基于蚁群算法路由选择可视化动态模拟

基于蚁群算法路由选择可视化动态模拟

路由选择是一种基于网络层的协议，而所有流行的网络层路由选择协议都是基于以下两种典型的分布式算法之一：距离向量路由算法和链路状态路由算法。组合优化问题是人们在工程技术、科学研究和经济管理等众多领域经常遇到的问题，其中许多问题如旅行商问题、0-1背包问题、图着色问题、装箱问题等，都被证明为NP-困难问题。用确定性的优化算法求NP完全问题的最优解，其计算时间使人难以忍受或因问题的高难度而使其计算时间随问题规模的增加以指数速度延长。用近似算法如启发式算法求解得到的近似解不能保证其可行性和最优性，甚至无法知道所得解同最优解的近似程度。因而在求解大规模组合优化问题时，传统的优化算法就显得无能为力了。在过去的10多年，蚁群算法（ACO）的研究和应用取得了很大的进展，大量结果证明了算法的有效性和在某些领域的优势。蚁群算法是一种新型的模拟进化算法, 研究表明该算法具有并行性, 鲁棒性等优良性质。本文阐述了蚁群算法的原理,详细的说明了蚂蚁算法中各个功能模块，并介绍了该算法在理论和实际问题中的应用, 并对其前景进行了展望。

目录

前言 (1)

第1章绪论 (2)

1.1 路由选择的意义 (2)

1.1.1 路由选择技术的组成 (2)

1.1.2 路由算法设计目标 (3)

1.1.3 路由算法的分类 (4)

1.1.4 路由算法衡量的标准 (4)

1.2.目前常用的路由算法 (5)

1.2.1 最短路径算法 (5)

第2章蚁群算法的基本原理 (7)

2.1蚂蚁算法的产生 (7)

2.2 蚂蚁算法的算法思想 (7)

2.3蚁群算法原理 (8)

2.4 蚁群算法的应用 (12)

2.4.1蚂蚁算法在电信网动态路由优化中的应用 (12)

2.4.2蚂蚁算法在组合优化中的应用 (12)

2.5 蚂蚁算法的未来发展 (12)

2.5.1 MMAS ( Max2Min ant system) 最大最小蚁群算法 (12)

2.5.2 具有变异特征的蚁群算法 (12)

2.5.3 自适应蚁群算法 (13)

2.5.4大规模集成电路综合布线 (13)

2.5.5电信网络路由 (13)

第3章开发工具 (14)

3.1软件环境 (14)

3.2其他资料 (14)

3.3 Java 的简单介绍 (14)

3.3.1 网络时代的需要 (14)

3.3.2 Internet的普及 (14)

3.3.3 跨平台可移植性的要求 (14)

3.4 Java 的主要特点 (15)

3.4.1 简单性 (15)

3.4.2 安全性 (15)

3.4.3 面向对象性 (15)

3.4.4 可靠性 (16)

第4章具体的功能结构 (17)

4.1 系统的结构总框图 (17)

4.2 蚂蚁算法的主要步骤 (18)

第5章系统的实现 (25)

5.1蚁群算法的实现结果 (25)

第6章算法的不足和改进 (29)

6.1 算法的不足 (29)

6.2 算法的改进 (30)

6.2.1信息素更新参数微调 (30)

6.2.2 全局调整 (31)

6.2.3 信息素值微调 (31)

6.3一种先进的蚂蚁算法——智能蚂蚁算法 (31)

6.3.1 取消外激素 (31)

6.3.2 自动调节选择最优路径的比例 (32)

5.6.3 选择目标城市的依据 (32)

6.3.4引入扰动 (32)

6.4 蚂蚁算法的展望 (33)

结束语 (34)

前言

蚁群算法是一种新生的算法，具有很强的通用性。从提出到现在，仅短短10余年的时间，但是在离散型组合优化问题中。表现很突出，所以一起人们的关注。目前蚁群算法的研究者主要集中在比利时、意大利、德国等国家，美国和日本在近几年也开始了对蚁群算法的研究。国内的研究开始于1998年末。主要在上海、北京、东北少数几个学校和研究所开展了此项工作，主要围绕TSP及相关问题的实验仿真，少数涉及通信网络的路由选择、负载平衡、电力系统的故障检测以及蚁群算法在连续系统应用，如函数逼近等方面应用的尝试。在国外，蚁群算法已经在集成电路布线、网络路由选择、机器人线路规划等方面得到了应用。自1998年，第一届蚂蚁优化国际研讨会召开以来，已经是第三届了，大大推动了蚁群算法的发展。蚁群算法已经引起越来越多的关注，尽管还缺乏完善的理论分析，对它的有效性也没有出严格的数学解释，但是回顾模糊控制的发展历史，理论的不完善并不妨碍应用，有时应用是超前于理论的，并推动理论的研究。我们相信蚁群算法必将得到广泛的应用。

第1章绪论

1.1 路由选择的意义

路由(Route) 的概念出现于本世纪70 年代,当时的网络结构较简单,因此直至80 年代中期出现了大规模的网络结构后,路由技术才得到了广泛的应用。在ISO/ OSI 体系结构中,路由技术是第三层(网络层) 的功能,路由选择(Routing)是分组交换系统中的一个重要概念,是指在互联网络中选择将信包(Package) 从信源机(Source Host) 传往信宿机(Destination Host) 的传输路径的过程。实际的网络协议(如IP协议) ,其本身并不涉及具体的路由选择细节,它只说明路由选择的一般原理和规则,具体的路由选择是指路由表的建立与刷新机制,由一组独立的路由选择协议(RoutingProtocol) 描述。路由选择的过程是由路由算法来完成的,路由算法可以运行在网络主机上,也可运行在专用的路由设备上,如路由器是一种网络互联设备,其主要功能就是进行路由选择。

1.1.1 路由选择技术的组成

路由选择技术涉及两方面内容:最佳路径的选择及信包在网络上的传递。信包的传递也可称为交换(Switching) , 交换过程相对简单,而路径的选择过程比较复杂。

最佳路径选择

最佳路径依赖于不同的衡量标准,例如可使用路径长度作为衡量标准。在确定最佳路径的路由算法中,路由表(Routing Tables) 是一个重要的数据结构,其中包含了网络的路由信息,算法通过建立和维护路由表进行最佳路径的确定。路由算法根据算法要求在路由表中填写各种路由信息,其中最基本的是目标/ 驿站(Hop) 信息(见表1) 。这一组信息告诉路由器,在信包发往信宿机的过程中,最佳选择是将信息转发至下一驿站(Next Hop) 所代表的节点。当路由器接收到一个输入信息时,首先检查信包的目标地址,然后尝试找出与此目标地址相匹配的下一驿站,若匹配成功则进行信包转发,否则放弃该信包。除了目标/ 驿站信息外,根据不同的路由算法,路由表中还包含有其它内容,例如最佳路径的衡量标准等