[發明專利]一種基于BP神經網絡蟻群算法的網絡路由規劃方法及系統

有效

• 申請號: 202110181751.8
• 申請日: 2021-02-09
• 公開（公告）號: CN113014484B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 宋楊;諸葛斌;董黎剛;蔣獻
• 申請（專利權）人: 浙江工商大學
• 主分類號: H04L45/00
• 分類號: H04L45/00;H04L47/125;H04L41/0213;H04L45/12;G06N3/04;G06N3/00
• 代理公司: 杭州五洲普華專利代理事務所(特殊普通合伙) 33260
• 代理人: 朱林軍

本發明提供了一種基于BP神經網絡蟻群算法的網絡路由規劃方法和系統，涉及網絡路由規劃的領域，克服了現有技術中傳統蟻群算法很難適用于當前日益復雜的網絡環境且無法保證在網絡設備資源有限的約束下提供相對較優的丟包率、時延、帶寬、擁塞率以及時延抖動的不足，通過本發明的方法和系統可以有效得躲避預測流量過高的網絡節點，避免網絡流量只走“最短路徑”減少網絡擁塞，避免鏈路局部產生不必要的惡化，從而最終達到網絡負載均衡。

技術領域

本發明涉及網絡路由規劃的領域，特別涉及一種基于BP神經網絡蟻群算法的網絡路由規劃方法及系統。

背景技術

路由規劃是指根據網絡現有結構，設計比較適合的路由算法，在能夠實現優化的網絡路徑選擇的同時具有路徑均衡功能，保證在網絡結構發生變化時數據能夠通過其他路徑迂回，保證網絡的通暢。

目前的路由規劃方案基本上是使用傳統蟻群算法來優化路徑，解決受限路由問題。該算法應用于解決優化問題的基本思路為：用螞蟻的行走路徑表示待優化問題的可行解，整個螞蟻群體的所有路徑構成待優化問題的解空間。路徑較短的，螞蟻釋放的信息素量較多，隨著時間的推進，較短的路徑上累積的信息素濃度逐漸增高，選擇該路徑的螞蟻個數也愈來愈多。最終，整個螞蟻會在正反饋的作用下集中到最佳的路徑上，此時對應的便是待優化問題的最優解。從而來達到優化路徑的目的。

針對傳統蟻群算法很難適用于當前這種日益復雜的網絡環境，一方面基本的蟻群算法只考慮怎么尋找最短路徑，未考慮網絡的QoS(Quality of Service，服務質量)以及轉發層網絡設備的負載能力。計算出來的路徑，無法保證在網絡設備資源有限的約束下提供相對較優的丟包率、時延、帶寬、擁塞率以及時延抖動。另一方面基本蟻群算法收斂速度過慢而且非常容易陷入局部最優解。

發明內容

本發明為了克服現有技術的不足，提供一種基于BP神經網絡蟻群算法的網絡路由規劃方法及系統，可以有效的躲避預測流量過高的網絡節點，避免網絡流量只走“最短路徑”減少網絡擁塞，避免鏈路局部產生不必要的惡化。從而最終達到網絡負載均衡。

為了實現上述目的，本發明實施例提供了一種基于BP神經網絡蟻群算法的網絡路由規劃方法，包括：

初始化網絡節點信息、節點距離信息、QoS信息、網絡節點資源約束信息、啟發因子信息、信息素因子信息；

設定起點并將螞蟻放到所述起點位置；

以當前網絡節點上的速率作為數據集，通過BL-LSTM基于線性回歸的長短時記憶網絡算法預測出短時間內到達下一跳所有可能節點的O-D出發節點-目的節點流大小并保存至數據到控制器；

通過公式

過濾掉一部分負載即將過高的節點，其中所述θ_ij(t)是躲避函數，α是調節函數，表示從節點i到節點j當前的流量，表示從節點i到節點j最大帶寬容量，b為偏置用來調節函數的高低；

對路徑中的信息素進行更新并將每條路徑的信息素按照揮發因子進行揮發：

根據信息素重置螞蟻的初始位置并從起點到終點重新開始循環；

獲得路由的最優路徑。

可選的，所述對路徑中的信息素進行更新并將每條路徑上的信息素按照揮發因子進行揮發包括：根據需求設置不同的約束條件、不同的節點類型使用不同的啟發函數，所述啟發函數表示數據包從節點i轉移到節點j的期望程度；

獲取狀態轉移概率，把所有路徑概率分布在一個輪盤上，一條路徑對應一個扇面，通過一個隨機函數來生成一個0～1之間的隨機變量i，通過變量i來確定指針落在輪盤的哪個扇面上；