一种基于蚁群算法的QoS组播路由优化器及其实现方法技术

本发明专利技术公开了一种基于蚁群算法的QoS组播路由优化器及其实现方法，该优化器包括系统控制模块、下步节点集查找下模块、下一步节点选择模块、状态更新模块、信息素更新模块、最优组播树选择模块、多路选择器和存储器模块。本发明专利技术采用蚁群算法进行路由选择，可满足多QoS参数约束组播路由问题求解，基于蚁群算法的QoS组播路由优化器有助于控制网络的流量，减少主机的信息处理量，并能较好的满足多业务互联网对服务质量的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于网络通信
，具体设及一种基于蚁群算法的QoS组播路由优化 器及其实现方法。
技术介绍
随着互联网的发展，接入互联网的用户业务也趋于多样化，并具有明确的QoS要 求，如何充分地利用网络资源来满足多样化的QoS需求，该就引出了网络的QoS问题。QoS 路由选择的任务就是要在源节点到目的节点找到一条具有足够资源的路径来满足端到端 服务质量。不同的业务有不同的QoS约束，如带宽、延迟等。近几年对多约束的QoS路由问 题进行大量的研究。 组播是一点到多点或多点到多点的网络传输新技术。它有助于控制网络的流量， 减少主机的处理量。组播的一种实现方案是采用CBT(corebase化ree)技术，对整个组播 组生成一棵W组播核为根、包括所有组播组成员的最小组播生成树。但该方案在组播核附 近的链路上容易引起阻塞，且延迟较大。另一种方案是由每个组播组成员各自生成一棵最 小代价生成树，但是大多算法只考虑单棵生成树的带宽限制而不考虑整体带宽限制，QoS得 不到保障。对此，Wang基于KMB(Kou、Markowsky和Ber2man的组播最小代价生成树）算法 提出了带宽预留的组播路由算法。Wang对组播路由的算法进行改进，进一步降低了组播树 的总代价，提高了路由分配的成功率。W上的算法在求解实际问题时要么存储开销过大，要 么计算复杂效率较低，而且大多算法是将QoS路由的多个运算规则不同、数量级别不一致 的度量参数转化为一个目标函数进行优化，通过一个综合参数来表现多个约束的特性，W 多个约束度量参数为变量构建一个目标函数，并W此函数作为路由选择标准。但是多个运 算规则不同的约束参数混合后的合成约束参数运算规则不容易确定，很难表现所有约束参 数的特性，相反容易因混合而中和掉各自的作用。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的不足，首先对带宽、延时、延时抖动和包丢失率约束W及 费用最小的QoS组播路由问题进行分析，抽象出QoS组播路由模型的基础上，提出一种基于 蚁群算法的QoS组播路由优化的求解方法，采用FPGA实现基于蚁群算法的QoS组播路由优 化器。其技术方案为； 一种基于蚁群算法的QoS组播路由优化器，包括系统控制模块、下步节点集查找 下模块、下一步节点选择模块、状态更新模块、信息素更新模块、最优组播树选择模块、多路 选择器和存储器模块；所述下步节点集查找模块主要根据禁忌表和延时邻接矩阵完成妈蚁下一步可选 节点集合的查找；[000引所述下一步节点选择模块主要用来计算妈蚁从当前节点到下步可选节点间的转 移概率，根据转移概率妈蚁选择出下一步节点； 所述状态更新模块负责对妈蚁的路径、路径费用、路径延时和禁忌表进行更新； 所述信息素更新模块是当群体中所有妈蚁都进行一次觅食后，根据妈蚁所走过的 路径进行所有路径上的信息素更新； 所述最优组播树选择模块是从满足基本条件的组播树中选出一棵最优组播树； 所述多路选择器在系统控制模块的控制下进行信号流的分配。 优选地，所述存储器模块包括；延时邻接矩阵，由rom构成，内部保存着各个节点 间的延时信息；费用邻接矩阵，由rom构成，内部保存着各个节点间的费用信息；信息素存 储单元，由双口ram构成，内部保存着各个路径上妈蚁留下的信息；妈蚁路径存储单元，由 双口ram构成，内部保存着每代每只妈蚁觅食过程中所走过的路径；延时邻接矩阵，由双口 ram构成，内部保存着每代每只妈蚁觅食过程中所走过的路径上的总延时；妈蚁路径费用 存储单元，由双口ram构成，内部保存着每代每只妈蚁觅食过程中所走过的路径上的总费 用；组播树存储单元，由单口ram构成，内部保存着最优组播树的0、1矩阵。 