Giải thuật di truyền định tuyến thích ứng

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 Nội dung báo cáo • Tổng quan Tổng quan • Thuật toán định tuyến trên Internet Thuật toán định tuyến trên Internet • Tổng quan về Gara Tổng quan về Gara • Hoạt động di truyền tạo đường Hoạt động di truyền tạo đường • Duy trì bảng định tuyến Duy trì bảng định tuyến • Tính toán độ thích nghi Tính toán độ thích nghi • Thực thi lưu lượng Thực thi lưu lượng • Thực nghiệm kết quả Thực nghiệm kết quả • Kết luận Kết luận TổNG QUAN TổNG QUAN – Thuật toán định tuyến được xây dựng dựa trên bảng định tuyến. Thuật toán định tuyến được xây dựng dựa trên bảng định tuyến. – Internet phát triển mạnh các thuật toán cần phải có khả năng Internet phát triển mạnh các thuật toán cần phải có khả năng mở rộng và thích nghi cao. mở rộng và thích nghi cao. – Trong chương này chúng tôi trình bầy về thuật toán GENETIC Trong chương này chúng tôi trình bầy về thuật toán GENETIC ADAPTIVE ROUTING ALGORITHM (GARA) ADAPTIVE ROUTING ALGORITHM (GARA) • Duy trì thay thế các tuyến sử dụng thường xuyên Duy trì thay thế các tuyến sử dụng thường xuyên • Cân bằng tải Cân bằng tải THUậT TOÁN ĐịNH TUYếN TRÊN THUậT TOÁN ĐịNH TUYếN TRÊN INTERNET INTERNET – Từ thời kỳ sơ khai của Internet, thuật toán khoảng cách vector Từ thời kỳ sơ khai của Internet, thuật toán khoảng cách vector định tuyến dựa trên thuật toán Bellman-Ford (Bellman, 1957, định tuyến dựa trên thuật toán Bellman-Ford (Bellman, 1957, Ford và Fulkerson, năm 1962. Ford và Fulkerson, năm 1962. – Giao thức định tuyến (RIP) (Hedrick, 1988) dựa trên thuật toán Giao thức định tuyến (RIP) (Hedrick, 1988) dựa trên thuật toán khoảng cách vector với số liệu đếm bước nhảy được thường khoảng cách vector với số liệu đếm bước nhảy được thường được sử dụng ngay cả trong các mạng nhỏ tại địa phương. được sử dụng ngay cả trong các mạng nhỏ tại địa phương. – Những điểm hạn chế Những điểm hạn chế • Chi phí quảng bá lớn Chi phí quảng bá lớn • Kích thước bảng định tuyến lớn Kích thước bảng định tuyến lớn • Số lượng gói tin gửi đi nhiều Số lượng gói tin gửi đi nhiều Tổng quan về GARA Tổng quan về GARA – Thuật toán định tuyến di truyền Thuật toán định tuyến di truyền thích ứng (GARA) là một thuật thích ứng (GARA) là một thuật toán định tuyến sử dụng hoạt toán định tuyến sử dụng hoạt động di truyền để tạo ra các động di truyền để tạo ra các tuyến luân phiên trong bảng định tuyến luân phiên trong bảng định tuyến. tuyến. – Nó được dựa trên các thuật toán Nó được dựa trên các thuật toán định tuyến nguồn. định tuyến nguồn. – Mỗi node có một bảng định Mỗi node có một bảng định tuyến chứa một bộ các tuyến tuyến chứa một bộ các tuyến đường luân phiên. đường luân phiên. – Thuật toán quan sát độ trễ của Thuật toán quan sát độ trễ của các tuyến đường thường xuyên các tuyến đường thường xuyên sử dụng sử dụng Hoạt động di truyền tạo đường (PGO) Hoạt động di truyền tạo đường (PGO) – Với thuật toán GARA, các hoạt động di truyền tạo đường như 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 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. 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 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 đường để tạo ra một tuyến luân phiên khác. Hoạt động lai ghép tuyến sẽ trao đổi các nhánh nhỏ trong tuyến giữa một ghép tuyến sẽ trao đổi các nhánh nhỏ trong tuyến giữa một cặp tuyến cặp tuyến – Có hai loại Có hai loại • Đột biến tuyến Đột biến tuyến • Lai ghép tuyến Lai ghép tuyến Đột biến tuyến Đột biến tuyến – Đột biến tuyến sẽ tạo ra một tuyến luân phiên Đột biến tuyến sẽ tạo ra một tuyến luân phiên – Quá trình đột biến tuyến dựa trên các bước Quá trình đột biến tuyến dựa trên các bước sau đây, với r là tuyến gốc và r’ là tuyến đã sau đây, với r là tuyến gốc và r’ là tuyến đã được đột biến được đột biến • Chọn ngẫu nhiên một node đột biến Chọn ngẫu nhiên một node đột biến n n m m trong tất cả các node trên tuyến trong tất cả các node trên tuyến r r , trừ node , trừ node nguồn và node đích nguồn và node đích • Chọn ngẫu nhiên một node khác n’m từ tất Chọn ngẫu nhiên một node khác n’m từ tất cả các node lân cận của node đột biến nm’ cả các node lân cận của node đột biến nm’ ∈ ∈ ε ε (nm). (nm). • Khởi tạo một đường ngắn nhất r1 từ node Khởi tạo một đường ngắn nhất r1 từ node nguồn đến node n’m và một đường ngắn nguồn đến node n’m và một đường ngắn nhất r2 từ node n’m đến node đích. nhất r2 từ node n’m đến node đích. • Nếu không có sự trùng lặp của các node Nếu không có sự trùng lặp của các node trong r1 và r2 thì chúng được nối với nhau trong r1 và r2 thì chúng được nối với nhau và tạo thành tuyến đột biến r’ = r1 + r2. Nếu và tạo thành tuyến đột biến r’ = r1 + r2. Nếu có sự trùng lặp thì tuyến bị hủy việc đột biến có sự trùng lặp thì tuyến bị hủy việc đột biến xem như không được thực hiện xem như không được thực hiện Lai ghép tuyến Lai ghép tuyến – Quá trình lai ghép tuyến sẽ trao đổi các Quá trình lai ghép tuyến sẽ trao đổi các tuyến con giữa hai tuyến tuyến con giữa hai tuyến – Để thực hiện được lai ghép, cặp tuyến phải Để thực hiện được lai ghép, cặp tuyến phải có cùng node nguồn và đích có cùng node nguồn và đích – Quá trình lai ghép được sử dụng với các Quá trình lai ghép được sử dụng với các cặp tuyến r1 và r2 theo các bước sau cặp tuyến r1 và r2 theo các bước sau • Chọn một bộ node Nc có xuất hiện Chọn một bộ node Nc có xuất hiện tronng cả r1 và r2 (trừ các node nguồn và tronng cả r1 và r2 (trừ các node nguồn và đích) làm các điểm có thể cắt để lai ghép đích) làm các điểm có thể cắt để lai ghép • Chọn ngẫu nhiên node n Chọn ngẫu nhiên node n c c từ N từ N c c để làm để làm điểm cắt điểm cắt . . • Hoạt động lai ghép được thực hiện bằng Hoạt động lai ghép được thực hiện bằng cách trao đổi tất cả các node sau node cách trao đổi tất cả các node sau node nc giữa r1 và r2 nc giữa r1 và r2 Duy trì bảng định tuyến Duy trì bảng định tuyến – Bảng định tuyến chứa 5 trường là: Bảng định tuyến chứa 5 trường là: đích, tuyến, tần số, trễ và trọng số đích, tuyến, tần số, trễ và trọng số • Với mỗi đích, ta có một bộ các Với mỗi đích, ta có một bộ các tuyến luân phiên tuyến luân phiên • Tần số của một tuyến xác định Tần số của một tuyến xác định số gói tin gửi đến đích có sử số gói tin gửi đến đích có sử dụng tuyến đó dụng tuyến đó • Trường trễ lưu trễ truyền thông Trường trễ lưu trễ truyền thông của gói tin được gửi trên tuyến của gói tin được gửi trên tuyến • Trọng số của một tuyến được Trọng số của một tuyến được tính toàn bằng trễ truyền thông tính toàn bằng trễ truyền thông của nó 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 Duy trì bảng định tuyến – Trong bảng này, các tuyến được đánh dấu Trong bảng này, các tuyến được đánh dấu (*) là các tuyến mặc định, là các tuyến ngắn (*) là các tuyến mặc định, là các tuyến ngắn nhất dựa trên tham số hop-count. Ban đầu, nhất dựa trên tham số hop-count. Ban đầu, bảng định tuyến trống rỗng. bảng định tuyến trống rỗng. – Khi cần gửi một gói tin và nếu không có Khi cần gửi một gói tin và nếu không có tuyến đến đích thì một tuyến mặc định tuyến đến đích thì một tuyến mặc định được tạo ra bởi thuật toán Dijkstra được được tạo ra bởi thuật toán Dijkstra được đưa vào bảng định tuyến. đưa vào bảng định tuyến. – Sau khi gửi một số các gói tin trên một Sau khi gửi một số các gói tin trên một tuyến, ta gửi một gói tin để quan sát trễ tuyến, ta gửi một gói tin để quan sát trễ truyền thông của tuyến. truyền thông của tuyến. – Giá trị thích nghi được tính sau khi nhận Giá trị thích nghi được tính sau khi nhận được trả lời. được trả lời. – Sau khi quan sát, PGO được sử dụng với Sau khi quan sát, PGO được sử dụng với các tuyến với xác suất xác định để tạo các các tuyến với xác suất xác định để tạo các tuyến luân phiên 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 [...]... 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...Tính toán độ thích nghi và lựa chọn q q Mỗi nút định kỳ gửi các gói tin truy vấn chậm trễ để quan sát độ trễ truyền thông dọc theo tuyến đường Sau khi có được trễ của tuyến, giá trị trọng số của tuyến được tính toán theo công thức wi = q 1 / ηi ∑ j∈S 1 / ηi ηi = 1 / di ∑ j∈S 1 / di di : độ trễ tuyến i Bởi vì ta cần có một trọng số wi lớn hơn cho trễ di truyền nhỏ hơn Do đó, một tuyến với trễ nhỏ... với RIP, SPF và SPF thích nghi •SPF thích nghi trực tiếp quan sát độ trễ truyền thông của liên kết là không hiệu quả trong 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... bằng các thuật toán khác Tình trạng tải của liên kết Gara SPF RIP •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... dụng có 20 node Thuật toán GARA viết bằng mã Pascal 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 di n 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... 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! . toán định tuyến di truyền thích ứng (GARA) là một thuật thích ứng (GARA) là một thuật toán định tuyến sử dụng hoạt toán định tuyến sử dụng hoạt động di truyền để tạo ra các động di truyền. tạo ra các tuyến luân phiên trong bảng định tuyến luân phiên trong bảng định tuyến. tuyến. – Nó được dựa trên các thuật toán Nó được dựa trên các thuật toán định tuyến nguồn. định tuyến nguồn. – Mỗi. không có tuyến đến đích thì một tuyến mặc định tuyến đến đích thì một tuyến mặc định được tạo ra bởi thuật toán Dijkstra được được tạo ra bởi thuật toán Dijkstra được đưa vào bảng định tuyến.