Оптимизация параметра величины колонии в муравьином алгоритме для решения задачи маршрутизации в сетях связи

A A Mironov; R V Fayzullin; A V Kuzikova

doi:10.22213/2410-9304-2024-2-63-68

Authors

A. A. Mironov MIREA - Russian Technological University
R. V. Fayzullin MIREA - Russian Technological University
A. V. Kuzikova MIREA - Russian Technological University

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2024-2-63-68

Keywords:

modeling, best route, optimization, model, ant algorithm

Abstract

With the increasing amount of information and complexity of communication networks, the issue of routing remains relevant. The routing problem is a classic problem of building a logical structure of a communication network. To solve this problem, many methods are used, such as: genetic algorithms, ant algorithm, swarm intelligence, artificial bee colony algorithm, firefly algorithm, bacterial food search optimization algorithm, etc. Despite the fact that the effectiveness of using the ant algorithm is widely known and described, however, there is no single approach to finding the optimal use case for the algorithm. There is a need to determine the optimal size of the colony when solving the routing problem. The article describes the results of the simulation process of modeling the behavior of ant colonies of different sizes to find the optimal route through the AnyLogic environment. It is determined that by means of simulation it is possible to reproduce the use of the ant algorithm to solve the routing problem in communication networks. To find the optimal ratio of the colony size to the complexity of the task, you can use the grid search methodology. The results clearly demonstrate that with increasing complexity of the task (the number of communication nodes), the same number of ants cope worse with the task. The problem associated with the need to accurately determine the optimal size of a colony is of great practical importance, because an increase in the size of a colony has generally decreasing utility. It was found that for many, an increase in the number of ants from 100 to 500 had a relatively greater effect than an increase in the size of the colony from 1000 to 10000. It is proved that by means of simulation it is possible to reproduce the use of the ant algorithm to solve the routing problem in communication networks.

Author Biographies

A. A. Mironov, MIREA - Russian Technological University

.

R. V. Fayzullin, MIREA - Russian Technological University

PhD in Economics, Associate Professor

A. V. Kuzikova, MIREA - Russian Technological University

.

References

Faizullin R., Pavlov I., Konstantinov P. Methodology for optimizing supply chains // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering: Computer Applications for Management and Sustainable Development of Production and Industry (Dushanbe, 21-23 December 2021). SPIE; 2022. P. 122510U. DOI: 10.1117/12.2630920.

Кузикова А. В., Миронов А. А., Файзуллин Р. В. Оптимизация маршрута с применением муравьиного алгоритма в среде Anylogic // Вестник Академии управления и производства. 2023. № 4. С. 420-427.

Костенко В. А., Плакунов А. В. Муравьиные алгоритмы для планирования вычислений в центрах обработки данных // Вестник Московского университета. Серия 15: Вычислительная математика и кибернетика. 2017. № 1. С. 44-50.

Боронин П. Н., Кучерявый А. Е. Интернет вещей как новая концепция развития сетей связи // Информационные технологии и телекоммуникации. 2014. Т. 2, № 3. С. 7-30.

Новиков А. С., Пестин М. С. Распределённая маршрутизация трафика в беспроводных децентрализованных самоорганизующихся сетях связи // Известия ТулГУ. Технические науки. 2021. № 5. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/raspredelyonnaya-marsh rutizatsiya-trafika-v-besprovodnyh-detsentralizo vannyh-samoorganizuyuschihsya-setyah-svyazi (дата обращения: 14.03.2024).

Мельник В. С. Многопоточная маршрутизация в автоматизированной системе учета конечных нод распределенного кластера // Известия СПбГЭТУ ЛЭТИ. 2020. №. 1. С. 38-43.

Чернявский П. С. Метод моделирования процессов обработки неоднородных данных в буферных накопителях маршрутизаторов // Системный анализ и прикладная информатика. 2021. №. 3. С. 34-38.

Рубцова М. А., Сазонов В. В. К вопросу использования протоколов динамической маршрутизации в сетях передачи данных специального назначения // Информационная безопасность регионов России (ИБРР-2023). СПб., 2023. С. 153.

Кокшарова Е. А. Методические аспекты обучения будущих it-инженеров технологии гарантированного качества обслуживания в облачных инфраструктурах // Наукосфера. 2020. №. 10-1. С. 66-70.

Перепелкин Д. А., Нгуен В. Т. Интеллектуальная многопутевая маршрутизация в программно-конфигурируемых сетях на основе алгоритма искусственной пчелиной колонии // Информационные технологии. 2022. Т. 28, № 8. С. 395-404. DOI 10.17587/it.28.395-404.

Новиков О. П., Новиков М. О. Маршрутизация информации в стохастических многопараметрических информационных системах с волоконно-оптическими каналами // Сборник научных трудов кафедры прикладной математики и программирования по итогам работы постоянно действующего семинара "Теория систем". М.: РГУ им. А. Н. Косыгина, 2022. С. 79.

Германчук М. С., Лемтюжникова Д. В., Лукьяненко В. А. Метаэвристические алгоритмы для многоагентных задач маршрутизации // Проблемы управления. 2020. №. 6. С. 3-14.

Al Aghbari, Z., Khedr, A.M., Osamy, W. et al. Routing in Wireless Sensor Networks Using Optimization Techniques: A Survey. WirelessPersCommun 111, 2407-2434 (2020). https://doi.org/10.1007/s11277-019-06993-9.

Мохов В. А. Бинарная оптимизация: задачи и алгоритмы // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2022. №. 2 (214). С. 12-19.

Перепелкин Д. А., Нгуен В. Т. Интеллектуальная многопутевая маршрутизация в программно-конфигурируемых сетях на основе алгоритма искусственной пчелиной колонии // Информационные технологии. 2022. Т. 28, № 8. С. 395-404. DOI 10.17587/it.28.395-404.

Kasatkina E. V. Vavilova D. D. Mathematical modeling and optimization of traffic flows. Journal of Physics: Conference Series: VIII International Young Scientists Conference Information Technologies, Telecommunications and Control Systems (ITTCS 2021), Innopolis, 16-17 декабря 2021 года. Vol. 2134. - Innopolis: IOP Publishing Ltd, 2021. - P. 012002. DOI: 10.1088/1742-6596/2134/1/012002.

Марочкина А. В., Парамонов А. И. Метод маршрутизации трафика в трехмерной сети интернета вещей высокой плотности с применением серого реляционного анализа // Труды учебных заведений связи. 2023. Т. 9, № 4. С. 75-85. DOI 10.31854/1813-324X-2023-9-4-75-85.

Скрипник И. В. Задачи разработки самоорганизующейся сети связи беспилотных летательных аппаратов // Информационные системы и технологии ИСТ-2020: сборник материалов XXVI Международной научно-технической конференции, Нижний Новгород, 24-28 апреля 2020 года. Нижний Новгород: Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева, 2020. С. 179-183.

Карсаев О. В. Модификация CGR-алгоритма маршрутизации данных в коммуникационной сети группировки спутников // Мехатроника, автоматизация, управление. 2020. Т. 21, № 2. С. 75-85. DOI 10.17587/mau.21.75-85.

Аксенов А. А. Задачи маршрутизации в компьютерных сетях // Молодежь и XXI век - 2020: материалы X Международной молодежной научной конференции, Курск, 19-20 февраля 2020 года. Т. 3. Курск: Юго-Западный государственный университет, 2020. С. 9-11.