Disertační práce na téma „Metody a algoritmy pro alokaci zdrojů v organizačních systémech“, stáhněte si zdarma abstrakt na specializaci Vyšší atestační komise Ruské federace 05.13.01 – Systémová analýza, řízení a zpracování informací (podle odvětví)

Článek představuje model a metodu pro distribuci provozu v heterogenní síti internetu věcí (IoT) postavené na základě komplexních komunikačních kanálů sestávajících z několika subkanálů využívajících různé technologie pro přenos rádiových, optických, akustických a dalších signálů. Vyvinuté metody pro distribuci provozu napříč subkanály heterogenní sítě IoT umožňují řešit problém zvýšení efektivity sítě využitím heterogenních zdrojů. Výsledkem studie jsou metody pro distribuci provozu ve formě optimalizačních problémů pro různé strategie hledání řešení. Získané výsledky lze využít při konstrukci heterogenních sítí IoT a sítí robotických systémů.

Klíčová slova

O autorech

Petrohradská státní univerzita telekomunikací pojmenovaná po prof. M.A. Bonch-Bruevichovi
Rusko

Doktor technických věd, profesor, vedoucí katedry komunikačních sítí a přenosu dat

Petrohradská státní univerzita telekomunikací pojmenovaná po prof. M.A. Bonch-Bruevichovi
Rusko

Kandidát technických věd, docent katedry softwarového inženýrství a informatiky

Petrohradská státní univerzita telekomunikací pojmenovaná po prof. M.A. Bonch-Bruevichovi
Rusko

Doktor technických věd, docent, profesor katedry komunikačních sítí a přenosu dat

Petrohradská státní univerzita telekomunikací pojmenovaná po prof. M.A. Bonch-Bruevichovi
Rusko

postgraduální student katedry komunikačních sítí a přenosu dat

Reference

1. Kirichek R.V., Paramonov A.I., Prokopjev A.V., Kučerjavý A.E. Vývoj výzkumu v oblasti bezdrátových senzorových sítí // Informační technologie a telekomunikace. 2014. Sv. 2. Č. 4. S. 29-41. EDN:TKSXPT

2. Hammoudeh M., Newman R. Extrakce informací ze senzorových sítí pomocí algoritmu Watershed transform // Information Fusion. 2015. Sv. 22. Str. 39–49. DOI:10.1016/j.inffus.2013.07.001

3. Basha AR Přehled bezdrátových senzorových sítí: Směrování // Wireless Personal Communications. 2022. Roč. 125. Vydání 1. S. 897–937. DOI:10.1007/s11277-022-09583-4

4. Madakam S., Ramaswamy R., Tripathi S. Internet věcí (IoT): Přehled literatury // Journal of Computer and Communications. 2015. Sv. 3. Číslo 5. RR. 164–173. DOI:10.4236/jcc.2015.35021

5. Fadel E., Gungor VC, Nassef L., Akkari N., Malik MGA, Almasri S. a kol. Průzkum bezdrátových sítí a senzorů pro inteligentní sítě // Computer Communications. 2015. Sv. 71. S. 22–33. DOI:10.1016/j.comcom.2015.09.006

6. Laghari A.A., Wu K., Laghari R.A. Poznámka k odvolání: Přehled a současný stav internetu věcí (IoT) // Archives of Computational Methods in Engineering. 2023. Sv. 30. S. 5105. DOI:10.1007/s11831-023-09985-y

7. Gulati K., Boddu RSK, Kapila D., Bangare SL, Chandnani N., Saravanan G. Přehledový článek o technikách bezdrátových senzorových sítí v internetu věcí (IoT) // Materials Today: Proceedings. 2022. Sv. 51. Část 1. Str. 161–165. DOI:10.1016/ j.matpr.2021.05.067

8. Sobouti MJ, Rahimi Z, Mohajerzadeh AH, Hosseini SSA, Ghanbari R, Marquez-Barja JM a kol. Efektivní nasazení malých základnových stanic namontovaných na bezpilotních letounech pro infrastrukturu internetu věcí // IEEE Sensors Journal. 2020. Roč. 20. Vydání 13. S. 7460–7471. DOI:10.1109/JSEN.2020.2973320

9. Paramonov A.I., Bushelenkov S.N. Analýza metod pro zlepšení efektivity sítí IoT // Informační technologie a telekomunikace. 2022. Sv. 10. Č. 2. S. 36-52. DOI: 10.31854/2307-1303-2022-10-2-36-52. EDN: JNZPDL

10. Elagin V.S., Vasin A.S. Analýza modelů správy síťových zdrojů v sítích 5G // T-Comm: Telekomunikace a doprava. 2023. Ročník 17. Č. 5. S. 32‒41. DOI: 10.36724/2072-8735-2023-17-5-32-41. EDN:UEIDEK

