Исследование и разработка моделей и методов оптимизации структур телекоммуникационных систем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.17, кандидат технических наук Галямов, Василий Александрович

• Галямов, Василий Александрович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Галямов, Василий Александрович

Введение.

Глава 1. Принципы построения современных структурированных кабельных систем

1.1 Описание и принципы построения СКС.

1.2 Термины и основные понятия.

1 .ЗСуществующие принципы проектирования

1.4 Системы связи СКС.

ВЫВОДЫ.

Глава 2. Методические вопросы разработки оптимальных СКС.

2.1 Общий подход к проектированию.

2.2 Основные этапы проектирования.

2.3 Методика диалоговой оптимизации СКС.

2.3.1 Методические вопросы описания и анализа СКС.

2.3.2 Технология формулировки задач проектирования СКС.

2.3.3 Методы и алгоритмы для поиска оптимальных СКС.

2.3.4. О технологии мультидиалогового моделирования и оптимизации сетей связи.

ВЫВОДЫ.

Глава 3. О задаче построения структурированных кабельных систем.

3.1 Содержательная постановка задачи построения СКС.

3.2 Математическая модель структуры СКС.

3.3 Задача выбора способов организации СКС.

3.4 Построение структурированной кабельной системы.

3.5 Основные процедуры синтеза СКС.

3.5.1 Задача оптимизации структуры СКС при заданной структуре сетей приложений.

3.5.2 Задача оптимизации структуры СКС как задача размещения.

3.5.3 Задача поиска циклического маршрута в гиперсетях.

ВЫВОДЫ.

Глава 4. Реализация генетического алгоритма.

4.1 Введение в теорию генетических алгоритмов.

4.2 Программная реализация классического генетического алгоритма.

4.3 Программная реализация модифицированного генетического алгоритма.

4.4 Разработка и реализация принципиально нового генетического алгоритма для возможного использования и сравнения с классическим ГА.

4.5 Графики, сравнивающие характеристики разрабатываемых алгоритмов.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка моделей и методов оптимизации структур телекоммуникационных систем»

В диссертации предлагается исследование и разработка моделей и методов оптимизации структур телекоммуникационных систем на примере структурированных кабельных систем. Работа включает в себя формальную и математическую постановку задачи по построению оптимальных сетей связи. Разработаны новые алгоритмы решения такого рода задач.

Растущая сложность проектов и масштабы телекоммуникационных систем заставляют обратить внимание на уровень и качество выполнения работ на всех стадиях реализации проекта и, не в последнюю очередь, на уровень выполнения собственно процесса проектирования. Актуальность данной задачи объясняется тем фактом, что разработать грамотный проект кабельной проводки даже в двух-трех комнатах с несколькими десятками портов является весьма затруднительной процедурой. В тех же ситуациях, когда количество обслуживаемых рабочих мест достаточно большое и в составе телекоммуникационной системы (ТС) имеется магистральная подсистема, то становится очевидна задача оптимизации проектов для нахождения более оптимального варианта их реализации, т.к. ТС является достаточно дорогой в плане финансовых вложений.

Необходимо отметить, что для получения оптимальных способов решения различных задач, возникающих в процессе проектирования, резко возрастает роль применения различных математических методов. Это требует модификации как используемых математических моделей и алгоритмов, так и методик по оптимизации проектируемых телекоммуникационных кабельных систем. Разработка методов оптимизации проектирования ТС и их применение на различных этапах создания ТС должна позволить находить наиболее экономичные и технически правильные решения для ее реализации.

Важнейшей особенностью подобных методик по оптимизации ТС является их системный подход и универсальность, что позволяет использовать сочетание математического аппарата методики с опытом и интуицией проектировщика. Развитие таких методик позволит создать замкнутый цикл по проектированию, строительству и текущей эксплуатации систем и сетей связи на всех уровнях.

Цель диссертационной работы состояла в исследовании и разработке математических моделей ТС, разработке на их основе методики, алгоритмов построения оптимальных кабельных систем, а также анализа и синтеза объектов сетевых структур.

Задачи исследования

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

- Разработка структуры и принципов построения системы моделирования сетей и автоматизированного поиска проектных решений.

- Исследование способов представления математических моделей ТС.

- Разработка алгоритмов для задач анализа, синтеза и исследования ТС.

Методы исследования.

