BRPI0905542A2 - anycast routing method using genetic algorithms in delay and disconnect tolerant networks - Google Patents

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BRPI0905542A2
BRPI0905542A2 BRPI0905542-8A BRPI0905542A BRPI0905542A2 BR PI0905542 A2 BRPI0905542 A2 BR PI0905542A2 BR PI0905542 A BRPI0905542 A BR PI0905542A BR PI0905542 A2 BRPI0905542 A2 BR PI0905542A2
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anycast
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routing
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BRPI0905542-8A
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Paulo Roberto Guardieiro
Silva Ederson Rosa Da
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Univ Fed De Uberlandia
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Abstract

<B>MéTODO DE ROTEAMENTO ANYCAST UTILIZANDO ALGORITMOS GENéTICOS EM REDES TOLERANTES A ATRASOS E DESCONEXõES.<D> A presente invenção trata de um método para seleção de caminhos anycast utilizando algoritmos genéticos (AGs) em redes tolerantes a atrasos e desconexões ou DTNs, representadas através de grafos evolutivos. No método, o conjunto de nós que formarão as rotas entre o par fonte-destino de cada sessão anycast é definido como um cromossomo, que possui representação de tamanho constante. Utiliza-se o algoritmo de Dijkstra de menor caminho para geração de soluções potenciais (rotas) para cada sessão anycast. Essas soluções são combinadas pelo algoritmo de roteamento anycast baseado em AGs, que é projetado para produzir apenas indivíduos regulares e para permitir encontrar soluções em um tempo reduzido. O AG, através da avaliação da função de aptidão, analisa as várias combinações de rotas a fim de encontrar rotas que otimizem os objetivos do roteamento: rotas que satisfaçam uma taxa de entrega mínima e possuam o menor atraso. A utilização das aproximações acima permite que a seleção de rotas realizada pelo algoritmo de roteamento seja eficiente e otimize as medidas de desempenho da rede.<B> ANYCAST ROUTING METHOD USING GENETIC ALGORITHMS IN TOLERANT NETWORKS TO DELAYS AND DISCONNECTIONS. <D> The present invention deals with a method for selecting anycast paths using genetic algorithms (AGs) in networks tolerant to delays and disconnections or DTNs, represented through evolutionary graphs. In the method, the set of nodes that will form the routes between the source-destination pair of each anycast session is defined as a chromosome, which has a representation of constant size. Dijkstra's shortest path algorithm is used to generate potential solutions (routes) for each anycast session. These solutions are combined by the AG-based anycast routing algorithm, which is designed to produce only regular individuals and to allow you to find solutions in a short time. The AG, by assessing the suitability function, analyzes the various combinations of routes in order to find routes that optimize the routing objectives: routes that satisfy a minimum delivery rate and have the shortest delay. The use of the above approaches allows the route selection performed by the routing algorithm to be efficient and to optimize the performance measures of the network.

Description

"MÉTODO DE ROTEAMENTO ANYCAST UTILIZANDO ALGORITMOSGENÉTICOS EM REDES TOLERANTES A ATRASOS E DESCONEXÕES"."ANYCAST ROUTING METHOD USING ALGORITHMOSGENES IN DELAY AND DISCONNECTION NETWORKS".

Campo da InvençãoField of the Invention

A presente invenção refere-se a um método de roteamento anycast emredes tolerantes a atrasos e desconexões ou DTNs1 mais especificamente, aum método de roteamento anycast para seleção de rotas utilizando algoritmosgenéticos (AGs) em redes DTN representadas por grafos evolutivos. O métodobusca encontrar combinações apropriadas de rotas e destinos que permitamque a rede consiga transmitir mensagens com uma probabilidade de entregatotal acima de um valor permitido e com o mínimo atraso, com base nasinformações obtidas de um grafo evolutivo que irá caracterizar a DTN.The present invention relates to a anycast routing method for delay and disconnect tolerant networks or DTNs1 more specifically, an anycast routing method for route selection using genetic algorithms (AGs) in DTN networks represented by evolutionary graphs. The method seeks to find appropriate combinations of routes and destinations that allow the network to be able to transmit messages with a total delivery probability above a permissible value and with the minimum delay, based on information obtained from an evolutionary graph that will characterize the NTD.

Estado da TécnicaState of the Art

As redes DTNs lidam com o problema de redes heterogêneas quedevem operar em ambientes sujeitos a atrasos longos e conectividade fim-a-fimdescontínua. E, neste sentido, observa-se um crescente esforço para viabilizara comunicação em redes com essas características desafiadoras, requerendoassim uma arquitetura de redes tolerante a atrasos e desconexões (V. Cerf etal., "Delay-tolerant networking architecture", IETF RFC 4838, informacional,2007).DTN networks address the problem of heterogeneous networks that must operate in environments subject to long delays and discontinuous end-to-end connectivity. And in this regard, there is a growing effort to enable communication on networks with these challenging characteristics, thus requiring a delay-and-disconnect-tolerant network architecture (V. Cerf et al., Delay-tolerant networking architecture, IETF RFC 4838, informational, 2007).

A arquitetura DTN prevê a utilização da técnica de comutação demensagens e o armazenamento persistente dos dados definindo umasobrecamada (overlay) denominada camada de agregação (Bundle Layer). Sualocalização (abaixo da camada de aplicação e acima das demais) deve-se aofato de permitir que as aplicações não precisem ser desenvolvidas levando emconta os problemas de atraso e desconexões, e para permitir que a DTN setorne totalmente independente das diversas redes regionais.The DTN architecture foresees the use of the message switching technique and the persistent storage of data defining an overlay called the Bundle Layer. Each location (below the application layer and above the others) should allow applications not to be developed taking into account delay and disconnection issues, and to allow DTN to become fully independent of the various regional networks.

Um dos elementos chaves da arquitetura DTN é o roteamento. Devidoàs características das DTNs, o roteamento eficiente de dados nestas redestornar-se uma questão crítica e desafiadora. Protocolos de roteamento paraDTNs devem levar em consideração que o estabelecimento de um caminhofim-a-fim entre os nós fonte e destino não é garantido. Desta forma, protocolosde roteamento tradicionais não são apropriados para redes com ascaracterísticas das DTNs. Além disso, para operar de maneira eficiente nos mais diversos ambientes nos quais um nó DTN pode encontrar-se, nós DTN,provavelmente, terão que suportar diferentes estratégias e protocolos deroteamento. Diante desses problemas, o roteamento em DTNs é uma área demuitos desafios e que ainda permanece em aberto na arquitetura.One of the key elements of DTN architecture is routing. Due to the characteristics of DTNs, efficient data routing in these NTNs has become a critical and challenging issue. Routing protocols for NTDs should take into account that establishing an end-to-end path between source and destination nodes is not guaranteed. Thus, traditional routing protocols are not suitable for networks with the characteristics of DTNs. In addition, to operate efficiently in the most diverse environments in which a DTN node can be found, DTN nodes will likely have to support different routing strategies and protocols. Given these problems, routing in DTNs is a challenging area that still remains open in architecture.

Basicamente, dividem-se os protocolos de roteamento em DTNs em duas categorias: determinísticos e estocásticos. Protocolos determinísticosutilizam informação que os nós obtêm a respeito das condições e conectividadeda rede para tomar decisões de repasse. Já protocolos estocásticos tratam damaneira de disseminar várias cópias das mensagens entre vários nós que irãoauxiliar na transmissão da mensagem.Basically, routing protocols in NTDs are divided into two categories: deterministic and stochastic. Deterministic protocols use information that nodes obtain about network conditions and connectivity to make transfer decisions. Stochastic protocols, on the other hand, try to disseminate several copies of messages among several nodes that will assist in the transmission of the message.

