پایگاه علمی سعید سان دانلود رایگان مقالات علمی کنفرانس و ژورنال
دانلود الگوریتم های مسیر یابی
مقدمه الگوریتمهای مسیریابی
در هریک از سه قرم گذشته فناوری خاصی رونق داشته باشد قرن هجدهم زمان توسعه سیستم های مکانیکی بزرگ به همراه انقلاب صنعتی بود. قرن نوزدهم عصر موتور بخار بود. قرن بیستم زمان جمع آو ری ،پردازش ، و توزیع اطلاعات بودو در بین سایر پیشرفت ها ،شاهد نصب شبکه های جهانی تلفن، اختراع رادیو و تلویزیون ، تولید و رشد بی سایقه صنعت کامپیوتر و پرتاب ماهواره های ارتباطی بوده ایم.
با پیشرفت فناوری این موارد د رحال همگرایی است و تفاوت هایی بین جمع آوری ، انتثال ذخیره و پردازش اطلاعات به شدت در حال محو شدن است سازمان هایی با صدها شعبه در نقاط مختلف جغرافیایی ،ب فشردن کلید وضعیت فعلی را حتی در دورترین نقاط بررسی می کنند. با افزایش فدرت جمع آوری، پردازش و توزیع اطلاعات، تقاضای پردازش اطلاعات پیچیده تر نیز افزایش می یابد
الگوریتمهای مسیر یابی
وظیفه اصلی لایه شبکه ، هدایت بسته‌ها از ماشین منبع به ماشین مقصد است در اغلب زیر شبکه‌ها ، بسته‌ها باید چند جهش انجام دهند. تا به مقصد برسند. برای شبکه‌های پخشی،استثنایی وجود دارد، وای در اینجا نیز اگر منبع و مقصد در یک شبکه نباشد مسیر یابی مشکل محسوب می‌شود. الگورتیم هایی که مسیرها و ساختمان داده‌های مربوط به آن را انتخاب میکنند، موضوع مهم را طراحی لایه شبکه اند.
الگوریتم مسیر یابی بخشی از نرم افزار لایه شبکه است که تعیین می‌کند بسته ورودی باید به کدام خط خروجی منتقل شود. اگر زیر شبکه از داده‌ها گرام‌ها استفاده کند، این تصمیم گیری دوباره باید برای هر بسته ورودی تکرار شود ،چون تا آن موقع امکان دارد بهترین مسیر، تغییر کند اگر زیر شبکه از مدارهای مجازی استفاده کند ، تصمیمات مسیر یابی وقتی اتخاذ میشوند که مدار مجازی جدیدی استفاده گردد. از آن پس ، بسته‌های داده‌ها فقط از مسیر ایجاد شده قبلی منتقل میشوند.حالت دوم گاهی مسیر یابی تماس دارد ، زیرا مسیر در طول مدت تمسا کاربر باقی می‌ماند ( مثل کار کردن با پایانه یا انتقال فایل ) صرف نظر از این که آیا مسیرها برای هر بسته به طور مستقل انتخاب میشوند یا فقط وقتی که اتصال جدیدی برقرار می‌شود انتخاب می‌گردند، خواصی وجود دارند. که در الگوریتمهای مسیر یابی مطلوب‌اند صحت ، سهولت تحمل عیب، پایداری ، عدالت و بهینگی صخت وسهولت نیازی به توضیح ندارند، اما نیاز به تحمل عیب چندان روشن نیست. انتظار می‌رود که شبکه‌های بزرگ ، سال‌ها بدون عیب کلی سیستم به کار خود ادامه دهند. در این مدت ممکن است اشکالات سخت افزاری و نرم افزاری گوناگونی به وجود آید. میزبان‌ها مسیر یاب‌ها مسیر یاب‌ها بدون نیاز به توقف انجام انجام کارها در مسیر یاب‌ها و راه اندازی مجدد شبکه در هر بار متلاشی شدن مسیریاباز عهده تغییرات در توپولوژی و ترافیک برآید.
