3230
.pdfности феромонных следов при выборе маршрута; β > 0 – коэффициент важности видимости при выборе маршрута; q – случайное число, равномерно распределенное в интервале [0, 1] ; q0 (0, 1) – коэффициент, задающий соотношение меж-
ду эксплуатацией наилучшего решения и исследованием новых областей; S – случайная переменная, выбранная по следующему вероятностному распределению:
|
|
(τs (t) +τrs (t))α ×(η(r, s))β |
|
, если cu ,ru Î J k (r) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∑(τs (t) + |
α |
|
β |
||
pk |
(r, s) = |
τrs (t)) |
×(η(r, s)) |
, (4.5) |
|||
|
cu ,ru J k (r ) |
|
|
|
|
||
|
0, |
|
|
|
|
иначе |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где Jk (r) – множество клиентов, а соответственно и ребер, ко-
торые еще не посетил k-й муравей к текущему шагу, расположенный в r-м вакантном месте.
При каждом передвижении муравья от вакантного места к клиенту и обратно, выполняется процедура модификации феромона на основе правила локального обновления феромонных следов. В алгоритме присутствуют 3 правила локального обновления феромонов. Первое правило обновляет феромоны на клиентах, когда туда приходят муравьи, второе правило модифицирует феромонный уровень места кандидата при возвращении муравья от клиента, а третье правило изменяет феромоны на ребрах, по которым прошли муравьи во время движения от вакантного места к клиенту и обратно. Для всех трех случаев правило локального обновления представлено в следующем общем виде:
τ(t +1) = (1- ρ) ×τ(t) + ρ × Dτ , |
(4.6) |
где ρ Î(0, 1) – коэффициент локального испарения феромон-
ного следа; Dτ = 1/ r – приращение феромонного уровня соответственно вакантного места, клиента или ребра на текущем шаге итерации.
Когда все муравьи посетят всех клиентов, применяется следующее правило глобального обновления феромонов:
161
где γ (0, 1) |
τ (t +1) = (1- γ ) ×τ m (t) + γ × Dτ , |
(4.7) |
– коэффициент глобального испарения феромон- |
||
ного следа; |
Dτ = τ 0 – приращение феромонного уровня m-го |
|
вакантного места. Правило (4.7) применяется только к вакантному месту с максимальным количеством феромонов. После этого начинается следующая итерация алгоритма.
В конце работы алгоритма среди всех имеющихся мест кандидатов выбирается одно с наибольшим количеством феромонов. На это место устанавливается базовая станция и к ней подключаются клиенты на основе табу-списка муравья, размещенного в этом месте. Если остались неподключенные клиенты, то берется вакантное место со вторым уровнем феромонов и по табу-списку соответствующего муравья подключаются клиенты. Этот процесс происходит до подключения всех клиентов.
Данный алгоритм применялся для размещения базовых станций на территории размером 100 × 100 км с радиусом зоны обслуживания базовой станции равным 20 км; стоимости подключения были приняты такими: W1 = 10000 руб., W2 =
20000 руб. Результаты применения данного алгоритма приведены в табл. 4.24.
Таблица 4.24 Результаты оптимизации размещения базовых станций
Размерность задачи |
Время решения, с |
Целевая функция |
М = 40, К = 40 |
0,02 |
1048350 |
М = 40, К = 60 |
1,02 |
1117350 |
М = 40, К = 100 |
2,64 |
2238150 |
М = 200, К = 200 |
36,34 |
6267700 |
162
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данном учебном пособии рассмотрены вопросы решения задач автоматизации проектирования беспроводных систем и сетей связи. Приведены теоретические основы функционирования указанных систем. Рассмотрены основные этапы проектирования данных систем с позиций системного подхода.
Рассмотрены ключевые методы теории принятия решений для задач построения беспроводных систем связи. Особое внимание уделено методам анализа и синтеза проектируемых систем, приведены методы комбинаторно-мофрологического анализа и синтеза систем. Изложена оригинальная методика формирования и выбора рационального варианта построения рассматриваемых систем. Приведены примеры их оптимального проектирования.