11. Kartaševskij I.V., Volkov A.N., Kiřiček R.V. Analýza průměrné doby zpoždění v systému řazení do front při zpracování korelovaného provozu // Electrosvyaz. 2019. Č. 3. S. 41-50. EDN:ZABEST

12. Kirichek R.V., Kulik V.A. Výzkum a generování průmyslového provozu internetu věcí // Sborník vzdělávacích institucí komunikace. 2019. Sv. 5. Č. 3. S. 27-36. DOI: 10.31854/1813-324X-2019-5-3-27-36. EDN: JQBTYU

13. Liao Z., Han G., Wang H., Liu L. Strategie kolaborativního nabíjení založená na více stanicích pro snímací uzly s vysokou hustotou a nízkým výkonem v průmyslovém internetu věcí // IEEE Internet of Things Journal. 2021. Roč. 8. Vydání 9. S. 7575–7588. DOI:10.1109/JIOT.2020.3039556

14. Shen X., Liao W., Yin Q. Nová bezdrátová správa zdrojů pro vysokohustotní internet věcí s podporou 6G // IEEE Wireless Communications. 2022. Roč. 29. Vydání 1. S. 32–39. DOI:10.1109/MWC.003.00311

15. Chen N., Okada M. Směrem k 6G internetu věcí a konvergence se systémem RoF // IEEE Internet of Things Journal. 2021. Roč. 8. Číslo 11. S. 8719–8733. DOI:10.1109/JIOT.2020.3047613

16. Tonkikh E.V., Paramonov A.I., Kucheryavy A.E. Analýza bezdrátové sítě Internet věcí s vysokou hustotou // Elektrosvyaz. 2020. č. 1. S. 44-48. DOI: 10.34832/ELSV.2020.2.1.006. EDN: IWAHZO

17. Tonkikh E.V. Analýza charakteristik hustoty zařízení v komunikačních sítích páté generace // Informační technologie a telekomunikace. 2020. Ročník 8. Č. 1. S. 22–27. DOI:10.31854/2307-1303-2020-8-1-22-27. EDN:PBSLMR

18. Muthanna A.S.A. Model pro integraci edge computingu do struktury sítě vzduch-země a metoda pro odlehčení provozu pro sítě internetu věcí s vysokou a ultravysokou hustotou // Transactions of educational institutions of communication. 2023. Sv. 9. Č. 3. S. 42-59. DOI:10.31854/1813-324X-2023-9-3-42-59. EDN:SBAHAR

19. Bushelenkov S.N., Paramonov A.I. Metoda pro výběr tras v bezdrátové síti internetu věcí s vysokou hustotou // Electrosvyaz. 2021. č. 12. s. 14-20. DOI: 10.34832/ELSV.2021.25.12.001. EDN: YJVLGZ

20. GOST R 53111-2008. Stabilita fungování veřejné komunikační sítě. Požadavky a metody testování. Moskva: Standardinform, 2009.

21. GOST 27.002-89. Spolehlivost ve strojírenství. Základní pojmy. Termíny a definice.

22. Okuneva D.V. Studium bezdrátové senzorové sítě s multimodálním rozložením uzlů v rovině // Moderní věda: aktuální problémy teorie a praxe. Série: Přírodní a technické vědy. 2017. Č. 1. S. 9-13. EDN:XXBSJF

23. Nurilloev I.N., Paramonov A.I. Efektivní propojení bezdrátové senzorové sítě // Electrosvyaz. 2018. Č. 3. S. 68-74. EDN:YSIQIF

24. Černorutsky I.G. Optimalizační metody. Počítačové technologie. Petrohrad: BHV-Petersburg, 2011. 384 s.

25. Wang N., Ho KH, Pavlou G., Howarth M. Průzkum optimalizace směrování pro inženýrství internetového provozu // IEEE Communications Surveys & Tutorials. 2008. Sv. 10. Vydání 1. S. 36–56. DOI:10.1109/COMST.2008.4483669

26. Singh M., Baranwal G. Kvalita služeb (QoS) v internetu věcí // Sborník z 3. mezinárodní konference o internetu věcí: Inteligentní inovace a využití (IoT-SIU, Bhimtal, Indie, 23.–24. února 2018). IEEE, 2018. DOI:10.1109/IoT-SIU.2018.8519862

27. Busetta C., Noor B., Cousin A., Mungla H. QoS v sítích IoT založená na predikci kvality spojení // Sborník z mezinárodní konference o komunikaci (ICC 2021, Montreal, Kanada, 14.–23. června 2021). IEEE, 2021. DOI:10.1109/ICC42927.2021.9500396

