Ứng dụng trí tuệ nhân tạo vào việc định tuyến qos

Bộ giáo dục Và đào tạo TrƯờng đại học bách khoa hà nội Luận văn thạc sỹ khoa học NG DNG TR TU NHN TO VO VIC NH TUYN QoS Ngời hớng dẫn khoa học: PGS.TS H ANH TUí học viên : NGUYN TH HUYN TRANG Hà nội - 2010 MC LC DANH SCH T VIT TT i DANH SCH HèNH V ii DANH SCH BNG BIU iv M U .v Chng NH TUYN CHT LNG DCH V QoS 1.1 Gii thiu v cỏc phng phỏp nh tuyn 1.1.1 Thut toỏn vector (Distance-Vector Routing) 1.1.2 Thut toỏn trng thỏi kt ni (Link-State Routing Protocols) 1.1.3 So sỏnh cỏc thut toỏn nh tuyn .3 1.2 Tm quan trng ca vic nh tuyn QoS 1.2.1 Mc tiờu ca nh tuyn QoS 1.2.2 u v nhc im ca nh tuyn QoS Chng TNG QUAN V CC PHNG PHP DNG TR TU NHN TO VO TRONG NH TUYN QoS 2.1 Lý chn phng phỏp dựng trớ tu nhõn to cho vic nh tuyn QoS9 2.1.1 Khỏi nim trớ tu nhõn to 2.1.2 Trớ tu nhõn to nh tuyn QoS 10 2.2 Mt s phng phỏp trớ tu nhõn to c nghiờn cu vic nh tuyn QoS 10 2.2.1 Mng neural 10 2.2.2 Lý thuyt m (Fuzzy) 11 2.2.3 Gii thut di truyn 12 Chng PHNG PHP FUZZY LOGIC KT HP VI MNG NEURAL NG DNG TRONG NH TUYN QoS 13 3.1 Lý lun fuzzy .13 3.1.1 Logic truyn thng 13 3.1.2 Khỏi nim v Fuzzy Logic 14 3.1.3 Khỏi nim v fuzzy 14 3.1.4 Cỏc tớnh cht ca fuzzy: 15 3.2 Mng Neural .17 3.2.1 Khỏi nim mng neural 17 3.2.2 Quy trỡnh hot ng mng neural 17 3.2.3 Hc v triu hi .20 3.3 S kt hp gia mng neural v fuzzy logic vic nh tuyn m bo QoS 21 3.3.1Cỏc mng fuzzy neural .22 3.3.2 Tp hp fuzzy nh tuyn 25 3.3.3 Hun luyn mng neural 30 3.4 ng dng mng fuzzy neural vo nh tuyn QoS mng c th 32 3.4.1 Cỏc mụ hỡnh mng 32 3.4.2 Cỏc hp fuzzy v mng neural cho mụ hỡnh mng 39 Chng THUT GII DI TRUYN V NG DNG TRONG NH TUYN QoS .49 4.1 Thut gii di truyn (Genetic algorithm - GA) 49 4.1.1 Khỏi nim gii thut di truyn .49 4.1.2 Cỏc bc ỏp dng thut gii di truyn gii cỏc bi toỏn 50 4.1.3 Mt s ng dng ca gii thut di truyn .52 nh tuyn QoS da trờn thut gii di truyn 53 4.2.1 Lý chn gii thut di truyn cho nh tuyn QoS 53 4.2.1.1 Cỏc rng buc QoS 56 4.2.1.2 Cỏc phng phỏp ang tn ti 57 4.2.1.3 Cỏc thut toỏn nh tuyn QoS da trờn GA 59 4.2.2 QOSGA(QoS routing using genetic algorithm) 61 4.2.2.1 Thut toỏn GA ca QOSGA 61 4.2.2.2 Quy trỡnh QOSGA 62 4.3 So sỏnh thut toỏn nh tuyn QoS da trờn GA .67 4.3.1 So sỏnh QOSGA vi thut toỏn nh tuyn QoS da vo GA khỏc .67 4.3.2 So sỏnh vi thut toỏn fuzzy neural 69 Chng KT LUN V