Em protocolos de roteamento determinísticos, a topologia da rede podeser conhecida ao longo do tempo, ou seja, assume-se que o movimento econexões futuras são conhecidos. Para permitir a análise do comportamentodessas redes dinâmicas ao longo do tempo, um modelamento é realizadoatravés de grafos evolutivos (Afonso Ferreira, "Building a reference combinatorial model for MANETS", IEEE Network, vol. 18, no. 5, pp. 24-29,2004). Sucintamente, um grafo evolutivo é uma seqüência indexada desubgrafos, onde o subgrafo associado a um dado índice corresponde àtopologia da rede no intervalo de tempo indicado por aquele índice. Com isso,vários parâmetros, como custo e capacidade do enlace, que caracterizam a conexão irão variar durante cada intervalo de tempo.In deterministic routing protocols, the network topology may be known over time, that is, it is assumed that movement and future connections are known. To allow the analysis of the behavior of these dynamic networks over time, a modeling is performed through evolutionary graphs (Afonso Ferreira, "Building a combinatorial reference model for MANETS", IEEE Network, vol. 18, no. 5, pp. 24-29 , 2004). Briefly, an evolutionary graph is an indexed sequence of subgraphs, where the subgraph associated with a given index corresponds to the network topology in the time interval indicated by that index. As a result, various parameters, such as cost and link capacity, that characterize the connection will vary during each time interval.

A modelagem do tempo das redes obtidas pelos grafos dá origem avárias matrizes que podem ser utilizadas como funções objetivo nas estratégiasde roteamento, tais como menor tempo para alcançar um ou todos os destinos,ou caminho com o menor número de saltos (hops), e esta é uma característica importante da utilização do modelo de grafo evolutivo: a possibilidade deconsiderar diferentes métricas como objetivos. Além disso, a utilização degrafos evolutivos facilita a visualização do comportamento dinâmico das DTNs.The time modeling of the networks obtained by the graphs gives rise to several matrices that can be used as objective functions in routing strategies, such as shorter time to reach one or all destinations, or path with the least hops, and this It is an important feature of using the evolutionary graph model: the possibility of considering different metrics as objectives. In addition, using evolutionary graphs makes it easy to visualize the dynamic behavior of DTNs.

Um fator importante para demonstração dos desafios do roteamento emDTNs é a definição das características dos nós e edges no grafo. Cada edgeentre dois nós pode ser representado por dispositivos móveis movendo-se deum nó para outro (Y. Gong et al., "Anycast routing in delay tolerant networks",IEEE Global Telecommunications Conference1 pp. 1-5, 2006). Assim, o grafoDTN será caracterizado pela capacidade de armazenamento limitada dos nós(regiões desconectadas) e dispositivos móveis (permitem a comunicação entreas regiões desconectas), além do tempo de partida e atraso de propagação decada dispositivo móvel. Outra característica importante dessa representação éque os nós da rede são estacionários e geram mensagens, enquanto que osdispositivos móveis deslocam-se de um nó para outro, realizando o transportedas mensagens, com eles próprios não gerando mensagens.An important factor in demonstrating the challenges of routing in DTTs is the definition of node characteristics and edges in the graph. Each edge between two nodes can be represented by mobile devices moving from one node to another (Y. Gong et al., "Anycast Routing in Delay Tolerant Networks", IEEE Global Telecommunications Conference1 pp. 1-5, 2006). Thus, graphfoTTN will be characterized by the limited storage capacity of nodes (disconnected regions) and mobile devices (allowing communication between disconnected regions), as well as the start time and propagation delay of each mobile device. Another important feature of this representation is that network nodes are stationary and generate messages, while mobile devices move from node to node, carrying messages, with themselves not generating messages.

O algoritmo de roteamento deve levar em consideração a capacidade defragmentação/remontagem. De acordo com a descrição da arquitetura DTN,existem duas formas de fragmentação/remontagem:The routing algorithm must take into account the defragmentation / reassembly capability. According to the DTN architecture description, there are two forms of fragmentation / reassembly:

- Fragmentação pró-ativa: um nó DTN pode dividir um bloco de dadosda aplicação em múltiplos blocos menores e transmitir cada um desses blocoscomo um agregado independente. Esta aproximação é usada essencialmentequando volumes de contatos (produto da capacidade de transmissão pelocontato, ou seja, período de tempo durante o qual a capacidade é positiva e osnós estão aptos a trocarem dados) são conhecidos (ou previsíveis) comantecedência;Proactive Fragmentation: A DTN node can split an application data block into multiple smaller blocks and transmit each of these blocks as an independent aggregate. This approximation is used essentially when contact volumes (the product of transmission capacity by contact, ie, the period of time during which the capacity is positive and we are able to exchange data) are known (or predictable) as a back-up;

- Fragmentação reativa: o emissor do salto anterior pode aprender(através de protocolos da camada de convergência) que somente uma parte doagregado foi entregue para o próximo salto, e enviar a(s) porção(ões)restante(s) quando contatos subseqüentes tornarem-se disponíveis(possivelmente utilizando diferentes saltos se o roteamento mudar). Esseesquema é chamado de fragmentação reativa devido ao processo defragmentação ocorrer após uma tentativa de transmissão ter ocorrido.- Reactive Fragmentation: The previous hop sender can learn (through convergence layer protocols) that only a portion of the aggregate has been delivered to the next hop, and send the remaining portion (s) when subsequent contacts become available (possibly using different hops if routing changes). This scheme is called reactive fragmentation because the defragmentation process occurs after a transmission attempt has occurred.

A capacidade de fragmentação reativa não é requerida para estardisponível em toda implementação DTN, entretanto, a capacidade de reagruparfragmentos no destino é requerido a fim de suportar fragmentação.Reactive fragmentation capability is not required to be available in every DTN implementation, however, the ability to regroup at the target is required to support fragmentation.

A semântica de entrega de uma mensagem é classificada de acordocom o(s) receptor(es) da mensagem. Quando a mensagem é enviada para umnó específico, tem-se a semântica unicast. Em casos que a mensagem édestinada para um grupo de receptores, duas opções de entrega tornam-sedisponíveis: quando a mensagem é para ser enviada para qualquer um, eapenas um, dos nós do grupo de receptores a semântica é a anycast. Por outrolado, quando a mensagem é enviada para muitos ou todos os nós do grupo dereceptores a semântica é a multicast.The delivery semantics of a message are classified according to the message recipient (s). When the message is sent to a specific node, it has unicast semantics. In cases where the message is intended for a receiver group, two delivery options become available: when the message is to be sent to anyone, and only one of the nodes of the receiver group is semantics anycast. On the other hand, when the message is sent to many or all nodes of the receiving group the semantics is multicast.

Por ser um serviço importante, e que deve ser mais explorado, o anycasté útil em situações nas quais um host, aplicação ou usuário deseja localizar umservidor que suporta um serviço particular. Entretanto, se vários servidoressuportam o servico, qualquer um dresses servidores pode ser utilizado. Anycastem DTNs pode ser aplicado em casos de descoberta de recursos, por exemplo,pessoas procurando um serviço particular, como um médico ou bombeiro, semconhecer o local ou ID específico. Aplica-se também em campos de batalhas,no qual um soldado pretende entregar uma mensagem particular a qualquercentro de comando, ou um determinado centro de comando pretende enviaruma mensagem a qualquer soldado de um batalhão. Anycast pode ainda serutilizado na educação, na qual estudantes desejam obter um determinadoarquivo de qualquer um dos membros de um grupo de estudantes.Because it is an important service that should be further explored, anycast is useful in situations where a host, application, or user wants to locate a server that supports a particular service. However, if multiple servers support the service, any one of these servers may be used. Anycast on DTNs can be applied in resource discovery cases, for example, people looking for a particular service, such as a doctor or firefighter, without knowing the specific location or ID. It also applies to battlefields, where a soldier wants to deliver a particular message to any command center, or a particular command center wants to send a message to any soldier in a battalion. Anycast can even be used in education, in which students wish to obtain a particular file from any of the members of a student group.