Obsah disertační práce kandidáta technických věd Krasikov, Jevgenij Ivanovič

1. ANALÝZA PROBLÉMU ALOKACE A VÝKAZŮ ZDROJŮ

CÍLE VÝZKUMU. II

1.1. Obecná formulace problému alokace zdrojů a jeho rysy. II

1.2. Přehled metod řešení problémů alokace zdrojů.

1.3. Analýza numerických metod pro řešení problémů alokace zdrojů

1.4. Vymezení výzkumného problému

2. VÝVOJ A VÝZKUM METOD A ALGORITMŮ PRO ŘEŠENÍ DETERMINISTICKÝCH PROBLÉMŮ ALOKACE ZDROJŮ.

2.1. Deterministický distribuční problém a analýza numerických metod pro jeho řešení

2.II Analýza správnosti transformace proměnných v problému alokace zdrojů

2.2. Vývoj a výzkum algoritmů pro řešení nekonvexních optimalizačních problémů založených na metodě Powell-Hestens-Rockafellara

2.2.1. Modifikace Powellova algoritmu

2.3. Vývoj a výzkum metody hodnocení pro distribuci homogenních zdrojů

3. VÝVOJ A VÝZKUM METOD A ALGORITMŮ PRO ALOKACE ZDROJŮ ZA PODMÍNEK NEJISTOTY.

3.1. Obecný model alokace zdrojů za podmínek nejistoty a jeho vlastnosti

3.2 Metoda a algoritmus pro distribuci zdrojů v koordinovaných systémech

31.3. Metoda a algoritmus pro alokaci zdrojů v nekoordinovaných systémech

3.4. Analýza dynamických modelů alokace zdrojů.

3.5. Analýza strukturální stability řešení v dynamických problémech alokace zdrojů

4. PRAKTICKÁ IMPLEMENTACE VYVINUTÝCH METOD A

4.1. Rozdělení vzácných materiálních zdrojů mezi divize podniku

4.2. Model distribuce zdrojů v regionální síti výpočetních center

Doporučený seznam disertačních prací ve specializaci „Systémová analýza, řízení a zpracování informací (podle odvětví)“, kód VAK 05.13.01

Organizace a metody synchronizace výroby 1984, kandidát ekonomických věd Černovolenko, Alexandr Vilenovič

Optimalizace krátkodobých a dlouhodobých režimů elektrických energetických systémů 1984, kandidát technických věd Frolov, Vasilij Petrovič

Podpora rozhodování v řízení alokace zdrojů ve dvouúrovňových výrobních systémech 2004, PhD v oboru inženýrství Filippov, Arsenij Viktorovič

Principy konstrukce a metody automatizace návrhu výpočetních systémů integrovaných komplexů palubního zařízení 2010, doktor technických věd Žarinov, Igor Olegovič

Návrh procesů a systémů mechanického zpracování založený na řešení nejistoty technologických informací 1998, doktor technických věd Inozemtsev, Alexandr Nikolajevič

Úvod k disertační práci (součást abstraktu) na téma „Metody a algoritmy pro alokaci zdrojů v organizačních systémech“

V dokumentu „Základní směry hospodářského a sociálního rozvoje SSSR na léta 1–98 a na období do roku 985“ /I/, přijatém 1990. sjezdem KSSS, je za jeden z hlavních úkolů zdokonalování řízení národního hospodářství uvedena potřeba zajistit efektivní využívání přírodních, materiálních a pracovních zdrojů jako rozhodující a nejúčinnější způsob zvyšování národního bohatství země.“

Zvýšení efektivity fungování národního hospodářství se dosahuje soustředěním zdrojů na řešení hlavních úkolů, což odráží nejdůležitější metodologický předpoklad teorie optimálního fungování socialistické ekonomiky o objektivním neustálém omezení zdrojů /2/. V tomto případě se centralizované řízení kombinuje s ekonomickou samostatností podniků a sdružení.

V současné době se problém vytváření efektivních ekonomických mechanismů rozvíjí v rámci teorie organizačního řízení /3/. Úlohy alokace zdrojů (RAT) zaujímají v této teorii ústřední místo, protože řízení v organizačních systémech se provádí především distribucí a redistribucí zdrojů.

Přítomnost vlastních zájmů v prvcích organizačních systémů komplikuje a často znemožňuje aplikaci klasických metod řízení vyvinutých pro technické systémy. Řešení ZRR za různých typů nejistoty je proto velmi praktické.

Specifičnost ZRR v organizačních systémech spočívá ve vysoké nejistotě počáteční informace, kterou zpravidla nelze prezentovat ve formě odpovídajících pravděpodobnostních charakteristik, a to z důvodu nedostatku reprezentativních vzorků, rozmanitosti typů produkčních funkcí, včetně nelineárních, vysoké dimenzionality a s tím spojené značné výpočetní složitosti. Proto musí v takových systémech řešení splňovat požadavky na přípustnost a stabilitu vůči všem druhům vlivů, tj. řešení musí být dostatečně „hrubá“.