163
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Левин М.Ш. О комбинаторных моделях поколений беспроводных систем связи / М.Ш. Левин // Информационные процессы, Т. 17, № 3, 2017. – С. 172–187.
2.Вишневский В.М. Широкополосные беспроводные сети передачи информации / В.М. Вишневский, А.И. Ляхов, С.Л. Портной [и др.]. – М.: Техносфера, 2005. –592 с.
3.Галкин В. А. Цифровая мобильная радиосвязь / В. А. Галкин. – М.: Горячая линия – Телеком, 2007. – 432 с.
4.Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е, испр. / Б. Скляр. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2003. – 1104 с.
5.Феер К. Беспроводная цифровая связь. Методы модуляции и расширения спектра: пер. с англ. / К. Феер – М.: Радио
исвязь. 2000. – 520 с.
6.Зацаринный А.А. Некоторые вопросы проектирования информационно-телекоммуникационных сетей / А.А. Зацаринный, Ю.С. Ионенков // Системы и средства информатики.
2008. – С. 5-20.
7.ГОСТ 34.601–90. Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы. Стадии создания.
8.Саати Т. Принятие решений. Метод анализа иерархий:
пер. с англ. / Т. Саати. – М.: Радио и связь. 1993. – 316 с.
9. Андрейчиков А.В. Системный анализ и синтез стратегических решений в инноватике: Математические, эвристические и интеллектуальные методы системного анализа и синтеза инноваций: Учебное пособие. Изд. 3-е. – М.: ЛЕНАНД,
2015. – 306 с.
10.Саати Т. Принятие решений при зависимостях и обратных связях: Аналитические сети. Пер. с англ. / Т. Саати. –
М.: ЛЕНАНД/URSS, 2015. – 357 с.
11.Борисов А.Н. Принятие решений на основе нечетких моделей / А.Н. Борисов, О.А. Крумберг, И.П. Федоров. – Рига:
Занатне, 1990. – 83 с.
164
12.Кащенко А.Г. Автоматизация синтеза инфотелекоммуникационных систем на основе иерархического подхода / А.Г. Кащенко, Г.А. Кащенко, Р.В. Семенов [и др.]. // Теория и техника радиосвязи: Науч.-тех. журнал. – Воронеж, 2011. Вып.
4.– C. 31-42.
13.Багдасарян А.С. Построение интеллектуальных систем управления транспортной безопасностью на основе использования беспроводных сетей широкополосного доступа и технологий радиочастотной идентификации / А.С. Багдасарян, С.А. Багдасарян, А.Г. Кащенко [и др.] // Кибернетика и высокие технологии XXI века: XII межд. НТК. Воронеж: ВГУ. Т. 1.
2013. – С. 154 – 165.
14.Багдасарян А. Системы радиочастотной идентификацию Методология формирования и выбора вариантов/ А. Багдасарян, С. Багдасарян, А. Кащенко [и др.]// Электроника:
Наука, технология, бизнес, №1 (132), 2014. – С. 184-188.
15.Багдасарян А.С. Системный подход к построению системы автоматической радиочастотной идентификации и управления транспортировкой грузов на железнодорожном транспорте / А.С. Багдасарян, С.А. Багдасарян, А.Г. Кащенко
[и др.]// Радиотехника, №12, 2013. – С. 18-25.
16.Бутенко В.В. Выбор варианта системы радиочастотной идентификации на основе модифицированного метода анализа иерархий / В.В. Бутенко, С.А. Багдасарян, А.Г. Кащенко [и др.]// Труды НИИР, №4, 2012. – С. 4-9.
17.Бутенко В.В. Проектирование систем радиочастотной идентификации на основе теории нечетких множеств / В.В. Бутенко, С.А. Багдасарян, А.Г. Кащенко [и др.] // Труды НИ-
ИР, №4, 2012. – С. 10-15.
19. Царев Р. Ю. Модификация метода упорядоченного предпочтения через сходство с идеальным решением для задач многоцелевого принятия решений / Р.Ю. Царев // Информационные технологии, № 7, 2007. – С. 19-23.