پایداری نیز برای الگوریتم مسیر یابی هدف مهمی است. الگوریتمهای مسیر یابی وجود دارند که هرگز وجود دارندکه هرگز به حالت پایداری نمی‌رسند.مدت زمان اجرای آن بی تاثیر است عدالت وبهینگی مممکن است ساده به نظر می‌رسند یقیینا کسی با آن مخالف نیست. اماهمان طور که روشن است اهداف متناقضی دارند به عنوان مثال از این تناقض ، شکل 1 را بینید. فرض کنید ترافیک کافی بین A و ش، بین B,B وبین C, C وجود دارد تا پیوندهای افقی را اشباع نماید برای بیشینه کردن کل جریان ترافیک X, X باید کاملا از بین برود. متاسفانه از نظر X وX عادلانه نیست بدیهی است که توافقی بین کارایی کلی و عدالت اتصال‌های منفرد لازم است.
قبل از اینکه به متوزان کردن عدالت وبهینگی بپردازیم . باید تصمیم بگیریم که چه چیزی را بهینه کنیم . بدیهی است تاخیر بسته باید کمینه شود ولی توان شبکه باید بیشینه شود. علاوه براین این دو هدف نیز با هم تضاد دارند، زیرا عملکرد هر سیستم صف بندی در حد ظرفیت تاخیر صف بندی را زیاد ی کند. اغلب شبکه‌ها سعی میکنند تعدداد جهشهای بسته‌های را کمینه نمایند زیرا کاهش تعدادجهش موجب بهبود تاخیر و نیزکاهش میزان پهنای باند مصرفی است که منجر به بهبود توان عملیاتی می‌شود.
الگوریتمهای مسیر یابی به می‌توانند به دو دسته تقسیم شوند غیر وفقی و وفقی الگوریتمهای غیر وفقی تصمیات مسیر یابی خود را بر اندازه گیری یا تخمین توپولوژی و ترافیک فعلی بنا نمی‌نهند بلکه برای انتخاب مسری جهت رسیدن از I به J برای تمام I را به تمام J از قبل محاسبه می‌شود در حالت OFF-LINE و هنگام راه اندازی شبکه به مسیر یاب‌ها بار می‌شود این روند گاهی مسیر یابی ایستا نام دارد.
برعکس الگوریتمهای وقفی تصمیات مسیر یابی خود را براساس تغییرات توپولوژی و ترافیک تغییر می‌دهند الگوریتمهای وفقی ، وقتی که مسیرها را عوض میکنند. مثلا هر ثانیه وقتی بار تغییر می‌کند، با وقتی توپولوژی تغییر می‌کند از نظر جایی که اطلاعات را می‌گیرند مثلا محلی از مسیریابهمجوار یا تمام مسیریابومعیارهایی که برای بهینه سازی مورد استفاده قرارمی گیرند. (مثلا ، محلی از مسیریاب همجواریا تمام مسیر یاب‌ها و معیارهایی که برای بهینه سازی مورد استفاده قرار می‌گیرند (مثلاً فاصله ، تعداد جهشها یا زمان انتقال تقریبی با یکدیگر متفاوت‌اند . در بخش‌های بعدی الگوریتمهای الگوریتمهای گوناگونی را چه ایستا و چه پویا ،مورد بررسی قرار می‌دهیم.
اصل بهینگی
قبل از پرداختن به الگوریتم توجه به مهم است که صرف نظر از توپولوژی شبکه وتر افیکی ، می‌توان حکمی کلی راجع به مسیرهای بهینه ارائه کرد این حکم را به عنوان اصل بهینگی شناخته می‌شود. این اصل بیا می‌کند که اگر مسیریابJ از مسیریاب I به مسیریابK در مسیریاب بهینه‌ای شناخته می‌کند آنگاه مسر بهینه‌ای از J و K نیز در مسیر مشابهی قرار می‌گیرد. برای مشاهده این موضوع ، بخشی از مسیر I به J را به بنامید و بقیه را نامگذاری کنید اگر مسیری بهتر از وجود داشت می‌توانست با الحاق شود تا مسیری از I به K بهبود بخشد، و حکم ما را می‌گوید ? بهینه است نقض کند.
