Дослідження задачі оптимізації структури ієрархічної комунікаційної мережі при зміні її параметрів

Анотація

Стаття присвячена дослідженню задачі оптимізації ієрархічної структури багатопродуктової комунікаційної мережі з дискретними потоками при зміні її важливих параметрів, таких як пропускна спроможність дуг мережі у транспортних блоках та розмір транспортного блоку для перевезення дискретних вантажів або передачі даних у мережі цифрового зв’язку. У мережі виділено три рівні ієрархії – магістральний, зональний і внутрішній і чотири типи вузлів – магістральні вузли першого, другого і третього типу, що утворюють магістральний і зональний рівні мережі, і вузли четвертого типу, які підлеглі кожному магістральному вузлу і утворюють внутрішні рівні мережі. Типи вузлів відрізняються один від одного функціональними можливостями. Основним завданням дослідження є встановити, як змінюється структура магістральної мережі (кількість і розташування магістральних вузлів першого, другого і третього типу), схема обробки і розподілу потоків і техніко-економічні показники функціонування мережі для різних значень її параметрів. Наведено принципи організації сортування і розподілу потоків в трирівневій мережі і її математична модель. Сформульовано математичну модель задачі оптимізації структури магістральної мережі і схеми сортування і розподілу потоків. Алгоритми розв’язання задачі засновані на запропонованому раніше авторами дискретному аналогу методу локального спуску, коли околиці метричного простору можливих розв’язків вибираються з евристичних міркувань з урахуванням особливостей розв'язуваної задачі. Проведено комп'ютерне моделювання задачі на мережі, що містить 10 вузлів при заданій зміні обох параметрів. Моделювання проводилося на прикладі транспортної мережі перевезення вантажів за допомогою комп'ютерної програми, яка є частиною інструментальних програмних засобів інформаційно-аналітичної системи підтримки прийняття рішень (ІАС ППР), що розробляється в Інституті телекомунікацій і глобального інформаційного простору НАН України. Експериментальне дослідження розв’язання задачі показало, що структура мережі слабко залежить від зміни пропускної спроможності її дуг і розміру транспортного блоку. Запропонована комп'ютерна технологія розв'язання задачі при зміні параметрів мережі дозволяє проєктувальнику в інтерактивному режимі моделювати її різні варіанти, змінюючи топологію, ієрархічну структуру, потоки, параметри і обмеження моделі, і з множини отриманих розв’язків вибирати найкращий варіант з урахуванням обраної функції мети і прийнятих обмежень; розраховувати попередні техніко-економічні показники функціонування мережі, оцінювати вартість додаткових ресурсів і планувати величину потрібних інвестицій на модернізацію та будівництво її структурних елементів, що в кінцевому підсумку дає можливість підвищити ефективність функціонування мережі за рахунок оптимізації використання її ресурсів і зниження експлуатаційних витрат на обробку і транспортування потоків.