ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИБРИДНОЙ КОММУНИКАЦИОННОЙ АРХИТЕКТУРЫ ПОДВОДНОЙ БЕСПРОВОДНОЙ СЕНСОРНОЙ СЕТИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЕЕ ВРЕМЕНИ ЖИЗНИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ (2024)
В работе выполнен сравнительный анализ основных функциональных характеристик подводных беспроводных сенсорных сетей (ПБСС) со стационарной и гибридной коммуникационными архитектурами. Указанные ПБСС состоят из сенсорных узлов, расположенных на морском дне и надводных межсредных шлюзов, обеспечивающих передачу информационных пакетов между подводным и надводным сегментами сети. В стационарной ПБСС роль шлюзов выполняют заякоренные буи, в гибридной - мобильные транспортные платформы. С использованием математического аппарата, основанного на вероятностном подходе, проведена оценка функциональных характеристик альтернативных коммуникационных архитектур ПБСС с энергетической точки зрения - определены общие энергетические затраты сети на пересылку сообщений и время жизни сенсоров сети. Для численного анализа функциональных характеристик ПБСС рассмотрены достаточно широкие диапазоны изменения проектных параметров сети, таких как: размер акватории, требуемое количество и варианты размещения сенсорных узлов, вероятность доставки пакета в акватории (физические параметры среды), в которых осуществлялся поиск «оптимального» с энергетической точки зрения решения. Выполненное авторами исследование показывает, что мобильность играет важную роль в повышении качества функционирования подводной сети в аспектах покрытия (обеспечения связности), энергоэффективности и времени жизни. Мобильный элемент в виде волнового глайдера, выполняющий роль межсредного шлюза, способен функционировать в акватории в течение продолжительного времени, что говорит о перспективности его использования для прикладных задач сбора, накопления и ретрансляции информации в рамках интернета подводных вещей.
Идентификаторы и классификаторы
- eLIBRARY ID
- 69907150
В два последних десятилетия активно создавались кабельные сети наблюдения за океаном (например, Australian Integrated Marine Observing System, Ocean Networks Canada, Dense Oceanfloor Network System for Earthquakes and Tsunamis), предназначенные для долгосрочного и непрерывного мониторинга подводных данных и их передачи в центры обработки [7 – 10].
Однако ввиду того, что развертывание кабельных сетей в морских условиях – весьма дорогостоящее мероприятие, то наряду с их внедрением в то же самое время активно разрабатывалась концепция беспроводных сетей. Именно разработка беспроводной технологии инициировала переход подводной связи на качественно новый уровень. Примером практической реализации таких сетей является, например, Persistent Littoral Undersea Surveillance Network (PLUSNet) [11].
Список литературы
-
Ryabinin V., Barbiere J., Haugan P., Kullenberg, G., Smith, N., McLean, C., Troisi A., Fischer A., Arico S., Aarup T., Pissierssens P., Visbeck M., Enevoldsen H., Rigaud J.. The UN Decade of Ocean Science for Sustainable Development // Oceanobs’19: An Ocean of Opportunity. 2019. vol. 6. DOI: 10.3389/fmars.2019.00470
-
Mohsan S., Li Y., Sadiq M., Liang J., Khan M. Recent Advances, Future Trends, Applications and Challenges of Internet of Underwater Things (IoUT): A Comprehensive Review // Journal of Marine Science and Engineering. 2023. no. 11. DOI: 10.3390/jmse11010124 EDN: ZVRFMT
-
Nkenyereye L., Nkenyereye L., Ndibanje B. Internet of Underwater Things: A Survey on Simulation Tools and 5G-Based Underwater Networks // Electronics. 2024. vol. 13(3). DOI: 10.3390/electronics13030474
-
