Институт проблем регистрации информации нан украины




Скачать 83.91 Kb.
НазваниеИнститут проблем регистрации информации нан украины
Дата конвертации29.03.2013
Размер83.91 Kb.
ТипАнализ


УДК 621.396.9


М. В. Синьков, П. В. Трубников

Институт проблем регистрации информации НАН Украины

ул. Н. Шпака, 2, 03113 Киев, Украина

О построении сложных неоднородных компьютерных


сетей с использованием подвижных средств радиосвязи


Cформулирована задача построения неоднородных компьютерных се-тей и уделено внимание структурам части сети, связанной с подвижными средствами радиосвязи.

Ключевые слова: неоднородные компьютерные сети, подвижные средства радиосвязи, стационарные станции.

Постановка проблемы


Новые постановки задач в народном хозяйстве требуют новых подходов к компьютеризации, построению компьютерных сетей и привлечению к их функционированию в качестве источников информации новых нетрадиционных технических средств. К ним в полной мере относятся средства подвижной радиосвязи.

Может быть сформулирована достаточно общая задача построения сложных распределенных компьютерных сетей. Эта задача состоит в формировании неоднородных компьютерных сетей, состоящих из стационарных и подвижных составляющих этой сети. К стационарным составляющим относятся общегосударственные компьютерные и телекоммуникационные сети, крупные корпоративные и отраслевые компьютерные сети, а также сети регионального и районного масштабов.

Подвижные составляющие строятся на основе подвижных средств связи, включая, например, систему транкинговой связи, и ориентированных на создание корпоративных и ведомственных сетей связи, которые обеспечивают активное взаимодействие между пользователями внутри этой сети.

Анализ последних достижений и публикаций


Необходимо подчеркнуть, что несколько ранее [1, 2] такие подвижные сети связи практически использовались в основном силовыми структурами и системами обеспечения безопасности. В последнее время, по мере расширения классов


© М. В. Синьков, П. В. Трубников

решаемых задач, такие средства связи начинают применяться достаточно широко в энергетике, газовой и нефтяной промышленности. При этом, конечно, расширяется необходимость активного взаимодействия пользователей подвижной части с пользователями стационарных компьютерных сетей.

Цель работы


Анализ литературных данных и наши предварительные исследования указывают на необходимость активного развития неоднородных компьютерных сетей, оптимизации их структуры и решения задач повышения производительности таких сетей с использованием подвижных средств радиосвязи.

Результаты исследований


Одним из первых вопросов теории построения неоднородных сетей является выбор и оптимизация структуры подвижной составляющей компьютерной сети. При этом возникают многочисленные варианты построения сети, учитывающие особенности решения поставленной задачи и размещения технических средств отрасли, а также особенности рельефа местности в рассматриваемом регионе.

Вышесказанное позволяет сформулировать следующие основные задачи.

1. Определение оптимального числа стационарных станций и их размещение в заданном регионе со сравнительно гладким рельефом с целью обеспечения связью с любым абонентом в произвольной точке.

2. Задача п. 1 для негладкого рельефа местности и с учетом разновысотности отдельных частей заданного региона.

Рассмотрим приведенные выше задачи.

Пусть задана некоторая область с указанием частей, которые в обслуживании не нуждаются, а также частей, которые обслуживаются существующими средствами. При этом зона действия стационарной станции определяется заданной наименьшей допустимой вероятностью обеспечения связи с любым пользователем

Как подчеркивалось выше, рассматриваемая область может быть представлена в одном случае плоскостью, а в другом случае поверхностью, учитывающей специфику рельефа.

Для начала рассмотрим плоскую задачу. В этом случае плотное покрытие выбранной плоской зоны возможно тремя способами: 1) правильными одинаковыми треугольниками; 2) квадратами; 3) шестиугольниками. Предположим, что стационарная станция располагается в геометрическом центре указанных фигур. Тогда полный охват всей рассматриваемой области зависит от возможной плотной упаковки совокупностью из этих фигур. Наиболее предпочтительным вариантом является случай заполнения рассматриваемой области шестиугольниками. Это связано с тем, что правильный шестиугольник наилучшим образом заполняет круг. При этом возникнет некоторое перекрытие, которое повысит уверенный прием.