از اصل بهینگی می‌توان نتیجه گرفت که مجموعه‌ای از مسیرهای بهینه از تمام منابع به مقصدی معین ، درختی را تشکیل مید هد که ریشه اش مقصد است چنین درختی، درخت بایگانی نام دارد.شکل 2 در این درخت مقیاس فاصله تعداد جهشها است توجه داشته باشید. که درخت‌های دیگری با همان طول مسیر وجود داشته باشند هدف الگوریتمهای مسیر یابی، یافتن درخت‌های بایگانی و استفاده از انها برای تمام مسیر یاب‌ها است .
چون درخت بایگانی یک درخت است، فاقد هرگونه حلقه است. لذا هر بسته در تعداد مشخصی از جهشهای دریافت می‌شود. در عمل همیشه به این سادگی نیست.در اثنای کار، پیوندهای ومسیریابمی‌توانند به طرف پایین بروند وبه طرف بالا برگردند. بنابراین امکان دارد مسیر یاب‌های مختلف راجع بع توپولوژی فعلی ایده‌های متفاوتی داشته باشند .همچنین سوال دیگری که مطرح بود این بود که آیا هر مسیریابمجبور است به طور انفرادی اطلاعات مورد نیاز جهت محاسبه درخت بایگانی را به دست آورد یا این اطلاعات توسط وسایل دیگری جمع آوری میشوند در ادامه به طور مختصر به این موضوع می‌پردازیم با این وجود، اصل بهینگی ودرخت بایگانی‌های معیارهایی را تهیه کردند که سایر الگوریتمهای مسیر یابی می‌توانند براساس آنها ارزیابی شوند.
مسیر یابی کوتاه ترین مسیر
مطالعه الگوریتمهای مسیر یابی را با تکنیکی که به طور گسترده به شکل‌های مختلفی به کار می‌رود شروع می‌کنیم، زیرا الگوریتم ساده‌ای است ودرک آن آسان است. ایده ، ساختن گرافی از زیر شبکه است ، به طوری که ، هر گره گراف نشان دهنده مسیریاب است و هریال نشان دهنده خط ارتباطی است ( که اغلب پیوند نام دارد.) برای انتخاب مسیری بین دو مسیریابمعین ، الگوریتم ، کوتاهترین مسیر بین آنها را درگراف می‌یابد.
در مورد کوتاهترین مسیر توضیحاتی باید ارائه شود . یک راه اندازه گیری طول مسیر ، تعداد جهش است با این معیار ، طول مسیرهای ABC,ABE در شکل 3 یکسان است.و معیار دیگر معیار دیگر فاصله جغرافیایی به کیلومتراست ، در این حالت بدیهی است که ABC خیلی طولانی تر از ABE است با فرض این که شکل با مقیاس رسم شده است.
علاوه بر جهشها و فاصله فیزیکی معیارهای دیگری نیز قابل استفاده‌اند به عنوان مثال هریال می‌تواند به میانگین تاخیر صف بندی و انتقال برای بعضی از بسته‌های آزمایشی برچسب گذاری شود. با این برچسب گذاری، کوتاهترین مسیر به جای مسیری به جای مسیری که با کمترین یال یا فاصله سریع تر مسیر است.
در حالت کلی، برچسب‌های یال‌ها باید به صورت تابعی از فاصله ، پهنای باند، میانگین ترافیک هزینه ارتباط میانگین طول صف تاخیر اندازه گیری شده و سایر عوامل محاسبه شود. با تغییر تابع وزنی ، الگوریتم ،کوتاهترین مسیر وزن دار را براساس هریک از معیارهای فوق یا ترکیبی از آنها محاسبه می‌کند.
| فرمت فایل: Word (قابل ویرایش) |
| تعداد صفحات: 141 |
| حجم: 4.26 مگابایت |