生物信息系统作为一个分布式自治系统，其运行机制能够为多个科学和工程领域提供富有成效的技术和方法，如人类社会、蜂群、生物免疫系统等大规模系统己形成许多重要的原理和机理，可用以启发人们采用科学方法和工程技术策略满足未来Internet的需求。

互联网络自出现至今经过几十年的发展，不断影响着人们的生活、工作、学习，并成为各行各业不可或缺的一部分。信息技术在各行业中的广泛部署和应用，提高了人们的工作效率，改变了人们的工作方式，推动了社会的发展。近年来，随着网络技术的不断发展和网络设备的不断更新，多种异构网络并存成为信息网络的重要特征。当前常见的信息网络类型包括有线网络、无线Mesh网络、无线传感网络、移动Ad hoc网络、车载Ad hoc网络等。在这种多种异构网络并存环境下，当网络设备接入到不同异构网络时，由于路由协议不能适应多种异构网络，会造成路由传输效率低下，严重影响网络的性能。

此外，随着应用类型的不断增加和信息量的急剧膨胀，互联网络已经在数据安全、传输效率等方面暴露出诸多问题。例如，据IDC研究报告，互联网2011年的信息量达到1.8ZB，是2006年信息量的9倍；而美国普林斯顿大学研究人员在2010年ACM SIGCOMM国际会议上指出，现有网络的骨干网链路利用率仅在30%-40%；西班牙电信的研究人员在2011年ACM SIGCOMM国际会议上指出，现有网络的接入网链路利用率不到10%。

为解决这些问题，国内外多数研究者致力于将网络向智慧化发展，并且将智慧路由作为一个重要的研究内容。智慧路由技术的研究具有重要的理论与实践意义。

1. 智慧路由是未来信息网络的一个重要研究领域

随着网络中新型应用模式的不断涌现，互联网在数据安全、访问效率等方面已暴露出诸多问题，需要不断升级安全防护程序、网络带宽及主机配置等资源以满足广大用户的应用需求。由于路由协议的智慧化是解决现有信息网络高速、高效通信的基础。近年来受到世界各国的广泛关注。因此，智慧路由是未来网络的一个重要研究领域，对解决现有网络的通信效率问题具有重大的指导意义。

2. 智慧路由的研究符合未来信息网络的发展需求

未来互联网发展的主要目标是实现对信息灵活、动态、智慧、高效的访问。智慧路由研究的目的是形成一套智慧的路由机制与协议，从根本上支持网络路由的智慧化，这对未来网络路由的发展具有重要的借鉴意义。

生物启发（Bio-inspired），即通过研究生物的运行机制，对其规律、机理和特性进行总结、抽象和建模，并将其应用于理论研究或工程问题的解决之中。

《生物启发的智慧路由机制与协议》基于当前路由机制与协议的研究成果，受生物系统启发，利用蚁群、蜂群、粒子群、绒泡菌等生物启发方法研究智慧路由机制与协议，在智慧路由理论与方法研究中取得了以下成果。

1. 面向多种网络环境的智慧路由协议

多种异构网络并存已经成为当前信息网络的重要特征。然而，由于不同网络的特征不同，一种路由协议难以适应多种网络。本书针对不同网络的特征，提出多种生物启发的智慧路由模型（包括蚁群、蜂群、绒泡菌等模型），以适应不同的网络环境。

2. 协议与网络的智慧适配模型

在异构网络环境下，当同一个网络设备由于各种原因进入不同异构网络时，其路由协议需要适应网络的变化。本书受控制与数据分离思想启发，根据网络状态的特征信息适配相应的路由协议。经过与网络适配的智慧路由协议能够高效率地满足相应网络下的通信需求，提高网络性能。

3. 生物启发算法在未来智慧协同网络中的应用

目前，针对现有互联网体系的路由技术已经比较成熟。然而，随着互联网中应用类型的不断增加，信息量急剧膨胀，基于TCP/IP协议的现有互联网在数据安全、访问效率等方面已暴露出诸多问题。智慧协同网络是一种新型未来网络体系，它能够根据用户的需求实现资源的动态适配。在资源动态适配的前提下，基于Physarum觅食模型构建的支持资源动态适配的可重构路由协议，不仅考虑某个具体传输任务，而且考虑族群内所有的资源和任务匹配，选择最合理的方案完成族群内的任务，满足资源动态适配网络路由协议的智慧性需求。

本由刘四旦摘编自张明川、郑瑞娟、吴庆涛著《生物启发的智慧路由机制与协议》一书“前言”。

ISBN 978-7-03-044792-0

《生物启发的智慧路由机制与协议》在归纳分析国内外关于智慧路由相关研究的基础上，利用蚁群、蜂群、粒子群、绒泡菌等生物启发方法研究智慧路由机制与协议，主要内容包括:在蚁群算法中引入感知技术，提出感知蚁群的智慧路由模型；基于绒泡菌形体自我调节的特性，提出绒泡菌启发的智慧路由模型；利用蜂群的觅食行为，提出蜂群智慧路由模型；结合多种生物启发方法，提出多生物启发的智慧模型；结合网络环境的多变性，提出协议与网络适配的路由机制；讨论生物启发路由在未来网络中的应用。

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