Разработка интерактивной системы анализа и синтеза проектных решений в сетях электросвязи
В настоящее время разрабатываются различные автоматизированные системы проектирования. Преимуществами таких систем перед классической схемой проектирования являются их гибкость и адаптивность, позволяющая строить модель сети, решать на ней различные задачи проектирования и производить анализ полученной имитационной модели. Такой подход позволяет генерировать и развивать творческий потенциал… Читать ещё >
Содержание
- 1. Проблемы исследования и проектирования сетей связи
- 1. 1. Теоретические модели сетей связи
- 1. 2. Математические модели структур сетей связи
- 1. 3. Основные задачи анализа и синтеза первичной сети
- 1. 3. 1. Методы решения задач анализа и синтеза
- 1. 4. Задачи проектирования сетей SDH
- 1. 5. Содержательная и математическая постановка задачи перспективного проектирования СЭГ
- 2. 1. Принципы построения и структура интерактивной системы поиска проектных решений
- 2. 2. Описание работы пользователя с интерактивной системой
- 2. 3. Использование интерактивной системы в процессе обучения студентов вузов
- 2. 4. Графический интерфейс системы
- 2. 4. 1. Описание реализации графического редактора
- 2. 4. 2. Описание возможностей работы редактора
- 3. 1. Применение классических задач теории графов при анализе сетей связи
- 3. 1. 2. Задачи поиска покрытий в графе и их
- 3. 1. 3. Задача перераспределения потоков в гиперсети
- 3. 2. Описание работы с задачами в интерактивной системе
- 3. 3. Алгоритмы для исследования живучести сетей связи
- 3. 3. 1. Модель анализа надежности проектных решений
- 3. 3. 2. Описание схемы моделирования восстановления первичной сети
- 3. 4. Задачи, связанные с переходом на цифровые сети и коммутации
- 3. 4. 1. Применение интерактивной системы для задач проектирования сетей абонентского доступа
- 3. 4. 2. О задачах мониторинга цифровых систем связи
- 3. 5. Общая схема поиска проектных решений с использованием интерактивной системы
- 4. 1. Описание экспертных систем
- 4. 2. Проблемы многокритериальной оптимизации сетей связи
- 4. 3. Модели принятия решений в интерактивной системе
- 4. 4. Экспертные оценки экономических критериев при планировании и эксплуатации сетей связи
Разработка интерактивной системы анализа и синтеза проектных решений в сетях электросвязи (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
В последние годы произошли заметные изменения в принципах построения сетей электросвязи. Это явление, порожденное, в основном, внедрением современных средств передачи и коммутации, привело к постановке новых задач по проектированию сетей связи и эффективной модернизации структур существующих сетей.
Алгоритмическая сложность этих задач, их многокритериальность и наличие трудно формализуемой информации обуславливают необходимость внедрения современных математических методов и средств вычислительной техники при разработке проектов. Как следствие, перед специалистами встала проблема обновления знаний, необходимость внедрения компьютерных технологий в процесс проектирования и анализа сетей.
Традиционные подходы к обучению специалистов-проектировщиков сейчас в корне пересматриваются, т. к. сложные работы проектных организаций по созданию современной сети невозможно выполнить без комплекса знаний в области прикладной математики и использования современной вычислительной техники.
В настоящее время разрабатываются различные автоматизированные системы проектирования. Преимуществами таких систем перед классической схемой проектирования являются их гибкость и адаптивность, позволяющая строить модель сети, решать на ней различные задачи проектирования и производить анализ полученной имитационной модели. Такой подход позволяет генерировать и развивать творческий потенциал специалистов для поисков новых неформальных решений поставленных задач.
Важной особенностью подобных автоматизированных систем моделирования и оптимизации является возможность работы проектировщика в интерактивном режиме, что позволяет использовать сочетание математического аппарата системы с опытом и интуицией проектировщика.
