LOCALIZAÇÃO E ALOCAÇÃO DE DISPOSITIVOS DE LIGAÇÃO EM REDE DE COMPUTADORES USANDO HEURÍSTICA DE BUSCA TABU

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1 LOLIZÇÃO E LOÇÃO DE DISPOSITIVOS DE LIGÇÃO EM REDE DE OMPUTDORES USNDO HEURÍSTI DE BUS TBU íbl lbrto Vlcpo Igco Robrto Déguz Glvão Vrgílo osé Mrts Frrr Flho* 3 3 UFR OPPE Progr Eghr Proução Brsl tro Tcolog x Postl Ro ro R Brsl EP vlcp@pp.ur.br ; glvo@pp.ur.br 3 vrglo@ur.br Rsuo Nst trblho é prsto u olo hráruco os ívs pr loclzção coctrors rotors rs tlcoucçõs. U hurístc Busc Tbu o svolv o sotwr PLEX o utlzo pr obtr solução ót lgus stâcs o probl. Exprtos coputcos or rlzos obtvo vlção hurístc. Plvrs-chv: Probls loclzção hrárucos; Proto rs coputors; Busc tbu. bstrct I ths ppr w prst two-lvl hrrchcl ol or th locto o coctrtors swtchs tlcoucto twors. tbu srch lgorth ws vlop PLEX ws us to obt th optl soluto or so o th tst probls. oputtol xprts wr pror wth th obctv o vlutg th hurstc. ywors: Hrrchcl locto probls; Dsg o coputr twors; Tbu srch..itroução O proto rs coputors é u procsso coplxo u orlt é vo tps so c u ls trt coo u subprobl; cu solução é u prâtro xo u srv tr pr rsolvr u outro subprobl vr Gvsh 9999). trvés os tpos u pl g protos rs o stu cosro-s ss ou l o u utos étoos solução or propostos Frrr Glvão 998 Sh 000). Sguo yr t l. 003) Yu 997) o plto rs tlcoucção surg urosos tpos probls otzção u po sr clsscos três grs grupos: proto rs loclzção cls spostvos) locção luxos. Dtro ruttur hráruc u são cocbs s rs coputors co topolog árvor o stuo loclzção cls trsssão ss coo o oo s locr os usuáros sss spostvos é u probl uto portt o plto rs u sguo hrr t l 999) brg proxt 90% o custo totl u r. hrru os srvços orcos plos spostvos trlgção coctrors rotors tr outros) s rs coputors é pl cpc tução os sos c u os ívs c o olo OSI Op Systs Itrcocto) u rlz sss srvços co xclusv. Pl coplx ss hrru o probl é vo tps.

