Применение генетических алгоритмов для оптимизации

УДК 004.896(06) Интеллектуальные системы и технологии
М.В. СТРЕЛЕЦ
Московский технический университет связи и информатики
ПРИМЕНЕНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИХ АЛГОРИТМОВ
ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
ЧАСТОТНОГО РЕСУРСА
Разработан алгоритм оптимизации распределения частотного ресурса для
создания систем беспроводной передачи данных, предоставляющих в конкретном
географическом регионе различные услуги связи с заданным качеством
определенному числу потенциальных пользователей. Данный алгоритм учитывает
реальную пропускную способность используемого оборудования. Применение
простого генетического алгоритма к решению задачи оптимизация распределения
частотного ресурса позволяет существенно уменьшить затраты на
проектирование. Планируется усовершенствовать разработанный алгоритм
оптимизации частотного ресурса с учетом электромагнитной совместимости для
систем беспроводного доступа с другими системами, работающими в общих
полосах частот.
В настоящее время быстро развиваются системы беспроводного
доступа. К ним относятся системы, предназначенные для обеспечения
связи между стационарными ПК, переносными ПК, рабочими станциями,
серверами, принтерами и другим сетевым оборудованием. Т.е. система
беспроводного доступа заменяет работу соединительных кабелей сетей
передачи данных как внутри помещений, так и снаружи их.
В связи с ограничением частотного ресурса, разработка новых систем
беспроводного доступа приводит к увеличению нагрузки на естественный
ресурс и, как следствие, усложнению процедуры выделения частот.
В данной работе рассматривается задача автоматизации определения
радиочастотного ресурса, необходимого для создания сетей беспроводной
передачи данных. Она является актуальной как на этапе проектирования
сетей, так и на этапе экспертизы радиочастотных заявок, проводимой
радиочастотными органами, осуществляющими выдачу разрешений на
использование радиочастот. Известно, что решение задачи оценки
распределения частотного ресурса является приближенным. Точность и
затраты на ее решение зависят от выбранного алгоритма решения задачи.
Обычно подобные задачи решаются на основе применения итерационных
методов. В настоящее время создан объектно-ориентированный
программный продукт, позволяющий оценить потребности операторов
беспроводного доступа в частотном ресурсе для создания сетей на основе
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 3
136
УДК 004.896(06) Интеллектуальные системы и технологии
радиотехнологии WiMax. Стандарт WiMax (802.16) разработан в октябре
2001 года, опубликован в апреле 2002 года и определяет параметры и
функции радиоинтерфейса для беспроводных широкополосных городских
сетей (Wireless MAN). Оборудование стандарта 802.16 предназначено для
решения задач внеофисной связи, построения сети решающей задачи
связи “последней мили” с радиусом действия 3..8 км. Идеальным
решением благодаря глобальной стандартизации может явиться
оборудование спецификации WiMax, однако появление такого
оборудования ожидается не ранее 2006-2007 гг. из-за незавершенности
процесса стандартизации.
В работе предложено использовать простой генетический алгоритм
для решения задачи оптимизации необходимого частотного ресурса.
Разработан алгоритм проведения расчетов, обеспечивающий уменьшение
вычислительных затрат при оценке потребности в частотном ресурсе,
исходя из учёта наиболее значимых параметров используемого
оборудования. Проведены тестовые расчеты для систем беспроводного
доступа для предоставления четырех типов услуг с заданным качеством
определенному числу потенциальных пользователей в конкретном
географическом регионе. Анализ полученных результатов показал
высокую эффективность предложенного алгоритма для решения задач
распределения частотного ресурса. В настоящее время автором ведутся
работы по модернизации разработанного алгоритма с целью повышения
его эффективности за счет анализа электромагнитной совместимости
между сетями WiMax и различными системами в общих полосах частот.
Предварительные оценки показывают, что использование принципа
повторного использования частот позволит существенно увеличить
количество потенциальных пользователей системы при сохранении
выделенного частотного ресурса. При разработке этого алгоритма
предполагается использовать более сложные модификации генетических
алгоритмов, включая применение оператора кроссинговера высоких
степеней.
Список литературы
1. Рекомендация МСЭ-Р M.1390. Methodology for calculation of IMT-2000 terrestrial
spectrum requirements. www.itu.int.
2. Рекомендация МСЭ-Р M.1450. Characteristics of broadband radio local area network
(RLANs). www.itu.int.
3. Норенков И.П. Разработка систем автоматизированного проектирования. –М.: МГТУ
им. Н.Э. Баумана, 1994, 560 с.
4. P. Bentley, Evolutionary Design by Computers, Morgan Kaufmann, 1999.
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 3
137
УДК 004.896(06) Интеллектуальные системы и технологии
5. R.S. Zebulum, M. Pacheco, and M. Vellasco, Evolutionary Electronics: Automatic Design
of Electronic Circuits and Systems by Genetic Algorithms, CRC Press, 2002.
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 3
138