終 止整個(gè)程序。
[0023] 有益效果：本發(fā)明提供一種基于蟻群算法的Q0S路由優(yōu)化方法，通過本算法可以 讓路由選擇具有選擇最佳路徑的能力，提高正確性和簡(jiǎn)單性，這便于方法的高效實(shí)現(xiàn)，同 時(shí)健壯性和穩(wěn)定性上升，使網(wǎng)絡(luò)能適應(yīng)環(huán)境的變化，讓路由器在最佳路徑上取得一致的保 證。通過算例驗(yàn)證了所提出的算法能夠較好地解決PI網(wǎng)絡(luò)Q0S的單播路由問題。
【附圖說明】
[0024] 圖1 :原始圖，
[0025] 圖2 :應(yīng)用寬帶約束條件后的簡(jiǎn)化圖，
[0026] 圖3 :應(yīng)用丟包率約束條件后的簡(jiǎn)化圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0028] 本發(fā)明提供一種基于蟻群算法的Q0S路由優(yōu)化方法，其步驟為：
[0029] (1)初始化網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)：給出各個(gè)節(jié)點(diǎn)的（屯，咕，pi)的取值，以及每條存在邊的 (dy，djij，by，Cij)的取值，給出約束條件中的D，DJ，B，PL的值，
[0030] NC= 0 (NC為循環(huán)計(jì)數(shù)器）
[0031] Sett= 0 (t為時(shí)間計(jì)數(shù)器）
[0032] 之后為每條邊（i,j)的信息素濃度設(shè)置一個(gè)初始值t^(1：) =t^，并且Au= 〇， 講m個(gè)螞蟻都放到源節(jié)點(diǎn)上；
[0033] (2)根據(jù)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的（屯，dji，pi)中的分量plji除一些不滿足的約束條件 packet_loss(n)彡P(guān)L的節(jié)點(diǎn)，與此節(jié)點(diǎn)相連的邊也應(yīng)刪除；
[0034] (3)根據(jù)每條邊的（t，dji」，by，Cij)中的分量h刪除一些不滿足約束條件 bandwidth(e) >B的邊；
[0035] (4)令s= 1 (s為tabu列表的下標(biāo)）Fork=ltom，將起點(diǎn)位置置于tabuk(s) 中，其中tabuk(s)表示在當(dāng)前路由選擇中第k只螞蟻訪問的第s個(gè)節(jié)點(diǎn)；
[0036] (5)重復(fù)本步驟直到tabu列表被填滿
[0037] Sets=s+1
[0038] Fork=ltom
[0039] 對(duì)每只螞蟻按照概率選擇下一個(gè)節(jié)點(diǎn)j，將節(jié)點(diǎn)j插入tabuk(s)，更新邊上的信息 素濃度tij;
[0040] (7)Fork=ltomdo
[0041] 將第k個(gè)螞蟻從節(jié)點(diǎn)tabuk(n)移到tabuk(l)，計(jì)算第k個(gè)螞蟻的F值，更新找到 最優(yōu)路徑；
[0042] 其中，步驟（1)中，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的（屯，dji，b，pli.Cij)值分別代表延時(shí)、延時(shí)抖 動(dòng)、帶寬、丟包率和費(fèi)用，步驟（5)中每只螞蟻按照概率選擇下一個(gè)節(jié)點(diǎn)j的公式為： j=1^{%辦)\々）0}，步驟（5)中更新邊上的信息素濃度％依據(jù)公式t (1-P(I)Xtij+P(lXt^，其中P(l表示揮發(fā)強(qiáng)度，表明舊信息素在路徑上揮發(fā)的快慢，步驟 (6)中螞蟻k更新找到最優(yōu)路徑后會(huì)對(duì)其經(jīng)過的路徑上的所有邊上的信息素進(jìn)行全局更 新，步驟（6)之后，運(yùn)行Sett=t+INC=NC+1，為每一條邊（i，j)設(shè)置A0,如果 (NC彡NCmax)那么清空所有tabu列表轉(zhuǎn)到步驟二，否則輸出最短費(fèi)用的路徑，終止整個(gè)程 序。
[0043] 考慮小型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌鐖D1，對(duì)其進(jìn)行仿真，假定有三個(gè)單播路由請(qǐng)求（1，6)， (2,6)和（3,8)，他們的〇05要求是疋=70,0 = 8,〇1 = 5，？1^ = 0.0001，算法中基本參數(shù)選 擇為= 1，3 = 1，P(1= 0. 1。圖1為網(wǎng)絡(luò)模型的各個(gè)節(jié)點(diǎn)及邊的連線和位置。圖2為根 據(jù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的約束條件bandwidth(e)彡B，求解得到的模型圖。因?yàn)?與3之間以及4與8之 間的寬帶都不滿足條件，所以將它去掉。圖3為根據(jù)對(duì)丟包率的約束packetjoss(n)彡P(guān)L， 求解得到的模型圖。