Введение к работе
Актуальность проблемы. Предлагаемая работа посвящена проблеме перспективного проектирования городских телефонных сетей (ГТГ).
В условиях широкого внедрения цифровых систем коммутации и передачи, интеграции сетей связи особенно актуальным является совершенствование теории и практики перспективного проектирования ГТС.
Перспективное проектирование охватывает 15 -= 20-летний период развития сети и представляет собой разработку взаимоувязанных схем построения ГТС на различных этапах рассматриваемого периода. Разработка схем построения ГТС включает в себя определение конструктивно - технических характеристик сети, связанных с выбором типа и размещением оконечных пунктов, определением числа, емкости и типа станций и узлов, объема и типа линейных сооружений, структуры сети связи и т.д. Указанные характеристики определяются с учетом потребности в связи при выполнении эксплуатационных норм качества обслуживания вызовов между абонентами и при обеспечении минимума затрат за весь рассматриваемый период развития. В общем виде ГТС представляет собой большую, непрерывно развивающуюся во времени систему с разветвленной иерархической структурой, а задача проектирования ГТС относится к разряду сложных задач.
В настоящее время основным подходом при перспективном проектировании ГТС является статический, при котором не учитывается реальный непрерывный процесс развития сети, а решение предлагается, как правило, для последнего этапа рассматриваемого периода развития. Использование статического метода приводит к ограничению выбора решений на предыдущих этапах развития, обусловленного обратными связями в динамической системе, что в конечном итоге приводит к неоптимальному выбору решения за весь период развития.
Для реального процесса развития сети наиболее адекватными являются динамические модели при решении задач перспективного проектирования сети, т.к. при этом будет учтена взаимная зависимость решений, принимаемых в различные моменты времени.
Развитие современных математических методов моделирования на базе применения вычислительной техники значительно сокращает трудности решения динамических задач.
Учитывая большое количество ГТС, а также объемы капиталовложений на их построение и развитие, даже незначительный процент экономии (2% -s- 5%) от внедрения принятых решений может дать снижение затрат в миллиарды рублей па построение сетей.
Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационной paoon.i является исследование методов узлообразования на ГТС, разработка алюри і мов построения динамических моделей узлообразования и оптимизации динамических схем. Данная цель достигается в результате решения следующих основных задач:
математической постановки динамической задачи узлообразования ГТС;
разработки алгоритмов построения динамических моделей узлообразования на графе развития сети, анализа основных переменных, допущений и ограничений, принятых в модели;
разработки статических схем узлообразования, входящих в состав динамической модели и процедур их оптимизации;
разработки процедуры выбора кабельных участков на сети для организации межузловой связи при открытии нового узла;
разработки комплекса программ для реализации на ПЭВМ предложенных в работе процедур оптимизации статических схем узлообразования и выбора кратчайших трасс между парами узлов на сети.
Методы исследования. Теоретические разработки и экспериментальные исследования основаны на теории исследования операций, теории сетей связи, теории графов, теории автоматической коммутации.
Научная новизна работы.
-
Предложена двухуровневая модель узлообразования при развитии ГТС. Она определяется вложением в основную динамическую задачу выбора оптимальной траектории развития сети статических задач, связанных с построением схем узлообразования на каждом этапе рассматриваемого периода развития.
-
В связи с высокой размерностью задачи при создании динамической модели исключена возможность представления в ней полного набора статических схем узлообразования. При разработке алгоритма моделирования были определены условия, при которых в модель включались лишь конкурентоспособные схемы, а переходы между ними от этапа к этапу логически обоснованы.
3. Разработанные алгоритмы моделирования системы узлообразования
включают в себя формирование и оценку динамических схем узлообразования. а
также выбор среди них оптимальной.
4. В целях наиболее полного решения динамической задачи узлообразования
разработана процедура решения статической задачи узлообразования, включаю
щая в себя определение местоположение узлов, емкость и границы действия уз
ловых районов. В отличие от существующих алгоритмов узлообразования, была
использована графовая модель сети межстанционной связей, а также наиболее
простая логика перебора вариантов, разработанная Раппом при решении задачи районирования ГТС.
5. Разработана процедура выбора кабельных участков при распределении исходящих каналов от проектируемого узла ко всем узлам сети. В отличие от существующих методов, она позволяет выбрать для каждой пары узлов по два независимых кратчайших пути заданной пропускной способности и при этом учесть потребность в связи других пар узлов.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Алгоритмы построения динамических моделей и оптимизации динамических схем непосредственно предназначены для использования при разработке генеральных схем развития ГТС. Анализ эффективности данных алгоритмов по сравнению со статическими показал возможность сокращения затрат на построение сети до 7%.
Разработанные алгоритмы узлообразования и выбора кабельных трасс реализованы в виде программ для ПЭВМ и позволяют получить все необходимые параметры для проектируемых объектов.
Результаты работы внедрены в учебный процесс кафедры " Автоматическая электросвязь" МТУСИ и института связи г. Ханоя Вьетнам в форме программ на ПЭВМ для проведения практических занятий по дисциплине "Сети связи''.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на научно-технической конференции НТО-РЭС имени А. С. Попова в 1995г. (Москва), на научно-технических конференциях профессорско - преподавательского состава МТУСИ (1996,1997), а также на заседаниях кафедры АЭС МТУСИ.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в б печатных работах и включены в отчет о госбюджетной НИР Гос. per. № 01.9.20.01.4727.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Динамическая задача узлообразования относится к классу дискретных, детерминированных, нелинейных динамических задач. Для сетей реальных размеров (свыше 100 тысяч номеров) сложность критериальных функций, большое количество переменных и связанных с ними ограничений приводит к значительным вычислительным трудностям, что усложняет использование известных математических методов оптимизации.
-
Разработанные эвристические алгоритмы построения динамических моделей на графе развития сети для решения динамической задачи узлообразования пошоляют учитывать прямые и обратные временные и пространственные связи, включать в модель лишь конкурентоспособные схемы. Определяя затраты на ка-
(>
ждую динамическую схему, можно выбрать траекторию развития сети по интегральному критерию, т.е. с минимальными суммарными приведенными затратами по всем этапам развития сети за рассматриваемый период.
-
Разработанные процедуры для решения статической задачи узлообразо-вання позволяют определять границы узловых районов, их емкость и местоположение узлов.
-
Разработанная процедура выбора кабельных участков позволяет определять по два кратчайших непересекающихся пути требуемой пропускной способности для организации связи от одного узла ко остальным узлам сети.
-
Представленные примеры динамических моделей позволяют определить влияние различного числа переменных на размерность модели и следовательно, оценить сложность ее расчета.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и двух приложений. Работа изложена на страницах машинописного текста, содержит 23 рисунка. Список литературы включает 66 наименований.