Riser S., Freeland H., Roemmich D., et al. Fifteen years of ocean observations with the global Argo array // Nature Climate Change. 2016. vol. 6. no. 2. pp. 145-153. DOI: 10.1038/NCLIMATE2872 EDN: WPPXEF
-
Crout R., Conlee D., Bernard L. National Data Buoy Center (NDBC) National Backbone Contributions to the Integrated Ocean Observation System (IOOS) // OCEANS. 2006. pp. 1-3. DOI: 10.1109/OCEANS.2006.307073
-
Ho T., Hagaseth M., Rialland A., et al. Internet of Things at Sea: Using AIS and VHF over Satellite in Remote Areas // Proceedings of 7th Transport Research Arena (TRA 2018). Vienna, Austria. 2018. pp. 1-10. DOI: 10.5281/zenodo.1473565
-
Oke P., Sakov P. Assessing the footprint of a regional ocean observing system // Journal of Marine Systems. 2012. vol. 105. pp. 30-51. DOI: 10.1016/j.jmarsys.2012.05.009 EDN: RJAGYD
-
Barnes C., NEPTUNE Canada Team. Building the world’s first regional cabled ocean observatory (NEPTUNE): Realities, challenges and opportunities // OCEANS. 2007. pp. 1-8. DOI: 10.1109/OCEANS.2007.4449319
-
Wallace D., et al. A Canadian contribution to an integrated Atlantic ocean observing system (IAOOS) // Oceans - St. John’s. 2014. pp. 1-10. DOI: 10.1109/OCEANS.2014.7003244
-
Kaneda Y., Kawaguchi K., Araki E., Matsumoto H., Nakamura T., Kamiya S., Ariyoshi K., Hori T. Dense Ocean Floor Network for Earthquakes and Tsunamis (DONET) Around the Nankai trough Mega Thrust Earthquake Seismogenic Zone in Southwestern Japan -Part 2: Real Time Monitoring of the Seismogenic Zone // Proceedings of International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering. Honolulu, Hawaii, USA. 2009. vol. 43468. pp. 715-720. DOI: 10.1115/OMAE2009-79599 -
Grund M., Freitag L., Preisig J., Ball K. The PLUSNet Underwater Communications System: Acoustic Telemetry for Undersea Surveillance // OCEANS. 2006. pp. 1-5. DOI: 10.1109/OCEANS.2006.307036 -
Felemban E., Shaikh F., Qureshi U.M., Sheikh A., Qaisar S. Underwater Sensor Network Applications: A Comprehensive Survey // International Journal of Distributed Sensor Networks. 2015. vol. 11(11). DOI: 10.1155/2015/896832 -
Fattah S., Gani A., Ahmedy I., Idris M., Targio Hashem I. A Survey on Underwater Wireless Sensor Networks: Requirements, Taxonomy, Recent Advances, and Open Research Challenges // Sensors. 2020. vol. 20(18). DOI: 10.3390/s20185393 EDN: WBHAFH -
Brekhovskikh L., Lysanov Yu. Fundamentals of Ocean Acoustics, 3rd Ed. // NY: Springer New York. 2003. 279 p. -
Sandhiyaa S., Gomathy C. A Survey on underwater wireless sensor networks: challenges, requirements, and opportunities // Proceedings of Fifth International Conference on I-SMAC (IoT in Social, Mobile, Analytics and Cloud) (I-SMAC). Palladam, India. 2021. pp. 1417-1427. DOI: 10.1109/I-SMAC52330.2021.9640791 -
Mahmood T., Akhtar F., Ur Rehman K., Ali S., Mokbal F. A Comprehensive Survey on the Performance Analysis of Underwater Wireless Sensor Networks (UWSN) Routing Protocols // International Journal of Advanced Computer Science and Applications. 2009. vol. 10. no. 5. pp. 590-600. DOI: 10.14569/IJACSA.2019.0100576 -
Khan A., Ali I., Ghani A., Khan N., Alsaqer M., Rahman A., Mahmood H. Routing Protocols for Underwater Wireless Sensor Networks: Taxonomy, Research Challenges, Routing Strategies and Future Directions // Sensors. 2018. vol. 18(5). DOI: 10.3390/s18051619 -
Su X., Ullah I., Liu X., Choi D. A Review of Underwater Localization Techniques, Algorithms, and Challenges // Journal of Sensors. 2020. vol. 2020(1). DOI: 10.1155/2020/6403161 -