HNG NGHIấN CU 70 5.1 Kt lun 70 5.2 Cỏc phng phỏp tng lai .72 TI LIU THAM KHO 75 DANH SCH T VIT TT Adaptive Routing method based on Genetic Algoritm with two ARGAQ QoS constraints ATM Asynchronous Transmission Mode BE Best Effort GA Genetic Algorithm GLBR Genetic Load Balancing Routin Algorithm IP Internet Protocol LAN Local Area Network LSP Link State Packet MPLS Multiprotocol Label Switching MTU Maximum Transmission Unit PSTN Public Switched Telephone Network QoS Quality of Service QOSGA (QoS routing using Genetic Algorithm QoSR Quality of Service Routing TTNT Trớ tu nhõn to WAN Wide Area Network i DANH SCH HèNH V Hỡnh 3.1 Biu din nhit núng 14 Hỡnh 3.2 Biu din fuzzy ca cỏc s nguyờn nh 15 Hỡnh 3.3 Biu din ca cỏc fuzzy thp, trung bỡnh v cao 15 Hỡnh 3.4 Biu din ca cỏc fuzzy tr, trung niờn v gi 16 Hỡnh 3.5 Kin trỳc mng Neural 18 Hỡnh 3.6 Cu trỳc ca neurode j 20 Hỡnh 3.7 Cỏc bc thc hin mng fuzzy neural 25 Hỡnh 3.8 Cỏc hp thnh viờn khong cỏch 27 Hỡnh 3.9 Cỏc hp thnh viờn bng thụng 27 Hỡnh 3.10 Cỏc hp thnh viờn li 28 Hỡnh 3.11 Cỏc hp thnh viờn ca s tc nghn 29 Hỡnh 3.12 Thit k mng neural 31 Hỡnh 3.13 Mụ hỡnh vớ d ca mt mng mỏy tớnh 32 Hỡnh 3.14 Mt vớ d ca mng WAN 36 Hỡnh 3.15 Vớ d th hai v mng WAN 37 Hỡnh 3.16 Vớ d th ba v mng 38 Hỡnh 3.17 Fuzzy khong cỏch (cỏc hop) 39 Hỡnh 3.18 Nghn (gúi tin) 40 Hỡnh 3.19 Bng thụng (bps) 40 Hỡnh 3.20 Li (bps) 41 Hỡnh 3.21 Cỏc gúi tin node 42 Hỡnh 4.1 S tng quỏt ca thut gii di truyn 50 Hỡnh 4.2 Phỏc tho thut gii di truyn vo nh tuyn QoS 55 Hỡnh 4.3 Cỏc bc hot ng ca QOSGA 62 Hỡnh 4.4 Mng mu 63 Hỡnh 4.5 Trao i chộo 65 Hỡnh 4.6 t bin 65 ii Hỡnh 4.7 S lng node trờn thi gian x lý (tớnh micro giõy) 67 Hỡnh 4.8 So sỏnh giỏ tr thớch nghi trờn s lng th h cn c to 68 Hỡnh 5.1 Tỡm kim ban u ca kin tỡm ng i ngn nht ti ớch 73 Hỡnh 5.2 ng tt nht ti ớch c tỡm thy 73 iii DANH SCH BNG BIU Bng 3.1 Tp hp thnh viờn khong cỏch ri rc 34 Bng 3.2 Mi hai hp fuzzy 34 Bng 3.3 Cỏc trng hp mụ phng 45 Bng 3.4 So sỏnh thi gian truyn dn trung bỡnh ca trng hp 45 Bng 3.5 So sỏnh hi gian truyn dn trung bỡnh ca trng hp 46 Bng 3.6 So sỏnh hi gian truyn dn trung bỡnh ca trng hp 47 Bng 3.7 So sỏnh hi gian truyn dn trung bỡnh ca trng hp 48 Bng 4.1 Mó húa gen 63 Bng 4.2 Qun th to vi giỏ tr thớch nghi 64 Bng 4.3 Nhim sc th c sp xp v la chn 64 Bng 4.4 Nhim sc th sau hot ng di truyn 66 