Devido aos longos e/ou variáveis atrasos das DTNs, o anycasttradicional não deixa especificado de forma clara os nós que podem serreceptores de uma mensagem quando o ambiente apresenta os desafios deuma rede DTN. A definição dos receptores planejados da mensagem, quedeverão ser fixos (embora os membros do grupo de destino possam unir-se oudeixar o grupo), permite a especificação de novos modelos de semântica (Y.Gong et al., "Anycast routing in delay tolerant networks", IEEE GlobalTelecommunications Conference1 pp. 1-5, 2006).Due to the long and / or variable delays of DTNs, the traditional anycast does not clearly specify nodes that can receive a message when the environment presents the challenges of a DTN network. The definition of the planned message receivers, which must be fixed (although the target group members can join or leave the group), allows the specification of new semantic models (Y.Gong et al., "Anycast routing in delay tolerant"). networks ", IEEE Global Telecommunications Conference1 pp. 1-5, 2006).

Como uma DTN pode possuir diversos tipos de contatos, e, além disto, aoportunidade de transmissão, ou seja, o contato, pode ser muito raro edisputado, o algoritmo de roteamento deve ser eficiente para aproveitar asoportunidades de transmissão e saber utilizar as informações disponíveis arespeito da rede, de modo a otimizar o roteamento.As a DTN can have many types of contacts, and in addition, the transmission opportunity, that is, the contact can be very rare and difficult, the routing algorithm must be efficient to take advantage of the transmission opportunities and to use the available information. network to optimize routing.

O algoritmo de roteamento é responsável por definir a rota e o destinode cada sessão anycast (com cada sessão anycast indicando a intenção decada fonte enviar mensagens para o respectivo grupo de receptores), e estadecisão influencia muitos parâmetros da rede simultaneamente (problemacombinatorial do tipo NP-completo). Como algoritmos genéticos (AGs) sãoapropriados para solução de problemas de otimização complexos, umalgoritmo de roteamento para entrega anycast baseado em AGs irá buscar acombinação apropriada de rotas e destinos de cada sessão anycast de modo aotimizar a taxa de entrega das mensagens, o atraso e a distribuição dasmesmas na rede.The routing algorithm is responsible for defining the route and destination of each anycast session (with each anycast session indicating the intention of each source to send messages to the respective receiver group), and this precision influences many network parameters simultaneously (NP-type matching problem). complete). Because genetic algorithms (AGs) are appropriate for solving complex optimization problems, an AG-based anycast delivery routing algorithm will look for the appropriate combination of routes and destinations of each anycast session to optimize message delivery rate, delay, and speed. same distribution in the network.

A patente de invenção US20070133504A1 utiliza AGs para seleção derotas broadcast em redes Ad-hoc, a fim de realizar uma transmissão eficientede dados. Entretanto, redes DTN apresentam características mais desafiadorasdo que as redes Ad-hoc, como caminhos freqüentemente desconectados eatrasos variáveis e longos, com a possibilidade de nunca se ter umaconectividade fim-a-fim entre a fonte e o destino em um dado período detempo.US20070133504A1 utilizes AGs for broadcast broadcast selection in Ad-hoc networks for efficient data transmission. However, DTN networks have more challenging features than Ad-hoc networks, such as frequently disconnected paths and long, variable paths, with the possibility of never having end-to-end connectivity between source and destination in a given time period.

A patente de invenção US20030050902A1 propõe a utilização de AGsaplicados para otimização da escolha de sensores individuais para seremutilizados no monitoramento de um objetivo particular de uma rede desensores, com cada cromossomo representando um sensor. O esquema decodificação do cromossomo na presente invenção se difere da patente anteriore se baseia nos nós que compõe os caminhos de cada sessão anycast da redeDTN.US20030050902A1 proposes the use of Applied AGs for optimizing the choice of individual sensors to be used in monitoring a particular purpose of a network desenser, with each chromosome representing a sensor. The chromosome decoding scheme in the present invention differs from the previous patent and is based on the nodes that make up the paths of each NetworkDTN anycast session.

Além das patentes anteriores citadas, existem muitas outras que utilizamAGs para auxiliar no roteamento: EP0921661A2, US7092378B1 eW02002082371A2. Entretanto, nenhuma trata de um método de roteamentoanycast em DTNs para minimização do atraso de entrega das mensagens eobtenção de altas taxas de entrega, a fim de utilizar eficientemente asoportunidades de transmissão em DTNs. O método de roteamento anycast ébaseado em AGs e o conceito de sub-população (C. C. Lo e W. H. Chang, "AmuItiobjective hybrid genetic algorithm for the capacitated multipoint networkdesign problem," IEEE Transaction on System, Man, and Cybernetics, vol. 30,no. 3, pp. 794-470, 2000), assim como a limitação do espaço de busca doalgoritmo (L. S. Randaccio and L. Atzori, "Group multicast routing problem: agenetic algorithms based approach", Computer Networks, vol. 51, no. 4, pp.3989-4004, 2007) são técnicas utilizadas, na presente invenção, para aumentara eficiência do algoritmo de roteamento, sendo estratégias ausentes naspatentes anteriores. Além disso, cada cromossomo é representado pelos nósda rede que formam os caminhos anycast.In addition to the above cited patents, there are many others that use AGs to aid in routing: EP0921661A2, US7092378B1 and W02002082371A2. However, none addresses a method of routing oncast DTNs to minimize message delivery delay and achieve high delivery rates in order to efficiently utilize transmission opportunities on DTNs. The anycast routing method is based on GAs and the concept of subpopulation (CC Lo and WH Chang, "AmuItiobjective hybrid genetic algorithm for the capacitated multipoint network design problem," IEEE Transaction on System, Man, and Cybernetics, vol. 30, no. 3, pp. 794-470, 2000), as well as limitation of the algorithm search space (LS Randaccio and L. Atzori, "Group multicast routing problem: agenetic algorithms based approach", Computer Networks, vol. 51, no. 4, pp.3989-4004, 2007) are techniques used in the present invention to increase the efficiency of the routing algorithm, being strategies absent in the previous patents. In addition, each chromosome is represented by the network nodes that form the anycast paths.

Além das estratégias citadas anteriormente, a presente invenção sedifere das demais encontradas por lidar com o serviço anycast, que deve sermais explorado, em DTNs determinísticas. Nessas redes, como os contatossão previsíveis, o algoritmo de roteamento utiliza fragmentação na fonte, ouseja, blocos de dados serão divididos apenas na fonte e remontados no destinoque deverá, obrigatoriamente, ter essa capacidade de remontagem.In addition to the strategies mentioned above, the present invention differs from the others found for dealing with the anycast service, which should be further explored, in deterministic NTDs. In these networks, as the contacts are predictable, the routing algorithm uses fragmentation at the source, that is, blocks of data will be split only at the source and reassembled at the destination, which must have this reassembly capability.

Descrição das FigurasDescription of the Figures

Para uma melhor compreensão da presente invenção faz-se referênciaàs figuras anexas onde:For a better understanding of the present invention reference is made to the accompanying figures where:

A FIGURA 1 mostra o fluxograma geral do AG utilizado para o roteamento napresente invenção.FIGURE 1 shows the general AG flow diagram used for routing in the present invention.

A FIGURA 2 mostra o esquema de codificação utilizado para representar cadaIndivíduo do AG.FIGURE 2 shows the coding scheme used to represent each AG individual.

A FIGURA 3 descreve como o algoritmo de roteamento baseado em AGscoloca os indivíduos em ordem de aptidão na presente invenção.FIGURE 3 describes how the AGsc-based routing algorithm places individuals in order of suitability in the present invention.

A FIGURA 4A apresenta dois indivíduos para serem aplicados operadoresgenéticos.FIGURE 4A shows two individuals to be applied to genetic operators.

A FIGURA 4B mostra o esquema de cruzamento utilizado.FIGURE 4B shows the crossing scheme used.

A FIGURA 4C mostra o esquema de mutação utilizado.FIGURE 4C shows the mutation scheme used.