Xing G., Chen Y., He L., Su W., Hou R., Li W., Zhang C., Chen X. Energy Consumption in Relay Underwater Acoustic Sensor Networks for NDN // IEEE Access. 2009. vol. 7. pp. 42694-42702. DOI: 10.1109/ACCESS.2019.2907693 -
Gupta S., Singh N. Underwater wireless sensor networks: a review of routing protocols, taxonomy, and future directions // Journal of Supercomputing. 2024. vol. 80. pp. 5163-5196. DOI: 10.1007/s11227-023-05646-w EDN: OSGRMJ -
Gola K., Arya S. Underwater acoustic sensor networks: Taxonomy on applications, architectures, localization methods, deployment techniques, routing techniques, and threats: A systematic review // Concurrency and Computational: Practice and Experience. 2023. vol. 35. DOI: 10.1002/cpe.7815 -
Shovon I., Shin S. Survey on Multi-Path Routing Protocols of Underwater Wireless Sensor Networks: Advancement and Applications // Electronics. 2022. vol. 11(21). DOI: 10.3390/electronics11213467 -
Pu W. A Survey of Localization Techniques for Underwater Wireless Sensor Networks // Journal of Computing and Electronic Information Management. 2023. vol. 11. no. 1. pp. 10-15. DOI: 10.54097/jceim.v11i1.9184 EDN: DBHOME -
Rani S., Anju, Sangwan A., Kumar K., Nisar K., Soomro T., Ibrahim A., Gupta M., Chand M., Khan S. A Review and Analysis of Localization Techniques in Underwater Wireless Sensor Networks // Computers, Materials and Continua. 2023. vol. 75. no. 3. pp. 5697-5715. DOI: 10.32604/cmc.2023.033007 EDN: PFILOU -
Li X., Xu X., Yan L., Zhao H. Zhang T. Energy-Efficient Data Collection Using Autonomous Underwater Glider: A Reinforcement Learning Formulation // Sensors. 2020. vol. 20. no. 13. DOI: 10.3390/s20133758 -
Su Y., Zhang L., Li Y., Yao X. A Glider-Assist Routing Protocol for Underwater Acoustic Networks with Trajectory Prediction Methods // IEEE Access. 2020. vol. 8. pp. 154560-154572. DOI: 10.1109/ACCESS.2020.3015856 -
Lan H., Lv Y., Jin J., Li J., Sun D., Yang Z. Acoustical Observation with Multiple Wave Gliders for Internet of Underwater Things // IEEE Internet of Things Journal. 2021. vol. 8. no. 4. pp. 2814-2825. DOI: 10.1109/JIOT.2020.3020862 -
Никущенко Д.В., Рыжов В.А., Тряскин Н.В. Моделирование гидродинамических характеристик волнового глайдера // XII Всероссийский съезд по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики: Сборник трудов (г. Уфа, 19-24 августа 2019 г.). Уфа, ИПСМ РАН, 2019. С. 71-73. EDN: PHRGED -
Овчинников К.Д., Рыжов В.А., Синишин А.А., Кожемякин И.В. Экспериментальное исследование ходовых характеристик волнового глайдера // XV Всероссийская научно-практическая конференция "Перспективные системы и задачи управления": Сборник материалов (Ростов-на-Дону - Таганрог, 5-9 октября 2020). Ростов-на-Дону - Таганрог: Изд-во Южного федерального университета. 2020. С. 91-97. EDN: GSHHYB -
Ghanem M., Mansoor A., Ahmad R. A systematic literature review on mobility in terrestrial and underwater wireless sensor networks // International Journal of Communication Systems. 2021. vol. 34. no. 10. DOI: 10.1002/dac.4799 EDN: XHISDN -
Cui J.-H., Kong J., Gerla M., Zhou S. The challenges of building scalable mobile underwater wireless sensor networks for aquatic applications // IEEE Network. 2006. vol. 20. no. 3. pp. 12-18. DOI: 10.1109/MNET.2006.1637927 -
Alkindi Z., Alzeidi N., Arafehand B., Touzene A. Performance evolution of grid-based routing protocol for underwater wireless sensor networks under different mobile models // International Journal of Wireless and Mobile Networks (IJWMN). 2018. vol. 10. no. 1. pp. 13-25. DOI: 10.5121/ijwmn.2018.10102 -
Janardanan Kartha J., Jacob L. Delay and Lifetime Performance of Underwater Wireless Sensor Networks with Mobile Element Based Data Collection // International Journal of Distributed Sensor Networks. 2015. vol. 11. no. 5. DOI: 10.1155/2015/128757 -
