[发明专利]一种基于蜂群算法的自组织QoS路由方法

说明书

技术领域

本发明属于网络技术领域，具体涉及一种基于蜂群算法的自组织QoS路由方法。 

背景技术

随着自组织网络的逐步成熟，网络组织日趋多样化，网络规模日益扩大，服务质量(QoS)保证问题也变得越来越重要。QoS就是网络为用户传送端到端数据时必须满足的一套可测量的预先定义的基于端到端性能的服务质量，指标包括时延、时延抖动、可用带宽和分组丢包率等。由于自组织网络具有多跳性、动态拓扑、分布式、临时性、链路带宽受限、能量受限等特性，到现在并没有一套成熟的路由方法可以在自组织网络中稳定有效的传送QoS信息。 

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种基于蜂群算法的自组织QoS路由方法。该方法基于： 

1.蜂群算法 

蜂群(BeeHive)算法主要依靠蜜蜂agent进行寻路。为了限制网络中agent数目和提高寻路效率，根据agent生命周期长短，将蜜蜂agent分为两类：短距离蜜蜂agent和长距离蜜蜂agent。 

(1)搜索域(Foraging Region) 

按照某种标准将网络拓扑划分为若干区域，每一个区域就是一个搜索域，规定每个搜索域内有一个中心节点。凡是从中心节点出发在给定跳数内到达的节点均属于同一个搜索域。在网络拓扑一定情况下，规定任何一个节点至少属于某一搜索域，并且至多只能属于一个搜索域。 

(2)搜索带(Foraging Zone) 

搜索带是针对节点而言的，对于网络中的任意节点，其搜索带为从该节点出发在给定跳数内到达节点的集合，因而，各个节点的搜索带是不同的。 

蜜蜂实际是在蜂巢内进行信息交换的，这里，通过在各个节点定义的三个路由表来实现信息交换，三个路由表分别为搜索带内IFZ(Intra Foraging Zone)路由表、搜索域间IFR(Inter Foraging Region)路由表和搜索域成员FRM(Foraging Region Member)路由表。 

(3)蜂群算法基本思想 

(a)网络被组织成称之为搜索域的固定划分。一个划分源于网络拓扑的特性。每一个搜索域有一个代表节点。目前，域内ip地址最小的节点被选举为代表节点。如果该节点失效，则选举下一个具有较大一些的ip地址的节点作为代表节点。 

(b)每一个节点还具有一个特殊的搜索带，组成搜索带的节点是所有从当前节点出发短距离蜜蜂可以到达的节点。     

(c)每一个非代表节点周期性地发送一个短距离蜜蜂，并广播它的副本到每一个邻居节点。 

(d)当某个蜜蜂的特定副本到达一个站点时，它更改那里的路由信息，然后副本被继续洪泛，但是副本不会被发送到它已经过的站点。这个过程继续着，一直到蜜蜂的生命周期到达，或者当这个蜜蜂已经在这个站点被收到过，则它将死亡。 

(e)代表节点只发送长距离蜜蜂，并且它将被邻居接收并像d)中的情况一样被传播。只是，它们的生命周期是受长距离蜜蜂的限制。 

(f)每一个蜜蜂在飞行的过程中收集和携带路径信息，并且把路径信息遗留在每一个它访问过的节点，蜜蜂通过优先权队列来散发路由信息。 

(g)这样，每一个节点就维护着一个到达其它节点的当前路由信息，在它的搜索带内以及到达搜索域内代表节点。这个方法使得节点(其目的节点在其搜索带外)可以将一个数据包向着目的节点所在域的代表节点的路径传输。 

(h)传输一个数据包时，下一跳节点是以一种概率的方式来选择的，依据邻居的质量测量。由此，使得并不是所有的包都沿着当前可行组播树，这将有助于最大化系统性能。这是一个源于蜜蜂行为的原则：一个蜜蜂只能最大化它的群体的效益，如果它一直广泛的监听“跳舞”来寻找的最渴望的食物。 

2.小世界模型 

著名的Stanley Milgram实验发现，通过平均6人次的熟人传递就可以把社会中任意两个人联系起来，这种现象称为Small-World现象。Milgram的实验揭示了两个发现：(1)短链效应普遍存在；(2)人们可以找到短链。第(2)个发现说明，当网络呈现某种拓扑结构时，仅利用局部信息就可以有效地找到短链。这个发现为分布式路由提供了契机。 

Watt和Strogatz提出的模型(简称WS模型)是一种常用的Small-World模型：N个节点分布在一个圆环上，初始状态时，每个节点有k个连接，分别连向最近的k个点。然后，依次调整各节点的连接，以概率p随机地改变连接的终端，但避免连向节点本身。