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译文题目：

在 WDM 代理网络中基于蚁群的动态路由和波长分配

原稿题目：

Dynamic Routing and Wavelength Assignment in WDM Net-

works with Ant-Based Agents

Embedded and Ubiquitous Compter science Volume 3207.200

原稿出处：

4.pp 829-838

在 WDM 代理网络中基于蚁群的动态路由和波长分配

【摘要】在这篇论文中，我们提出一种在波长连续性约束波分复用（WDM）光网络

中基于蚁群算法的动态路由与波长分配。通过采用一个新的路由表结构和保持大量的

蚂蚁在网络中合作探索网络状态和不断更新路由表的方式，我们新的蚁群算法能够有

效地支持蚁群觅食任务的路由选择波分复用（WDM）网络中波长分配，并允许一个

连接设置迅速到达小的设置时间。大量基于 ns-2 网络仿真结果模拟表明，该算法能

够很好得适应流量变化和达到一个比起固定路由算法较低的阻塞概率。

【关键词】路由，波长分配，算法，WDM（波分复用），蚁群算法

1. 介绍

所有采用波分复用（WDM）光网络都有一个巨大的带宽容量，他们显示成为下

一代互联网骨干。在所有光网络中，数据路由在光学通道被叫做光路。路由和波长分

配（RWA）问题是如何为一个连接请求确定路由和波长。没有了波长转换功能，一

个光路必须在所有链接中使用相同的波长，这被称为波长连续性限制。

路由和波长分配(RWA)问题通常被归类为静态和动态两种。在静态路由和波长分

配问题中，连接请问是预先给出的，问题就变成如何为所有请求建立光路，使得总数

量的波长被最小化。静态路由和波长分配问题已经被证明是一个 NP 完全问题。在动

态路由和波长分配问题中，流量是动态的以及连接请求到达的随机性使得它变得更为

困难。启发式算法通常被用来解决这个问题。一般来说，一个动态的路由和波长分配

算法的目的是使在整个网络中总阻塞概率最小化。

在我们的工作中，我们关注波长连续性约束的动态 RWA 问题。在著作中，动态

RWA 问题通常被分为两种子问题，分别可以解决：路由和波长分配。路由方案可以

分为固定路由，固定备用路由和自适应路由。在固定的路由方案，有一个专门为源和

目的的路线。每当一个请求出现在这一对源和目的中，这条路线就会试图对波长进行

分配。固定路由简单，但是通常导致高阻塞概率。固定备用路由方法具备更好的性能

在多路径节点对方面。在自适应路由方案中，当一个连接请求到来时，路线的计算是

基于当前网络状况，从而得到最好的性能。然而，自适应路由需要很高的复杂计算。

一个更详细的路由调查和波长分配可以在[2]中找到。

自适应 RWA 方案在论文中总是需要来自于控制协议的特殊支持以获得全球网

络状态。此外，启发式算法在一个请求到达之后执行路由和波长搜索任务必须权衡复

杂度和性能。这也造成高设置延迟和控制开销。一个可能的方法来克服这些问题是使

用基于蚁群的移动代理[3]。基于蚁群的代理路由方法继承了移动代理行为和蚁群系

统的优势。最近的结果表明，这种方法可以在电路控制的控制和分组交换网络中产生

高效的性能。

在本文中，我们主要研究一个新的基于蚁群代理算法为波分复用网络的动态

RWA 问题在波长连续性约束之下。我们的研究旨在通过使用适当数量的蚂蚁来减少

阻塞概率和路径设置时间，蚁群在连接请求带来之前持续执行路径搜索任务，这样的

路由选择和波长分配请求的执行是简单地查找路由表。为了实现这一目标，为我们新

的算法开发一个新的路由表结构，一个蚁群控制方案和一个信息素更新机制。

本文余下部分组织如下：在第二节，我们讨论相关工作。第三节，在波长连续性

约束之下的波分复用网络的中我们为动态 RWA 问题提出新的方法。第四节，描述我

们初步仿真和分析结果。最后，我们的结论和未来的工作在第五节进行了讨论。

2. 相关工作

最近的研究结果表明，通信网络中的路由可以通过蚁群优化（ACO）[3]方法有

效地解决。路由解决方案建立在基于蚁群在代理网络状态中的觅食行为。这些集体代

理通过环境中信息素拖拽（stigmergy）间接沟通。通过下面的的另一个信息素轨迹，

一个代理可以找到一个“好”的路线，这条路线最短，从源到目的地路由数据最不拥

挤。两种基本算法是由 Schoonderwoerd et al.[4]提出的对电话网络的基于蚁群控制

（ABC）和由 Di Caro et al.[5]提出的基于蚁群的分组交换网络。有一些后续的提高路

由性能的改进方案，包括使用动态编程[9]的智能代理，增强蚁群对环境适应能力[10]

的强化学习以及适应蚁群搜索过程控制参数[11]的遗传算法。而以上的研究主要集中

在电子通信网络中的路由问题，我们在本文中的兴趣是波长连续性约束下的波分复用

光网络的动态 RWA 问题。

Valera et al.[12]提出了一种蚁群算法来解决静态 RWA 问题。目标在于使一个给

定网络拓扑和流量矩阵的波长要求数量尽量减少。波长分配仅仅使用一个贪婪的方法，

它为每个链接指定最低可用波长。一个蚂蚁的路由选择是基于每个连接的吸引力。每

只蚂蚁都有自己的可以被其他蚂蚁拒绝的信息素。每只蚂蚁都留有一个用于路线回溯

和循环回避的之前访问节点的“禁忌”列表。信息素的更新可以使用不同的方法。该

方法最好的结果是吸引蚂蚁的路径数量随着穿越的蚂蚁数量越来越多而获得全球更

新。这个结果可以相比于 Nagasu 启发式[13]，但是他需要更长的计算时间。然后，

这个方法不能直接应用于动态 RWA 问题。

Garlick et al.[14]提出了一种基于蚁群的算法来解决动态 RWA 问题。当一个新的

连接请求到来时，大量的蚂蚁从源出发到目的地。蚂蚁评估一条路径是基于其长度和

这条路径的平均可用波长。当一只蚂蚁到达目的地，全球信息素更新被执行。信息素

更新的需求依据：一旦一个连接被建立，网络信息素矩阵重置。为一个连接请求的最

后最好路径的产生是当所有的蚂蚁完成他们的探索任务。作者表明，该算法在所有可

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