Jalaja M., Jacob L. On-demand data collection in sparse underwater acoustic sensor networks using mobile elements // Proceedings of the 10th International Conference on Wireless and Mobile Communication (ICWMC 2014). Seville, Spain. 2014. pp. 105-111. -
Yoon S., Azad A., Oh H., Kim S. AURP: an AUV-aided underwater routing protocol for underwater acoustic sensor networks // Sensors. 2012. vol. 12. no. 2. pp. 1827-1845. DOI: 10.3390/s120201827 -
Hollinger G., Choudhary S., Qarabaqi P., Murphy C., Mitra U., Sukhatme G., Stojanovic M., Singh H., Hover F. Underwater data collection using robotic sensor networks // IEEE Journal on Selected Areas in Communications. 2012. vol. 30. no. 5. pp. 899-911. DOI: 10.1109/jsac.2012.120606 -
Rahim M., Casari P., Guerra F., Zorzi M. On the performance of delay-tolerant routing protocols in underwater networks // Proceedings of OCEANS 2011 IEEE. Santander, Spain. 2011. pp. 1-7. DOI: 10.1109/Oceans-Spain.2011.6003388 -
Choudhary M., Goyal N. A rendezvous point-based data gathering in underwater wireless sensor networks for monitoring applications // International Journal of Communication System. 2022. vol. 35. no. 6. DOI: 10.1002/dac.5078 EDN: SGTJXO -
Sharma S., Puthal D., Jena S., Zomaya A., Ranjan R. Rendezvous based routing protocol for wireless sensor networks with mobile sink // The Journal of Supercomputing. 2017. vol. 73. pp. 1168-1188. DOI: 10.1007/s11227-016-1801-0 EDN: GXGBMY -
Cheng C., Li L. Data gathering problem with the data importance consideration in Underwater Wireless Sensor Networks // Journal of Network and Computer Applications. 2017. vol. 78. pp. 300-312. DOI: 10.1016/j.jnca.2016.10.010 EDN: YWZHTH -
Maqsood H., Javaid N., Yahya A., Ali B., Khan Z., Qasim U. MobiL-AUV: AUV-aided localization scheme for underwater wireless sensor networks // Proceedings of the 2016 10th International Conference on Innovative Mobile and Internet Services in Ubiquitous Computing (IMIS). Fukuoka, Japan. 2016. pp. 170-175. DOI: 10.1109/IMIS.2016.140 EDN: YXPVOR -
Favaro F., Casari P., Guerra F., Zorzi M. Data upload from a static underwater network to an AUV: Polling or random access? // Proceedings of the IEEE OCEANS 2012. Yeosu, Republic of Korea. 2012. pp. 1-6. DOI: 10.1109/OCEANS-Yeosu.2012.6263499 -
Favaro F., Brolo L., Toso G., Casari P., Zorzi M. A study on remote data retrieval strategies in underwater acoustic networks // Proceedings of the MTS/IEEE OCEANS Conference. San Diego, USA. 2013. pp. 1-8. -
Cai S., Zhu Y., Wang T., Xu G., Liu A., Liu X. Data Collection in Underwater Sensor Networks based on Mobile Edge Computing // IEEE Access. 2019. vol. 7. pp. 6535-65367. DOI: 10.1109/ACCESS.2019.2918213 -
Yan J., Yang X., Luo X., Chen C. Energy-efficient data collection over AUV-assisted underwater acoustic sensor network // IEEE Systems Journal. 2018. vol. 12. no. 4. pp. 3519-3530. DOI: 10.1109/JSYST.2017.2789283 -
Khan M., Ahmed S., Jembre Y., Kim D. An energy-efficient data collection protocol with AUV path planning in the Internet of Underwater Thing // Journal of Network and Computer Applications. 2019. vol. 135. pp. 20-31. DOI: 10.1016/j.jnca.2019.02.025 -
Li H., Wu X., Zhang Z., Tan X., Pan J., Dai C., Luo D., Ahmed A., Xu Y. An extended-range wave-powered autonomous underwater vehicle applied to underwater wireless sensor networks // iScience, 2022. vol. 25. no. 8. DOI: 10.1016/j.isci.2022.104738 EDN: XDTCDH -