Покрытие выбранного региона может осуществляться стационарными станциями в двух основных вариантах: однотипными и разнотипными станциями.

Рассмотрим случай применения разнотипных станций. Покажем, что это не может дать оптимального решения по экономическому критерию. Действительно, пусть площадь всего региона обслуживания — S. Площадь покрытия стационарной станцией i-го типа Si, а стоимость этой станции — mi. Если количество станций i-го типа равно xi, то целевая функция задачи будет иметь вид

, (1)


где n — число типов стационарных станций. Минимум необходимо найти при следующих ограничениях:


, (2)


. (3)


Задача (1)–(3) — это обычная задача линейного программирования. Ограничения образуют в n-мерном пространстве многоугольник, лежащий на гиперплос-кости (2), что показано на рисунке.





Геометрическая интерпретация задачи (1)–(3)


Как известно из теории линейного программирования [3], экстремум функции (1) достигается только в вершинах этого многоугольника, которые лежат на осях координат. Поэтому все их координаты, кроме одной, имеют нулевые значения. То есть оптимальное решение задачи (1)–(3) имеет вид:


, (4)


. (5)


Таким образом, решение задачи сводится к выбору размеров ячейки гексагональной сети, которой необходимо покрыть заданную область. Выбор оптимального решения проводится простым сравнением целевой функции для различных типов стационарных станций.

Рассмотрим задачу определения оптимального числа стационарных станций и их размещения в заданном регионе с негладким рельефом местности и с учетом разновысотности отдельных частей заданного региона с целью обеспечения связью с любым абонентом в произвольной точке с заданной вероятностью.

Пусть задана область С, которая должна обслуживаться сетью стационарных станций


Pij(x, y).


Здесь i — тип стационарной станции; она характеризуется зоной обслуживания, найденной по рельефу местности, и стоимостью Fi; j – текущий номер; x, y — координаты стационарных станций.

В области С есть подобласти Сk:


, (6)


которые не нуждаются в обслуживании.

Таким образом, область обслуживания


(7)


Если есть набор стационарных станций


, (8)


то область, обслуживаемая ими:


, (9)


где — область, покрываемая стационарной станцией i-го типа с номером j, расположенной в точке xj, yj c учетом рельефа местности. Для построения этой области требуется специальный алгоритм.

Необходимо определить такой набор стационарных станций по типам, количеству каждого типа и координаты размещения каждой станции


(10)


когда будет минимизироваться целевая функция


(11)


при выполнении условия


, (12)


т.е. область обслуживания полностью покрывается областями обслуживания всех стационарных станций.

Рассмотрим постановку задачи с неплоским рельефом местности региона в дискретном представлении.

Пусть С — область, которую нужно покрыть связью. Ее можно описать с помощью матрицы принадлежности М.

Рассмотрим дискретную двумерную координатную сетку. Если дискрета i, j принадлежит области C, то элемент матрицы Мij равен единице, в противном случае нулю:


, (13)


(14)


Те области, обслуживание которых необязательно, можно описать обнуле-нием соответствующих элементов матрицы М: Мij = 0, если i, j может не обслуживаться. Таким образом, область обслуживания полностью описывается матрицей принадлежности М размерностью nm

Обслуживание области С описывается матрицей обслуживания S. Она строится следующим образом. Пусть в точке i, j находится стационарная станция с областью покрытия . Поставим в соответствие ей матрицу Sr размерами
nm. Матрицу Sr заполним по следующему правилу:


(15)


Это условие выражает принадлежность ячейки p, q к области обслуживания

Т
акая матрица обслуживания соответствует каждой стационарной станции системы. Для построения общей матрицы обслуживания S необходимо сложить матрицы обслуживания всех стационарных станций


, (16)


где n — общее количество стационарных станций. Однако при этом некоторые элементы матрицы S могут быть больше 1. Это те элементы, которые соответствуют ячейкам перекрытия зон действия стационарных станций.