Zde vyvstává celá řada problémů souvisejících s definováním kritérií pro účinnost fungování prvků a systému jako celku, která umožňují zajistit potřebný stupeň stability systému při jeho distribuci za podmínek nejistoty.

Pro organizační systémy je nejtypičtějším zadáním neurčitosti forma intervalů možných hodnot parametrů prvků. V tomto ohledu je prakticky zajímavé určit stabilní řešení problému neurčitosti při změnách parametrů jednotlivých prvků.

Kromě aspektu řízení je v ZRR důležitý i výpočetní aspekt problému.

V současné době existuje zásadní možnost řešení ZRR pomocí metod dynamického a matematického programování. Rozšířené používání praktických problémů, které lze interpretovat jako ZRR, a potřeba získat řešení v přijatelném čase nás však nutí vracet se k vývoji nových metod a algoritmů pro alokaci zdrojů. Zde lze rozlišit dvě hlavní oblasti – vývoj racionálních postupů pro hledání optimálních řešení pomocí standardních optimalizačních metod a vývoj specializovaných výpočetních metod a algoritmů.

Cílem práce je vyvinout a studovat problémově orientované metody a algoritmy pro alokaci zdrojů v organizačních systémech, které umožňují určovat racionální rozhodnutí za přítomnosti nejistoty při určování cíle systému, s různým stupněm koordinace zájmů centra a prvků, s variacemi parametrů systému.

Hlavní cíle studie:

1. Vypracování a zdůvodnění obecného přístupu k identifikaci jediného řešení s různým stupněm koordinace zájmů centra a prvků systému.

2. Vývoj metod pro alokaci zdrojů v organizačních systémech za podmínek nejistoty.

3. Vývoj a výzkum obecného přístupu k řešení SPP s využitím metod matematického programování.

4. Vývoj univerzálních a specializovaných algoritmů pro řešení deterministických ZRR.

Vědecká novost získaných výsledků spočívá v následujícím: je navržen obecný přístup k určení racionálního rozdělení zdrojů s intervalovým přiřazením parametrů prvků organizačního systému; jsou vyvinuty metody a algoritmy pro rozdělení zdrojů s různým stupněm koordinace zájmů centra a prvků organizačního systému; je vyvinut racionální postup pro určení extrémních řešení pro deterministickou formulaci ZRR; je ukázána efektivita provedené transformace proměnných a prokázána správnost transformace proměnných pro deterministickou formulaci ZRR; je vyvinut modifikovaný algoritmus se zvýšenou mírou konvergence založený na metodě podmíněné optimalizace Powell-Hestens-Rockafellara (PHR); je vyvinuta metoda hodnocení pro rozdělení zdrojů, která umožňuje určení globálního extrému a má vysoký výkon; je navržena grafická verze metody hodnocení pro ZRR s konkávními funkcemi účinnosti prvků.

Praktická hodnota práce. Implementace vyvinutých metod a algoritmů umožňuje: a) zvýšit efektivitu fungování organizačních systémů díky racionálnímu rozložení vzácných zdrojů; b) snížit pracnost řešení ZRR díky organizaci racionálního postupu pro určení extrému; c) zvýšit efektivitu rozložení v systémech provozního řízení podniku, regionu; d) určit efektivní řešení v manažerské praxi bez přímého přístupu k počítači.

Vyvinuté metody a algoritmy lze využít v regionálních systémech řízení, v systémech operačního řízení podniku a při návrhu komplexních systémů.

Implementace výsledků práce. Výsledky disertační práce byly použity při vývoji metodiky pro rozdělení vzácných materiálních zdrojů mezi divize podniku v PO “Malyševův závod”. Ekonomický efekt implementace je 24,12 tisíc rublů ročně, což je potvrzeno aktem o implementaci a certifikátem o podílu na práci.

Metody a algoritmy vyvinuté v disertační práci jsou používány ve výzkumných pracích Rady pro studium produktivních sil Ukrajinské SSR Akademie věd Ukrajinské SSR. Efekt implementace se projevuje ve zlepšení metodologie prováděného výzkumu a snížení pracnosti technických a ekonomických výpočtů.

Schválení práce. Hlavní výsledky a ustanovení provedeného výzkumu byly prezentovány a diskutovány na 8 celounijních a republikánských vědeckotechnických konferencích a seminářích v období od roku 1974 do roku 1984.

Publikace. Na téma vědeckého výzkumu bylo publikováno 12 tištěných prací.

Struktura a rozsah disertační práce. Práce se skládá z úvodu, čtyř kapitol, závěru a dodatků, je prezentována na 122 stranách, obsahuje 18 obrázků, 4 tabulky, zahrnuje bibliografii 145 literárních zdrojů.