Fedorova T., Ryzhov V., Semenov N, Sulaiman S. (2022) Optimization of an Underwater Wireless Sensor Network Architecture with Wave Glider as a Mobile Gateway // J. Marine. Sci. Appl. 2022. vol. 21. pp. 179-196. DOI: 10.1007/s11804-022-00268-9 EDN: FWXILG -
Rappaport T. Wireless Communications: Principles and Practice // Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall. 1996. 656 p. -
Thorp W. Deep Sound Attenuation in the Sub and Low Kilocycle per-second Range // The Journal of the Acoustical Society of America. 1965. vol. 38. no. 4. p. 648-654. -
Ahn J., Syed A., Krishnamachari B., Heidemann J. Design and analysis of a propagation delay tolerant ALOHA protocol for underwater networks // Ad Hoc Networks. 2011. vol. 9. pp. 752-766. DOI: 10.1016/j.adhoc.2010.09.007 -
Lindsey S., Raghavendra C. PEGASIS: Power-efficient gathering in sensor information systems // Proceedings of IEEE Aerospace Conference. USA: Big Sky, 2002. vol. 3. DOI: 10.1109/AERO.2002.1035242 -
Шарафутдинова Т.К. Сравнительный анализ промышленных гидроакустических модемов // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. 2021. № 13(6). С. 832-841. DOI: 10.21821/2309-5180-2021-13-6-832-841
Выпуск
Другие статьи выпуска
Управление ориентацией и позиционированием беспилотного летательного аппарата (БПЛА) вертикального взлета и посадки мультироторного типа в пространстве неразрывно связано с формированием вектора управления движением, состоящего из комбинации тяг и аэродинамических моментов создаваемых каждой винтомоторной группой. Точность и скорость формирования вектора управления движением в значительной степени влияет на ошибки позиционирования и ориентации БПЛА. В большинстве работ, посвященных синтезу систем управления БПЛА, используется вектор управления движением без учета динамики винтомоторных групп, что в некоторых случаях вынуждает снижать быстродействие системы управления. Повысить быстродействие можно за счет повышения быстродействия формирования тяги винтомоторных групп, для чего предложена линейная система управления тягой винтомоторной группы. Винтомоторная группа в своем составе имеет нелинейную внутреннюю связь по аэродинамическому моменту и выходной сигнал - тягу, нелинейно зависящую от квадрата скорости вращения винта. Обычно, винтомоторной группой управляют как электродвигателем - внутреннюю связь по аэродинамическому моменту рассматривают как внешнее возмущение, а тягой управляют посредством изменения скорости вращения винта, которая вычисляется на основании требуемого вектора управления движением. Предлагается рассматривать тягу и аэродинамический момент как составную часть винтомоторной группы, для которой построить линейную систему управления тягой. Для этого выполнена линеаризация обратной связью системы винтомоторной группы, связывающей подаваемое на двигатели напряжение с вектором управления движением, являющимся выходной величиной. Процесс линеаризации разбит на два этапа: на первом этапе выполнена линеаризация обратной связью по состоянию для электродвигателя с внутренней нелинейной связью по аэродинамическому моменту; на втором этапе выполнена линеаризация обратной связью по выходу, полученной на первом этапе системы с нелинейным выходным сигналом - тягой. В соответствии с принципами подчиненного регулирования для линеаризованной обратной связью винтомоторной группы сформировано управление двигателем. Выполнено моделирование. Важным вопросом при применении линеаризации обратной связью является сохранение качественных характеристик системы управления при несоответствии параметров объекта и модели, параметры которой используются для вычисления линеаризующей обратной связи. В работе проведено моделирование при несоответствии некоторых параметров до 50%.
