Алгоритмы структурной оптимизации и методы анализа информационных процессов в современных телекоммуникационных системах

• Автор: Соловьев, Антон Юрьевич
• Шифр специальности: 05.13.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 136 с. : ил.

Введение.

Глава 1. Современное состояние. Основные понятия и принципы.

1.1 Тенденция эволюции современных телекоммуникационных систем .

1.2 Задачи, связанные с этапом проектирования.

1.2.1 Общая постановка задачи

1.2.2 Математическая интерпретация задачи

1.2.3 Используемые алгоритмы и методы в задачах структурной оптимизации

1.2.3.1 Метод ветвей и границ.

1.2.3.2 Генетический алгоритм.

1.2.4 Алгоритм муравьиной колонии как альтернатива существующим методам.

1.2.5 Постановка задачи структурной оптимизации

1.3 Этап эксплуатации телекоммуникационных систем
1.3.1 Общие задачи.
1.3.2 Самоподобие телекоммуникационных процессов.
1.3.2.1 Понятие фрактальносги.
1.3.2.2 Проблема самоподобного телстрафика
1.3.2.3 Определение самоподобного процесса
1.3.2.4 Поведение автокорреляционной функции самоподобных процессов.
1.3.2.5 Понятие коэффициента Хэрста.
1.3.3 Предпосылки к прогнозированию и общая задача.
1.4 Выводы по Главе 1
Глава 2. Декомпозиция задач структурной оптимизации. Применение алгоритмов муравьиной колонии к задачам структурной оптимизации .
2.1 О задачах структурной оптимизации телекоммуникационных систем
2.2 Общее описание муравьиного алгоритма.
2.3 Задача с ограниченным числом подключаемых абонентских устройств
2.3.1 Постановка задачи
2.3.2 Модифицированный алгоритм муравьиной колонии для задачи размещения с ограниченным числом подключаемых абонентских устройств
2.4 Задача с ограниченным числом промежуточных устройств.
2.4.1 Постановка задачи
2.4.2 Модифицированный алгоритм муравьиной колонии для задачи размещения с ограниченным числом промежуточных устройств
2.5 Кольцевание промежуточных устройств
2.6 Разделение абонентских устройств по группам или задача кластеризации
2.7 Обобщенный алгоритм для задачи структурной оптимизации.
2.8 Выводы по Главе 2.
Глава 3. Исследование временных рядов с длительной памятью
3.1 Эксперимент по обнаружению свойств самоподобия у временных реализаций трафика с дискретным временем снятия данных.
3.1.1 Описание эксперимента
3.1.2 Анализ полученных данных.
3.1.3 Тест па обоснованность оценки параметра Хэрста.
3.2 Методы и модели для описания временных рядов со свойством
самоподобия
3.2.1 О применении авторегрессионных моделей для анализа
временных рядов.
3.2.1.1 Процессы линейной авторегрессии АК и скользящего
среднего МА.
3.2.1.2 Авторегрессионные модели скользящего среднего
3.2.1.3 Фрактальная модель I
3.2.2 Пример использования модели I для анализа временных
рядов трафика данных
3.3 Альтернативный метод для исследования временных рядов трафика данных, метод сингулярноспектрального анализа метод Гусеница .
3.3.1 Описание базового алгоритма метода Гусеница.
3.3.2 Пример анализа реализаций трафика данных
3.3.2.1 Выбор длины окна и анализ главных компонент
3.3.2.2 Отбор главных компонент и восстановление рядов
3.4. Выводы по Главе 3
Глава 4. Экспериментальные проверки предложенных методов структурной оптимизации и прогнозирования временных рЯДОВ в телекоммуникационных системах.
4.1 Этап проектирования. Моделирование разработанных алгоритмов.
4.1.1 Описание системы моделирования i.
4.1.1.1 Среда моделирования системы i.
4.1.1.2 Библиотеки i
4.1.2 Реализация алгоритма муравьиной колонии в среде i.
4.1.3 Входные параметры алгоритма в среде i. Подбор основных коэффициентов алгоритма
4.1.4 Численный эксперимент. Сравнение работы муравьиного алгоритма с генетическим алгоритмом
4.2 Проверка возможности прогнозирования временных рядов графика данных предложенными моделями
4.2.1 Выбор и описание исследуемых временных реализаций
4.2.2 Прогноз временных рядов при помощи метода Гусеница
4.2.3 Прогноз временных рядов при помощи модели I ,,
4.2.4 Сравнение результатов прогнозирования обоими методами
4.3. Выводы по Главе 4
Заключение
Литература