Bng 4.5 So sỏnh gia cỏc thut toỏn nh tuyn da trờn GA 68 iv M U Trong nhng nm gn õy, mng vin thụng ó cú nhng bc thay i ln vi s i ca nhiu cụng ngh mi, dch v mi Mng NGN cú h tng nht da trờn cụng ngh chuyn mch gúi, khai thỏc cỏc dch v mt cỏch a dng v nhanh chúng, ỏp ng s hi t gia thoi v d liu, gia c nh v di ng Trong NGN, cú nhiu k thut, gii phỏp c xut nhm mc ớch ny nh quy hoch mng, k thut lu lng, ; v mt nhng gii phỏp c quan tõm l nh tuyn m bo cht lng dch v (nh tuyn QoS - QoSR) QoSR khụng nhng cú vai trũ lm tng cht lng dch v m cũn cú ý ngha quan trng vic gim chi phớ hnh mng Trớ tu nhõn to (TTNT) l mt lnh vc ca khoa hc v cụng ngh mụ phng cỏc kh nng ca trớ tu v trớ thụng minh ca ngi, bit suy ngh v lp lun gii quyt , bit giao tip, bit hc v t thớch nghi gii cỏc bi toỏn phc nh: nhn dng nh, cụng ngh robot cng nh mt s cỏc truyn thụng nh bi toỏn nh tuyn QoS (QoSR) Vic ỏp dng trớ tu nhõn to vic nh tuyn QoS s gúp phn ỏng k vo m bo cht lng ca cỏc dch v a phng tin thi gian thc nh: VoIP, video call Chớnh vỡ vy tỏc gi ó chn ti ng dng trớ tu nhõn to vo nh tuyn QoS, nhm tỡm hiu chung v nh tuyn núi chung, nh tuyn QoS núi riờng v cỏc phng phỏp dng cỏc trớ tu nhõn to vo vic nh tuyn QoS (nh tuyn da trờn fuzzy logic, mng neural, thut gii di truyn) Ni dung ca lun l nghiờn cu v nh tuyn QoS (QoSR), tng quan v cỏc phng phỏp dựng trớ tu nhõn to, v cỏc ng dng ca cỏc phng phỏp dựng trớ tu nhõn to vo vic nh tuyn m bo cht lng dch v Phn mt, nghiờn cu v nh tuyn QoS Phn 2, tng quan v cỏc phng phỏp dựng trớ tu nhõn to, trớ tu nhõn to (TTNT) l mt lnh vc ca khoa hc v cụng ngh mụ phng cỏc kh nng ca trớ tu v trớ thụng minh ca ngi, bit suy ngh v lp lun gii quyt , bit giao tip, bit hc v t thớch nghi gii cỏc bi toỏn v phc Cỏc phng phỏp trớ tu nhõn to c nghiờn cu vic nh tuyn QoS ú l mng neural, lý thuyt m (fuzzy logic), gii thut di truyn (Generation Algorithm - GA) mụ phng hnh vi Trong phn ny nờu mt cỏch tng quỏt nht v cỏc phng phỏp ny Phn 3, ng dng cỏc phng phỏp trớ tu nhõn to vo vic nh tuyn cht lng dch v, tỡm hiu chi tit v cỏc phng phỏp s dng trớ tu nhõn to v cỏch ng dng phng phỏp fuzzy logic kt hp mng neural, v gii thut di truyn vo vic nh tuyn m bo cht lng dch v Cỏc c ch ỏp dng cỏc phng phỏp ó c a ra, fuzzy logic dựng ỏp dng cho cỏc thụng s khụng chớnh xỏc ca cỏc thụng s nh tuyn, to cỏc qun th gen bng cỏc kt