Цель диссертационной работы состояла в исследовании и разработке математических моделей сетей связи, разработке на их основе методики, алгоритмов и программных средств автоматизированного построения проектных решений сетей электросвязи, а также анализа и синтеза объектов сетевых структур.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
— Разработка структуры и принципов построения интерактивной системы моделирования сетей связи и автоматизированного поиска проектных решений.
— Разработка алгоритмов для задач анализа и синтеза проектных решений сетей связи.
— Исследование проблем многокритериальной оптимизации при проектировании сетей связи.
Методической основой для решения поставленных задач являются: теория сетей связи, теория графов, исследование операций, автоматизация проектирования, методы компьютерного моделирования.
Предложенные методы и алгоритмы реализованы в программных средствах поддержки интерактивной системы моделирования и оптимизации сетей связи. Разработанная интерактивная система может быть использована в проектных организациях для обучения персонала методам оптимизации при синтезе проектных решений, что позволит сократить сроки и уменьшить трудоемкость проектирования. Также может использоваться операторами связи для анализа проектных решений, а также как обучающая система для студентов вузов связи.
В первой главе диссертационной работы исследованы теоретические модели структур сетей связи. Сформулированы основные задачи анализа и синтеза систем сетевой структуры, описаны методы исследования. Приводится математическая постановка задачи перспективного проектирования сети электросвязи города и ее декомпозиция на частные подзадачи.
Во второй главе сформулированы принципы построения и представлена структура интерактивной системы поиска проектных решений сетей связи. Рассмотрены особенности организации диалога и представления сетевых моделей, описана реализация графического интерфейса. Описана возможность использования интерактивной системы в качестве АОС (автоматизированной обучающей системы) в вузах широкого профиля.
В третьей главе приведены алгоритмы решения с использованием интерактивной системы некоторых частных сетевых задач, предусматривающие активное участие проектировщика в процессе выбора варианта. Подробно рассмотрены алгоритмы решения задач поиска покрытий в гиперсетях, перераспределения потоков, приводится схема исследования живучести сетей. Приводится описание работы пользователя в интерактивной системе.
В четвертой главе описана экспертная подсистема, содержащая базу знаний (теоретический материал) и архив гиперсетей, и показана методика принятия решений с использованием экспертного анализа.
Заключение
содержит основные результаты, полученные в диссертационной работе.
Приложения содержат результаты расчетов и программы отдельных алгоритмов.
Результаты диссертационной работы:
1. Разработка структуры интерактивной системы поиска проектных решений в сетях электросвязи.
2. Инструментальные средства для построения сетевых моделей и решения оптимизационных задач, объединенные в Интерактивную систему поиска проектных решений сетей связи.
3. Алгоритмы решения оптимизационных задач, возникающих на этапах поиска проектных решений.
4. Исследование многокритериальное&tradeзадачи проектирования сетей связи.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:
1. III Международная конференция «Современные информационные технологии», (СИТ-98) Новосибирск, 1998 г.
2. Международный семинар «Перспективы развития современных средств и систем телекоммуникаций», Хабаровск, 1999.
3. Международная научно-практическая конференции «Новые информационные технологии в университетском образовании», Новосибирск, 1999 г.
4. IV Международная конференция «Современные информационные технологии — 2000» («СИТ — 2000»), Новосибирск, 2000 г.
5. The 2nd International Workshop on Computer Science and Information Technologies", September 18−23, 2000, Ufa, Russia.
6. Международный симпозиум по проблемам информатики, модульных систем и сетей ICS-NET 2001. Москва, 2001 г.
7. XII Байкальская Международная конференция «Методы оптимизации и их приложения». Иркутск, 2001 г.
8. XXIX Международная конференция «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе», Украина, Гурзуф 2002 г.
9. Международная конференция «Вычислительные технологии и математическое моделирование в науке, технике и образовании» (ВТММ-2002), Алматы, 2002 г.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
Разработка автоматизированных систем поиска проектных решений в сетях электросвязи является актуальной задачей. Цель анализа и синтеза проектных вариантов в таких системах — выбор оптимального по ряду критериев эскизного проекта, служащего базой для рабочего проектирования.
