Transcript استفاده ازالگوريتمهای الهام گرفته از کلونی مورچه ها در مسيريابی شبکه های کامپيوتری AntNet :Routing in Communication Networks فهرست مطالب  مروری بر مسيريابی در.

‫استفاده ازالگوريتمهای الهام گرفته از کلونی‬
‫مورچه ها در مسيريابی شبکه های کامپيوتری‬
‫‪AntNet :Routing in Communication‬‬
‫‪Networks‬‬
‫فهرست مطالب‬
‫‪ ‬مروری بر مسيريابی در شبکه های کامپيوتری‬
‫‪ ‬هوش جمعی (‪)swarm Intelligence‬‬
‫‪ ‬مسيريابی با الهام از کلونی مورچه ها‬
‫‪AntNet CL ‬‬
‫‪AntNet CO ‬‬
‫‪ ‬شبيه سازی‬
‫‪ ‬مقايسه ‪ AntNet‬با روشهای معمول مسيريابی‬
‫‪AntNet CO‬‬
‫مروری بر مسيريابی در شبکه های کامپيوتری‬
‫‪ ‬نيازهای حاصل از رشد شبکه های ارتباطی‬
‫‪ ‬افزايش کارآيی‬
‫‪ ‬مديريت توزيع شده‬
‫‪ ‬معيارهای موثر در ارزيابی روشهای “مسيريابی”‬
‫‪Throughput ‬‬
‫‪Average Delay of packets ‬‬
‫‪ ‬ويژگی خاص مساله “مسيريابی”‬
‫‪ ‬عدم قطعيت (‪)Stochastic‬‬
‫‪ ‬پويايی (‪)Dynamic‬‬
‫مروری بر مسيريابی در شبکه های کامپيوتری‬
‫(ادامه)‬
‫‪ ‬مشکل روشهای موجود (‪)RIP ,OSPF‬‬
‫‪ ‬توزيع بار (‪)Load Balancing‬‬
‫‪ ‬نوسانات ترافيک(‪)Traffic Oscillation‬‬
‫•مسائل يادگيری تقويتی با حالت پنهان و روشهای حل آنها‬
‫•‪Q-Learning‬‬
‫•‪Ant Colony Systems‬‬
‫هوش جمعی‬
‫‪‬‬
‫‪Emergent Intelligence‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫(‪)swarm Intelligence‬‬
‫تعامالت محلی ‪ ،‬محدود و ساده اعضای يک دسته و جمعيت با محيط ‪ ،‬منتهی به‬
‫يک رفتار جمعی هوشمندانه می شود‬
‫اين تعامالت غالبا غريزی بوده وبدون نظارت انجام می گيرند‬
‫نتيجه آن غالبا يک رفتار پيچيده و هوشمندانه جمعی و بطور خاص انجام بعضی‬
‫بهينه سازی های پيچيده است‬
‫اين نوع هوشمندی هيچ نيازی به کنترل مرکزی و ديد کلی نسبت به سيستم ندارد‬
‫‪ : Stigmergy‬ايده اصلی در تعامالت‬
‫‪ ‬ارتباط با واسطه محيط‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫النه سازی موريانه ها‬
‫ترشح اسيد فرميک توسط مورچه ها‬
‫هوش جمعی‬
‫(‪( )swarm Intelligence‬ادامه)‬
‫‪ ‬مزايايي که هوش جمعی از آن بهره می برند‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫مقياس پذيری(‪)scalability‬‬
‫‪ ‬تعامالت توزيع شده موجودات‬
‫خطا پذيری(‪)Fault tolerance‬‬
‫‪ ‬عدم وجود کنترل متمرکز‬
‫قابليت تطبيق پذيری عاملها‬
‫سرعت انتقال تغيير‬
‫تفکيک پذيری (‪)modularity‬‬
‫خودکار بودن سيستم ‪ :‬نياز به نظارت انسان نيست‬
‫کارکرد موازی‬
)‫) (ادامه‬swarm Intelligence(
‫هوش جمعی‬
‫ کاربردها‬
Ad-hoc wireless network
Robotic
Optimization
Routing




‫مسيريابی با الهام از کلونی مورچه ها‬
‫‪ ‬ترشح اسيد فرميک در مسير حرکت‬
‫‪ ‬دنبال کردن مسيرهای با اسيد فرميک بيشتر‬
‫‪ ‬تبخير‬
)‫(کاربرد‬
‫مسيريابی با الهام از کلونی مورچه ها‬
‫ در شبکه های تلفن‬Ant-Based Control 
Agent-Based Routing System (ARS) 
‫کاربرد بهينه از منابع شبکه‬

