Análise de Algoritmos de Roteamento Baseados em Formigas

132 Pages·2006·8.6 MB·Portuguese

Bruno Garbe Junior
Análise de Algoritmos de Roteamento
Baseados em Formigas
Dissertação apresentada a Escola Politécnica da
Universidade de São Paulo para a obtenção do
TítulodeMestreemEngenharia.
SãoPaulo
2006
Bruno Garbe Junior
Análise de Algoritmos de Roteamento
Baseados em Formigas
Dissertação apresentada a Escola Politécnica da
Universidade de São Paulo para a obtenção do
TítulodeMestreemEngenharia.
ÁreadeConcentração:
EngenhariadeSistemas
Orientador:
JoséJaimedaCruz
SãoPaulo
2006
Deus,
dai-measerenidadeparaaceitarascoisas
queeunãopossomudar,
coragemparamudarascoisasqueeupossa,
esabedoriaparaqueeusaibaadiferença.
Dedicatória
Aosmeuspaisemeuirmão. Sópossodizeroquãofelizosouportê-loscomominhafamília,
eoquãopoucoeuseriasemvocês.
À minha namorada, amante e futura esposa, Tati. Se todas as outras pessoas me ajudaram e
mederamcondiçãodeviverumavida,foivocêquemedeuomotivodevivê-la.
i
Agradecimentos
Ao orientador e amigo Jaime. Tive o orgulho e privilégio de tê-lo como orientador nesse
trabalho, e durante todo o caminho ele foi muito mais do que isso, foi um grande amigo e
companheiro.
AoCNPqpeloauxílionaformadebolsa.
Àtodososdemaisquediretaouindiretamentecolaboraramparaaelaboraçãodestetrabalho.
ii
Resumo
Roteamentoporcolôniadeformigaséummétododeroteamentoemredesdecomunicação,e
diversosalgoritmosforampropostosnosúltimosanosbaseadonessaestrutura. Todosessesal-
goritmosproduzeexcelentesresultados,provandoasuaeficiênciaeeficácia. Estetrabalhoap-
resentaosresultadosdedesempenhodosprincipaisalgoritmosencontradosnaliteratura,ecom
base nesses resultados, propõe um novo algoritmo com desempenho equivalente e com uma
complexidade computacional menor. O trabalho é focalizado em redes tipo datagrama com
topologiairregular,descrevendosuaspropriedadesecaracterísticaserealizandoumaanálisee
comparaçãodeseusdesempenhosemumambientedesimulação.
iii
Abstract
AntColonyRoutingisanadaptivemethodforroutingincommunicationnetworks,andseveral
algorithmshavebeenproposedinthelastyearsbasedonthisframework. Allthesealgorithms
show excellent results, proving their efficiency and efficacy. This work presents the results
of the performance of the main algorithms found in the literature, and based on these results,
it proposes a novel algorithm that has a similar performance but with a lower computational
complexity. Theworkisfocusedindatagramlikenetworkswithirregulartopology,describing
itscharacteristicsandproperties. Theperformancesinansimulationenvironmentareanalysed
andcompared.
iv
Sumário Resumido
\ ListadeFiguras
\ ListadeTabelas
\ ListadeAbreviaturaseSiglas
1 \ Introdução 1
2 \ AlgoritmosdeRoteamento 4
3 \ RoteamentoBaseadoemAgentes 11
4 \ AntNet 20
5 \ TrailBlazer 37
6 \ ModeloseImplementação 47
7 \ ResultadosObtidoseDiscussão 60
8 \ Conclusões 87
A \ ResultadosCompletosdasSimulações 89
\ Referências 112
v
Sumário
\ ListadeFiguras
\ ListadeTabelas
\ ListadeAbreviaturaseSiglas
1 \ Introdução 1
1.1 Objetivos 1
1.2 Motivação 1
1.3 NotasobreosTermosemInglês 3
2 \ AlgoritmosdeRoteamento 4
2.1 RoteamentoemRedes 4
2.2 ClassificaçãodosAlgoritmos 5
2.3 PrincipaisAlgoritmosdeRoteamento 7
2.3.1 Inundação · 7
2.3.2 Roteamentopelocaminhomaiscurto · 7
vi
vii
2.3.3 RoteamentoporVetordeDistância · 7
2.3.4 RoteamentoporEstadodeEnlace · 9
3 \ RoteamentoBaseadoemAgentes 11
3.1 ResoluçãodeProblemasColetivamente 11
3.2 DesenvolvimentodeAgentesArtificiais 12
3.2.1 InteligênciadeEnxames · 14
3.2.2 OtimizaçãoporColôniadeFormigas 15
3.2.3 ConceitodeEstigmergia · 15
3.3 IsomorfismoentreAgentesBiologicoseAgentesArtificiais 16
3.3.1 AgentesInteligentes · 17
3.3.2 TabelasdeRoteamentoeTabelasdeFeromônio · 17
3.3.3 CalculodasProbabilidades · 18
3.4 AlgoritmosPropostosnaLiteratura 19
4 \ AntNet 20
4.1 AlgoritmoAntNet 20
4.1.1 EstruturasdeDados · 21
4.1.2 DescriçãodosAgentes · 24
4.1.2.1 CriaçãodosAgentes · 25
4.1.2.2 SeleçãodosDestinos · 25
4.1.3 RoteamentodosAgentesemAvanço · 25
4.1.4 RoteamentodosAgentesemRetorno · 27
4.1.5 RoteamentodosPacotesdeDados · 27
4.1.6 AtualizaçãodasEstruturasdeDados · 28