Методической основой для решения поставленных задач являются: теория сетей связи, теория графов, теория гиперсетей, исследование операций, применение генетических алгоритмов, методы дискретной оптимизации.

Научная новизна работы и значимость заключается в следующем:

- Разработана математическая модель и формальная постановка задачи оптимизации структурированных кабельных систем.

- Созданы и модифицированы алгоритмы, позволяющие находить оптимальные проектные решения при построении телекоммуникационной системы

Практическая ценность результатов.

Разработанная методика и алгоритмы могут быть использованы в проектных организациях для применения методов оптимизации при анализе и синтезе проектных решений, что позволяет сократить сроки и уменьшить трудоемкость проектирования.

Личное участие

Личный вклад автора заключается в разработке методики построения оптимальных сетей СКС, постановки задачи, написании алгоритмов решения задач синтеза и анализа сетей.

Апробация работы Основные результаты работы докладывались и обсуждались на российской научно-технической конференции «Информатика и проблемы телекоммуникаций», Новосибирск, 2005 г. А также на научных семинарах отдела Телекоммуникационных систем ИВМ и МГ СОРАН. 2002 г. - 2005 г.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Основные положения представленные к защите Новая математическая модель СКС на основе гиперсети. Методика разработки проектных решений. Обобщенная задача оптимизации СКС.

Генетический алгоритм, используемый для решения задачи синтеза СКС.

Структура и объём работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и списка литературы, содержащего 66 источников. Общий объем работы - 164 страниц. Основной текст диссертации изложен на 107 страницах и включает 2 таблицы, 16 рисунков, 4 графика.

Заключение диссертации по теме «Теоретические основы информатики», Галямов, Василий Александрович

выводы

В данной главе приведена разработка генетических алгоритмов. В ходе разработки модели генетического алгоритма были успешно опробованы следующие приемы:

• Применение стратегии элитизма

• Применение двух критериев останова одновременно

• Повышение вероятности мутации бита хромосомы

Итогом этой работы стала новая модель, позволяющая улучшить работу алгоритмов, применяющихся при решении задач синтеза СКС, описанных в предыдущей главе. Новизной модели является реализация механизма одновременного поиска в направлении нескольких экстремумов. Было проведено сравнение характеристик эффективности работы исследуемых алгоритмов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе проделанной работы были решены все задачи, которые было необходимо решить для достижения поставленной цели.

Предложена методика поиска проектных решений по построению оптимальных СКС, на основе гиперсетей и применения генетических алгоритмов.

Показана возможность применения диалоговой технологии моделирования и оптимизации.

Приведена системная постановка задачи синтеза СКС.

Разработаны алгоритмы для задач синтеза СКС.

- В ходе разработки получена новая модель генетического алгоритма, в которой были успешно использованы некоторые подходы для улучшения в работе ГА,

• Использование одновременно двух критериев останова алгоритма

• Применение стратегии элитизма

• Поиск по нескольким экстремумам одновременно

С помощью данных модификаций удалось видоизменить классический генетический алгоритм и получить работоспособную версию генетического алгоритма, успешно применимому к решению основных задач синтеза.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Галямов, Василий Александрович, 2006 год

1. Алиев И.И., Казанский С.Б. Кабельные изделия. М.: РадиоСофт, 2002.224 с.

2. Аппаратура сетей связи: справочные материалы по проектированию. 4.1, Ч.2.- М.: Гипросвязь, 1993. 133 с.

3. Батищев Д.И, Коган Д.И. Вычислительная сложность экстремальных задач переборного типа. Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет,1994. - 180 с.

4. Батищев Д.И Методы оптимального проектирования. М.: Радио и связь, 1984. -160 с.

5. Батищев Д.И. Поисковые методы оптимального проектирования. М.: «Сов. Радио», 1975. - 216 с.

6. Булгак В.Б., Варакин JI.E., Ивашкевич Ю.К., Москвитин В.Д.,Осипов В.Г. Концепция развития связи Российской федерации. М.: Радио и связь, 1995, 224 с.

7. Варакин J1.E. Экономика, связь, развитие общества: макроэкономические закономерности развития связи// Электросвязь, 1994. № 1.

8. Великанов K.M. Сети связи с беспроводным доступом. М.: Эко-Трендз, 1999, №12.

9. Верник С.М., Кочановский JI.H. Оптимизация линейных сооружений связи. М.: Радио и связь, 1984. - 136 с.