Dorigo & Caro ‫ ارائه شده توسط‬AntNet routing
AntNet CL
AntNet CO



‫‪AntNet CL‬‬
‫‪Forward Ant and Backward Ant ‬‬
‫‪ ‬ويرايش (‪ :)1.0‬ارائه شده در سال ‪ 1997‬توسط ‪Dorigo‬‬
‫‪ ‬در جدول مسيرياب به ازای هر مقصد ممکن (هر نود شبکه) يک رديف‬
‫وجود دارد‪.‬‬
‫‪ ‬ليستی از اطالعات ‪ n‬مسافرت آخر به ازای هر مقصد نگهداری می شود‬
‫‪ ‬ميانگين و واريانس در يک پنجره بطول ‪ W‬محاسبه می شود‬
‫واريانس زمان مسافرت‬
‫ميانگين زمان مسافرت‬
‫‪n4‬‬
‫‪n3‬‬
‫‪n2‬‬
‫‪n1‬‬
‫‪dest\neighbor‬‬
‫‪3‬‬
‫‪12‬‬
‫‪0.3‬‬
‫‪0.4‬‬
‫‪0.15‬‬
‫‪0.15‬‬
‫‪1‬‬
‫‪4‬‬
‫‪14‬‬
‫‪0.2‬‬
‫‪0.1‬‬
‫‪0.6‬‬
‫‪0.1‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2‬‬
‫‪13‬‬
‫‪0.1‬‬
‫‪0.1‬‬
‫‪0.4‬‬
‫‪0.4‬‬
‫‪3‬‬
AntNet CL
‫ صف می باشد‬2 ‫ دارای‬router ‫ هر‬
High priority queue 
‫ها در آن قرار می گيرند‬backward ant 
Normal queue 
‫ها و بسته های داده در آن قرار می گيرند‬Forward ant 
‫‪AntNet CL‬‬
‫واريانس زمان‬
‫ميانگين زمان‬
‫(ادامه)‬
‫‪n4‬‬
‫‪n3‬‬
‫‪n2‬‬
‫‪n1‬‬
‫‪dest\neighbor‬‬
‫‪3‬‬
‫‪12‬‬
‫‪0.3‬‬
‫‪0.4‬‬
‫‪0.15‬‬
‫‪0.15‬‬
‫‪1‬‬
‫‪4‬‬
‫‪14‬‬
‫‪0.2‬‬
‫‪0.1‬‬
‫‪0.6‬‬
‫‪0.1‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2‬‬
‫‪13‬‬
‫‪0.1‬‬
‫‪0.1‬‬
‫‪0.4‬‬
‫‪0.4‬‬
‫‪3‬‬
‫‪)σ(trip‬‬
‫‪ 1; j  1,..., N‬‬
‫‪)μ( trip‬‬
‫‪P‬‬
‫‪ji‬‬
‫‪iN k‬‬
‫‪ ‬هر ‪ ant‬دارای يک پشته است‬
‫‪ ‬دو دسته بسته های ‪ ant‬داريم‬
‫‪ Forward ant ‬از مبدا به سمت مقصد حرکت می کند و اطالعات مسير را در‬
‫پشته خود ذخيره می کند‪.‬‬
‫‪ Backward ant ‬از مقصد به سمت مبدا باز ميگردد و جداول ‪ router‬ها را‬
‫بروز می کند‬
)‫(ادامه‬
AntNet CL
AntNet 1.0 ‫ به روز کردن جدول در‬
Pdf  Pdf  (1  r ' ).(1  Pdf )
Pdj  Pdj  (1  r ' ) Pdj ;  j  Nk , j  f
T
r'  
 c
 n 1 
c  1 if
n n  xn 1
n 1
T
1
c
)‫(ادامه‬
AntNet CL
AntNet 2.0 ‫ به روز کردن جدول در‬
Pfd  Pfd  r (1  Pfd )
Pnd  Pnd  rPnd n  N k , n  f
Jacobson/Karels


I sup  I inf
 Wbest 


r  c1 
  c2 

 T 
 ( I sup  I inf )  (T  I inf ) 
I sup    z * ( / w )
z  1 / (1   )  [0.75,0.8]
 d   d   (Tk d   d )
 d2   d2   ((ok d   d ) 2   d2 )
‫‪AntNet CL‬‬
‫(ادامه)‬
‫‪ Ant ‬ها بر اساس حجم داده ارسالی به مقاصد مختلف فرستاده می شوند‬
‫‪ ‬آحتمال رفتن به يک مسير‪q‬خاص‬
‫‪Pnd  Ln‬‬
‫‪Ln  1  N n‬‬
‫‪Pnd ‬‬
‫‪k‬‬
‫)‪1   ( N k  1‬‬
‫'‪ q n‬‬
‫‪n 1‬‬
‫‪ ‬بروز کردن جدول در صورت از بين رفتن ‪linkkj‬‬
‫‪ i  j i, j  N k‬‬
‫‪Pdj‬‬
‫‪nk  1‬‬
‫‪Pdi  Pdi ‬‬
‫‪AntNet CO‬‬
‫‪ ‬زمان ‪ queuing‬مربوط به ‪ forward ant‬را محاسبه کرده‬
‫ولی آنها را هم در ‪ high priority queue‬می گذارد‬
‫‪ ‬سرعت انتشار تاثير تغييرات افزايش می يابد‬
‫شبيه سازی‬
‫‪ ‬توليد ترافيک‬
‫‪Session based ‬‬
‫‪ ‬حجم ترافيک هر ‪ Session‬بر اساس پارامترهای ورودی تنظيم می‬
‫شود‬
‫‪ ‬متوسط و واريانس‬
‫‪ ‬تعداد ‪Session‬‬
‫‪Session Life Time ‬‬
‫‪Throughput ‬‬
‫‪ ‬طول بسته ثابت و قابل تنظيم‬
‫مقايسه با روشهای موجود‬
h: number of hosts
r: number of routers
n: r+h
l: number of point-to-point links
d: diameter of the network
e: average number of link per router
‫نتايج بدست آمده‬
‫‪ ‬افزايش قابل توجه‬
‫‪ ‬افزايش ‪Delay‬در ترافيک سبک‬
‫‪ ‬رفتار بسيار خوب در صورت بروز شکست در سيستم‬
‫‪Throughput‬‬