В процессе решения любой задачи оптимизации проектировщиком выполняется следующая работа: подготовка и обработка исходной информации, построение адекватной модели сетевой структуры, выбор целевой функции, расчеты характеристик, сравнение вариантов.
Представленная в диссертационной работе интерактивная система моделирования и оптимизации проектных решений позволяет проектировщику проводить все эти виды работ, представляя сеть связи как единый сложный объект. Графический интерфейс и пакет программ решения задач анализа и синтеза графов и гиперсетей дают возможность вычислить необходимые характеристики сети. С помощью экспертной подсистемы можно провести экспертный анализ полученных вариантов проектных решений.
Описываемая система позволяет проектировщику вмешиваться в процесс оптимизации на любой его стадии, от получения решения полностью в автоматическом режиме до возможности использования системы только для расчета характеристик, когда ход решения задачи полностью определяется пользователем. Такой подход вместе с использованием графического интерфейса облегчает процесс предпроектной подготовки, учитывает опыт специалиста, уменьшает трудоемкость работ.
В диссертационной работе описана структура построения интерактивной системы анализа и синтеза проектных решений, инструментальные средства для построения сетевых моделей и решения различных задач анализа и синтеза, приведены алгоритмы для некоторых частных задач оптимизации.
Результаты диссертации могут быть использованы в проектных, научно-исследовательских институтах, а также в процессе обучения студентов в институтах связи.
Список литературы
- Bermond J. С., Bond J., Paoli M., Peyrat C. Graphs and interconnection networks: diameter and vulnerability. // London Math. Society, Lecture Notes, ser. 82, 1983, c. 1−30.
- Cristofides N., Whitlock C. A. Network synthesis with connectivity constraints. A survey. // Operations Research 81. Proceeding of 9-th IFORS Conference. Hamburg, 1981, c. 655−673.
- John E. Hopcroft, Richard M. Karp. An n3/2 algorithm for Maximum Matching in bipartite graphs. SIAM J. On computing, p. 105 1992.
- Mateus G. R., Cruz F. R. В., Luna H. P. L. An algorithm for hierarchical network design // Location Science. 1994, vol. 3, p. 149−164.,
- Monien В., Speckenmeyer E. Some further approximation algorithms for the vertex cover problem. Lecture Notes in Computer Science, 1990.p. .345.
- Monma C. L., Shallcross D. F. Methods for designing communications networks with certain two-connected survivability constraints. // Operations Research vol. 37 N4, 1989. Стр. 531−541.
- Popkov V. K., Sokolova O. D. Covering in Hypernets. // The 2nd International Workshop on Computer Science and Information Technologies", September 18−23, 2000, Ufa, Russia, c. 12−14.
- Thompson J. Руководство no Delphi 4 для профессионалов. Borland Press, 1999.
- Алексеев А. В. Представление знаний и формирование решений в экспертных системах при неполностью определенной исходной информации. // Сб. Методы и системы принятия решений. Интеллектуальные системы принятия решений. Рига, 1987, с. 9−14/
- Ю.Алексеев О. Г. Алгоритм решения задачи о покрытии. // Техническая кибернетика. № 5,1980. Стр. 12−22.
- Батурина Л. Н., Лепешинский Н. А. О максимальном динамическом к-потоке в неориентированной сети. // Методы и программы решения оптимизационных задач на графах и сетях. Тезисы докладов. Новосибирск, 1989. Стр. 9−10
- З.Батурина Л. Н., Лепешинский Н. А. Алгоритмы оптимизации параметров, обеспечивающих заданный уровень живучести сети. // Вести АН БССР, с. 26−29.
- М.Бежаева Е. Б., Егунов М. М., Шерстнева О. Г. Проектирование ГТС на базе SDH. Учебное пособие. Новосибирск, СибГУТИ, 2002 г.
- Букреев Е. М. О методе оптимизации структуры ГТС. // Повышение качества функционирования и надежности сетей связи и их элементов. Новосибирск, 1978, с. 19−20.
