Conforme discutido no Cap´ıtulo 4, o protocolo Cultural GrAnt se baseia em Algoritmos Culturais (AC) e Otimiza¸c˜ao por Colˆonia de Formigas (ACO). Entretanto, diferente dos sistemas tradicionais baseados em AC, nesta tese algumas mudan¸cas s˜ao necess´arias na modelagem tendo em vista as particularidades das DTNs as quais repre- sentam o ambiente de opera¸c˜ao do protocolo proposto.
A primeira diferen¸ca diz respeito `a distribui¸c˜ao das informa¸c˜oes promovidas pelo espa¸co de cren¸cas e espa¸co populacional do AC. Como no ambiente (DTN composta por um conjunto de n´os) de opera¸c˜ao do protocolo n˜ao h´a um componente central para armazenar e disponibilizar todos os conhecimentos adquiridos e as solu¸c˜oes completas (isto ´e, caminhos completos formados por uma sequˆencia de n´os), estes s˜ao distribu´ıdos em cada n´o da rede. Assim, os conhecimentos do AC s˜ao distribu´ıdos em diferentes espa¸cos de cren¸cas e apenas uma parte do espa¸co populacional ´e conhecida em cada n´o da rede. A troca de informa¸c˜ao entre cada espa¸co de cren¸cas e o espa¸co populacional tamb´em ocorre de forma distribu´ıda conforme ilustra a Figura 11.
Outra modifica¸c˜ao frente aos ACs tradicionais est´a relacionada `a forma (direta ou indireta) como ocorrem as comunica¸c˜oes entre o espa¸co populacional e o espa¸co de cren¸cas em cada n´o. No protocolo Cultural GrAnt, esta comunica¸c˜ao pode ocorrer de forma direta (via fun¸c˜ao de influˆencia como no AC padr˜ao) e de forma indireta (via fun¸c˜oes de aceita¸c˜ao
Espaço de Crenças Espaço de Crenças Espaço de Crenças Nó A Nó E Nó C Ambiente Espaço Populacional
Figura 11: Espa¸cos de Cren¸cas Distribu´ıdos.
e atualiza¸c˜ao atrav´es de alguns indicadores e m´etricas espec´ıficas) conforme detalhado ao longo deste cap´ıtulo. A Figura 12 ilustra essa modifica¸c˜ao.
Espaço de Crenças Espaço Populacional Influência Ambiente Aceitação e Atualização Indicadores Métricas
Figura 12: Espa¸co de Cren¸cas: Intera¸c˜ao Direta e Indireta com o Espa¸co Populacional.
Neste trabalho, as m´etricas podem ser classificadas considerando-se dois aspectos distintos: origem e escopo da informa¸c˜ao armazenada. Em rela¸c˜ao `a origem da informa¸c˜ao armazenada, as m´etricas podem ser classificadas em b´asicas (informa¸c˜ao obtida direta- mente do espa¸co populacional ou dos n´os em seu ambiente de opera¸c˜ao) e compostas (informa¸c˜ao obtida a partir da manipula¸c˜ao das m´etricas b´asicas). Referente ao escopo da informa¸c˜ao armazenada nas m´etricas b´asicas, existem as m´etricas locais, espec´ıficas dos n´os e de sua vizinhan¸ca a um salto, e as m´etricas globais que s˜ao norteadas por informa¸c˜oes sobre caminhos completos constru´ıdos.
Assim, conforme mostrado na Figura 12, parte da intera¸c˜ao entre o espa¸co de cren¸cas e o populacional ´e norteada por m´etricas, sejam elas b´asicas (locais e globais) ou compostas. Isso permite maior flexibilidade ao modelo tendo em vista que, dada a complexidade e dinˆamica do ambiente onde o protocolo atua, as m´etricas compostas per- mitem uma manipula¸c˜ao da informa¸c˜ao obtida atrav´es das m´etricas b´asicas para que o
n´ıvel mais abstrato do modelo (espa¸co de cren¸cas) possa ser atualizado e, consequente- mente, possa influenciar mais corretamente o processo de busca que ocorre no espa¸co populacional. Al´em disso, o protocolo pode tirar proveito de informa¸c˜oes globais sempre que estas estiverem dispon´ıveis. Por´em, dada a caracter´ıstica de intermitˆencia das DTNs, quando as informa¸c˜oes globais se tornam inacess´ıveis o encaminhamento das mensagens pode ser realizado unicamente atrav´es das informa¸c˜oes armazenadas nas m´etricas locais. Outro ponto importante a ser destacado diz respeito aos modos de busca do pro- tocolo proposto. Para direcionar as mensagens aos contatos mais promissores, o Cultural GrAnt faz uso de informa¸c˜oes sobre a conectividade social e oportunista entre os n´os operando em dois modos de busca: n˜ao solicitado e sob-demanda, conforme ilustra a Figura 13. j2 . . . ECj2(t) . . . . . . j1 j3 ECj1(t) ECj3(t) (a) N˜ao Solicitado j1 j2 d j3 FAk1m,d FAk2m,d m o tempo (b) Sob-Demanda Figura 13: Modos de Busca do Protocolo Cultural GrAnt.
