Một số phương pháp Heuristic giải bài toán thiết kế mạng viễn thông

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG - NGUYỄN QUANG ANH MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP HEURISTIC GIẢI BÀI TOÁN THIẾT KẾ MẠNG VIỄN THÔNG Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60.48.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Thái Nguyên - 2012 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn công trình nghiên cứu, tìm hiểu tham khảo riêng Các số liệu luận văn trung thực Tác giả Nguyễn Quang Anh ii LỜI CẢM ƠN Luận văn đƣợc hoàn thành trƣờng Đại học Công nghệ Thông tin Truyền thông - Đại học Thái Nguyên Dƣới hƣớng dẫn PGS.TS ĐẶNG QUANG Á Tác giả xin bày tỏ lòng kính trọng biết ơn sâu sắc tới thầy tận tình hƣớng dẫn suốt thời gian tác giả làm luận văn Trong trình học tập trƣờng Đại học Công nghệ Thông tin Truyền thông - Đại học Thái Nguyên tác giả thƣờng xuyên nhận đƣợc quan tâm giúp đỡ, đóng góp ý kiến thầy cô trực tiếp giảng dạy cán bộ, giáo viên trƣờng Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy cô Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới Ban Giám Hiệu, bạn đồng nghiệp trƣờng Cao đẳng Công nghệ Kinh tế Công nghiệp tạo điều kiện xếp công việc, giúp đỡ tác giả thời gian học tập làm luận văn Xin chân thành cảm ơn anh chị em học viên lớp CAO HỌC K9A giúp đỡ, động viên, khích lệ tác giả trình học tập nghiên cứu Luận văn không hoàn thành đƣợc quan tâm, động viên ngƣời thân gia đình tác giả Đây quà tinh thần, tác giả xin gửi tặng gia đình thân yêu với lòng biết ơn sâu sắc Tác giả iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, HÌNH VẼ v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ vi MỞ ĐẦU i Chƣơng GIỚI THIỆU MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP HEURISTIC 1.1 Thuật toán tham lam 1.1.1 Giới thiệu chung 1.1.2 Thuật toán cho phƣơng pháp tham lam 1.1.3 Ví dụ áp dụng 1.2 Giới thiệu mạng nơ-ron 1.2.1 Mô hình mạng nơ-ron nhân tạo 1.2.2 Phân loại mạng nơ-ron nhân tạo 11 1.2.3 Luật học 13 1.2.4 Những toán thích hợp 16 1.3 Giải thuật di truyền 18 1.3.1 Các khái niệm 18 1.3.2 Các bƣớc quan trọng giải thuật 18 1.3.3 Ví dụ minh họa 19 1.3.4 Các Phƣơng thức biến đổi giải thuật 21 1.3.5 Các nguyên tắc giải thuật 23 1.3.6 Giải toán tối ƣu giải thuật di truyền 24 Chƣơng TÌM HIỂU VỀ TÌNH HÌNH TRUYỀN THÔNG BẰNG THIẾT BỊ KHÔNG DÂY CỦA THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN 30 2.1 Giới thiệu chung hệ thống viễn thông thành phố Thái Nguyên 30 2.1.1 Tổng quan VNPT Thái Nguyên 30 iv 2.1.2 Mạng lƣới, Công nghệ 31 2.2 Các số liệu thống kê tình hình sử dụng thiết bị không dây 34 2.2.1 Các dịch vụ cung cấp cho khách hàng 34 2.2.2 Các phƣơng pháp quản trị chất lƣợng VNPT Thái Nguyên 36 2.2.3 Các công cụ kỹ thuật quản trị chất lƣợng VNPT Thái Nguyên 37 2.3 Mục đích thiết kế Mạng Viễn thông không dây thành phố 38 2.3.1 Đánh giá thực trạng 38 2.3.2 Mục tiêu xây dựng hệ thống 40 Chƣơng SỬ DỤNG MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP HEURISTIC ĐỂ GIẢI BÀI TOÁN THIẾT KẾ MẠNG VIỄN THÔNG 41 3.1 Phát biểu toán 41 3.1.1 Giới thiệu toán phân bố thiết bị cuối 41 3.1.2 Phát biểu toán theo mô hình toán học 41 3.2 Ứng dụng số phƣơng pháp Heurstic giải toán thiết kế Mạng Viễn thông 44 3.2.1 Sử dụng giải thuật