Registro fonte: Cultural GrAnt: um protocolo de roteamento baseado em inteligência coletiva para redes tolerantes a atrasos

Cultural GrAnt: um protocolo de roteamento baseado em inteligência coletiva para redes tolerantes a atrasos

This work presents a new routing protocol for complex and dynamic Delay Tolerant Networks (DTN). The proposed protocol is called Cultural GrAnt (Greedy Ant), as it uses a hybrid system composed of a Cultural Algorithm and a greedy version of the Ant Colony Optimization (ACO) metaheuristic. In Cultur...

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Autor principal:	Vendramin, Ana Cristina Barreiras Kochem
Formato:	Tese
Idioma:	Português
Publicado em:	Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2013
Assuntos:	Rede de computador - Protocolos Roteadores (Rede de computador) Tolerância a falha (Computadores) Inteligência coletiva Otimização matemática Engenharia elétrica Computer network protocols Ruters (Computer network) Fault-tolerant computing Swarm intelligence Mathematical optimization Electric engineering
Acesso em linha:	http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/366
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id	riut-1-366
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spelling	riut-1-3662015-03-07T06:06:11Z Cultural GrAnt: um protocolo de roteamento baseado em inteligência coletiva para redes tolerantes a atrasos Vendramin, Ana Cristina Barreiras Kochem Fonseca, Anelise Munaretto Delgado, Myriam Regattieri de Biase da Silva Rede de computador - Protocolos Roteadores (Rede de computador) Tolerância a falha (Computadores) Inteligência coletiva Otimização matemática Engenharia elétrica Computer network protocols Ruters (Computer network) Fault-tolerant computing Swarm intelligence Mathematical optimization Electric engineering This work presents a new routing protocol for complex and dynamic Delay Tolerant Networks (DTN). The proposed protocol is called Cultural GrAnt (Greedy Ant), as it uses a hybrid system composed of a Cultural Algorithm and a greedy version of the Ant Colony Optimization (ACO) metaheuristic. In Cultural GrAnt, ACO represents the population space of the cultural algorithm and uses a greedy transition rule to either exploit previously found good paths or explore new paths by selecting, among a set of candidates, the most promising message forwarders. The main motivation for using ACO is to take advantage of its population-based search and adaptive learning framework. Conversely, CA gathers information during the evolutionary process and uses it to guide the population and thus accelerate learning while providing more efficient solutions. Considering information from heuristic functions, pheromone concentration, and knowledge stored in the CA belief space, the Cultural GrAnt protocol includes three modules: routing, scheduling, and buffer management. To the best of our knowledge, this is the first routing protocol that employs both ACO and CA to infer the best message forwarders using opportunistic information about social connectivity between nodes, determine the best paths a message must follow to eventually reach its destination while limiting message replications and droppings, and perform message transmission scheduling and buffer space management. Cultural GrAnt is compared to the Epidemic and PROPHET protocols in two different mobility scenarios: an activity-based movement model, which simulates the daily lives of people in their work, leisure and rest activities; and a community-based movement model. Simulation results obtained by the ONE simulator show that, in both scenarios, Cultural GrAnt achieves a higher delivery ratio, lower message replication, and fewer dropped messages than Epidemic and PROPHET. Esta tese apresenta um novo protocolo de roteamento voltado para as Redes Tolerantes a Atrasos que exibem comportamentos complexos e dinâmicos. O protocolo proposto chama-se Cultural GrAnt (do inglês Cultural Greedy Ant) uma vez que este utiliza um sistema híbrido composto por um Algoritmo Cultural (AC) e uma versão gulosa da meta-heurística de Otimização por Colônia de Formigas (ACO). No Cultural GrAnt, o ACO representa o espaço populacional de um AC e utiliza uma regra de transição gulosa de modo a intensificar bons caminhos já encontrados ou explorar novos caminhos através da seleção, dentre um conjunto de candidatos, dos nós encaminhadores de mensagens mais promissores. A principal motivação para o uso do ACO é tirar proveito da sua busca baseada em população de indivíduos e da adaptação da sua estrutura de aprendizado. O AC obtém informações durante o processo evolucionário e as utiliza para guiar a população e, então, acelerar o aprendizado enquanto provê soluções mais eficientes. Considerando informações de funções heurísticas, concentração de feromônio e conhecimentos armazenados no espaço de crenças do AC, o protocolo Cultural GrAnt inclui três módulos: roteamento; escalonamento; e gerenciamento de buffer. Esse é o primeiro protocolo de roteamento que emprega ACO e AC de modo a: inferir os melhores encaminhadores de mensagens através de informações oportunistas sobre a conectividade social entre os nós; determinar os melhores caminhos que uma mensagem deve seguir para eventualmente alcançar o seu destino final, enquanto limita o número de replicações e descartes de mensagens na rede; determinar a ordem de escalonamento das mensagens; e gerenciar o espaço de armazenamento do buffer dos nós. O protocolo Cultural GrAnt é comparado com os protocolos Epidêmico e PROPHET em dois cenários de mobilidade distintos: um modelo de movimento baseado em atividades, onde simula-se o dia-a-dia de pessoas em suas atividades de trabalho, lazer e descanso; e um modelo de movimento baseado em comunidades de pessoas. Os resultados de simulações obtidos através do simulador ONE mostram que em ambos os cenários, o protocolo Cultural GrAnt alcança uma taxa mais alta de entrega de mensagens, uma replicação menor de mensagens e um número menor de mensagens descartadas se comparado com os protocolos Epidêmico e PROPHET. 2013-01-23T16:24:44Z 2013-01-23T16:24:44Z 2012-06-06 doctoralThesis VENDRAMIN, Ana Cristina Barreiras Kochem. Cultural GrAnt: um protocolo de roteamento baseado em inteligência coletiva para redes tolerantes a atrasos. 2012. 195 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2012. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/366 por application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
institution	Universidade Tecnológica Federal do Paraná
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description	This work presents a new routing protocol for complex and dynamic Delay Tolerant Networks (DTN). The proposed protocol is called Cultural GrAnt (Greedy Ant), as it uses a hybrid system composed of a Cultural Algorithm and a greedy version of the Ant Colony Optimization (ACO) metaheuristic. In Cultural GrAnt, ACO represents the population space of the cultural algorithm and uses a greedy transition rule to either exploit previously found good paths or explore new paths by selecting, among a set of candidates, the most promising message forwarders. The main motivation for using ACO is to take advantage of its population-based search and adaptive learning framework. Conversely, CA gathers information during the evolutionary process and uses it to guide the population and thus accelerate learning while providing more efficient solutions. Considering information from heuristic functions, pheromone concentration, and knowledge stored in the CA belief space, the Cultural GrAnt protocol includes three modules: routing, scheduling, and buffer management. To the best of our knowledge, this is the first routing protocol that employs both ACO and CA to infer the best message forwarders using opportunistic information about social connectivity between nodes, determine the best paths a message must follow to eventually reach its destination while limiting message replications and droppings, and perform message transmission scheduling and buffer space management. Cultural GrAnt is compared to the Epidemic and PROPHET protocols in two different mobility scenarios: an activity-based movement model, which simulates the daily lives of people in their work, leisure and rest activities; and a community-based movement model. Simulation results obtained by the ONE simulator show that, in both scenarios, Cultural GrAnt achieves a higher delivery ratio, lower message replication, and fewer dropped messages than Epidemic and PROPHET.
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