[发明专利]基于距离完全蚁群算法的多播路由方法

说明书

技术领域：

本发明属于计算机网络通信中的路由技术，具体涉及一种运用蚁群算法的多播路由方法。

技术背景：

随着计算机网络和通信技术的发展，出现了诸如多媒体会议、远程教学、视频点播、协同工作等服务。多播技术就是一种点到多点的通讯方式。概括来说，多播路由问题可以叙述为在一个特定的网络中，根据某项标准寻找从源节点到多个目标节点的信息传送路径。若把网络视作连通的带权无向网络，将网络节点和相关链接抽象为对应的图节点和边，并根据网络链接对网络资源的消耗定义图中各边的权重。求解多播路由，就是寻找一条涵盖源节点和所有目标节点，符合约束条件并且消耗最小的最优路径。事实上，不带约束的多播路由问题等价于在图中生成Steiner树的问题，该问题已被证明是一个NP-难问题。解决Steiner树问题的经典算法包括：Takahashi和Matsuyama提出的MPH算法[1]，Kou、Markousky和Berman提出的KMB算法[2]，Rayward-Smith提出的RS算法等[3]。Leung等人将遗传算法运用到多播路由问题的求解中，并得到了较好的结果[4]。

在自然界中，单个蚂蚁的能力几乎是可以忽略的，但是作为一个整体时，蚁群却是一个高度结构化的群体。虽然蚂蚁没有像视觉和听觉一样的直接的交流工具，但它们可以释放一种特殊的分泌物——信息素来进行交流，通过这种信息素蚁群可以很快的在蚁巢和食物之间找到一条最短的路径。由于蚁群算法本身具有的正反馈性、并行性、强收敛性以及鲁棒性，使得其在组合优化问题中有很好的表现，如旅行商问题、调度问题、二次分配问题等。与其它的元启发式算法相比，蚁群算法具有较强的全局搜索能力和寻优能力，解的质量稳定并具有更高的搜索效率。

参考文献

[1]Takahashi H.，Matsuyama A.：An approximate solution for the Steiner problem ingraphs.Math Japonica，1980，24：p.573-577.

[2]Kou L.，Markowsky G.，Berman L.：A fast algorithm for Steiner tress.ActaInformation，1981，15：p.141-145.

[3]Rayward-Smith V.J.：The computation of nearly minimal Steiner tress in graphs.Int.J.Math.Ed.Sci.Technol.，1983，14(1)：p.15-23.

[4]Y.Leung，G.Li，and Z.B.Xu：A genetic algorithm for the multiple destinationrouting problems.IEEE Trans.on Evolutionary Computation，vol.2，no.4，pp.150-161，November 1998.

发明内容：

本发明运用蚁群算法求解无约束的多播路由问题，基于蚁群系统的结构提出了一种距离完全蚁群算法来搜索网络中最低费用的多播树。算法的具体步骤包括：

(1)运用Floyd算法建立多播路由网络的距离完全图。

(2)初始化算法的各个参数。设定距离完全图每条边上的信息素的初始值为

                    τ₀＝1/(|V_G|·T_s)

其中T_s是根据确定的冗余检测修正方法得到的树的费用。

(3)随机选择一个目标节点让蚂蚁k开始搜索。蚂蚁将会根据状态转移规则以一定的概率选择下一个节点j，其公式如下

其中，i是蚂蚁当前所在节点，Θ_k是当前蚂蚁还未曾访问过的节点的集合，q是均匀分布在区间[0，1]中的随机变量，q₀(0≤q₀≤1)是一个参数。τ(i，r)表示连接节点i和r的边上的信息素取值。η(i，r)表示从节点i选择节点r的启发式信息值。选择完成后，对蚂蚁经过的边进行局部信息素的更新。局部信息素的更新将会分两步执行，一个是逻辑边上的信息素更新，另一个是真实边上的信息素更新。蚂蚁k不断重复以上选择过程，直到它经过所有所有的目标节点，从而得到一棵蚂蚁构造的多播树。