Устройства Интернета вещей играют важнейшую роль в современном мире во многих отношениях, поскольку они обеспечивают поддержку для зондирования окружающей среды, автоматизации и ответственного сохранения ресурсов. В «умном» мире повсеместное присутствие устройств Интернета вещей в повседневной жизни неизбежно. Широкое использование устройств Интернета вещей привлекает к себе любопытные взгляды злонамеренных хакеров. Несмотря на то, что существует несколько систем и протоколов безопасности, доступных для обычных беспроводных сетей, наблюдается необходимость в разработке современного механизма безопасности исключительно для сетевых сред Интернета вещей. Эта работа представляет улучшения безопасности сетей Интернета вещей. В ней собраны три специализированных способа для достижения более высоких показателей безопасности в сетевых средах Интернета вещей. Fast Fuzzy Anomaly Detector, Legacy Naïve Bayes Attack Classifiers и Variable Security Schemer of Rivest-Shamir-Adleman algorithm - это новые модули, представленные в этой работе, сокращенно ASORI. Уникальные преимущества встроенного механизма сертификации Интернета вещей и выбор динамической стратегии безопасности являются новшествами, представленными в данной работе. Модель ASORI была проверена с использованием промышленного стандартного симулятора сети OPNET для обеспечения улучшенной безопасности наряду с существенными улучшениями параметров производительности сети.
В работе представлена эффективная реализация банка гамматон-фильтров (БГФ) на основе неравнополосного косинусно-модулированного банка фильтров (НКМБФ), использующего фазовое преобразование. Рассмотрены примеры практических задач, в которых применяется банк гамматон-фильтров, проанализированы его основные особенности и недостатки. Приведено описание равнополосного косинусно-модулированного банка фильтров, а также показан процесс синтеза НКМБФ из его равнополосного аналога при помощи фазового преобразования. Разработан оптимизационный метод проектирования фильтра-прототипа НКМБФ для аппроксимации частотных характеристик БГФ. В основе метода лежит мультипликативная модель импульсной характеристики фильтра-прототипа, использующая логистические сигмоидальные функции. Суть предлагаемого метода заключается в оптимизации фильтра-прототипа с целью минимизации среднеквадратичной ошибки между АЧХ БГФи НКМБФ для каждого канала. Выполнена программная реализация на языке Python с использованием библиотеки PyTorch. Проведены экспериментальные исследования предложенного метода. Результаты экспериментов показали, что НКМБФ можно использовать для аппроксимации частотных характеристик БГФ, а результирующая АЧХ имеет монотонные спады за счёт использования логистических сигмоидальных функций. Проведён анализ зависимости результирующей ошибки аппроксимации частотных характеристик банка гамматон-фильтров от количества сигмоид, используемых для синтеза фильтра-прототипа НКМБФ на базе мультипликативной модели импульсной характеристики. Выполнен анализ вычислительной сложности НКМБФ, показано как зависит число операций сложения и умножения от длины импульсной характеристики фильтра-прототипа и числа каналов банка фильтров. Сделан вывод, что использование НКМБФ для реализации банка гамматон-фильтров позволяет существенно уменьшить вычислительные затраты на реализацию гамматон-фильтров по сравнению с прямой реализацией.
