你有沒有注意過蟻群是如何尋找食物的?和我們的互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)很類似，每個(gè)螞蟻單獨(dú)行動(dòng)搜集食物信息，再匯集到一起不斷調(diào)整路徑，直到形成一條最優(yōu)路徑，但是在這個(gè)過程中沒有任何的中央控制。

斯坦福大學(xué)的研究小組發(fā)現(xiàn)沙漠螞蟻的覓食方式與調(diào)節(jié)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)流量的TCP協(xié)議很類似，他們將蟻群系統(tǒng)稱為Anternet。Anternet和互聯(lián)網(wǎng)都使用了正向反饋：TCP協(xié)議中會(huì)發(fā)確認(rèn)觸發(fā)下一個(gè)數(shù)據(jù)包的傳送，蟻群網(wǎng)絡(luò)中滿載而歸的螞蟻會(huì)引導(dǎo)其它螞蟻出去覓食。

相信每個(gè)知道這項(xiàng)研究的人都會(huì)驚嘆于這些螞蟻的別出心裁，竟然在幾百萬年前就開始使用這種智能的互聯(lián)網(wǎng)算法了。那么還有什么是螞蟻已經(jīng)做到，而我們?nèi)祟愡€不知道的?

Anternet對下一代互聯(lián)網(wǎng)的啟示

螞蟻有1.3億年左右的歷史，已經(jīng)進(jìn)化到可以適應(yīng)特定環(huán)境的多變性和約束。

蟻群利用簡短交流的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)來適應(yīng)周圍環(huán)境的變化。每個(gè)螞蟻個(gè)體并不知道發(fā)生了什么，每個(gè)螞蟻只是根據(jù)最近遇到的螞蟻確定路線：或者是一對一的互碰觸角，或者是根據(jù)其它螞蟻在路上留下的化學(xué)分泌物。

這種蟻群網(wǎng)絡(luò)使螞蟻擁有了驚人的多樣性，多達(dá)11000種的螞蟻遍布地球每一個(gè)角落。所以Anternet以及其它蟻群網(wǎng)絡(luò)可以給我們很多啟示。或許我們的信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)可以參考下螞蟻協(xié)議。

解決高操作成本問題

收獲蟻(螞蟻的一種)蟻群在沙漠中尋找水的過程也會(huì)消耗水。螞蟻在烈日下覓食時(shí)會(huì)丟失水分，這時(shí)他們會(huì)從存儲的種子中吸取水分。因?yàn)橄伻簳?huì)存儲種子，它們的正向反饋系統(tǒng)使得在水源不好找時(shí)，螞蟻可以不必浪費(fèi)精力外出覓食，即使這意味著他們要在天氣更濕潤時(shí)存儲一些種子。

Anternet通過這種方式處理高操作高成本問題。在互聯(lián)網(wǎng)中，TCP協(xié)議也可以防止系統(tǒng)在帶寬不可用的情況下，在互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)送數(shù)據(jù)。除非是確定信息可以到達(dá)目的地，否則發(fā)送是不值得的。

作者最近剛發(fā)表了一篇文章說明自然選擇目前是如何優(yōu)化Anternet的算法的。作者對300個(gè)收獲蟻群進(jìn)行了超過25年的研究，并且通過基因指紋研究了哪些蟻群有更多的后代蟻群。研究發(fā)現(xiàn)，在炎熱的天氣里保持體力不外出覓食的蟻群有更多的后代。

面對資源稀缺情況，螞蟻是最小化運(yùn)營成本而不是增大存儲量。這是一個(gè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，對于類似沙漠蟻群或移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)，這都是保持長期可靠性同時(shí)避免浪費(fèi)精力的重要措施。

擴(kuò)展性

當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)展時(shí)會(huì)發(fā)生什么?就像人類設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，螞蟻系統(tǒng)也會(huì)隨著蟻群的壯大而調(diào)整優(yōu)化，還要有“容錯(cuò)能力”。

由于大型系統(tǒng)難免會(huì)有一些混亂，所以理想的解決方案是利用每一個(gè)額外螞蟻的貢獻(xiàn)，從這些螞蟻中獲得的益處遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于喂養(yǎng)螞蟻的成本。大型蟻群系統(tǒng)的最好工具是冗余和最小化信息量。龐大的蟻群中，各個(gè)螞蟻之間的簡單交流并不需要知道各個(gè)螞蟻的詳細(xì)信息。

