基于蟻群優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)研究.pdf

1、蟻群優(yōu)化算法是一種新型的仿生類進(jìn)化算法,具有魯棒性較強(qiáng)、分布式計(jì)算和易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn),已在眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本文研究了蟻群優(yōu)化算法在網(wǎng)絡(luò)路由優(yōu)化中的應(yīng)用,就如何求解無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分簇路由問(wèn)題、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)代理路由問(wèn)題、多層網(wǎng)絡(luò)(兩層和三層)的路由優(yōu)化問(wèn)題和WDM光網(wǎng)絡(luò)的路徑保護(hù)問(wèn)題進(jìn)行了研究。本文的主要工作如下:
　　 1.研究了蟻群算法在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇問(wèn)題中的應(yīng)用。本文提出了一種基于蟻群算法的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)

2、分簇算法。該算法先在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)本身結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成簇,并應(yīng)用模塊度的概念來(lái)評(píng)估所形成的簇結(jié)構(gòu)是否與真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相匹配?；谏鲜鏊玫降姆€(wěn)定簇結(jié)構(gòu),在每個(gè)簇內(nèi)依據(jù)節(jié)點(diǎn)的剩余能量和簇內(nèi)能量分布情況來(lái)選取簇頭；然后,提出了基于蟻群優(yōu)化的簇問(wèn)多跳路由算法,從而生成以基站為根節(jié)點(diǎn),以簇頭為葉節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸樹(shù)。仿真結(jié)果表明,與已有較好分簇算法相比,該算法能夠獲得一個(gè)更合理穩(wěn)定的簇分布,并能有效地延長(zhǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的壽命。
　　 2.針對(duì)基

3、于事件驅(qū)動(dòng)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),提出了一種動(dòng)態(tài)傳感器網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)代理路由算法.該算法賦予移動(dòng)代理以螞蟻的特性,設(shè)計(jì)了一種新的路徑選擇概率模型,使移動(dòng)代理能找到一條從處理節(jié)點(diǎn)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的能量有效路徑,該路徑兼顧了路徑上節(jié)點(diǎn)能量消耗和節(jié)點(diǎn)剩余能量情況,并提出了路徑最優(yōu)度的概念用以評(píng)價(jià)路徑的優(yōu)化性能；為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)變化,該算法制定了新的蟻群局部信息素再初始化規(guī)則,該規(guī)則在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生動(dòng)態(tài)變化的節(jié)點(diǎn)附近進(jìn)行局部信息素再初始化,在保留了大部分原有最

4、優(yōu)路徑信息的同時(shí),也能在局部搜尋到新的路徑,因此,在路徑上有節(jié)點(diǎn)失效的情況下,該算法可以快速恢復(fù)最優(yōu)路徑.仿真實(shí)驗(yàn)表明,與其他算法相比,該算法能找到一條能量消耗最小且節(jié)點(diǎn)剩余能量最多的有效路徑；此外還驗(yàn)證了路徑恢復(fù)的有效性。
　　 3.研究了動(dòng)態(tài)情況下兩層網(wǎng)絡(luò)(IP over WDM)的區(qū)分綜合選路問(wèn)題,提出了一種基于蟻群優(yōu)化的區(qū)分綜合選路算法。該算法首先利用分層圖模型,將傳統(tǒng)的路由和波長(zhǎng)分配問(wèn)題(RWA)轉(zhuǎn)換為路由問(wèn)題.在此基

5、礎(chǔ)上,對(duì)該路由問(wèn)題進(jìn)行選路,通過(guò)將尋路螞蟻放置在控制平面,使得在控制平面的選路和在數(shù)據(jù)平面的業(yè)務(wù)傳輸同步進(jìn)行,從而為每一個(gè)到達(dá)的業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)地進(jìn)行選路；該算法綜合考慮到路徑的跳數(shù)和路徑上鏈路的擁塞情況,能有效地降低業(yè)務(wù)阻塞率。最后,利用多類不同的螞蟻對(duì)應(yīng)不同粒度請(qǐng)求的業(yè)務(wù),為不同的業(yè)務(wù)進(jìn)行有區(qū)分的選路,使得高粒度請(qǐng)求的業(yè)務(wù)能繞開(kāi)關(guān)鍵鏈路,從而在關(guān)鍵鏈路上承載更多的業(yè)務(wù),進(jìn)一步降低阻塞率。仿真實(shí)驗(yàn)表明,與其他算法相比,該算法在業(yè)務(wù)阻塞率和業(yè)務(wù)

6、阻塞公平性方面具有更好的性能。
　　 4.研究了動(dòng)態(tài)情況下三層網(wǎng)絡(luò)(P over SDH over WDM)的路由優(yōu)化問(wèn)題。為了有效降低三層動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)阻塞率,文中提出了三層動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合優(yōu)化選路算法.該算法分為兩種模式:在模式1中,上層網(wǎng)絡(luò)中被阻塞的業(yè)務(wù)可以開(kāi)放地利用下層網(wǎng)絡(luò)的空閑資源,將上層網(wǎng)絡(luò)中被阻塞的業(yè)務(wù)下放到下層網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸；在模式2中,將三層網(wǎng)絡(luò)整合成為一個(gè)網(wǎng)絡(luò),從而將多層網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為一個(gè)綜合網(wǎng)絡(luò),在這個(gè)綜合網(wǎng)絡(luò)中

7、為每一個(gè)業(yè)務(wù)進(jìn)行選路。在這兩種模式中采用蟻群策略為動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)進(jìn)行選路,并提出了一個(gè)新的前向螞蟻路徑選擇概率模型和路徑質(zhì)量評(píng)判參數(shù),使得所選的路徑能兼顧鏈路利用率和路徑跳數(shù)。仿真實(shí)驗(yàn)表明,同其他算法相比,本文提出的算法可以有效地降低三層動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)的阻塞率。
　　 5.針對(duì)WDM光網(wǎng)絡(luò)中的路徑保護(hù)問(wèn)題,提出了一種自組織的共享路徑保護(hù)算法，該算法中在用螞蟻代理來(lái)搜索主用路徑時(shí),能兼顧到路徑上的負(fù)載以減少阻塞率；搜索備用路徑的過(guò)程中,不同的