ni gii thut di truyn, cỏc nguyờn lý thc hin vic nh tuyn da trờn trớ tu nhõn to Bng vic tng hp v nghiờn cu ti liu (t cỏc ngun IEEE, ITU-T) cựng vi cỏc kt qu ca cỏc bi bỏo, cỏc nghiờn cu a c cỏc kt lun v vic nh tuyn m bo cht lng dch v da trờn trớ tu nhõn to Ngoi cỏc phng phỏp fuzzy logic, mng neural, gii thut di truyn cũn cú phng phỏp trớ tu nhõn to khỏc cng ó v ang c nghiờn cu, ú l phng phỏp mụ phng hnh vi Mt s thuc tớnh thuc v bn cht ca TTNT cú th giỳp ci thin tc tỡm nghim nh vic cng hoỏ bng cỏc mch in t (mng neural) hay s dng tớnh toỏn song song (gii thut di truyn) ang c nghiờn cu v cỏc phng phỏp TTNT cú th s úng vai trũ quan trng tng lai Ngoi li dng im mnh v cỏc mt hn ch ca mi phng phỏp ngi ta cng xut mt s hng kt hp cỏc phng phỏp li vi nh: Fuzzy v n-ron, h kin v mng n-ron, GA v n-ron, GA v Fuzzy Tụi xin chõn thnh cm n Khoa in T Vin Thụng, phũng o To Sau i Hc, trng i Hc Bỏch Khoa H Ni ó to iu kin tt cho tụi thc hin ti lun tt nghip Tụi xin chõn thnh cm n PGS.TS H Anh Tỳy ó tn tỡnh hng dn quỏ trỡnh lm lm lun Tụi xin chõn chõn thnh cm n cỏc quý thy cụ khoa ó tn tỡnh ging dy, trang b cho tụi nhng kin thc quý bỏu nhng nm hc va qua Tụi xin núi lờn lũng bit n sõu sc i vi ụng b cha m nhng ngi sinh thnh v dng dc nuụi dy lờn ngi Chõn vi thnh cm n cỏc anh ch, v bn bố ó ng h, giỳp ng viờn thi gian va qua vii n Nhng cỏc ng dng a phng tin yờu cu tuyn ng m bo QoS, tuyn ng phi tha cỏc rng buc phc 4.2.2 QOSGA(QoS routing using genetic algorithm) Trong phn ny, mt heuristic mi c gi l QOSGA(nh tuyn QoS s dng thut gii di truyn QoS routing using genetic algorithm) c a QOSGA l thut toỏn nh tuyn ngun QoS unicast Thut toỏn cựng vi s chng minh l ỳng, th tc tng bc, cỏc rng buc c xem xột, s minh chi tit v cỏc u im c mụ t phn ny 4.2.2.1 Thut toỏn GA ca QOSGA Cỏc bc hot ng ca QOSGA c lit kờ di õy: - S dng kt ni mng to qun th gen ban u - Cỏc bc c lp li: + Tớnh toỏn cỏc giỏ tr ca hm thớch nghi s dng ng thc tớnh toỏn hm thớch nghi + Xp hng cỏc ng i da trờn giỏ tr ca hm thớch nghi tớnh c + Nu giỏ tr ng th nht thỡ kt thỳc (khi ng i ó c tỡm thy) + Nu khụng s dng cỏc ng i th hng thp hn to cỏc gen mi - Cho n mt ng i c tỡm thy hoc s ln lp li bng mt giỏ tr cho trc M Mụ hỡnh ny cú th c mụ t theo s nh hỡnh di 61 To qun th gen ban u Tớnh giỏ tr hm thớch nghi Xp hng ng i da vo hm thớch nghi Sai Giỏ tr th nht