tham lam 44 3.2.2 Sử dụng giải thuật di truyền 49 3.2.3 Sử dụng kết hợp mạng nơ-ron giải thuật di truyền 54 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Boo v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, HÌNH VẼ Hình 1.1 Mô hình nơ-ron sinh học .9 Hình 1.2 Mô hình nơ-ron 10 Hình 1.3 Mạng tuyền thẳng lớp 12 Hình 1.4 Mạng truyền thẳng nhiều lớp 12 Hình 1.5 Mạng lớp có nối ngƣợc 13 Hình 1.6 Mạng nhiều lớp có nối ngƣợc 13 Hình 3.1 Phân bố thiết bị cuối kết nối vào trạm 44 Hình 3.2 Thử nghiệm Giải thuật Tham lam với liệu thứ .46 Hình 3.3 Thử nghiệm Giải thuật Tham lam với liệu thứ hai 47 Hình 3.4 Thử nghiệm Giải thuật Tham lam với liệu thứ ba 49 Hình 3.5 Thử nghiệm Giải thuật di truyền với liệu thứ 51 Hình 3.6 Thử nghiệm Giải thuật di truyền với liệu thứ hai 52 Hình 3.7 Thử nghiệm Giải thuật di truyền với liệu thứ ba 54 Hình 3.8 Sự kết hợp mạng nơ-ron giải thuật di truyền với liệu thứ 57 Hình 3.9 Sự kết hợp mạng nơ-ron giải thuật di truyền với liệu thứ hai 58 Hình 3.10 Sự kết hợp mạng nơ-ron giải thuật di truyền với liệu thứ ba 60 vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ Chữ viết tắt Ý nghĩa Diễn giải VNPT Vietnam Post and Telecomunication Tập đoàn Bƣu Viễn thông Việt Nam VNPT Thái Nguyên Viễn thông Thái Nguyên Viễn thông Thái Nguyên CBCNV Cán công nhân viên Cán công nhân viên TT Trung tâm Trung tâm PGĐ Phó Giám đốc Phó Giám đốc DVKH Dịch vụ khách hàng Dịch vụ khách hàng KTTKTC Kế toán thống kê tài Kế toán thống kê tài TCCB Tổ chức cán Tổ chức cán KD Kinh doanh Kinh doanh HCQT Hành quản trị Hành quản trị CT công đoàn Chủ tịch công đoàn Chủ tịch công đoàn DNCCDV Doanh nghiệp cung cấp dịch vụ Doanh nghiệp cung cấp dịch vụ VT Viễn thông Viễn thông CNTT Công nghệ thông tin Công nghệ thông tin SXKD Sản xuất kinh doanh Sản xuất kinh doanh BC-VT Bƣu - Viễn thông Bƣu - Viễn thông OMC Trung tâm điều hành viễn thông BTS Operation Maintenane Center Base Transceiver Station FTTH Fiber To The Home Dịch vụ Internet cáp quang MANE Mạng truyền tải IP nội thị IP Metro Area Network Ethernet Synchronous Digital Hierrachy Internet Protocol NGN Next Generation Network Mạng hệ LAN Local Area Network Mạng nội WAN Wire Area Network Mạng diện rộng IPTV Internet Protocol Television Truyền hình qua giao thức IP SDH Trạm thu phát gốc di động Mạng truyền dẫn quang Giao thức mạng Internet MỞ ĐẦU Cơ sở khoa học đề tài Hiện nay, việc trao đổi thông tin qua thiết bị không dây ngày trở nên phổ biến Để nâng cao chất lƣợng dịch vụ, nhà mạng phải mở rộng hệ thống mạng viến thông cách tăng thêm số cột thu, nhận tín hiệu từ thiết bị không dây Do nhà mạng mong muốn có mạng viễn thông hoạt động hiệu quả, có hiệu suất cao tiết kiệm đƣợc chi phí mua thiết bị Sử dụng phƣơng pháp Heuristic cách làm thiết thực để đƣa thiết kế cho mạng viễn thông cách tối ƣu Nhận thấy tính thiết thực toán đƣợc gợi ý giảng viên hƣớng dẫn, chọn đề tài “Một số p n p p eur st c ả bà to n t ết kế mạng viễn t ôn ” làm đề tài cho luận văn tốt nghiệp Mục tiêu nhiệm vụ luận văn - Thu thập tài liệu nghiên cứu số phƣơng pháp Heuristic - Nghiên cứu để hiểu cách giải toán tối ƣu phƣơng pháp Heuristic - Tìm hiểu toán thiết kế mạng viễn thông vận dụng phƣơng pháp heuristic để giải toán - Xây dựng chƣơng trình mô toán máy tính thực thử