2 No prst trblho vso u rsolução s rlst pr o proto rs coputors é oco o probl loclzção hráruc os spostvos lgção r os ívs. No prro ívl são cosros os coctrors cu ução é bsct ultplxr orção u chg os trs usuáros). No sguo ívl são cosros os rotors cu ução prcpl é rotr orção pr trlgr s sub-rs u utlz protocolos rts. Dvo à cul s obtr u solução xt pr probls éo gr port t étoos bsos progrção tátc é prst u hurístc Busc Tbu coo u étoo ltrtvo solução. Exprtos or rlzos pr probls co usuáros co coctrors co 5 rotors. Os probls or gros sguo toolog Prul 987) Igáco t l. 00). ul solução o tpo coputcol or copros co solução ót spoívl) obt trvés vrsão 7.0 o sotwr PLEX. O Probl Hráruco Loclzção octrors PLH) Mutos ssts orc srvços ou proutos trvés us ou s cls sultt u probl loclzção hráruco st pl cobção propr os ívs srvço su loclzção trbução os potos s cls sguo u crtéro otzção. Os ssts co u strutur hráruc são cous os stors srvços públcos prvos. Os xplos po sr cotros os srvços públcos sú o hospts corrspo às cls s lto ívl os ctros sú práros ou postos sú às ívl s bxo Glvão t l 00). N ár tlcoucçõs xst utos xplos rs hrárucs; prtculrt r coctrors é u sst co rts ívs srvors so os coctrors cosros os ívl s bxo o ó ctrl ou ós) os ívs s ltos. s sucurss os bcos s cxs ltrôcs bcárs s rs colt strbução proutos/blgs/trs usos co plcção csõs hrárucs o rpro /ou rcuprção sss ução custo os cclos v prão os sos Brros Rly 00) são tbé outros xplos ts struturs hrárucs. E toos sss csos hrru po sr grlz pr s os ívs. Os olos loclzção hrárucos são crsct portâc o sho rs tlcoucçõs. Os shos u cosr os rlcotos hrárucos po sr cotros rtgos yr t l. 003) hrr t l 999) hug t l. 99) Blrsh rol 993) Mtus t l. 994) lychov 989) thr t l. 994) Vrr t l. 990) lt Nrsh Prul 99) u trt o probl s loclzr coctrors u r coucção coputors o u coctror po sr cocto u outro obco u hrru. Forulção Mtátc sgur são prsts us orulçõs tátcs pr o probl. orulção I. S: l - Núro possívs loclzçõs pr os rotors ívl ); - Núro possívs loclzçõs pr os coctrors ívl l); - Núro trs; M x ; M - Núro gr u po sr o coo : } usto usr u u cpc u coctror; usto usr u u cpc u rotor; o usuáro uo loc o coctror....; cpc o coctror..; cpc o rotor..l; 46

3 c custo lgr o trl o coctror....; c custo lgr o coctror o rotors....l; custo xo stblcr u coctror o locl..; custo xo stblcr u rotor o locl..l; w ut o coctror loco o rotor.....l; x x y y s o trl stá lgo o coctror 0 cso cotráro; s o coctror stá lgo o rotor 0 cso cotráro; s o coctror é loclzo 0 cso cotráro; s o rotor é loclzo 0 cso cotráro. Forulção : PLH) l M c x c x x w y y ) suto : x x x w l ) l y y w 3) 4) 5) w Mx 6) l x x 7) x y y 0} 8) w 0 9) O prro sguo copots ução obtvo rprst os custos coucção tr os trs os coctrors prro ívl) tr os coctrors os rotors sguo ívl) rspctvt. O trcro o urto copots rprst os custos usção oprção os coctrors os rotors rspctvt u são rtt rlcoos o tho o coctror o ívl o rotor o ívl. O uto sxto copots são os custos xos stlção coctrors rotors rspctvt. O couto rstrçõs ) ssgur u c trl v sr cocto xtt u coctror. s rstrçõs 3) xprss s ltçõs cpc os l 47