Descrição do inventoDescription of the invention

Na presente invenção, o algoritmo de roteamento irá realizar oroteamento anycast em redes DTN utilizando as informações obtidas de grafosevolutivos. Como a definição das rotas e destinos de cada sessão anycastinfluenciam muitos parâmetros simultaneamente, aplicou-se AGs que sãoalgoritmos de busca baseados nos mecanismos de seleção e evolução naturalpara otimização do roteamento, pois são apropriados para solução deproblemas complexos. Além disso, o algoritmo de roteamento baseado em AGspermite a utilização de diferentes modelos de semânticas anycast,dependentes das necessidades da aplicação.In the present invention, the routing algorithm will perform anycast routing on DTN networks using the information obtained from graphsevolutionary. Since the definition of the routes and destinations of each anycast session influence many parameters simultaneously, we applied GAs that are search algorithms based on natural selection and evolution mechanisms for routing optimization, as they are suitable for solving complex problems. In addition, the AGs-based routing algorithm allows the use of different anycast semantic models, depending on the application needs.

Primeiramente, um conjunto de soluções potenciais para o roteamentoanycast são consideradas em isolamento pela combinação de caminhosunicast conectando cada par fonte-destino de uma sessão. Calculam-se assoluções potenciais de forma isolada utilizando o algoritmo de Dijkstra domenor caminho com base no número de saltos. Para demonstrar como assoluções potenciais em isolamento são obtidas, suponha uma rede simplescontendo 9 nós (n? até n9) e uma sessão anycast com o nó fonte /Ii desejandoenviar mensagens a qualquer um dos três possíveis receptores (tambémdenominados de receptores planejados) n5, n8 e n9. Aplicando-se o algoritmode Dijkstra do menor caminho, de acordo com a topologia da rede, a rota com omenor número de saltos poderia ser ni-n4-n5. Aplicando-se o algoritmonovamente, o segundo menor caminho poderia ser ni-n2-n4-n5, seguido de nrn3-n6-n9, e assim sucessivamente, aplica-se o algoritmo do menor caminho atéencontrar-se o número de soluções potenciais em isolamento desejado. Essassoluções irão formar uma matriz de rotas para cada sessão anycast da rede.First, a set of potential solutions for ananycast routing are considered in isolation by combining the paths that connect each source-destination pair of a session. Potential assumptions are calculated in isolation using the Dijkstra domenor path algorithm based on the number of hops. To demonstrate how potential isolation insolutions are obtained, suppose a simplexcount of 9 nodes (# 1 through # 9) and an anycast session with the source / Ii node wishing to send messages to any of three possible receivers (also called planned receivers) n5, n8 and no. Applying the shortest path Dijkstra algorithm according to the network topology, the route with the smallest number of hops could be ni-n4-n5. Applying the algorithm again, the second shortest path could be ni-n2-n4-n5, followed by nrn3-n6-n9, and so on, the shortest path algorithm is applied until the number of potential solutions in isolation is found. wanted. These solutions will form an array of routes for each anycast session of the network.

A matriz F mostra as soluções que poderiam ser obtidas para a sessãoanycast descrita anteriormente. Dependendo do número de nós, enlaces esessões o número de soluções potenciais em isolamento pode aumentar muito.As reticências na matriz indicam duas maneiras de limitar o tamanho da matriz:pelo número de saltos (colunas) ou pelo número de soluções encontradas(linhas). Assim sendo, limitou-se o número de soluções potenciais para cadasessão anycast, que serão os menores caminhos possíveis entre o par nó fontee um dos possíveis destinos anycast de cada sessão, para cinco, calculadosutilizando o algoritmo de Dijkstra do menor caminho, ou seja, nesse caso, sóseriam consideradas as cinco primeiras linhas da matriz F. A presença dezeros na matriz é para fazer com que todas as linhas da matriz tenham omesmo tamanho. Veremos que essa representação é útil para o algoritmo deroteamento que utiliza AG para decisão de rotas.The matrix F shows the solutions that could be obtained for the previous session described above. Depending on the number of nodes, links and sessions the number of potential solutions in isolation can be greatly increased. The ellipsis in the matrix indicates two ways to limit the size of the matrix: by the number of hops (columns) or by the number of solutions found (rows). Therefore, the number of potential solutions for anycast registration, which will be the shortest possible paths between the source node pair and one of the possible anycast destinations of each session, was limited to five, calculated using the shortest path Dijkstra algorithm. In this case, we would only consider the first five lines of matrix F. The presence of numbers in the matrix is to make all lines of the matrix the same size. We will see that this representation is useful for the routing algorithm that uses AG for route decision.

<formula>formula see original document page 9</formula><formula> formula see original document page 9 </formula>

Na presente invenção o algoritmo de roteamento baseado em AGs éaplicado ao roteamento anycast em DTNs1 utilizando uma representação dosnós, um método de cálculo de soluções potenciais em isolamento e um critériode limitação do número de soluções potenciais em isolamento, como foidescrito para a formação da matriz F.In the present invention the AGs-based routing algorithm is applied to anycast routing in DTNs1 using a node representation, a method of calculating potential solutions in isolation, and a criterion for limiting the number of potential solutions in isolation, as described for F matrix formation. .

Como os recursos de rede em uma DTN são extremamente escassos, ea oportunidade de transmissão pode ser rara e muito disputada, um objetivo éprojetar um algoritmo de roteamento que consiga acomodar o tráfego na redede modo que um tráfego não atrapalhe o outro. Desta forma, o algoritmo deroteamento anycast em DTNs baseado em AGs irá otimizar o desempenho darede buscando a combinação apropriada de rotas e destinos de cada sessãoanycast. Como entrada, o AG recebe as soluções potenciais em isolamento, ouseja, a matriz F de cada sessão anycast. A FIGURA 1 descreve ofuncionamento do AG da presente invenção, possuindo as seguintes etapas:Because network resources on a DTN are extremely scarce, and the opportunity for transmission can be rare and very disputed, one goal is to design a routing algorithm that can accommodate network traffic so that one traffic does not disrupt the other. This way, the anycast routing algorithm on AG-based DTNs will optimize network performance by searching for the appropriate combination of routes and destinations from each session. As input, the AG receives the potential solutions in isolation, ie the matrix F of each anycast session. FIGURE 1 depicts the operation of the GA of the present invention, having the following steps:

a) Definição de um método para codificar (2) soluções potenciais emcromossomos utilizando as soluções potenciais em isolamento (1);(a) definition of a method for encoding (2) potential solutions on chromosomes using potential solutions in isolation (1);

b) Criação da população inicial (3);b) Creation of the initial population (3);

c) Avaliação da aptidão (5) dos indivíduos da população;c) Assessment of the aptitude (5) of individuals of the population;

d) Verificação das condições de encerramento do AG:d) Verification of GA closure conditions:

d.1) caso sejam satisfeitas (6), a execução é encerrada e asolução é a população da geração atual em ordem de aptidão;d.1) if satisfied (6), execution is terminated and solution is the current generation population in order of suitability;

d.2) caso não sejam satisfeitas (7), realizam-se as etapas aseguir.d.2) if they are not met (7), the following steps are performed.

e) Seleção dos indivíduos para reprodução (8) e manutenção dosmelhores indivíduos da geração para formação de duas sub-populações:estratégia de reserva elitismo (11) e alteração de rotas nos melhores indivíduos(12);e) Selection of individuals for reproduction (8) and maintenance of the best individuals of the generation to form two subpopulations: reserve elitism strategy (11) and alteration of routes in the best individuals (12);

f) Para os indivíduos selecionados para reprodução, aplicam-se osoperadores genéticos (9);f) For individuals selected for reproduction, genetic operators apply (9);

g) A população da próxima geração ou nova população (4) será formadapor quatro sub-populações:(g) The next generation or new population (4) shall be formed by four subpopulations:

g.1) Estratégia de reserva elitismo (11);g.2) Alteração de rotas nos melhores indivíduos (12);g.1) Elitism reserve strategy (11) g.2) Change of routes in the best individuals (12);

g.3) Amostragem estocástica universal (13) que utiliza osindivíduos resultantes da reprodução (8) e da aplicação dos operadoresgenéticos (9);g.3) Universal stochastic sampling (13) using individuals resulting from reproduction (8) and the application of genetic operators (9);

g.4) Método completamente aleatório (14) que utiliza as soluçõespotenciais em isolamento (10) para geração de indivíduos.g.4) Completely random method (14) using potential isolation solutions (10) for generating individuals.

h) Após a nova população (4) ser formada, o algoritmo volta para aetapa de avaliação da aptidão (5) dos indivíduos e continua realizando asetapas (8), (9), (11), (12), (13), (14), (4) e (5) até que as condições deencerramento sejam atendidas (6).h) After the new population (4) is formed, the algorithm returns to the fitness assessment step (5) of individuals and continues to perform steps (8), (9), (11), (12), (13), (14), (4) and (5) until the closing conditions are met (6).