- Букреев Е. М., Попков В. К. Методологические проблемы создания САПР сетей электросвязи Вычислительная техника и системный анализ. Новосибирск, 1979, с. 21−23.
- Букреев Е. М., Попков В. К. Пакет прикладных программ проектирования городских телефонных сетей. // Прикладные задачи на графах и сетях. Новосибирск, 1981, с. 5−32.
- Букреев Е. М., Попков В. К. Построение оптимальной структуры первичной сети электросвязи города. // Системное Моделирование -5, Новосибирск, 1979, с. 10−18.
- Бурков В. Н., Гроппен В. О. Решение задачи о минимальном разрезе в бисвязном орграфе алгоритмами типа ветвей и границ. // Автоматика и телемеханика, 1974, с. 104−110.
- Васенева Е. Л. Проблемы оптимального построения и развития сетей абонентского доступа. // Труды ИВМиМГ. Информатика, 3 Новосибирск, 1998 г., стр. 49−59.
- Васенева Е. Л. Система автоматизации исследований при перспективном проектировании городской телефонной сети. // Труды конференции молодых ученых ВЦ СО РАН, Новосибирск, 1995, с. 2740.
- Вороной С. М., Москалев В. Э. Интегрированные инструментальные средства приобретения, конструирования и обновления знаний интеллектуальных обучающих систем. Проблемы программирования, № 1−2, 2000, с.3−17.
- Гимади Э. X., Глебов Н. И. Дискретные экстремальные задачи принятия решений. Новосибирск, 1991, 75 с.
- Грундспенькис Я. А. Расширенная система структурного моделирования для автоматизации проектирования. // Сб. Методы исистемы принятия решений. Интеллектуальные системы принятия решений. Рига, 1987, с. 66−75.
- Гэри М., Джонсон Д. Вычислительные машины и труднорешаемые задачи. Москва, Мир, 1982.
- Давыдов Г. Б., Рогинский В. Н., Толчан А. Я. Сети электросвязи. Москва, Связь, 1977 г., 360 с.
- Данилов Ю. В., Мурдасов А. Б., Фуртиков Г. В. Применение ЭВМ при проектировании ГТС. Москва, связь, 1972 г., 112 с.
- Дементьев В. Т., Ерзин А. И., Ларин Р. М., Шамардин Ю. В. Задачи оптимизации иерархических структур. // Изд-во Новосибирского университета, Новосибирск, 1996, 167 с.
- Дудник Б. Р. и др. Надежность и живучесть систем связи. Москва, Радио и связь, 1984.
- Евстигнеев В. А., Касьянов В. Н. Теория графов. Алгоритмы обработки бесконтурных графов. Новосибирск, «Наука» Сибирское предприятие РАН, 1998.
- Егунов М. М., Попков В. К., Прохорова Н. И. Количественная оценка структурной надежности сети с использованием графовой модели. // Информатика и проблемы телекоммуникаций тезисы докладов. Новосибирск, 1996, с. 25−26.
- Егунов М. М., Федченко А. И. Исследование структурной надежности сети связи АСУ. // Надежность и качество функционирования информационных сетей и их элементов. Новосибирск, 1985, с.34−35.
- Зарецкий К. А., Мейкшан В. И., Меленцова Н. А., Ноздрин В. В. К вопросу повышения надежности сетей электросвязи. // Труды ИВМиМГ СО РАН, Серия Информатика, Выпуск 3, 1998, с. 89−104.
- Зуев Ю. А. Задача о покрытии: локальный подход и метод типа ветвей и границ. // Журнал вычислительной математики и математической физики. № 6, 1979, с. 1566−1576.
- Зулис Я. В., Кирикова М. П., Тентерис Я. К. Определение обобщенного показателя качества структуры в ходе проектирования. // Сб. Методы и системы принятия решений. Интеллектуальные системы принятия решений. Рига, 1987 г. с. 76−83.