通過仿真獲得的全局優(yōu)化結(jié)果如表1所示，在網(wǎng)絡(luò)圖中，對(duì)于路由請(qǐng)求 (1，6)，還存在路由1-5-6,他的費(fèi)用僅僅為2,但是它的延時(shí)卻達(dá)到8,由于在算法中更強(qiáng)調(diào) 的是延時(shí)要求，在F函數(shù)中設(shè)置了A彡B，所以選擇1-2-4-6。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于蟻群算法的QOS路由優(yōu)化方法，其特征在于，其步驟為： (1) 初始化網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)：給出各個(gè)節(jié)點(diǎn)的（中，dji，pli)的取值，W及每條存在邊的（du， djy，by, Cy)的取值，給出約束條件中的D，DJ，B，化的值， NC=0 (NC為循環(huán)計(jì)數(shù)器） Set t=0 (t為時(shí)間計(jì)數(shù)器） 之后為每條邊（i，j)的信息素濃度設(shè)置一個(gè)初始值Ty (t) = T。，并且Au=〇,講m個(gè) 媽蟻都放到源節(jié)點(diǎn)上； (2) 根據(jù)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的（中，dji，pli)中的分量plji除一些不滿足的約束條件packet, loss (n)《化的節(jié)點(diǎn)，與此節(jié)點(diǎn)相連的邊也應(yīng)刪除； (3) 根據(jù)每條邊的（dy, dju，bu，Cy)中的分量by刪除一些不滿足約束條件bandwi化h (e) > B的邊； (4) 令s=l(s為t油U列表的下標(biāo)）For k=l to m，將起點(diǎn)位置置于t油Uk (S)中，其 中tabUk (S)表示在當(dāng)前路由選擇中第k只媽蟻訪問的第S個(gè)節(jié)點(diǎn)； (5) 重復(fù)本步驟直到t油U列表被填滿 Set s=s+l For k=l to m 對(duì)每只媽蟻按照概率選擇下一個(gè)節(jié)點(diǎn)j，將節(jié)點(diǎn)j插入t油Uk (s)，更新邊上的信息素 濃度T U; For k=l to m do 將第k個(gè)媽蟻從節(jié)點(diǎn)t油Uk (n)移到t油Uk (1)，計(jì)算第k個(gè)媽蟻的F值，更新找到最 優(yōu)路徑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于蟻群算法的Q0S路由優(yōu)化方法，其特征在于，步驟（1) 中，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的（中，dji，b，pli.cy)值分別代表延時(shí)、延時(shí)抖動(dòng)、帶寬、丟包率和費(fèi)用。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于蟻群算法的Q0S路由優(yōu)化方法，其特征在于，步驟（5)中 每只媽蟻按照概率選擇下一個(gè)節(jié)點(diǎn)j的公式為；j= Max{ X U (trSk (t) 0}。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于蟻群算法的QOS路由優(yōu)化方法，其特征在于，步驟（5)中 更新邊上的信息素濃度X。依據(jù)公式X u= (1-P。）X Ty+PcX X。，其中P。表示揮發(fā)強(qiáng)度， 表明舊信息素在路徑上揮發(fā)的快慢。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于蟻群算法的Q0S路由優(yōu)化方法，其特征在于，步驟（6)中 媽蟻k更新找到最優(yōu)路徑后會(huì)對(duì)其經(jīng)過的路徑上的所有邊上的信息素進(jìn)行全局更新。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于蟻群算法的Q0S路由優(yōu)化方法，其特征在于，步驟（6)之 后，運(yùn)行Set t=t+l NC=NC+1，為每一條邊（i，j)設(shè)置Au=〇,如果（NC《NCmax)那么清空 所有t油U列表轉(zhuǎn)到步驟二，否則輸出最短費(fèi)用的路徑，終止整個(gè)程序。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于蟻群算法的QOS路由優(yōu)化方法，通過本算法可以讓路由選擇具有選擇最佳路徑的能力，提高正確性和簡(jiǎn)單性,這便于方法的高效實(shí)現(xiàn)，同時(shí)健壯性和穩(wěn)定性上升,使網(wǎng)絡(luò)能適應(yīng)環(huán)境的變化，讓路由器在最佳路徑上取得一致的保證。通過算例驗(yàn)證了所提出的算法能夠較好地解決PI網(wǎng)絡(luò)QOS的單播路由問題。
【IPC分類】H04L12-721
【公開號(hào)】CN104683235
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510067820
【發(fā)明人】胡劍鋒
【申請(qǐng)人】江西科技學(xué)院
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年2月7日