A seguir, será detalhada cada uma das etapas anteriores. A primeiraetapa (a), codificação (2), envolve a definição de um método para codificarsoluções potenciais em cromossomos.The following will detail each of the previous steps. Step one (a), coding (2), involves defining a method for coding potential chromosome resolutions.

O cromossomo é formado pela combinação de rotas de cada sessãoanycast (soluções potenciais em isolamento (1)), que representa uma soluçãopossível, e seu comprimento é proporcional ao número de sessões anycast z.O esquema de representação utilizado é mostrado na FIGURA 2 (baseado naassociação de cada gene a cada nó da rota entre a fonte-destino). Paraformação de um indivíduo da população, seleciona-se uma rota para a primeirasessão (z = 1), outra para a segunda (z = 2), até a sessão z (z = z), onde s sãoos nós fonte, n os nós intermediários e k os destinos escolhidos. Na FIGURA 2os nós fonte s (s1, s2, s^z) possuem sub-índices relacionados ao número dasessão anycast z. Os sub-índices para os nós intermediários η (n^i, n^j, n^m, n^n, n^o)são definidos pela rota escolhida pelo algoritmo de roteamento (serão os nósintermediários da matriz F). Por fim, para os nós de destino k, utilizam-se doissub-índices (k12, k23, k^z1): o primeiro indica o número da sessão anycast z parao qual o destino foi escolhido, e o segundo índice, indica qual dos receptoresplanejados foi escolhido, spi até spz são as posições iniciais de cada indivíduoe são definidas com base no número de colunas da matriz de soluçõespotenciais em isolamento de cada sessão anycast. Para manter essasposições constantes para todos os indivíduos, alguns genes são preenchidoscom valores 0, o que justifica a colocação dos zeros na matriz F descritaanteriormente. Essa adição de redundância é para evitar o surgimento deindivíduos indesejáveis, ou seja, são criados apenas indivíduos regulares. Comisso, evita-se a necessidade de utilização de funções de reparo e de verificaçãopara testar se os indivíduos são válidos.The chromosome is formed by the combination of routes of eachanycast session (potential isolation solutions (1)), which represents a possible solution, and its length is proportional to the number of anycast sessions. The representation scheme used is shown in FIGURE 2 (based on the association of each gene at each node of the route between the destination source). Forming an individual from the population, one route is selected for the first session (z = 1), another for the second (z = 2), until the session z (z = z), where s are the source nodes, n nodes intermediaries and k the chosen destinations. In FIGURE 2 the source nodes s (s1, s2, s ^ z) have subindices related to anycast session number z. The subindexes for the intermediate nodes η (n ^ i, n ^ j, n ^ m, n ^ n, n ^ o) are defined by the route chosen by the routing algorithm (they will be the intermediate nodes of matrix F). Finally, for destination nodes k, doissub-indices (k12, k23, k ^ z1) are used: the first indicates the anycast session number z for which the destination was chosen, and the second index indicates which of the Planned receivers was chosen, spi to spz are the starting positions of each individual, and are defined based on the number of columns of the potential solution matrix in isolation from each anycast session. To keep these positions constant for all individuals, some genes are filled with 0 values, which justifies the placement of zeros in the matrix F described earlier. This addition of redundancy is to prevent the emergence of undesirable individuals, ie only regular individuals are created. This avoids the need to use repair and verification functions to test whether individuals are valid.

A segunda etapa (b) mostrada no fluxograma do AG utilizado é a criaçãoda população inicial (3). Adotou-se a estratégia de utilizar uma população comum número de indivíduos maior que o número de nós na rede DTN. Porexemplo, para uma DTN com 40 nós, pode-se utilizar uma população inicial de50 indivíduos. Para formação da população inicial selecionam-sealeatoriamente rotas utilizando a matriz de soluções potenciais em isolamentode cada sessão anycast. A seguir, para avaliação da aptidão (5) dos indivíduosda população, são utilizadas medidas de desempenho da rede. Essas medidassão calculadas com base no tráfego gerado (quantidade de sessões anycast,número de mensagens de cada sessão, entre outros) e informaçõesprovenientes da representação através de grafos evolutivos: capacidade dearmazenamento dos nós (£>(/)), capacidade de armazenamento dos dispositivosmóveis (c(/,J)) que movem-se de um nó / em direção a um nó /, tempo departida dos dispositivos móveis (w(i,j)) em cada edge e atraso de movimentodos dispositivos móveis (md(ij)). Mais precisamente, são consideradas duasmedidas de desempenho:The second step (b) shown in the GA flowchart used is the creation of the initial population (3). The strategy of using a common population number of individuals greater than the number of nodes in the DTN network was adopted. For example, for a 40-node NTD, an initial population of 50 individuals can be used. For initial population formation, randomly select routes using the matrix of potential solutions in isolation from each anycast session. Next, to assess the fitness (5) of individuals in the population, network performance measures are used. These measurements are calculated based on the traffic generated (number of anycast sessions, number of messages in each session, among others) and representation information through evolutionary graphs: node storage capacity (£> (/)), mobile device storage capacity (c (/, J)) moving from one node / to one node /, time divided by mobile devices (w (i, j)) at each edge, and motion delay of mobile devices (md (ij) ). More precisely, two performance measures are considered:

1) Probabilidade de entrega PEdas mensagens1) Probability of delivery of messages

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onde mk(i) é o número total de mensagens anycast únicas recebidas por ummembro do grupo de receptores anycast para cada sessão anycast ζ e ms(i) éo número total de mensagens transmitidas por cada fonte anycast.2) Atraso médio ponderado D:where mk (i) is the total number of unique anycast messages received by a member of the anycast receiver group for each anycast session ζ and ms (i) is the total number of messages transmitted by each anycast source. 2) Weighted average delay D:

<formula>formula see original document page 13</formula><formula> formula see original document page 13 </formula>

onde fé o número de fragmentos, Wi é o peso de cada fragmento proporcionalao número de mensagens no fragmento atual e Dz(Z) é o atraso de cadafragmento, ou seja, é a soma do atraso médio d(i,j) de cada salto formando arota fonte-destino:where faith is the number of fragments, Wi is the weight of each fragment proportional to the number of messages in the current fragment and Dz (Z) is the delay of each fragment, that is, the sum of the average delay d (i, j) of each jump forming arota source-destination:

O atraso médio d(i,j) é a soma do tempo de partida dos dispositivosmóveis w(JJ) e do atraso de movimento md(i,j):The average delay d (i, j) is the sum of the starting time of mobile devices w (JJ) and the motion delay md (i, j):

<formula>formula see original document page 13</formula><formula> formula see original document page 13 </formula>

A aptidão do indivíduo é determinada de acordo com a probabilidade deentrega da Equação (1) e o atraso de entrega da Equação (2). Além disso, umacaracterística do algoritmo de roteamento anycast baseado em AGs é o cálculode rotas com uma probabilidade de entrega acima de um threshold (PErmn) ecom o menor atraso. A FIGURA 3 mostra um fluxograma descrevendo como oAG coloca os indivíduos em ordem de aptidão. Primeiramente, os indivíduos dapopulação da geração atual (15) são colocados em ordem decrescente deprobabilidade de entrega (16). Depois são verificados os indivíduos quepossuem uma probabilidade de entrega maior que um valor mínimo PEmin. Osindivíduos que possuem probabilidade de entrega maior que PEmin (18) sãodispostos em ordem crescente de atraso (19), e juntamente com os que nãopossuem probabilidade de entrega maior do que PEmin (17), irão formar apopulação de indivíduos em ordem de aptidão (20). Pode-se ajustar o valor dePEmin de acordo com as necessidades da aplicação.The fitness of the individual is determined according to the probability of delivery of Equation (1) and the delivery delay of Equation (2). In addition, a feature of the AG-based anycast routing algorithm is the calculation of routes with a delivery probability above a threshold (PErmn) and the shortest delay. FIGURE 3 shows a flowchart describing how the AG puts individuals in order of suitability. First, the current generation population (15) are placed in decreasing order of delivery probability (16). Then individuals who have a probability of delivery greater than a minimum PEmin value are verified. Individuals who have a probability of delivery greater than PEmin (18) are arranged in increasing order of delay (19), and together with those who have no probability of delivery greater than PEmin (17), will form the population of individuals in order of suitability (20). ). You can adjust the value of PEmin according to the needs of the application.

