Giải thuật di truyền định tuyến thích ứng

– Giao thức định tuyến RIP Hedrick, 1988 dựa trên thuật toán khoảng cách vector với số liệu đếm bước nhảy được thường được sử dụng ngay cả trong các mạng nhỏ tại địa phương.. Tổng quan

MÔN: CÁC KỸ THUẬT TỐI ƯU

Đề tài: “Giải thuật di truyền định tuyến thích

ứng”

Giảng viên : TS Lê Nhật Thăng Sinh viên thực hiên: Nguyễn Thị Hà Giang Nguyễn Minh Tuấn

Lớp: M11CQCK01-B

Nội dung báo cáo

TổNG QUAN

– Thuật toán định tuyến được xây dựng dựa trên bảng định tuyến. – Internet phát triển mạnh các thuật toán cần phải có khả năng

mở rộng và thích nghi cao

– Trong chương này chúng tôi trình bầy về thuật toán GENETIC

ADAPTIVE ROUTING ALGORITHM (GARA)

• Duy trì thay thế các tuyến sử dụng thường xuyên

• Cân bằng tải

THUậT TOÁN ĐịNH TUYếN TRÊN

INTERNET

– Từ thời kỳ sơ khai của Internet, thuật toán khoảng cách vector

định tuyến dựa trên thuật toán Bellman-Ford (Bellman, 1957, Ford và Fulkerson, năm 1962

– Giao thức định tuyến (RIP) (Hedrick, 1988) dựa trên thuật toán

khoảng cách vector với số liệu đếm bước nhảy được thường được sử dụng ngay cả trong các mạng nhỏ tại địa phương

– Những điểm hạn chế

• Chi phí quảng bá lớn

• Kích thước bảng định tuyến lớn

• Số lượng gói tin gửi đi nhiều

Tổng quan về GARA

– Thuật toán định tuyến di truyền

thích ứng (GARA) là một thuật

toán định tuyến sử dụng hoạt

động di truyền để tạo ra các

tuyến luân phiên trong bảng định

tuyến

– Nó được dựa trên các thuật toán

định tuyến nguồn

– Mỗi node có một bảng định

tuyến chứa một bộ các tuyến

đường luân phiên

– Thuật toán quan sát độ trễ của

các tuyến đường thường xuyên

sử dụng

Hoạt động di truyền tạo đường (PGO)

– Với thuật toán GARA, các hoạt động di truyền tạo đường như

đột biến đường và lai ghép đường được thiết kế để tạo các

tuyến có thể luân phiên nhau dựa trên thông tin về topo mạng Hoạt động đột biến đường sẽ gây nên sự xáo trộn về tuyến đường để tạo ra một tuyến luân phiên khác Hoạt động lai

ghép tuyến sẽ trao đổi các nhánh nhỏ trong tuyến giữa một cặp tuyến

– Có hai loại

• Đột biến tuyến

• Lai ghép tuyến

Đột biến tuyến

sau đây, với r là tuyến gốc và r’ là tuyến đã

được đột biến

nguồn và node đích

cả các node lân cận của node đột biến nm’

nguồn đến node n’m và một đường ngắn

nhất r2 từ node n’m đến node đích.

trong r1 và r2 thì chúng được nối với nhau

và tạo thành tuyến đột biến r’ = r1 + r2 Nếu

có sự trùng lặp thì tuyến bị hủy việc đột biến

xem như không được thực hiện

Lai ghép tuyến

– Quá trình lai ghép tuyến sẽ trao đổi các

tuyến con giữa hai tuyến

– Để thực hiện được lai ghép, cặp tuyến phải

có cùng node nguồn và đích

– Quá trình lai ghép được sử dụng với các

cặp tuyến r1 và r2 theo các bước sau

• Chọn một bộ node Nc có xuất hiện

tronng cả r1 và r2 (trừ các node nguồn và

đích) làm các điểm có thể cắt để lai ghép

• Chọn ngẫu nhiên node nc từ Nc để làm

điểm cắt.

• Hoạt động lai ghép được thực hiện bằng

cách trao đổi tất cả các node sau node

nc giữa r1 và r2

Duy trì bảng định tuyến

– Bảng định tuyến chứa 5 trường là:

đích, tuyến, tần số, trễ và trọng số

• Với mỗi đích, ta có một bộ các

tuyến luân phiên

• Tần số của một tuyến xác định

số gói tin gửi đến đích có sử

dụng tuyến đó

• Trường trễ lưu trễ truyền thông

của gói tin được gửi trên tuyến

• Trọng số của một tuyến được

tính toàn bằng trễ truyền thông

của nó

Đích Tuyến Tần số Trễ Trọng số

2 (1 3 2)* 7232 50 0.7 (1 3 4 2) 2254 60 0.2

(1 3 4 5 2)