nghiệm liệu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Phƣơng pháp Heuristic nhƣ phƣơng pháp tham, giải thuật di truyền mạng nơ ron giải toán tối ƣu tổ hợp - Bài toán thiết kế mạng viễn thông - Giải toán thiết kế mạng viễn thông phƣơng pháp Heurristic Phƣơng pháp nghiên cứu Tìm hiểu số phƣơng pháp Heuristic giải toán thiết kế mạng Viễn thông thông qua việc thu thập, tổng hợp sách, báo, tài liệu mạng tiếng Việt, tiếng Anh Cấu trúc nội dung luận văn Cấu trúc nội dung luận văn gồm: - Phần mở đầu - Chƣơng Giới thiệu số phƣơng pháp Heuristic Chương trình bày tổng quan Thuật toán tham; Mạng nơ ron nhân tạo Giải thuật di truyền - Chƣơng Tìm hiểu tình hình truyền thông thiết bị không dây thành phố Thái Nguyên Chương Giới thiệu chung hệ thống Viễn thông thành phố Thái Nguyên; Tham khảo số liệu thống kê tình hình sử dụng thiết bị không dây Tìm hiểu mục đích thiết kế mạng viễn thông không dây thành phố - Chƣơng Sử dụng số phƣơng pháp Heuristic để giải toán thiết kế mạng Viễn thông Nêu phát biểu toán ứng dụng số phương pháp Heuristic giải toán thiết kế mạng Viễn thông Đề xuất thử nghiệm kết - Phần kết luận đề nghị - Tài liệu tham khảo Chƣơng GIỚI THIỆU MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP HEURISTIC 1.1 Thuật toán tham lam 1.1.1 Giới thiệu chung * Định nghĩa Giải thuật tham lam thuật toán giải toán dựa tri thức vấn đề để tìm kiếm tối ƣu địa phƣơng bƣớc với hy vọng tìm đƣợc tối ƣu toàn cục Giải thuật tham lam có thành phần: a) Một tập hợp ứng viên để từ tạo lời giải; b) Một hàm lựa chọn để lựa chọn ứng viên tốt để bổ sung vào lời giải; c) Một hàm khả thi dùng để định ứng viên lời giải; d) Một hàm mục tiêu để ấn định giá trị lời giải lời giải chƣa hoàn chỉnh; e) Một hàm đánh giá để ta tìm lời giải hoàn chỉnh * Hai thành phần định tới định tham lam Tính chất lựa chọn tham lam: Chúng ta lựa chọn giải pháp đƣợc cho tốt thời điểm sau giải toán nảy sinh từ việc thực lựa chọn vừa Lựa chọn thuật toán tham lam phụ thuộc vào lựa chọn trƣớc Thuật toán tiến triển theo kiểu thực chọn lựa theo vòng lặp, lúc thu nhỏ toán cho toán nhỏ Giải thuật tham lam lựa chọn sớm thay đổi đƣờng thuật toán theo lựa chọn đó, không xét lại lựa chọn cũ Đối với số toán, thuật toán không xác Cấu trúc tối ưu: Một toán đƣợc gọi "có cấu trúc tối ƣu", lời giải tối ƣu toán chứa lời giải tối ƣu toán lớn * Ý tƣởng phƣơng pháp tham lam Phƣơng pháp tham lam kỹ thuật thiết kế thƣờng đƣợc dùng để giải toán tối ƣu Phƣơng pháp đƣợc tiến hành theo nhiều bƣớc Tại bƣớc, theo lựa chọn (xác định hàm chọn), tìm lời giải tối ƣu cho toán nhỏ tƣơng ứng Lời giải toán đƣợc bổ sung dần bƣớc từ lời giải data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ... thiết kế mạng viễn thông - Giải toán thiết kế mạng viễn thông phƣơng pháp Heurristic Phƣơng pháp nghiên cứu Tìm hiểu số phƣơng pháp Heuristic giải toán thiết kế mạng Viễn thông thông qua việc... nghiên cứu số phƣơng pháp Heuristic - Nghiên cứu để hiểu cách giải toán tối ƣu phƣơng pháp Heuristic - Tìm hiểu toán thiết kế mạng viễn thông vận dụng phƣơng pháp heuristic để giải toán - Xây... Viễn thông Nêu phát biểu toán ứng dụng số phương pháp Heuristic giải toán thiết kế mạng Viễn thông Đề xuất thử nghiệm kết - Phần kết luận đề nghị - Tài liệu tham khảo 3 Chƣơng GIỚI THIỆU MỘT SỐ