A condição de terminação do AG utilizada é o número de gerações.Caso essa condição não seja satisfeita (7), a nova população (4) deve serformada. Assim sendo, o AG armazena os indivíduos com os melhores valoresde aptidão através da estratégia de reserva elitismo (11) para a formação daprimeira sub-população. A alteração de rota nos melhores indivíduos (12), ouseja, nos cromossomos com os melhores valores de aptidão, forma a segunda sub-população, com a finalidade desta sub-população sendo obter indivíduosmelhores com pequenas alterações (altera-se apenas a rota de uma sessão nocromossomo) em relação aos melhores da geração anterior. A terceira sub-população é formada após o processo de reprodução (8). Para seleção dosindivíduos para reprodução é utilizada a técnica de seleção por torneio aospares, ou seja, dois indivíduos da população são escolhidos aleatoriamente, eo que tiver o melhor valor de aptidão será utilizado para reprodução.The termination condition of the GA used is the number of generations. If this condition is not met (7), the new population (4) must be formed. Thus, GA stores individuals with the best aptitude values through the reserve elitism strategy (11) for the formation of the first subpopulation. Route alteration in the best individuals (12), that is, in the chromosomes with the best aptitude values, forms the second subpopulation, with the purpose of this subpopulation being to obtain better individuals with small alterations (only the route of one nocromosome session) over the best of the previous generation. The third subpopulation is formed after the reproduction process (8). For selection of individuals for reproduction, the paired tournament selection technique is used, that is, two individuals from the population are randomly chosen, and the one with the best aptitude value will be used for reproduction.

Os operadores genéticos (9) utilizados são os de cruzamento de umponto e de mutação. Para ilustrar o funcionamento dos operadores genéticossão considerados os indivíduos X1 e X2 mostrados na FIGURA 4A. O cruzamento é realizado escolhendo-se de forma aleatória a posição inicial deuma das rotas representada por sp1, sp2, sp3, até spz. Deve-se lembrar que autilização de letras é só para facilitar a visualização, pois cada cromossomo érepresentado por nós da rede, e que, quando necessário, são preenchidos comzero para manter o tamanho do cromossomo e de cada sessão anycast constantes. Para o cruzamento escolhe-se uma posição aleatória, por exemplo,sp3 que indicará a posição a partir da qual o material genético dos indivíduosserá trocado. A FIGURA 4B mostra os indivíduos Y1 e Y2 resultantes docruzamento dos indivíduos X1 e X2 no ponto sp3. A mutação é realizadaalterando-se de forma aleatória uma das rotas do indivíduo (para isso utiliza-sea matriz de soluções potenciais em isolamento correspondente a posição quese deseja realizar a mutação). A FIGURA 4C ilustra X' resultante da mutaçãoda segunda rota do indivíduo X1. Para delimitar a mutação são utilizados osvetores de posição inicial sp2 e sp3-1, ou seja, a posição inicial da rota atual e aposição inicial da rota subseqüente menos um. As probabilidades de cruzamento e de mutação são pc = 0.8 e pm = 0.03, respectivamente. Essesvalores são ligeiramente maiores que os tradicionais visando aumentar adiversidade da população.The genetic operators (9) used are those of point crossing and mutation. To illustrate the operation of the genetic operators, the individuals X1 and X2 shown in FIGURE 4A are considered. The crossing is performed by randomly choosing the starting position of one of the routes represented by sp1, sp2, sp3, and spz. It should be remembered that letter autilization is for ease of viewing only, as each chromosome is represented by network nodes, and that, when necessary, is filled with zero to keep the chromosome size and each anycast session constant. For the crossing a random position is chosen, for example sp3 which will indicate the position from which the genetic material of the individuals will be exchanged. FIGURE 4B shows the individuals Y1 and Y2 resulting from crossover of individuals X1 and X2 at sp3. The mutation is performed by randomly changing one of the individual's pathways (for this the matrix of potential solutions in isolation corresponding to the position to which the mutation is desired) is used. FIGURE 4C illustrates X 'resulting from mutation of the second route of subject X1. To delimit the mutation, the sp2 and sp3-1 start position vectors are used, ie the starting position of the current route and the initial position of the subsequent route minus one. The crossing and mutation probabilities are pc = 0.8 and pm = 0.03, respectively. These values are slightly higher than the traditional ones to increase population diversity.

Das duas sub-populações restantes, somente a terceira (amostragemestocástica universal (13)) utiliza os indivíduos resultantes da reprodução (8) eda aplicação dos operadores genéticos (9) com probabilidade pc e pm. Assimsendo, uma amostragem estocástica universal (13) é realizada, com essemétodo também sendo conhecido como método da roleta para formar aterceira sub-população. A última sub-população é formada por um métodocompletamente aleatório (14), ou seja, os indivíduos são gerados de formaaleatória utilizando-se a matriz de soluções potenciais em isolamento de cadasessão anycast. Essas duas sub-populações, juntamente com as sub-populações formadas pela estratégia de reserva elitismo (11) e pela alteraçãode rota nos melhores indivíduos (12) com base nos valores de aptidão, irãoformar a nova população (4). Foi utilizado o conceito de sub-população pelomesmo se mostrar eficiente e utilizar diferentes valores de pressão de seleção(selection pressure).Of the two remaining subpopulations, only the third (universal stochastic sampling (13)) uses individuals resulting from reproduction (8) and the application of genetic operators (9) with probability pc and pm. Thus, a universal stochastic sampling (13) is performed, with this method also known as the roulette method for forming a third subpopulation. The last subpopulation is formed by a completely random method (14), that is, individuals are randomly generated using the matrix of potential solutions in isolation of anycast record. These two subpopulations, together with the subpopulations formed by the reserve elitism strategy (11) and the change of route in the best individuals (12) based on aptitude values, will form the new population (4). The concept of subpopulation was used to be efficient and to use different values of selection pressure.