4 coctrors. s rstrçõs 4) ssgur u o luxo u chg o coctror ívl ) v sr u t u sr t plos rotors o ívl ). s rstrçõs 5) xprss s ltçõs cpc os rotors. s rstrçõs 6) ssgur u vrávl lgção tr coctrors rotors v sr uo xstr u luxo pr sr to plos rotors zro cso cotráro. rstrção 7) grt u u coctror brto v sr loco u úco rotor. Flt s rstrçõs 8) grt turz bár s vrávs csão s rstrçõs 9) ssgur turz ão gtv s vrávs luxo. 3. Hurístc Busc Tbu pr o PLH Os trblhos Glovr 986) Hs 986) ão org às prrs és Busc Tbu otvo plo ul os os utors são rrcos coo os crors hurístc. Glovr ) Hrtz D Wrr 99) Glovr t l 993) orlz hurístc. Nst sção é prst u pltção u hurístc Busc Tbu pr o PLH. N prr prt é prst u hurístc solução cl cohc coo DD. N sgu prt são os os tpos ovto trcr ção os prâtros usos os tsts coputcos. Hurístc Solução Icl Dvo à css u solução cl Busc Tbu é prst sgur hurístc pr s obtr u solução cl pr PLH). Hurístc DD hurístc DD svolv por uh Hburgr 963) po sr pt pr orcr soluçõs cs pr o probl loclzção coctrors vr Frrr Glvão 998). o lgus ocçõs ss hurístc po tbé sr utlz pr s cotrr u solução cl pr o probl hráruco. Iclt hurístc é plc hrru ror loclzo-s coctrors loco-s usuáros. Ess solução é tão utlz coo tr pr o ívl sgut hrru loclzo-s rotors loco-s os coctrors os sos. Isso é possívl vo à turz sucssvt xclusv o olo hráruco. T-s bxo psuocógo hurístc DD plc u o ívl hrru ívl locção trs coctrors ou ívl locção coctrors rotors). Hurístc DD Nívl N Hrru N }). Iclzção: lhor_zhto couto spostvos brtos o Nvl N };. Fç uto or possívl cotrr solução vávl solução stvr lhoro;.. Fç uto or possívl cotrr solução vávl locção ão stvr coplt;... Fç uto or possívl cotrr solução vávl cpc spoívl or suct ;... lcul s coos scolh o spostvo sr coo o Nívl N;... S o possívl cotrr solução vávl tão;... Fç locção o ívl N;.. S o possívl copltr u locção vávl;... S pr lgu spostvo o couto spostvos brtos ão xstr hu usuáro loco tão xclur os spostvos s usuáros locos;.3. São;.3.. Zh to;.4. S Zh é or u lhor zh tão;.4.. tulz lhor solução corrt; 3. Ipr o rsulto; 48

5 4. Tr. Dção Movtos Busc Tbu D u solução cl 5 tpos ovtos são pltos: Movto Tpo 0: br ou Fch u úc cl octror/rotor) Movto Tpo : br coctror br Rotor; Movto Tpo : Fch octror Fch Rotor; Movto Tpo 3: br coctror Fch Rotor; Movto Tpo 4: Fch octror br Rotor; c ovto é cssáro s vlr su coo rsultt. O vlor xto sss coos plc rsolução u probl locção grlz tto os trs uto os coctrors. Rsolvr u or xt o probl locção grlz po torr vávl u vlção c u os ovtos. oo u ltrtv ss vbl uçõs sttv coo po sr utlzs. Esss uçõs são s sgur. S I..} outo Trs;..} outo octrrors;..l} outo Rotors; * I )usto Óto s locr os trs I os coctrors ; * )usto Óto s locr os coctrors os Rotors ; T outo trs locos o coctror são os coutos os coctrors rotors brtos. Ecoo o Movto Tpo. Est tpo ovto br u coctror u rotor o so tpo vr gur ). Fluxo ltro octror - Rotor Fluxo octror Rotor Fluxo Trl o ctror octror sr brto octror sr rloco Rotor sr brto Trl Rloco Fgur. Tpo Movto O cálculo coo po sr xprsso coo: 49

6 EMTP O: Ω M Ω M W / > Ω 0 / > 0 / > 0 So ) Mx M 0 c O rlt coo corrt s scoctr o trl o coctror pr coctá-lo so cosro sot s or postv. Ω é so sss coos ultplc plo tor o por lcwcs Luss 986). Ω } So Mx M W )0 O / > 0 c W W rprst coo corrt s scoctr o coctror o rotor pr coctá-lo so cosro sot s or postv Ω so so sts coos ultplc plo tor lcwcs Luss os o custo locção o ovo coctror sr brto. W é o luxo u rcb c coctror u é loco o rotor u stá so brto. O Vlor rlt o vlor coo rução os luxos os coctrors u são locos os rotors u sorr ução o úro trs u or rlocos o ovo coctror brto. c W / > 0 sgur são prstos gur ) o cálculo s coos pr os ovtos