- Зыков М. Л., Соколова О. Д. «Разработка интерактивной системы анализа и синтеза сетей связи». Труды ИВМиМГ, Новосибирск, 2002 г.
- Ильев В. П., Молдованов И. А. О градиентном алгоритме построения надежных коммуникационных сетей. // Труды ИВМиМГ, серия Информатика, выпуск 3, Новосибирск, 1998, с. 60−69.
- Катулев А. Н., Михно В. Н., Виленчик Л. С. и др. Современный синтез критериев в задачах принятия решений. Москва, Радио и связь, 1992, 120с.
- Кауль С. Б. Об одной задаче синтеза гиперсетей. И Системное Моделирование —10, Новосибирск, 1984, с. 17−34.
- Кауль С. Б., Попков В. К. О сложности вычисления некоторых характеристик связности. // Сб. Системное Моделирование -7, Эффективная и структурная надежность информационных систем. Новосибирск, 1982, с. 99−115.
- Кемени, Снелл. Математические методы в общественных науках // Советское радио, 1975 г.
- Корниенко А. А., Погребной В. К., Щербанов В. А. О минимальных разрезах графа. // Кибернетика и вуз, 1971, вып. 4. С. 141−147.
- Коршунов Д. Об одном алгоритме нахождения парасочетаний в конечных графах. // Кибернетика, № 1, Киев, 1975, с. 1−8.
- Корячко В. П., Курейчик В. М., Норенков И. П. Теоретические основы САПР. Москва, Энергоатомиздат, 1987, 400 с.
- Краснощеков П. С., Морозов В. В., Федоров В. В. Декомпозиция в задачах проектирования. // Техническая кибернетика, № 2, 1979, с.7−17.
- Кристофидес Н. Теория графов. Алгоритмический подход. Москва, Мир, 1978, 432 с.
- Крук Б. И., Попантонопуло В. Н., Шувалов В. П. Телекоммуникационные системы и сети. Наука, 1998 г.
- Майнагашев С. М., Попков В. К. Максимальный поток в нестационарных сетях. // Системное Моделирование -10, Новосибирск, 1984 стр. 45−61.
- Майника Э. Алгоритмы оптимизации на сетях и графах. Москва, Мир, 1981.
- Малахов А. В., Солодов П. П. Язык программирования для разработки программ моделирования и обучения. // Информатика и проблемы телекоммуникаций тезисы докладов. Новосибирск, 1996, с. 27.
- Малашенко Ю. Е., Новикова H. М. Многокритериальный и максиминный анализ многопродуктовых сетей. ВЦ АН СССР, Москва, 1988, 66 с.
- Нечепуренко М. И., Попков В. К. Майнагашев С. М. и др. Алгоритмы и программы решения задач на графах и сетях. Новосибирск, Наука, Сибирское Отделение, 1990 г., 515 с.
- Николаева (Соколова) О. Д., Попков В. К. Упаковка и покрытия в гиперсетях. Сб. трудов. Системное моделирование и информатика. Новосибирск, ВЦ СО РАН, 1985, с. 135 142.
- Подиновский В. В., Гаврилов В. М. Оптимизация по последовательно применяемым критериям. // Советское радио, Москва, 1975, 190 с.
- Полесский В. П. Об одном способе построения структурно-надежной сети связи. // Дискретные автоматы и сети связи. Наука, Москва, 1970.
- Попков В. К. Гиперсети и структурные модели сложных систем. // Системное Моделирование -б, Новосибирск, 1981, с. 26−48.
- Попков В. К., Бежаева Е. Б., Прохорова Н. И., Журихина Г. Ф. Алгоритмы и программы расчета нагрузки при моделировании сети электросвязи на ПЭВМ. // Информатика и проблемы телекоммуникаций тезисы докладов. Новосибирск, 1996, с. 28−29.
- Попков В. К. Математические модели живучести сетей связи, Новосибирск, 1990 г., 235 с.
- В. К. Попков Математические модели связности. Часть 2: Гиперграфы и гиперсети. Новосибирск, 2001,180 с.