在工程系統(tǒng)中，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，我們也在利用一些廉價(jià)操作尋找確保可靠結(jié)果的解決方案。優(yōu)雅的自頂向下設(shè)計(jì)的確有吸引力，但是蟻群算法的魯棒性表明，容忍一些不完美有時(shí)會(huì)導(dǎo)致更好的解決方案。

優(yōu)化先發(fā)優(yōu)勢

蟻群算法的多樣性表明了進(jìn)化系統(tǒng)是如何響應(yīng)環(huán)境約束的。當(dāng)操作成本較低或蟻群尋找暫時(shí)的美味佳肴時(shí)，比如尋找花蜜或西瓜皮，搶占先機(jī)很重要。由于蟻群互相競爭，第一個(gè)找到食物的就有最好的機(jī)會(huì)。

一個(gè)蟻群在沒有任何中央控制的情況下如何獲得這種先發(fā)優(yōu)勢呢?螞蟻使用的一個(gè)策略(接近于我們的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò))是建立一個(gè)永久的高速回路(就像手機(jī)發(fā)射塔網(wǎng)絡(luò))，螞蟻們就在沿路進(jìn)行搜索。阿根廷螞蟻很擅長這個(gè)，它們會(huì)找到任何落在廚房柜子上的面包屑。阿根廷螞蟻也會(huì)調(diào)整自己的路線，一開始很多螞蟻會(huì)在附近的隨機(jī)游走，每只螞蟻都會(huì)在一個(gè)小范圍內(nèi)徹底搜查，到后來會(huì)有一個(gè)更直接的路線，周圍的螞蟻會(huì)減少，從而整個(gè)蟻群可以覆蓋更大的范圍。

就像一個(gè)分布式的需求響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)一樣，雖然沒有任何的中央控制，每只螞蟻對本地情況的響應(yīng)聚合在一起為產(chǎn)生了整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)果。

解決安全漏洞

在熱帶地區(qū)，數(shù)百種螞蟻聚集在一起競爭資源，蟻群必須要處理安全問題。這導(dǎo)致了使用本地信息進(jìn)行入侵檢測和響應(yīng)的安全協(xié)議的進(jìn)化。

一個(gè)蟻群可能會(huì)“偷竊”另一個(gè)蟻群的信息來尋找資源，例如其它蟻群螞蟻的化學(xué)分泌物或螞蟻分布密度。為了應(yīng)對這種入侵行為，螞蟻們采取了一種松散的、隨機(jī)的身份認(rèn)證系統(tǒng)，而不是試圖完全杜絕這種行為。

這與計(jì)算機(jī)的安全系統(tǒng)有明顯的相似之處，很顯然我們也需要實(shí)現(xiàn)對入侵的本地評估和修復(fù)。螞蟻并沒有建立一個(gè)中央集權(quán)來監(jiān)管黑客，但它們已經(jīng)找到了應(yīng)對入侵的策略。

災(zāi)難恢復(fù)

災(zāi)難恢復(fù)協(xié)議可以參考螞蟻在樹上覓食的過程，因?yàn)闃渲τ锌赡軙?huì)斷裂。在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)回路中，考慮到快速恢復(fù)，信號或者螞蟻會(huì)在不同的方向保持流動(dòng)，如果一個(gè)方向斷流了，可以從另一個(gè)方向重建一個(gè)連接。

同樣，早期的光纖網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常被農(nóng)業(yè)機(jī)械或其它的挖掘所破壞，一段光纖的破壞有可能讓整個(gè)系統(tǒng)宕掉。工程師們隨后發(fā)現(xiàn)，環(huán)形網(wǎng)絡(luò)更容易修復(fù)。

我們的網(wǎng)絡(luò)在不斷進(jìn)化，通過測試和比較這些沙漠螞蟻、熱帶森林中的螞蟻和廚房里的螞蟻的算法，很明顯我們可以參考這些螞蟻的做法來構(gòu)造我們的下一代網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

作者簡介：Deborah M. Gordon是斯坦福大學(xué)生物系的教授，她通過蟻群的生態(tài)和行為研究群體組織的進(jìn)化，已經(jīng)獲得Guggenheim和行為科學(xué)深度研究中心的獎(jiǎng)學(xué)金。著有《Ants at Work》及《Ant Encounter: Interaction Networks and Colony Behavior》。