一种基于蚁群算法的QoS组播路由优化器的实现方法，包括W下步骤：(1)系统上电后，当接收到外部复位信号W后，各模块开始对一些信号进行初始 化，包括迭代次数、计数器的初值、随机数初值的装载W及一些控制信号的初值设置等等， 该个过程统称为复位； (2)在系统复位结束后，系统控制模块使能查找下一步节点集模块的启动信号 start3 ;该时查找下步节点集模块开始工作，在FPGA内部时钟的作用下，根据当前节点W 从延时邻接矩阵中读出从W到其它节点的延时信息，同时系统控制模块使多路选择器muxl 输出的时钟使能信号、读地址信号rad来自于下步节点集查找模块；根据延时信息下步节 点集查找模块可查找出妈蚁下一步走的节点集合（LJD)，并计算出可选节点的个数（len_ LJD);查找结束后产生一个结束信号over3通知系统控制模块查找操作结束； (3)在有了妈蚁下步可选节点集合之后，系统将进入妈蚁下一步节点选择过程； 系统控制模块收到查找操作结束信号后，便使能下一步节点选择模块的启动信号startl， 系统进入下一步节点选择阶段；下一步节点选择模块通过muxl、mux3和mux4从delays、 cost和tau中读出当前节点w和可选节点集中各个节点间的延时，费用和信息素进行转移 概率计算，将计算得到的转移概率与随机数模块产生的随机数比较，便可确定妈蚁下一步 节点；该样就确定了妈蚁下一步节点n_w，并将其送入状态更新模块，同时产生一个结束信 号overl通知系统控制模块下一步节点选择操作结束； (4)系统控制模块收到下一步节点选择操作结束信号后，便能使状态更新模块的 启动信号start2,系统进入妈蚁状态更新阶段；状态更新模块根据当前节点W和下一步节 点n_w将妈蚁行走路径，路径上的费用及延时更新后分别保存到routs,costs和delays 中，同时将禁忌表更新；更新结束后判断是否到达目的节点，若未到达则跳到第（2)步继续 查找，反之则启动下只妈蚁觅食；所有操作结束后便产生一个结束信号〇ver2通知系统控 制模块； (5)当群体中所有妈蚁都觅食一次后，系统控制模块便启动信息素更新模块进行 信息素更新操作；信息素更新模块通过miDc5、mux6和皿1巧将妈蚁走过路径及路径上的延时 和费用读入信息素更新模块中，计算相关路径上的信息素增量；通过mux3将所有信息素读 入更新模块，进行信息素挥发计算，将挥发后剩余的信息素与信息素增量相加便是更新后 的信息素，然后通过皿1x2将更新后的信息素保存到tau中；信息素更新存储完后将迭代次 数计数器累加一，并判断是否满足迭代要求，未满足迭代要求返回到第（2)步继续妈蚁觅 食操作，反之进行最优组播树选择； (6)当迭代结束后，系统进入最优组播树选择操作，本次操作主要是从所有的组播 树中选择出最优的，最优组播树选出后W〇、1矩阵形式存储于组播树存储器中。 本专利技术的有益效果；本专利技术采用蚁群算法进行路由选择，可满足多QoS参数约束 组播路由问题求解，基于蚁群算法的QoS组播路由优化器有助于控制网络的流量，减少主 机的信息处理量，并能较好的满足多业务互联网对服务质量的要求。【附图说明】 图1为本专利技术的基于蚁群算法的QoS组播路由优化器系统结构框图； 图2为本专利技术的基于蚁群算法的QoS组播路由优化器模块连接图。【具体实施方式】 QoS组播路由的目的就是在分布的网络中寻找最优路径，要求从源节点出发，历经 所有的目的节点，并且满足所有的约束条件，达到花费最小或达到特定的服务水平。QoS组 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于蚁群算法的QoS组播路由优化器，其特征在于，包括系统控制模块、下步节点集查找下模块、下一步节点选择模块、状态更新模块、信息素更新模块、最优组播树选择模块、多路选择器和存储器模块；所述下步节点集查找模块主要根据禁忌表和延时邻接矩阵完成蚂蚁下一步可选节点集合的查找；所述下一步节点选择模块主要用来计算蚂蚁从当前节点到下步可选节点间的转移概率，根据转移概率蚂蚁选择出下一步节点；所述状态更新模块负责对蚂蚁的路径、路径费用、路径延时和禁忌表进行更新；所述信息素更新模块是当群体中所有蚂蚁都进行一次觅食后，根据蚂蚁所走过的路径进行所有路径上的信息素更新；所述最优组播树选择模块是从满足基本条件的组播树中选出一棵最优组播树；所述多路选择器在系统控制模块的控制下进行信号流的分配。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曲立国，黄友锐，陈珍萍，唐超礼，徐善永，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34