7 43 Fgur. Tpos ovto 3 4. Os ovtos o tpo 0 cosr sot brtur ou o chto u úc cl o ívl os coctrors ou os rotors. O ovto brtur u coctror plc rlocção os trs ltrção luxos os coctrors os rotors. O ovto brtur u rotor plc uct r-locção os coctrors s ltrr cogurção os trs. No ovto chto u coctror toos os trs locos l vrão sr r-locos os outros coctrors prouzo ltrção os luxos tr coctrors rotors. No cso os rotors ss ltrção plc u rto os coctrors. sgur são prstos gur 3) os custos s coos pr c ovto. * }) } ) } EMTP s * }) ) s I I Q T Mx O: } / T x Tr Tr W c } Ω } 3 / Mx M EMTP } * }) ) s > 0 / O: Ω ) 0 M Mx c > 0 / W c Ω } / * }) ) 4 s W M I I EMTP Q T Mx O: Ω } ) 0 M Mx } / T x Tr Tr W c

8 EMTP 0 O: Ω } 0 Ω M Mx / > 0 / > 0 ) Mx M 0 EMTP 0B O: Tr c * s 0 I ) I }) }. Mx Q T / x T EMTPO O: Ω } M c 0 W / > 0 ) Mx M 0 Ω EMTPOD W * s ) }) } 0 Tr c W Fgur 3. Tpos Movto 0. BD). Dção os Prâtros Busc Tbu prêc u trbuto é u os spctos chv Busc Tbu. N pltção Busc Tbu ot-s pr o vlor prêc u ção âc pt. O vlor prêc uso por Frrr Glvão 998) é o por Pêc Pr_í U*Pr_áx-Pr_í) u é ltr c Ftor*Prêc trçõs PrêcPrêc Pr_ovto u é ltr c trção po o ovto xcuto. Pr_áx Pr_ são prâtros vlor tr U é u úro ltóro uort strbuío tr 0 o Ftor é tbé u prâtro xo ). Pr_ovto é u prâtro col u ulbr os ovtos xclusão clusão procuro tbé rstrgr os ovtos u sbt rão lvr busc u rgão pouco prossor. Dos crtéros sprção or utlzos: sprção por ult uo toos os ovtos possívs or Tbu xcut-s o ovto co or rstrção tpo Tbu) sprção por obto ul u ovto u lv u solução lhor o u tul é cosro ssívl ptt su coção tbu). Os crtéros pr utlzos st Busc Tbu sücl são: úro áxo trçõs 50 o osso cso); úro trçõs s u h lhor solução 80 o osso cso). U prâtro 43

9 cotrol pr tvr os tpos ovtos o o coo Itr_LP. Quo s lcçr Itr_LP trçõs s lhor solução corrt co o tpo ovto 0 tão são tvos os ovto tpos 3 4. sgur é prsto psuocógo o lgorto u scrv os prcps pssos hurístc busc tbu svolv pr o probl loclzção hráruco. Hurístc BT_PHL. Iclzção.. Fç uto s coçõs téro ão or ststs;.. trtr;.. ItrPItrP;... Pr toos os Rotors octrors... S ItrP<Itr_LP... Ecoo o Movto Tpo0;..3. so otrro..3.. Ecoo o Movto Tpo Escolh o lhor ovto ão Tbu ou u t os crtéros sprção;..5. tulz s coçõs téro;..6. S s coçõs téro ão or ststs tão;..6.. Excut o ovto Pr c ívl N hrru o probl ç; lcul cpc spoívl os spostvos lgção o ívl N; S cpc spoívl or ror à cpc rur tão ç Zh to; so cotráro us subrot loc spostvos o ívl N; S ão or possívl locr Fç Zh to; so cotráro; lcul Zh; S Zh é or u lhor_zh tão; tulz lhor solução corrt; ItrP0;..7. tulz os prâtros;..7.. lcul Prêc;..7.. tulz Lst Tbu o otor Früêcs; 3. Ipr o rsulto; 4. Tr. 5. Rsultos oputcos 4. Exprtos oputcos Os os pr os xprtos coputcos or gros ltort sguo s toologs ocs Prul 987). O bt coputcol pr ror os tsts coputcos o u coputor tho co rlógo. Ghz u u poto-lutut u utlz ppl suprsclr o u prt gr spho o tor copttvo co procssors RIS usos stçõs trblho co rlógo 800 MHz.. lgug progrção ul o svolv hurístc Busc Tbu o o Fortr 90. Ms pr vlr ul solução o sorço coputcol ul s soluçõs obts co hurístc o trvés stâc tr o vlor solução hurístc o vlor solução ót o probl obt plo PLEX. Ess stâc Gp) é xprss porctg solução ót o probl sto é: %Gp[Solução hurístc Solução ót)/solução ót ] *