No modo de busca n˜ao solicitado (Figura 13(a)), mensagens de controle s˜ao sempre trocadas localmente com cada n´o vizinho j encontrado de modo a atualizar os conhecimentos armazenados em cada Espa¸co de Cren¸cas (EC) distribu´ıdo ao longo da rede. Se for necess´ario estabelecer uma sess˜ao de dados entre dois n´os origem o e destino d, ent˜ao o Cultural GrAnt entra no modo de busca sob-demanda (Figura 13(b)). Assim, em cada n´o i que possui uma mensagem m a ser enviada (seja este origem o de m ou um n´o j que tenha recebido a cust´odia de m de outro n´o), uma ou mais mensagens de controle referentes `as Formigas de Avan¸co (FAk) s˜ao enviadas juntamente com a mensagem de dados m via um ou mais n´os vizinhos j para um destino d.
O caminho para d ´e constru´ıdo por cada FA com base nos conhecimentos adqui- ridos por esta e por outras FAs da colˆonia. Esses conhecimentos juntamente com outros componentes do protocolo ditar˜ao a decis˜ao de roteamento em cada n´o e tentar˜ao inferir os bons encaminhadores para cada destino d conforme detalhado ao longo deste cap´ıtulo. A Figura 14 ilustra o funcionamento geral do espa¸co populacional do protocolo, no modo sob-demanda, considerando a ´otica das formigas, tanto em seu processo de avan¸co iden-
tificado pelas Formigas de Avan¸co (FAs), quanto no processo de retorno definido pelas Formigas de Retorno (FRs). d FAk1 m,d {j1, Info j1} FAk2 m,d {j2, Info j2, j3, Info j3} j2 o tempo j3 j1 (a) Avan¸co da FA d FRk2 m,d {j3, j2, o, Qualidade Caminhok2 } j2 o tempo FRk1 m,d {j1, o, Qualidade Caminhok1 } j3 j1 (b) FA no Destino d FRk2 m,d {j3, j2, o, Qualidade Caminhok2 } o tempo FRk1 m,d {j1, o, Qualidade Caminhok1 } τ(j1,d),d τ(j3,d),d τ(j2,j3),d j2 j3 j1 (c) Retorno da FR d FRk3 m,d {j3, j4, o, Qualidade Caminhok3 } o tempo j3 j4 (d) Retorno de outras FRs
Figura 14: Funcionamento Geral do Protocolo Cultural GrAnt: Avan¸co e Retorno das Formi- gas.
Enquanto est´a sendo enviada, cada FA k coletar´a informa¸c˜oes (Info) sobre cada n´o j que comp˜oe o caminho para d (Figura 14(a)). Parte dessas informa¸c˜oes ser´a utilizada pelas m´etricas do protocolo na atualiza¸c˜ao dos conhecimentos distribu´ıdos em cada n´o da rede. A outra parte da informa¸c˜ao ser´a transportada pela FA at´e que esta alcance o destino da mensagem m. Uma vez alcan¸cado o destino d, a qualidade do caminho percorrido pela FA ser´a calculada com base nestas informa¸c˜oes obtidas. Ent˜ao, uma FR ser´a criada com as informa¸c˜oes obtidas pela FA correspondente (Figura 14(b)), a FA ser´a exclu´ıda e a FR ser´a enviada pelo caminho reverso indicado pela FA correspondente. No seu caminho at´e o alvo final do retorno (ou seja, a origem da FA), a FR atualizar´a o operador concentra¸c˜ao de feromˆonio (τ) do ACO, de acordo com a qualidade do caminho constru´ıdo pela FA correspondente, em cada enlace entre os n´os que comp˜oem o caminho reverso (Figura 14(c)). A cada n´o visitado, sua identifica¸c˜ao ´e removida da mem´oria da FR. Posteriormente, se mensagens subsequentes forem encaminhadas para o mesmo destino d, os operadores do ACO (concentra¸c˜ao de feromˆonio e fun¸c˜ao heur´ıstica), juntamente com os conhecimentos do AC, influenciar˜ao no processo de busca, guiando o comportamento da nova gera¸c˜ao de indiv´ıduos (FAs) podendo, portanto, gerar solu¸c˜oes de modo mais r´apido e eficiente. Dependendo da influˆencia dos conhecimentos, diferentes caminhos entre o e d podem ser constru´ıdos e feromˆonios j´a depositados poder˜ao ser refor¸cados conforme
ocorrido no enlace ( j3 − d) ilustrado na Figura 14(d). Detalhes sobre o funcionamento do Cultural GrAnt s˜ao apresentados no decorrer do presente cap´ıtulo.