- Попков В. К., Кауль С. Б., Нечепуренко М. И., Букреев Е. М., Калеников А. И. Методы оптимизации структур зоновых сетей связи. Новосибирск, ВЦ СО РАН, 1983, 182 с.
- Прангишвили И. В. Экспертные системы. // Вычислительная техника Системы Управление № 2, 1990, Москва-София, стр. 3−16.
- Рогинский В. Н. и др. Теория сетей связи. Москва, Радио и связь, 1981, 192 с.
- Романовский И. В. Алгоритмы решения экстремальных задач. Москва, наука, 1977, 350 с.
- Руа Б. Проблемы и методы принятия решений в задачах с многими целевыми функциями. // Вопросы анализа и процедуры принятия решений. Москва, Мир, 1976.
- Соколов Н. А. Эволюция местных телефонных сетей. Пермь, Типография Книга, 1994, 375 с.
- Соколова О. Д. Модели принятия решений при планировании сетей связи //Материалы III Международной конференции «Современные Информационные Технологии», Новосибирск, 1998, с. 102−105.
- Соколова О. Д., Попков В. К. и др. Исследование и разработка инструментальных и графических средств организации диалога. Научно-технический отчет. Новосибирск, 1989 г.
- Соколова О. Д., Попков В. К. и др. Разработка алгоритмов и методов оптимизации МСС при текущем проектировании. Научно-технический отчет. Новосибирск, 1990 г.
- Соколова О. Д., Попков В. К. и др. Разработка математических и программных средств поддержки мультидиалогового моделирования и оптимизации информационных сетей. Научно-технический отчет. Новосибирск, 1993 г.
- Соколова О. Д. Диалоговая система для решения задач теории графов и сетей связи. // Материалы Международной научно-практической конференции «Новые информационные технологии в университетском образовании», Новосибирск, 1999, с. 151−152.
- Соколова О. Д. Модели принятия решений при планировании сетей связи. // Материалы III Международной конференции «Современные информационные технологии», (СИТ-98) Новосибирск, 1998, с. 102 105.
- Соколова О. Д. Диалоговая система моделирования сетей связи // Материалы Международного семинара «Перспективы развитиясовременных средств и систем телекоммуникаций», Хабаровск, 1999, с. 109−112.
- Соколова О. Д. Критерии экспертных решений при планировании сетей связи. // Материалы IV Международной конференции «Современные информационные технологии 2000» («СИТ — 2000»), Новосибирск, 2000, с. 75−77.
- Соколова О. Д. Экспертные оценки в задачах принятия решений с несколькими критериями // Труды XII Байкальской Международной конференции. Иркутск, 2001 г. Том 1а. с. 37−41.
- Сухарев А. Г. Об оптимальных методах решения многокритериальных задач. // Известия АН СССР, сер. Техническая кибернетика, 1982, № 3, с. 67−74.
- Толмачева А. Ю., Раатс Ю. Ю., Оганесян С. А. Модели знаний в проектировании автоматизированных обучающих систем. // Вычислительная техника Системы Управление № 2, 1990, Москва-София, с. 44−50.
- Форд JL, Фалкерсон Д. Потоки в сетях. Москва, Мир, 1966, 276 с.
- Фрэнк Г., Фриш И. Сети, связь и потоки. Москва, Связь, 1978, 447 с.
- Харари Ф. Теория графов. Москва, Мир, 1973, 300 с.
- Шахов В. В. Задачи назначения каналов в сотовой сети связи. Материалы Международной конференции «Вычислительные технологии и математическое моделирование в науке, технике и образовании», часть 4, 2002, Алматы, с.298−301.
- Экономика связи. Под редакцией О. С. Срапионова и В. Н. Болдина. Москва, Радио и связь, 1998 г.
- Якимов М. А. Об одном подходе к решению МР-полных задач теории графов. Труды ИВМиМГ СО РАН Серия Информатика, выпуск 4, стр. 158−164.