李立峰

山西煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院

改進(jìn)蟻群算法應(yīng)用的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)路由優(yōu)化技術(shù)探究

李立峰

山西煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院

近年來(lái)，隨著信息時(shí)代的到來(lái)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展和改進(jìn)。但是，人們?cè)谙硎苡?jì)算機(jī)技術(shù)所取得的巨大成果的同時(shí)，隨之而來(lái)的一系列問(wèn)題也日漸暴露出來(lái)。首先，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)存在嚴(yán)重的傳輸延時(shí)現(xiàn)象；其次，丟包和帶寬限制等現(xiàn)象也對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的正常運(yùn)營(yíng)帶來(lái)了很大的困擾。因此，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)路由優(yōu)化問(wèn)題成了當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的重中之重。針對(duì)這一問(wèn)題，本文首先闡述了現(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)路由優(yōu)化的問(wèn)題；然后，詳細(xì)介紹了蟻群算法的基本原理和其改進(jìn)辦法；最后，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了改進(jìn)蟻群算法在解決計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)路由優(yōu)化問(wèn)題上的可行性。

蟻群算法 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 路由優(yōu)化技術(shù) 應(yīng)用

1 前言

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)路由優(yōu)化技術(shù)得益于自身應(yīng)用領(lǐng)域?qū)挿旱膬?yōu)勢(shì)受到了很多專業(yè)人士的關(guān)注。區(qū)別于傳統(tǒng)意義上的優(yōu)化算法，許多新興的計(jì)算機(jī)算法在優(yōu)化問(wèn)題上得到了很好地應(yīng)用，但是，仍然出現(xiàn)了效率低、過(guò)程復(fù)雜、耗時(shí)長(zhǎng)等缺陷。本文基于改進(jìn)蟻群算法做出了探究，提出了蟻群算法的具體改進(jìn)措施，并用仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了結(jié)果的可行性。

2 現(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)路由優(yōu)化問(wèn)題

網(wǎng)絡(luò)路由優(yōu)化解決的是在已知計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，在約束條件的范圍之內(nèi)尋求從一個(gè)路由節(jié)點(diǎn)到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的最好的一條路徑。

2.1 網(wǎng)絡(luò)模型

網(wǎng)絡(luò)模型可以通過(guò)G=（V，E）來(lái)形象地表示，其中，V表示的是頂點(diǎn)所構(gòu)成的集合，E表示的是所有鏈路的邊所構(gòu)成的集合。網(wǎng)絡(luò)路由主要解決的事情就是在滿足各項(xiàng)復(fù)雜的約束條件下，找到連接源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的最佳路徑。

2.2 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化指標(biāo)分析

在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化指標(biāo)中主要通過(guò)費(fèi)用、延時(shí)、延時(shí)抖動(dòng)、帶寬以及丟包率五項(xiàng)指標(biāo)來(lái)評(píng)估網(wǎng)絡(luò)傳輸分組能力的優(yōu)劣程度。

3 蟻群算法和蟻群算法的改進(jìn)

3.1 蟻群算法

所謂蟻群算法是指由意大利著名學(xué)者M(jìn) . Dorigo于1991年提出的一種模擬螞蟻群體覓食行為主要被用在解決各類復(fù)雜優(yōu)化問(wèn)題上的智能算法。螞蟻群體在覓食的途徑中會(huì)留下信息素，信息素的多少和螞蟻往返該路徑所用時(shí)間的長(zhǎng)短成負(fù)相關(guān)，所用的時(shí)間越少，信息素的含量也就越多。螞蟻群體會(huì)根據(jù)信息素來(lái)對(duì)最短路徑作出判斷，從而找到所尋求的最短路徑。從蟻群算法的基本原理中可以發(fā)現(xiàn)，該算法的本質(zhì)是一種分布式并行的算法，因此具備很強(qiáng)的魯棒性，但是該算法也存在收斂速度過(guò)慢、易陷入局部最優(yōu)值等問(wèn)題。

3.2 蟻群算法的改進(jìn)

第一，混沌初始化。蟻群算法的反饋機(jī)制為正反饋，這種反饋機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)是可以在很大程度上加快計(jì)算的進(jìn)程，缺點(diǎn)是容易在計(jì)算得過(guò)程中易陷入局部最優(yōu)等狀況?；煦绯跏蓟浞掷昧嘶煦邕\(yùn)動(dòng)的特性，在不同路徑上留下不同的信息素，從根本上解決了收斂速度慢的問(wèn)題。第二，改進(jìn)信息素更新規(guī)則。螞蟻群體在覓食的過(guò)程中對(duì)路徑的選擇主要依賴于路徑上信息素強(qiáng)度Q值的大小，這也就是蟻群算法的正反饋機(jī)制。蟻群算法最大的弊端是收斂速度慢、耗時(shí)較長(zhǎng)且容易陷入局部最優(yōu)等困境，其根本原因是無(wú)法對(duì)解的優(yōu)劣做出科學(xué)的分析和判斷，因此改進(jìn)信息素更新規(guī)則對(duì)于優(yōu)化算法有很大的幫助。

改進(jìn)的信息素更新規(guī)則如下：

3.3 改進(jìn)蟻群算法的網(wǎng)絡(luò)路由優(yōu)化

①參數(shù)初始化。對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)以及邊的信息作出初始化，同時(shí)限制各個(gè)約束條件。②路徑選擇。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的要求篩選出符合要求的路徑。③更新信息素。④輸出路由選擇最優(yōu)解。

4 仿真實(shí)驗(yàn)

本文采取的是如圖1所示的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行的仿真實(shí)驗(yàn)分析。源節(jié)點(diǎn)分別為節(jié)點(diǎn)1、節(jié)點(diǎn)2、節(jié)點(diǎn)3，與之相對(duì)應(yīng)的目的節(jié)點(diǎn)分別為節(jié)點(diǎn)6、節(jié)點(diǎn)6、節(jié)點(diǎn)8，從而實(shí)現(xiàn)3條路徑尋優(yōu)。

圖1 應(yīng)用帶寬約束條件后網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

實(shí)驗(yàn)中對(duì)具體參數(shù)做出如下要求：

仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)表明改進(jìn)蟻群算法可以篩選出更好的路由信息，可以有效緩解算法耗時(shí)長(zhǎng)、陷入局部最優(yōu)等問(wèn)題。綜上所述，改進(jìn)蟻群算法可以更有效地解決計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)路由優(yōu)化問(wèn)題。

[1]王紅霞，劉寧．跨區(qū)域機(jī)載移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法研究與仿真[J].計(jì)算機(jī)仿真,2015(04)

李立峰，1979-，男，河北靈壽人，工程碩士，助講；研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。