20. Кащенко А.Г. Методика решения нечетких многокритериальных задач выбора вариантов информационнотелекомунникационных систем / А.Г. Кащенко, Р.В. Семенов //
165
Научные ведомости Белгородского государственного университета. Серия: Экономика. Информатика. Т. 24, №19-1, 2012. –
С. 161-164.
21.Кащенко А.Г. Альтернативный выбор варианта средств защиты информации в распределенных сетях беспроводного доступа / А.Г. Кащенко, Г.А. Кащенко, Р.В. Семенов // Радиолокация, навигация, связь: XVII межд. НТК. Воронеж:
ВГУ, 2011. Т. 2. – С. 812-816.
22.Беллман Р. Принятие решений в расплывчатых условиях / Р. Беллман, Л. Заде // Вопросы анализа и процедуры принятия решений. М.: Мир, 1976. – С. 172-215.
23.Курейчик В.М. Генетические алгоритмы: Монография, Таганрог: Изд-во ТРТУ, 1998.
24.Норенков И.П. Эволюционные методы в задачах выбора проектных решений /И.П. Норенков, Н.М. Арутюнян // Электронный журнал «Наука и образование», №9, сентябрь
2007.
25. Yang Y. Planning base station and relay station locations in IEEE 802.16j multi-hop relay networks / Y. Yang, S. Murphy, L. Murphy // In Proceedings of 5th IEEE Consumer Communications and Networking Conference. – 2008. – P. 922–926.
26.Ермолаев С.Ю. Генетический подход к задаче оптимального размещения базовыхстанций в сетях IEEE 802.162004 / С.Ю. Ермолаев, В.Г. Карташевский // Труды 12-й международной конференции «Цифровая обработка сигналов и ее применение» (DSPA-2010). – Москва, 2010. – С. 255–257.
27.Штовба С.Д. Муравьиные алгоритмы: теория и применение / С.Д. Штовба // Программирование. – 2005. – № 4. –
С. 1–16.
166
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение……………………………………………….………….3
1.Проектирование беспроводных систем и сетей связи.……...5
1.1.Классификация беспроводных систем и сетей связи...…..5
1.2.Основы функционирования беспроводных систем связи.8
1.2.1Структура беспроводных систем связи……………..8
1.2.2Характеристики беспроводных систем связи……..12
1.2.3Методы модуляции и кодирования……………......28
1.2.4Принципы построения устройств беспроводных систем связи…………………………………………43
1.3.Основные этапы проектирования беспроводных систем связи ……..………………………...…...…....…………….50
2.Методы теории принятия решений при построении беспроводных систем связи………….........................................62
2.1.Метод анализа иерархий ……………………...……...…..62
2.2.Метод аналитических сетей ………...……….…...……...75
2.3.Методы, основанные на теории нечетких множеств …..89
3.Модели и методы анализа и синтеза беспроводных систем
связи……………………………………………………………...98
3.1.Методы комбинаторно-морфологического анализа и синтеза систем…………………………………...……………...98
3.2.Формирование и выбор рациональных вариантов
систем…………………………………………………………..113
3.3.Методы эволюционного синтеза ……………………….137
4.Примеры оптимального проектирования беспроводных
систем связи …..……………………………………….………145
4.1.Выбор технологии построения……………………….....145
4.2.Выбор частотного диапазона……....………………........152
4.3.Размещение базовых станций…………………………...156
Заключение…………………..…………………………………163
Библиографический список…..…………..…………………...164
167
Учебное издание
Семёнов Роман Владимирович
ОСНОВЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ БЕСПРОВОДНЫХ СИСТЕМ
ИСЕТЕЙ СВЯЗИ
Вавторской редакции
Компьютерный набор Р.В. Семёнова
Подписано в печать 19.12.2017.
Формат 60x84/16. Бумага для множительных аппаратов. Усл. печ. л. 10,5. Уч-изд. л. 7,8. Тираж 350 экз.
Зак. № 200.
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»
394026 Воронеж, Московский просп., 14
Участок оперативной полиграфии издательства ВГТУ 394026 Воронеж, Московский просп., 14
168