Quando a pressão de seleção é alta, significa que a chance de seescolher indivíduos mais aptos é muito grande. Um aumento na pressão deseleção diminui a diversidade de população e vice-versa. O método deamostragem estocástica universal (13) aumenta a pressão de seleção, o quepode causar uma convergência prematura do GA. Para diminuir a pressão deseleção, o método completamente aleatório (14) é utilizado. Todavia, osmelhores cromossomos da geração atual podem ser perdidos. Este problema éresolvido incluindo-se a estratégia de reserva elitismo (11). Por fim, a estratégiade alteração de rota nos melhores indivíduos (12) é adicionada no processo deseleção com a finalidade de auxiliar na busca da solução ótima global. Asprincipais diferenças na presente invenção são a aplicação dos operadoresgenéticos antes da formação da terceira sub-população, representação docromossomo baseado nos nós da rede e a nova população (4) formada porquantidades diferentes de cada sub-população:Sub-população Quantidade de indivíduosWhen the selection pressure is high, it means that the chance of choosing more fit individuals is very high. An increase in deselection pressure decreases population diversity and vice versa. The universal stochastic sampling method (13) increases the selection pressure, which may cause premature GA convergence. To decrease the deselection pressure, the completely random method (14) is used. However, the best chromosomes of the present generation may be lost. This problem is solved by including the reserve elitism strategy (11). Finally, the route alteration strategy in the best individuals (12) is added to the selection process in order to assist in the search for the optimal global solution. The main differences in the present invention are the application of genetic operators before the formation of the third subpopulation, representation of the network-based nodes and the new population (4) formed by different amounts of each subpopulation: Subpopulation Number of individuals

1 Estratégia de reserva elitismo 10%1 Elitism reserve strategy 10%

2 Alteração de rota nos melhores indivíduos 10%2 Route change in the best individuals 10%

3 Amostragem estocástica universal 20%3 Universal Stochastic Sampling 20%

4 Método completamente aleatório 60%4 Completely random method 60%

Os valores mostrados indicam que a estratégia utilizada foi manter adiversidade da população através de duas sub-populações, amostragemestocástica universal (13) e método completamente aleatório (14),representando 20% e 60%, respectivamente, da formação da nova população(4). Além disso, as outras duas sub-populações (estratégia de reserva elitismo(11) e alteração de rota nos melhores indivíduos (12)) serão responsáveis por10% cada, na formação da nova população (4), de modo a evitar queindivíduos com bons valores de aptidão sejam perdidos.The values shown indicate that the strategy used was to maintain population diversity through two subpopulations, universal stochastic sampling (13) and completely random method (14), representing 20% and 60%, respectively, of the formation of the new population (4). . In addition, the other two subpopulations (reserve elitism strategy (11) and route change in the best individuals (12)) will account for 10% each in the formation of the new population (4), so as to avoid individuals with good fitness values are lost.

Após a nova população ser formada, a aptidão de cada indivíduo éavaliada e ordenada como descrito anteriormente. As etapas de reprodução,aplicação de operadores genéticos, formação das quatro sub-populações paraformação da nova população, e avaliação da mesma, são realizadas até que acondição de encerramento do AG seja satisfeita. A condição de encerramentodo algoritmo utilizada foi o número de gerações, entretanto, outras condiçõesde encerramento podem ser utilizadas, como por exemplo, o tempo de partidado dispositivo móvel que forma o primeiro salto de cada sessão anycast.After the new population is formed, each individual's fitness is assessed and ordered as described above. The stages of reproduction, application of genetic operators, formation of the four subpopulations for the formation of the new population, and evaluation of it, are performed until the closure condition of the GA is satisfied. The termination condition of the algorithm used was the number of generations, however other termination conditions may be used, such as the mobile device starting time that forms the first hop of each anycast session.

O número de gerações necessárias para conseguirem-se rotas sub-ótimas é dependente das condições da rede, como número de sessões,quantidade de tráfego, densidade de nós, número de mensagens, entre outros.Para definição do número de gerações utilizadas pelo algoritmo de roteamentoanycast baseado em AGs são utilizadas três definições:The number of generations required to achieve suboptimal routes is dependent on network conditions such as number of sessions, amount of traffic, node density, number of messages, and so on. GA-based routinganycast three definitions are used:

- Para um número de sessões anycast ζ menor que 4, utilizam-se 60gerações;- For any number of anycast sessions ζ less than 4, 60generations are used;

- Para um número de sessões anycast ζ entre 4 e 9, utilizam-se 120gerações;- For a number of anycast sessions between 4 and 9, 120generations are used;

- Para um número de sessões anycast z maior do que 9 utilizou-se aseguinte expressão para definir o número de gerações (nger):- For a number of anycast z sessions greater than 9, the following expression was used to define the number of generations (nger):

Como exemplo, para um número de sessões anycast z igual a 20, onúmero de gerações (nger) utilizado é 600.As an example, for anycast number of z sessions equal to 20, the number of generations (nger) used is 600.

O algoritmo de roteamento anycast em DTNs baseado em AGs tem avantagem de realizar uma combinação adequada das rotas para decisões deroteamento. Outra característica positiva do algoritmo é a utilização de rotasalternativas evitando que vários tráfegos utilizem e concorram a um mesmoenlace em um grafo. Com isso, o algoritmo é apto a lidar com as condiçõesdinâmicas das DTNs.The anycast routing algorithm on AG-based DTNs has the advantage of performing an appropriate combination of routes for routing decisions. Another positive feature of the algorithm is the use of alternative routes, preventing multiple traffic from using and competing on the same link in a graph. Thus, the algorithm is able to deal with the dynamic conditions of DTNs.

Além disso, experimentos baseados em simulação mostram que aestratégia de limitar-se o número de soluções potenciais em isolamento auxiliao algoritmo de roteamento baseado em AGs a convergir de maneiraconsideravelmente mais rápida e produzir resultados semelhantes do quequando não se limita o número de soluções a serem combinadas pelo AG. Estecomportamento pode ser explicado pelo fato de que quando se utiliza umnúmero de soluções potenciais em isolamento limitado, o espaço de busca doalgoritmo é menor, diminuindo o tempo necessário até o algoritmo convergir.Também, quando não se limita o número de soluções potenciais emisolamento, soluções contendo grandes quantidades de saltos, que muitopossivelmente não farão parte da solução ótima, são utilizadas e combinadaspelo algoritmo, fazendo com que um número alto de gerações seja utilizado.Outra estratégia utilizada que se mostrou eficiente foi o conceito de sub-população, que auxiliou o algoritmo a convergir de maneira mais rápida. Assimsendo, a presente invenção baseia-se na utilização destas duas estratégias emconjunto e a aplicação de AG no roteamento anycast em DTNs, juntamentecom o esquema de codificação utilizado, permitem que o algoritmo deroteamento anycast baseado em AGs seja eficiente e responda bem aodinamismo e desafios presentes nas DTNs1 por encontrar combinações derotas adequadas para o roteamento.In addition, simulation-based experiments show that the strategy of limiting the number of potential solutions in isolation helps the AG-based routing algorithm converge considerably faster and produce similar results than when not limiting the number of solutions to be combined. by the AG. This behavior can be explained by the fact that when using a number of potential solutions in limited isolation, the algorithm search space is smaller, decreasing the time required for the algorithm to converge. Also, when not limiting the number of potential isolation solutions, containing large numbers of hops, which probably will not be part of the optimal solution, are used and combined by the algorithm, causing a high number of generations to be used. Another strategy used that proved to be efficient was the concept of subpopulation, which helped algorithm converging faster. Therefore, the present invention is based on the use of these two strategies together and the application of GA to anycast routing in DTNs, together with the coding scheme used, allows the anycast routing algorithm based on GAs to be efficient and respond well to the dynamism and challenges present. DTNs1 by finding suitable combination combinations for routing.