Таким образом, перечисленные проблемы, а так же возникающие новые задачи технического и технологического плана определяют актуальность решения задач структурной оптимизации и анализа информационных процессов при организации телекоммуникационных систем. Целью работы является разработка методов и алгоритмов анализа временных рядов трафика данных со свойствами самоподобия, а так же решение задач структурной оптимизации при организации крупных и территориальнораспределенных телекоммуникационных систем. Методы исследования. Экспериментально подтверждено наличие свойства самоподобия временных рядов трафика данных с дискретным временем снятия данных, что позволило повысить эффективность прогнозирования загрузки каналов передачи данных. Экспериментально выявлено преимущество метода сингулярноспектрального анализа Гусеница над семейством традиционных авторегрессионных моделей АШМА при прогнозировании временных рядов графика телекоммуникационных систем с дискретным временем снятия данных, количественно выраженное в меньшей ошибке прогноза и большем проценте правильного распознавания направления эволюции временных рядов, описывающих информационный трафик. Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Общие принципы организации телекоммуникационных систем и оценки их эффективности. Разработка научных принципов организации информационных служб по отраслям народного хозяйства. Изучение социальноэкономических аспектов информатизации и компьютеризации общества. Модифицированный алгоритм муравьиных колоний решения задачи размещения с ограниченным числом подключаемых абонентских устройств и задачи размещения с ограниченным числом промежуточных устройств. Обобщенный алгоритм решения задачи структурной оптимизации при организации телекоммуникационных систем. Свойства самоподобия и длительной памяти временных рядов информационного трафика с дискретным временем снятия данных, выраженные в неконтролируемых всплесках загрузки каналов передачи на различных временных интервалах. Результаты сравнительного анализа работы предложенных алгоритмов па тестовых задачах размещения, выраженные в точности решения и времени его поиска. Рекомендации по выбору метода прогнозирования реализаций информационного трафика с дискретным временем снятия данных. Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных и Всероссийских конференциях II Всероссийской научнопрактической конференции Перспективы развития информационных технологий Новосибирск, VII Всероссийской научнотехнической конференции Приоритетные направления развития науки и технологий Тула, Международной научнопрактической конференции Образование, наука, производство и управление Старый Оскол, . Всероссийской конференции Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве Воронеж, VII Всероссийской научнопрактической школыконференции Управление большими системами Пермь, . Публикации. По результатам исследования опубликовано работ, в том числе 4 без соавторов 2 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикации основных результатов диссертационных исследований. Личный вклад автора в работах, опубликованных в соавторстве, состоит в подготовка и организация эксперимента с целыо выявления самоподобных свойств трафика в ,, разработка и реализация алгоритма на основе метода муравьиных колоний в формулировка задачи в линейноцелочисленном виде в оценка возможности применения авторегрессионных моделей для анализа трафика данных в обобщенный алгоритм структурной оптимизации телекоммуникационных систем. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, двух приложений и списка литературы, включающего 9 наименований, изложена на 6 страницах и включает рисунков и 7 таблиц. Краткое содержание работы. В первой главе проведен анализ возникающих проблем при организации телекоммуникационных систем. Организация телекоммуникационных систем была разбита на два основных этапа этап проектирования и этап эксплуатации.