1039 70 0.1

6 (1 8 6)* 20983 100 0.4

(1 10 11 6)

34981 105 0.6

8 (1 8)* 30452 40 0.9 (1 7 8) 3083 40 0.1

Duy trì bảng định tuyến

– Trong bảng này, các tuyến được đánh dấu

(*) là các tuyến mặc định, là các tuyến ngắn

nhất dựa trên tham số hop-count Ban đầu,

bảng định tuyến trống rỗng

– Khi cần gửi một gói tin và nếu không có

tuyến đến đích thì một tuyến mặc định

được tạo ra bởi thuật toán Dijkstra được

đưa vào bảng định tuyến

– Sau khi gửi một số các gói tin trên một

tuyến, ta gửi một gói tin để quan sát trễ

truyền thông của tuyến

– Giá trị thích nghi được tính sau khi nhận

được trả lời

– Sau khi quan sát, PGO được sử dụng với

các tuyến với xác suất xác định để tạo các

tuyến luân phiên

Đích Tuyến Tần số Trễ Trọng số

2 (1 3 2)* 7232 50 0.7 (1 3 4 2) 2254 60 0.2

(1 3 4 5 2)

1039 70 0.1

6 (1 8 6)* 20983 100 0.4

(1 10 11 6)

34981 105 0.6

8 (1 8)* 30452 40 0.9 (1 7 8) 3083 40 0.1

Tính toán độ thích nghi và lựa chọn

để quan sát độ trễ truyền thông dọc theo tuyến

đường

tuyến được tính toán theo công thức

∑ ∈

=

S

i i

w

η

η

/ 1

/

1

∑ ∈

=

S

i i

d

d

/ 1

/ 1

● Bởi vì ta cần có một trọng số wi lớn hơn cho trễ di truyền nhỏ hơn Do đó, một tuyến với trễ nhỏ hơn

sẽ thường được sử dụng để gửi gói tin

Thực thi lưu lượng

1 Ở trạng thái khởi tạo, bảng định tuyến trống rỗng

2 Nếu bảng định tuyến không chưa tuyến được có đích đến cho gói tin đã được tạo thì một tuyến mặc định sẽ được tạo ra bằng cách sử dụng thuật toán Dijkstra và tuyến đó được đưa vào bảng

3 Sau mỗi lần đánh giá trọng số, hoạt động di truyền

được gọi lại với xác suất xác định để tạo các tuyến

luân phiên trên bảng định tuyến.

4 Nếu kích thước của bảng định tuyến vượt quá giới

hạn, chúng ta thực hiện phép chọn lọc để giảm kích thước của nó .

Thực nghiệm kết quả

Smith

dụng có 20 node

● Mô phỏng được chạy trong 3000 giây để

nhận được các kết quả tại mỗi node trong

mạng, gói tin dữ liệu được khởi tạo ngẫu

nhiên tại một thời điểm xác định được phân

bố theo hàm mũ Đích đến của gói tin được

lựa chọn ngẫu nhiên từ các node được biểu

diễn là các hình tròn được tô xám Xác suất

đột biến là 0.1 và xác suất lai ghép là 0.05

Thuật toán GARA viết bằng mã

Pascal

Thời gian đến của gói tin

gian đến trung bình nhỏ hơn của các gói tin giao tiếp hơn so với RIP, SPF

và SPF thích nghi

và SPF thích nghi .

quan sát độ trễ truyền thông của liên kết là không hiệu quả trong mạng tải nhẹ

mạng tải nhẹ .

Chi phí định tuyến

GARA đạt được thời gian đi đến nhỏ hơn với chi phi truyền thông ít hơn nhiều

=> thuật toán GARA đạt được khoảng 20% thời gian đến

trung bình so với khoảng thời gian của RIP và SPF Điều này nghĩa là các gói tin được gửi bằng thuật toán GARA sẽ đến đích nhanh hơn 5 lần so với các gói tin được gửi bằng các thuật toán khác

Tình trạng tải của liên kết

•Độ dày của một liên kết là viết tắt của chiều dài hàng đợi trung

bình của nó

• Gara đạt được ít hơn nhiều trên không liên kết, đặc biệt là trên

các liên kết 11 <=> 13 <=> 19

Kết luận

Gara nhận ra một định tuyến thích ứng hiệu quả với chi phí truyền thông ít hơn bởi các cơ chế sau đây:

• Nó quan sát độ trễ truyền thông của các tuyến đường

thường xuyên sử dụng.

• Nó tạo ra một thiết lập phù hợp của các tuyến đường

thay thế sử dụng các nhà khai thác di truyền.

• Nó phân phối các gói dữ liệu giữa các tuyến đường thay thế, nhận ra một cơ chế cân bằng tải giữa chúng.

Xin chân thành cảm ơn!