A presente invenção contribui oferecendo um método de roteamentoanycast baseado em AGs eficiente em DTNs. O método destina-se a seraplicado em regiões em desenvolvimento carentes de infra-estrutura,permitindo levar a revolução da informação tecnologia às populações em taislocalidades restritas que não possuem nenhum tipo de comunicação. Alémdisso, em muitas situações, um host, aplicação ou usuário pode necessitar deum determinado serviço ou alguma informação específica. Entretanto, se váriosnós, servidores ou usuários suportam o serviço ou possuem a informaçãorequerida, qualquer um pode ser utilizado. Neste cenário, considerando oserviço unicast, ou seja, a transmissão de uma fonte para um destino definido,provavelmente essa escolha de apenas um único destino inviabilizaria acomunicação, uma vez que outros possíveis destinos seriam deixados de lado.O serviço anycast é adequado justamente para aproveitar essa oportunidadede transmitir para um, possivelmente o destino que apresentar as melhorescondições de comunicação, dentre um grupo de possíveis nós, permitindo acomunicação em cenários nos quais muitas vezes o serviço unicast seriainviável. Deste modo, as DTNs representadas por grafos evolutivos, juntamentecom os benefícios do serviço anycast e a utilização de um algoritmo deroteamento anycast eficiente baseado em AGs1 são uma solução atrativa paraprovisão de comunicação em regiões remotas e rurais. Essas regiõesdesconectadas, sem nenhuma possibilidade de comunicação, podem utilizarmensageiros em carros, ônibus, motos e/ou caminhões, equipados comdispositivos de armazenamento, para atuarem como transportadores paraentregar as mensagens, com o algoritmo de roteamento sendo responsável pordefinir para quais mensageiros repassar as mensagens. Na representaçãoatravés de grafos utilizada, os nós (fixos) seriam as regiões sem comunicação,e os edges (dispositivos móveis) seriam os mensageiros. Assim sendo, essecenário descrito como exemplo, além das aplicações potenciais do anycast nasDTNs e do algoritmo de roteamento baseado em AGs com uma eficienteseleção de rotas, mostram-se uma solução promissora na utilização do serviçoanycast para prover a comunicação em regiões rurais e remotas, carentes deinfra-estrutura de comunicação.The present invention contributes by providing an efficient AG-basedanycast routing method on DTNs. The method is intended to be applied in developing regions lacking infrastructure, enabling the information technology revolution to be brought to populations in such restricted locations that have no communication at all. In addition, in many situations, a host, application or user may require a particular service or specific information. However, if several nodes, servers, or users support the service or have the required information, either one may be used. In this scenario, considering unicast service, that is, transmitting a source to a defined destination, this choice of only one destination would probably make communication impossible, since other possible destinations would be dropped. This opportunity to transmit to one, possibly the destination that presents the best communication conditions, among a group of possible nodes, allowing communication in scenarios in which the unicast service would often be unviable. Thus, NTDs represented by evolutionary graphs, coupled with the benefits of anycast service and the use of an efficient AGs1-based anycast routing algorithm are an attractive solution for providing communication in remote and rural regions. These unconnected regions, with no possibility of communication, can use messengers in cars, buses, motorcycles and / or trucks, equipped with storage devices, to act as carriers to deliver messages, with the routing algorithm being responsible for defining which messengers to forward messages to. In the representation through graphs used, the (fixed) nodes would be the regions without communication, and the edges (mobile devices) would be the messengers. Thus, this example described as an example, in addition to the potential applications of anycast in NTDNs and the efficient route selection AG-based routing algorithm, are a promising solution in using the ancast service to provide communication in rural and remote, underserved regions. communication infrastructure.

Claims (6)

1. Método de roteamento anycast para seleção de caminhos utilizandoalgoritmo genético ou AG em uma rede tolerante a atrasos e desconexões ouDTNs, caracterizado por compreender as etapas de:a) comunicação de nós desconectados (regiões carentes de infra-estrutura)utilizando mensageiros móveis;b) criação e limitação de soluções potenciais em isolamento para cadasessão anycast, obtidas utilizando algoritmo que calcula o caminho como menor número de saltos, disponibilizadas para serem combinadas peloalgoritmo de roteamento anycast baseado em AG;c) definição dos nós da rede DTN como um cromossomo, e representaçãodo cromossomo, utilizando as soluções potenciais em isolamento, pelosnós que formam a rota de cada sessão anycast e indicam osmensageiros móveis através dos quais a mensagem é repassada;d) avaliação da aptidão dos indivíduos da população de acordo com umaprobabilidade de entrega de mensagens mínima e criação da novapopulação utilizando o conceito de sub-população;e) definição dos mensageiros móveis para os quais as mensagens sãorepassadas utilizando informações do grafo evolutivo; ef) seleção de caminhos de roteamento anycast baseado nas medidas dedesempenho atraso e probabilidade de entrega das mensagens.1. Anycast routing method for path selection using genetic algorithm or AG in a delay and disconnection tolerant network or DTTs, comprising the steps of: a) communication of disconnected nodes (regions lacking infrastructure) using mobile messengers; (c) creation and limitation of potential isolation solutions for anycast registration obtained using algorithm that calculates the path as the least number of hops available to be combined by the AG-based anycast routing algorithm c) definition of DTN network nodes as a chromosome, and representation of the chromosome, using the potential solutions in isolation, by the nodes that form the route of each anycast session and indicate the mobile messengers through which the message is passed, d) assessing the suitability of individuals within the population with a minimum likelihood of delivering messages. and creation of the new population using the (e) definition of the mobile messengers to which messages are transmitted using information from the evolutionary graph; and f) selection of anycast routing paths based on measures of delay performance and message delivery probability. 2. Método de roteamento anycast de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pela etapa b) compreender as etapas de:- utilização de um grafo evolutivo modelado para representar ascaracterísticas da rede DTN para cálculo de soluções potenciais emisolamento utilizando o algoritmo que calcula o menor caminho com baseno número de saltos; e- limitação do número de soluções potenciais para cinco, diminuindo oespaço de busca do algoritmo, com a finalidade de reduzir o tempo deresposta do algoritmo.Anycast routing method according to claim 1, characterized in that step b) comprises the steps of: - using a modeled evolutionary graph to represent DTN network characteristics for calculating potential isolation solutions using the shortest path algorithm with baseline number of hops; e- limiting the number of potential solutions to five, reducing the search space of the algorithm in order to reduce the response time of the algorithm. 3.) Método de roteamento anycast de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pela etapa c) compreender as etapas de:- codificação do conjunto de nós que formam o caminho entre a fonte e odestino de cada sessão anycast em um único cromossomo, utilizando assoluções potenciais de cada sessão; e- representação podendo utilizar preenchimentos com zero para manter otamanho do cromossomo constante facilitando a geração de apenasindivíduos regulares.Anycast routing method according to claim 1, characterized in that step c) comprises the steps of: - encoding the set of nodes that form the path between the source and destination of each anycast session on a single chromosome using assolutions. potentials of each session; e- representation may use zero fills to maintain constant chromosome size facilitating the generation of only regular individuals. 4.) Método de roteamento anycast de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pela etapa d) compreender as etapas de:- definição de uma probabilidade de entrega mínima (PEm/n) de mensagens(definida de acordo com as necessidades da aplicação) que o algoritmode roteamento anycast baseado em AG irá buscar;- avaliação da aptidão e ordenação dos indivíduos da população baseadono cálculo do atraso, da probabilidade de entrega das mensagens ePEmin, β- formação da nova população utilizando quatro sub-populações (formadapor quantidades diferentes de cada sub-população): estratégia dereserva elitismo (10%), alteração de rota nos melhores indivíduos (10%),amostragem estocástica universal (20%) e método completamentealeatório (60%).Anycast routing method according to claim 1, characterized in that step d) comprises the steps of: - defining a minimum message delivery probability (PEm / n) (defined according to application needs) which the AG-based anycast routing algorithm will look for: - assessing the suitability and ordering of individuals in the population based on the calculation of the delay, the probability of delivery of ePEmin messages, the formation of the new population using four subpopulations (formed by different amounts of each subpopulation): strategy of elitism (10%), change of route in the best individuals (10%), universal stochastic sampling (20%) and completely random method (60%). 5.) Método de roteamento anycast de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pela etapa e) compreender uma etapa de determinação dosmensageiros móveis, para a rota de cada sessão anycast, que indicará paraquais nós a mensagem é repassada, baseado nos caminhos representados nocromossomo.Anycast routing method according to claim 1, characterized in that step e) comprises a step of determining the mobile messengers for the route of each anycast session, which will indicate to which nodes the message is forwarded, based on the paths represented in the chromosome. 6.) Método de roteamento anycast de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pela etapa f) compreender uma etapa de seleção de caminhosde roteamento anycast baseado nos caminhos representados no cromossomo,nos quais uma probabilidade de entrega mínima (PEmin) é buscada e o atraso émínimo.Anycast routing method according to claim 1, characterized in that step f) comprises an anycast routing path selection step based on the paths represented on the chromosome, in which a minimum delivery probability (PEmin) is sought and the delay It is minimal.
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CN112580865A (en) * 2020-12-15 2021-03-30 北京工商大学 Mixed genetic algorithm-based takeout delivery path optimization method

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