10 O sorço coputcol o o plo tpo coputcol totl hurístc sguos. Não or cosros o tpo ltur os o tpo gsto os proctos pr s crr s soluçõs cs ou o tpo os proctos pr s crr ruvos sí. Rsultos os xprtos coputcos sgur são prstos os rsultos coputcos pr c tpo probl cosro-s sus thos úro trs úro spostvos c ívl hráruco). N Tbl prst-s o rsulto tros %Gp tpo coputcol éo pr c u os 60 probls tstos. tpo probl é tco pl ltr p co o prro lgrso corrspoo o vlor l úro rotors). Os os lgrsos sguts corrspo o vlor úro coctrors) os três últos corrspo o vlor úro trs). Pr c tho o probl or gros 0 tpos probl. Etrtto pl-s cosrr o uturo tsts co tos s cobçõs possívs os prâtros grção os probls vso-s lcçr lhor orção sobr o coportto busc tbu. Os rsultos tbl prst os %Gps tr solução ót orc plo plx os vlors obtos pl hurístc; o tpo probl u prst or %Gp éo são os tpo 0 co l 5 rprsto proxt 4.63 os tpos probls co or %Gp éo são os probls tpo 0 l u rprst.44. Po sr obsrvo u o %Gp ut u o tho o probl ut o pcto é or uo xst uto s cl ívl supror. Espr-s por lhorr st prorc prtr ovos tsts u prt o ust os prâtros busc tbu. Rsultos coputcos pr probls ors prtrão vlr ul hurístc tbu b coo tbé cotrr psusr ovs polítcs xcução tpos ovtos os. Po-s otr u à u o tho o probl ut os tpos o PLEX crsc us u xpoclt. Pr o probl l por xplo o PLEX orou proxt u 5 hors uto u hurístc utlzou u tpo proxt 5 sguos. o o tuto ostrr coplx o probl o subto o PLEX u probl co l O PLEX roou por proxt 48 hors ão cosguu tgr solução ót. O vlor lhor solução rport plo PLEX o 878 so o vlor proxo obto pl busc tbu 449. Isso ostr u o probl é coplxo u co o prçoto Busc Tbu po-s tor u bo rrt pr solução probls éo gr port. Tbl.Rsultos Mos o %Gp o tpo oputcol. GP Tpo PLEX Tpo Busc Tbu Probl l Nu. Prob Mío Méo Máxo Mío Méo Máxo Mío Méo Máxo p p p p p p p p p p p p p p p p Totl Globl