10. Габасов Р. Конструктивные методы оптимизации.Ч.З.:Сетевые задачи. -Минск, Из-во «Университетское», 1986. 224 с.

11. Галямов В.А. Задача синтеза первичной сети электросвязи города. Российская научно-техническая конференция. Новосибирск, СибГУТИ, 2005. с. 218-220.

12. Галямов В.А., Соловей С.С. Генетический алгоритм задачи размещения структурированной кабельной системы здания. // Научное обозрение. -М.:Издательство "НАУКА", 2005. -№5. -С.23-25.

13. Галямов В. А., Соловей С.С. Задача синтеза первичной сети электросвязи города. // Научное обозрение. М.: Издательство "НАУКА", 2005. -№5.-С.29-36.

14. Галямов В. А. О задаче оптимизации построения первичной сетисвязи //Труды ИВМ и МГ. Сер. Информатика. Новосибирск, 2005. -№5. - С. 66-78.

15. Галямов В.А. О задаче построения структурированных кабельных систем. Новосибирск: Изд-во Новосиб. Ун-та, 2005. - 36 с. (Препринт)

16. Галямов В.А Соловей С.С. Генетический алгоритм задачи размещения структурированной кабельной системы здания.//Вестник НГУ. Сер. Информационные технологии.- Новосибирск, 2005. 4 с.

17. Гимади Э.Х., Глебов Н.И. Экстремальные задачи принятия решений. -Новосибирск, НГУ, 1982. 80 с.

18. ГОСТ 34.201-89. Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Виды, комплектность и обозначение документов при создании автоматизированных систем. Издательство стандартов, 1991. - 14 с.

19. ГОСТ 2.119-73. Эскизный проект. Единая система конструкторской документации. Издательство стандартов, 1991. - 6 с.

20. Гроднев И.И. Волоконно-оптические линии связи. М.: Радио и связь, 1990.-223 с.

21. Дементьев В.Т., Ерзин А.И., Ларин Р.М., Шамардин Ю.В. Задачи оптимизации иерархических структур. Новосибирск: Издательство Новосибирского университета, 1996. - 167 с.

22. Евстегнеев В.А. Касьянов В.Н. Теория графов: обработка бесконтурных графов/ Отв. Ред. Поттосин И.В.; Рос. акад. наук. Сиб. отд-ние. Ин-т систем информатики. Новосибирск: Наука, 1998. - 385 с.

23. Иванова Т.И. Корпоративные сети связи. М.: Эко-Трендз, 2001. - 283 с.

24. Ионов А.Д. Волоконно-оптические линии передачи: Учеб. Пособие/Сиб.гос.ун-т телекоммуникаций и информатики. Новосибирск, 2003.-150с.

25. Ионов А.Д. Проектирование кабельных линий связи/ MC РФ, Сиб. гос. акад.телекоммуникаций и информатики. Новосибирск, 1995. - 59 с.

26. Замбицкий Д.К. Лозовану Д.Д. Алгоритмы решения оптимизационных задач на сетях. М.: Наука, 1983

27. Зыков A.A. Гиперграфы. //Успехи математических наук. Вып. 6., 1974. с.89- 154.

28. Зыков A.A. Основы теории графов. М.: Наука, 1987

29. Кауль С.Б. Об одной задаче синтеза гиперсетей//Системное моделирование. Новосибирск, ВЦ СО АН СССР, 1984, с. 17-34

30. Краснощекое П.С., Петров A.A. Принципы построения моделей. -М.:МГУ, 1983.

31. Кристофидес Н. Теория графов. Алгоритмический подход. М.: Мир, 1978.

32. Кульгин М.В. Технология корпоративных сетей. СПб.: Питер, 2000. -699 с.

33. Ладыженский Г.М. Архитектура корпоративных информационных систем// СУБД, 1997,№ 5 6.

34. Макаров A.A., Ковязин В.И. Автоматизация проектирования систем передачи данных: Учеб.пособие/ Одесский электротехн. ин-т связи. Одесса, 1987.-84 с.

35. Мальке Г., Гёссинг П. Волоконно-оптичекие кабели: Основы. Проектирование кабелей. Планирование систем: Пер. с англ. Новосибирск, 1997. - 264 с.

36. Математическое моделирование. M.: Мир, 1979. - 200 с.

37. Мурадян А.Г. Оптические кабели многоканальных линий связи. М.: Радио и связь, 1987.-198с.

