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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.18.2017.tde-01112017-112033
Document
Author
Full name
Karla Vittori
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2000
Supervisor
Committee
Araújo, Aluizio Fausto Ribeiro (President)
César, Amílcar Careli
Ribeiro, Carlos Henrique Costa
Title in Portuguese
Agentes-Q: um algoritmo de roteamento distribuído e adaptativo para redes de telecomunicações
Keywords in Portuguese
Agentes baseados no comportamento coletivo de formigas
Aprendizagem por reforço dual
Aprendizagem-Q
Redes de telecomunicações
Roteamento
Abstract in Portuguese
As redes de telecomunicações são responsáveis pelo envio de informação entre pontos de origem e destino. Dentre os diversos dispositivos que participam deste processo, destaca-se o sistema de roteamento, que realiza a seleção das rotas a serem percorridas pelas mensagens ao longo da rede e sua condução ao destino desejado. O avanço das tecnologias utilizadas pelas redes de telecomunicações provocou a necessidade de novos sistemas de roteamento, que sejam capazes de lidar corretamente com as diversas situações enfrentadas atualmente. Dentro deste contexto, este projeto de pesquisa desenvolveu um algoritmo de roteamento adaptativo e distribuído, resultado da integração de três estratégias de aprendizagem e da adição de alguns mecanismos extras, com o objetivo de obter um algoritmo eficiente e robusto às diversas variações das condições de operação da rede. As abordagens utilizadas foram a aprendizagem-Q, aprendizagem por reforço dual e aprendizagem baseada no comportamento coletivo de formigas. O algoritmo desenvolvido foi aplicado a duas redes de comutação de circuitos e seu desempenho foi comparado ao de dois algoritmos baseados no comportamento coletivo de formigas, que foram aplicados com sucesso ao problema de roteamento. Os experimentos conduzidos envolveram situações reais enfrentadas pelas redes, como variações dos seus padrões de tráfego, nível de carga e topologia. Além disto, foram realizados testes envolvendo a presença de ruído nas informações utilizadas para a seleção das rotas a serem percorridas pelas chamadas. O algoritmo proposto obteve melhores resultados que os demais, apresentando maior capacidade de adaptação às diversas situações consideradas. Os experimentos demonstraram que novos mecanismos de otimização devem ser anexados ao algoritmo proposto, para melhorar seu comportamento exploratório sob variações permanentes do nível de carga da rede e presença de ruído nos dados utilizados em suas tarefas.
Title in English
Q-Agents: an adaptive and distributed routing algorithm for telecommunications networks
Keywords in English
Agents based on ant colonies behavior
Dual reinforcement learning
Q-learning
Routing
Telecommunications networks
Abstract in English
The telecommunications networks are responsible for transmiting information between source and destination points in a fast, secure and reliable way, providing low cost and high quality services. Among the several devices that takes place on this process, there is thre routing system, which selects the routes to be traversed by the messages through the network and their forwarding to the destination desired. The advances in tecnologies used by telecommunications networks caused the necessity of new routing systems, that can work correctly with the situations faced by current telecommunications networks. Hence, this research project developed an adaptive and distributed routing algorithm, resulting of the integration of three leaming strategies and addition of some extra mechanisms, with the goal of having a robust and adaptive algorithm to the several variations on operation network conditions. The approaches chosen were Q-learning, dual reinforcement learning and learning based on collective behavior of ants. The developed algorithm was applied to two circuit-switching telecommunications networks and its performance was compared to two algorithms based on ant colony behavior, which were used with success to solve the routing problem. The experiments run comprised real situations faced by telecommunications networks, like variations on the network traffic patterns, load level and topology. Moreover, we did some tests with the presence of noise in information used to select the routes to be traversed by calls. The algorithm proposed produced better results than the others, showing higher capacity of adaptation to the several situations considered. The experiments showed that new optimization mechanisms must be added to the routing algorithm developed, to improve its exploratory behavior under permanent variations on network load level and presence of noise in data used in its tasks.
 
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Publishing Date
2017-11-01
 
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