11 5. oclusõs O prst trblho ostr portâc o ou hráruco pr loclzção locção spostvos lgção r coputors. coplx vc pl cul rsolução probl éo port co o uso o PLEX ostr portâc o svolvto Hurístc Busc Tbu u prstou bos Gps pr os probls tstos. O stuo coplx coputcol c u os ovtos ul solução orc tor-s u orção rlvt á u vrss strtégs po sr costruís pr buscr o spço vávl or s ct. 6. Rrêcs Bblogrács thrv. HogM.L. MhowU. WV Optzto o tbs hrrchy or oblty trcg prsol couctos twor. Prorc Evluto BlrshN. roll.r. 993) Hurstcs or two lvl hrrchcl trsportto twors ourl o th Oprtol Rsrch Socty Brros L. Rly M. 00 Thory Mthoology: cobtorl pproch to lvl o rpr lyss. Europ ourl o Oprtol Rsrch; 9: 4-5. hrr P.Lutto. Suttr. 999). Uppr lowr bous or two-lvl spl plt locto probl ls o Oprtos Rsrch hug S.H. Myug Y.S. Tch D.W. 99 Optl sg o strbut twor wth two-lvl hrrchcl structur. Europ ourl o Oprtol Rsrch Frrr Flho V..M. & Glvão R.D. 998). tbu srch Hurstc or th octrtor Locto Probl. Locto Scc 6-3. Glvão R.D. Espo L.G.. Boy B. 00 hrrchcl ol or th locto o prtl clts th ucplty o Ro ro Europ Hourl o Oprtol Rsrch Gvsh B. 99. Topologcl Dsg o Tlcoucto Ntwors Survy o Locl ccss Ntwor Dsg Mthos. lls o Oprtos Rsrch 33:7-7. Gvsh B. 99). Topologcl Dsg o oputr oucto Ntwors th Ovrll Dsg Probl. Europ ourl o Oprtol Rsrch 58:49-7. Glovr F. 986 Futur pths or tgr progrg ls to rtcl tllgc oputr & Oprtos Rsrch v 5 pp Glovr F. 989 Tbu Srch Prt I ORS. o oputg v pp Glovr F. 990 Tbu Srch Prt II ORS. o oputg v pp Glovr F. Lgu M. 993 Tbu Srch I: Mor Hurstc Tchus or obtorl Probls. Blcwll Sctc Publctos pp70-50 Hs P. 986 Th stpst sct lst sct hurstc or cobtorl progrg ogrss o Nurcl Mthoos obtorl Optzto pr Itl Hrtz. D. D Wrr 99 Th Tbu Srch thurstc : how w us t ls o Mthtcs rtcl Itllgc v pp -. Igco.. V. Frrr Flho V.. M. Glvão R. D. 00 Hurístc Busc Tbu pr Loclzção Hráruc octrors Rotors Rs Tlcoucção I: s o IV Spóso Psus Oprcol Mrh/V Spóso Logístc Mrh Ro ro. SPOLM.00.p yr V. Gupt R. Prul H. 003 Slctg hrrchcl clts srvc-oprtos vrot Europ ourl o Oprtol Rsrrch

12 lychov.l. 989 oprtv lyss o topologcl sg lgorths or hrrchcl twors. utotc otrol oputr Sccs lcwcz.g & Luss H. 986 Lgrg rlxto hurstc or cpctt clty locto wth sgl-sourc costrt Europ ourl o Oprtol Rsrch uh Huburgr M hurstc progr or locto wrhouss Mgt Scc Mtus G.R. ruz.r.b. Lu H.P.L. 994 lgorth or hrrchcl twor sg. Locto Scc Nrsh S. Prul H. 99 Hrrchcl coctrtor locto probl. oputr ouctos Sh T. 000 Itgr Progrg Mol Exct Soluto or octrtor Locto Probl ourl o th Oprtos Rsrch Socty o pv 4 No. Prul H. 987 Ect lgorths or th cpctt coctrtor locto probl oputr & Oprtos Rsrch v 4pp Vrr. lg G. Dory.N Optzto o rsourc locto hrrchcl coputr twors. oputrs & Oprtos Rsrch Yu D. 997) Optl Sythss Multcooty Routg Tlcoucto Ntwor. I: Rport Lu-T-Lc-997:65-5 Löpg Stus Scc Tchology Sw. 436