38. Нечепуренко М.И., Попков В.К., Майнагашев С.М. Алгоритмы и программы решения задач на графах и сетях. Новосибирск, Наука, 1990.515 с.

39. Олифер В.Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. -СПб.: ПИТЕР, 2002.-668 с.

40. Ope О. Теория графов. М.: Наука, 1968

41. Полунин А. Новое поколение УАТС от Simens//Cera, 2000, №4.

42. Попков В.К., Кауль С.Б., Нечепуренко М.И. Методы оптимизации структур зоновых сетей связи. Новосибирск, ВЦ, 1983.

43. Попков В.К. Математические модели связности. Ч.2.Гиперграфы и гиперсети. Новосибирск: Изд. ИВМГиМГ СО РАН, 2001 - 180 с.

44. Попков Г.В. Исследование и разработка методики оптимизации сетей абонентского доступа Диссертация, Новосибирск, СибГУТИ, 2002. 131 с.

45. Пятибратов А.П.Гудено Л.П., Кириченко A.A. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. М.: Финансы и статистика, 1998.- 398 с.

46. Ренделмен Д. Cisco представляет УАТС для IP сетей// PC Week/RE, 1999, №12.

47. Руководство по строительству линейных сооружений магистральных и внутризоновых кабельных линий связи. Министерство связи СССР. М.: Радио и связь, 1986. - 608 с.

48. Русеев Д.С. Технологии беспроводного доступа: справочник. СПб.: БВХ-Петербург, 2002, -334 с.

49. Семенов А.Б., Стрижаков С.К., Сунчелей И.Р. Структурированные кабельные системы. М.:ДМК-Пресс, 2002.- 640 с.

50. Семенов А.Б. Проектирование и расчет структурированных кабельных систем и их компонентов. М.:ДМК Пресс; М.: Компания АйТи, 2003. - 416 с.

51. Семёнов А.Б. Волоконная оптика в локальных и корпоративных сетях связи. М.: Компьютер Пресс, 1998.- 302 с.

52. Смирнов И.Г. Структурированные кабельные системы. -М.:ЭКО-ТРЕНДЗ, 1998. 178 с.

53. Смирнов И.Г. Новый стандарт СКС//Вестник связи. 2001. - № 5.- с. 6367.

54. Соколов H.A. Эволюция местных телефонных сетей. Пермь: Издательство ТОО Типография "Книга1,1994. - 375 с.

55. Соколов H.A. Телекоммуникационные сети. 41. 42. М.: Альварес Паблитинг, 2003. - 127 с.

56. Соколова О.Г., Разработка интерактивной системы анализа и синтеза проектных решений в сетях электросвязи. Диссертация, Новосибирск, ИВМ и МГ СО РАН, 2002.-140 с.

57. Сушков Ю.А. Связность гиперграфов. СПб, 2002

58. Телекоммуникации. Мир и Россия. Состояние и тенденции развития/ Под ред. Клещеева Н.Т. М.: Радио и связь, 1999.- 480с.

59. Тепляков И.М. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей: Учеб. Пособие. М.: Радио и связь, 2004 - 327 с.

60. Уолрэнд Д. Телекоммуникационные и компьютерные сети. Вводный курс/ Пер. с англ. М.Е. Липкина, М.М. Птичникова; Под ред. В.Н. Стародубцева. М.: Пост-Маркет, 2001. - 476 с.

61. Фаронов В.В. Delphi. Программирование на языке высокого уровня. -СПб.: Питер, 2004. 639 с.

62. Харкер Д., Бекорн П., Снайдер Д. Интеллектуальные здания Проектирование и эксплуатация информационной инфраструктуры. Сети MP, 1996.- 135 с.

63. Цой С., Цхай С.Н. Прикладная теория графов. Алма-Ата: Наука, 1971

64. Эволюционные вычисления и генетические алгоритмы. // Обозрение прикладной и промышленной математики. Выпуск 5.Т.З. М.:"ТВП". - 1996.

65. Holland J.H. Adaptation in Natural and Artificial Systems. /The University of Michigan, 1975.

66. Goldberg D.E. Genetic Algorithms in Search, Optimization, and Mashine learning Addison- Wesley, 1989

67. Галямов B.A. Попков B.K. Задача синтеза первичной сети электросвязи города.// Вестник связи. Москва , 2005. № 12 .С. 59-60.