Статья посвящена проблемам применения средств автоматизации при решении задач мониторинга и управления в части, касающейся оценки качества нечетких классификационных моделей, для которых порядок классификации реализуется на основании знаний (правил) в условиях отсутствия обучающей выборки. Предложен подход к получению априорных оценок качества классификации на основе исследования чувствительности используемой модели к изменению значений внутренних параметров в ходе соответствующего моделирования. Получена интерпретация результатов моделирования в виде оценки рисков, вызванных несовершенством самих классификационных моделей. В статье приведен пример нечеткой классификационной модели, в основе которой лежит сравнение текущего состояния объекта мониторинга, описываемого с использованием нечетких признаков, с набором заранее заданных типовых состояний, формирующих соответствующие нечетко равные между собой (близкие) состояния (ситуации мониторинга). Сравнение осуществляется с использованием операции нечеткой импликации при условии соблюдения требуемой достоверности. На примере данной модели показано, каким образом вид операции импликации, а также внутренние особенности модели влияют на результаты классификации, предложены соответствующие показатели, которые являются как интерпретацией общепринятых показателей оценки качества классификации, так и уникальными, присущими именно рассмотренной модели. Проведены вычислительные эксперименты, которые позволили получить графики изменения показателей оценки качества классификации для рассматриваемой модели и ее модификации, наглядно отобразить влияние внутренних параметров модели на результаты ее применения. Предложены ряд показателей, позволяющих провести априорную оценку рисков, возникающих вследствие применения модели, до ее фактического применения.
Описываемые в статье исследования направлены на развитие методов составления расписаний. Принципиальным недостатком существующих методов смешано- целочисленного линейного программирования в применении к рассматриваемым задачам является то, что они слишком требовательны к объемам оперативной памяти. Сложность же применения процедур локального поиска к подобным задачам высокой размерности состоит в разработке эффективного способа нахождения приемлемого первоначального приближения и определении функции перехода в соседнее состояние, которая бы позволила достаточно быстро достичь оптимума. В теории исследования операций добавление к задаче дополнительных условий может привести к принципиальному изменению используемой схемы решения задачи. Предлагаемые в статье методы реализованы в рамках парадигмы программирования в ограничениях, что позволяет более экономно с точки зрения оперативной памяти представлять зависимости предметной области, а также обеспечивает возможность поэтапного учета разнородных условий задачи без принципиального изменения схемы поиска решений. Существенная часть исследований посвящена использованию методов логического вывода на ограничениях для снижения размерности пространства поиска и ускорения процесса вычислений. Подход к составлению расписаний проиллюстрирован на задаче оптимизации планирования открытых горных работ, которую впервые предложено решать как задачу удовлетворения ограничений. Для нахождения первого допустимого решения предложен метод «жадного» поиска, результат применения которого затем может быть улучшен с помощью разработанного гибридного метода. Оба метода опираются на оригинальные процедуры вывода на ограничениях. Предложенный подход доказал свою эффективность для блочных моделей размерностью в десятки и сотни тысяч блоков.
Издательство
- Издательство
- СПБНЦ
- Регион
- Россия, Санкт-Петербург
- Почтовый адрес
- 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 5
- Юр. адрес
- 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 5
- ФИО
- Орлова Марина Ивановна (ИСПОЛНЯЮЩАЯ ОБЯЗАННОСТИ ДИРЕКТОРА)
- E-mail адрес
- office@spbrc.nw.ru
- Контактный телефон
- +8 (812) 3283787
- Сайт
- https://spbrc.ru/