Чтобы S(i, j) принимало только два значения, что нужно для дальнейших построений, матрицу S нужно после выполнения сложения матриц (16) скорректировать по правилу


(17)


С учетом такого представления задача формулируется следующим образом.

Заданы:

  1. Технические характеристики стационарных станций, позволяющие по рельефу местности построить область обслуживания

2. Экономические характеристики станции: Fi — цена стационарной станции i-го типа.

  1. Область обслуживания С, характеризуемая матрицей принадлежности М.

Необходимо определить такой набор стационарных станций и их координат


(18)


где — номера типов; — координаты расположения k-й стационарной станции, при этом будет минимизироваться суммарная стоимость всего оборудования


. (19)


При выполнении ограничения


M = S. (20)


Это задача с линейной целевой функцией и нелинейными ограничениями.

Выводы


Задача покрытия местности сетью стационарных станций является оптимизационной задачей, использование результатов решения которой может дать существенный экономический эффект и повышение надежности связи.

Наилучшее покрытие заданного региона с плоским рельефом должно осуществляться совокупностью однотипных стационарных станций.

Решение задачи покрытия заданного региона с неплоским рельефом сводится к решению сформулированной выше оптимизационной задачи, для чего требуется создание и разработка соответствующего специального алгоритма.

Значительный интерес для теории и практики имеет задача обеспечения стабильной связью существенно увеличивающегося числа пользователей. Эта задача относится к задачам теории массового обслуживания и может быть сформулирована в следующем виде: определение оптимального числа стационарных станций и их размещение в заданном регионе с целью уменьшения вероятности отказа в связи при увеличении числа пользователей.


1. Ли У. Техника подвижных систем связи. — М.: Радио и связь, 1985. — 392 с.

2. Овчинников А.М., Воробьев С.В., Сергеев С.И. Открытые стандарты цифровой транкинговой радиосвязи. — М.: Связь и бизнес, 2000. — 166 с.


3. Юдин Д.Б., Гольштейн Е.Г. Линейное программирование. — М: Физматгиз, 1963. — 691 с.


Поступила в редакцию 05.03.2003

100

Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

Институт проблем регистрации информации нан украины iconВ. Г. Кравец Институт проблем регистрации информации нан украины
...

Институт проблем регистрации информации нан украины iconИнститут проблем регистрации информации нан украины
Рассмотрены вопросы организации структуры компьютерного комплексного имитационного моделирующего стенда для отработки структуры и...

Институт проблем регистрации информации нан украины icon2, Е. В. Смертенко 2 1 Институт проблем регистрации информации нан украины
Разработанный подход позволяет из множества функций системы выделить подобные (по определенным признакам) и объединить их в архитектурные...

Институт проблем регистрации информации нан украины iconИнститут проблем регистрации информации нан украины
На основе метода реконфигурации сформулирована задача обеспечения живучести корпоративных информационных систем, где корпоративная...

Институт проблем регистрации информации нан украины icon1, Д. В. Ландэ 2 1 Институт проблем регистрации информации нан украины
Обоснована фрактальная природа информационных потоков, описаны основные алгоритмы, применяемые в процессе исследований, а также приведены...

Институт проблем регистрации информации нан украины iconИнститут проблем регистрации информации нан украины
Рассмотрены вопросы организации структурно-функционального построения комплексного моделирующего стенда для отработки функционирования...

Институт проблем регистрации информации нан украины iconИнститут проблем регистрации информации нан украины
Предложена итерационная логическая схема проектирования, в рамках которой выделены три основных класса задач, решаемых на каждом...

Институт проблем регистрации информации нан украины iconИнститут проблем регистрации информации нан украины
Рассмотрена методика оценки помехозащищенности рлс траекторных измерений, результаты применения которой предложено использовать для...

Институт проблем регистрации информации нан украины iconИнститут проблем регистрации информации нан украины
Рассмотрены вопросы системного подхода к проектированию и конструированию сложных технических систем. Предложена итерационная схема...

Институт проблем регистрации информации нан украины iconВведение 2
Нан украины проекта хк украины и нашли отображение в содержании статей 56-58, а также научно-практическом комментарии к ним относительно...


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница