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)用的計算機網(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，隨著信息時代的到來計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也得到了長足的發(fā)展和改進(jìn)。但是，人們在享受計算機技術(shù)所取得的巨大成果的同時，隨之而來的一系列問題也日漸暴露出來。首先，計算機網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)存在嚴(yán)重的傳輸延時現(xiàn)象；其次，丟包和帶寬限制等現(xiàn)象也對互聯(lián)網(wǎng)的正常運營帶來了很大的困擾。因此，計算機網(wǎng)絡(luò)路由優(yōu)化問題成了當(dāng)前計算機技術(shù)發(fā)展的重中之重。針對這一問題，本文首先闡述了現(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)路由優(yōu)化的問題；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，通過仿真實驗驗證了改進(jìn)蟻群算法在解決計算機網(wǎng)絡(luò)路由優(yōu)化問題上的可行性。

蟻群算法 計算機網(wǎng)絡(luò) 路由優(yōu)化技術(shù) 應(yīng)用

1 前言

計算機網(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，許多新興的計算機算法在優(yōu)化問題上得到了很好地應(yīng)用，但是，仍然出現(xiàn)了效率低、過程復(fù)雜、耗時長等缺陷。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，并用仿真實驗驗證了結(jié)果的可行性。

2 現(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)路由優(yōu)化問題

網(wǎng)絡(luò)路由優(yōu)化解決的是在已知計算機網(wǎng)絡(luò)中，在約束條件的范圍之內(nèi)尋求從一個路由節(jié)點到另一個節(jié)點的最好的一條路徑。

2.1 網(wǎng)絡(luò)模型

網(wǎng)絡(luò)模型可以通過G=（V，E）來形象地表示，其中，V表示的是頂點所構(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復(fù)雜的約束條件下，找到連接源節(jié)點和目的節(jié)點的最佳路徑。

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)中主要通過費用、延時、延時抖動、帶寬以及丟包率五項指標(biāo)來評估網(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)化問題上的智能算法。螞蟻群體在覓食的途徑中會留下信息素，信息素的多少和螞蟻往返該路徑所用時間的長短成負(fù)相關(guān)，所用的時間越少，信息素的含量也就越多。螞蟻群體會根據(jù)信息素來對最短路徑作出判斷，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，因此具備很強的魯棒性，但是該算法也存在收斂速度過慢、易陷入局部最優(yōu)值等問題。

3.2 蟻群算法的改進(jìn)

第一，混沌初始化。蟻群算法的反饋機制為正反饋，這種反饋機制的優(yōu)點是可以在很大程度上加快計算的進(jìn)程，缺點是容易在計算得過程中易陷入局部最優(yōu)等狀況?；煦绯跏蓟浞掷昧嘶煦邕\動的特性，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題。第二，改進(jìn)信息素更新規(guī)則。螞蟻群體在覓食的過程中對路徑的選擇主要依賴于路徑上信息素強度Q值的大小，這也就是蟻群算法的正反饋機制。蟻群算法最大的弊端是收斂速度慢、耗時較長且容易陷入局部最優(yōu)等困境，其根本原因是無法對解的優(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。對各個節(jié)點以及邊的信息作出初始化，同時限制各個約束條件。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 仿真實驗

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)行的仿真實驗分析。源節(jié)點分別為節(jié)點1、節(jié)點2、節(jié)點3，與之相對應(yīng)的目的節(jié)點分別為節(jié)點6、節(jié)點6、節(jié)點8，從而實現(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)

實驗中對具體參數(shù)做出如下要求：

仿真實驗結(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長、陷入局部最優(yōu)等問題。綜上所述，改進(jìn)蟻群算法可以更有效地解決計算機網(wǎng)絡(luò)路由優(yōu)化問題。

[1]王紅霞，劉寧．跨區(qū)域機載移動網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法研究與仿真[J].計算機仿真,2015(04)

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