Łączność na polu walki (problem przydziału częstotliwości UKF)

Transkrypt

1 Łączność na polu walki (problem przydziału częstotliwości UKF) Opracował Bartłomiej Grzelewski na podstawie pracy dr in ż. Roberta Matyszkiela Bartłomiej Grzelewski 1

2 Łączność wojskowa Radiolinie. Ł ą czno ś ć WLAN na SD. Radiostacje KF/UKF. Bartłomiej Grzelewski 2

3 Łączność KF 1 Jonosfera 1 fala przechodząca przez jonosferę 2 Ziemia Nadajnik 2 faja odbita od jonosfery Bartłomiej Grzelewski 3

4 Łączność KF - podsumowanie konieczność sondowania jonosfery kanały przeważnie s ą drożne do kilku godzin cz ę stotliwo ś ć,,narzucona'' przez warunki atmosferyczne zaniki w łączności (ogniskowanie, rozproszenie) zmiany cz ę stotliwo ś ci zjawisko echa W praktyce stosuje si ę z reguły 2 do 4 częstotliwości roboczych, jedn ą na dzie ń, jedn ą na noc i ewentualnie dwie przejściowe po jednej na noc i na dzie ń. Częstotliwości przejściowe wymagane s ą głównie na trasach dalekosiężnych. Bartłomiej Grzelewski 4

5 Łączność UKF Łączność UKF jest wykorzystuj ą: Radiolinie. Komunikacja lądowa. Komunikacja satelitarna. Charakterystyka: Wymagana bezpo ś redniej widoczno ś ci. Grunt i ukształtowanie terenu wywiera duży wpływ na rozprzestrzenianie si ę fal. Teren zalesiony nie ma wpływu na tłumienie fal chyba że odległość między drzewami jest zbliżona do długości fali. Bartłomiej Grzelewski 5

6 Współobiektowo i współmiejscowo Bartłomiej Grzelewski 6

7 Macierz odległości i separacji Macierz odległości (metry) s1 s2 s3 s4 s s s s Macierz separacji s1 s2 s3 s4 s s s s Współczynnik separacji S należy do (0.09,0.11) S*Fmin2 <= (Fmin2 Fmax1) Gdy warunki współobiektowości i współmiejscowości nie s ą spełnione S należy do {1,2,3,4,5} Bartłomiej Grzelewski 7

8 Współobiektowo i współmiejscowo 9% 9% 9% 9% 9% 9% 9% MHz 88 MHz Bartłomiej Grzelewski 8

9 Zestawienie dost pnych cz stotliwo ci ę ę ś do pracy radiostacji UKF Bartłomiej Grzelewski 9

10 Algorytm przydziału częstotliwości Dane wejściowe: tablica separacji i częstotliwości dostępnych, P- stwo założone Przydzielenie częstotliwości dla pierwszej sieci F min i F max Przydzielenie częstotliwości dla następnyej zdefiniowanej sieci Fmin i Fmax Sprawdzenie warunku zakłócalności sieci N Zwiększ separację o 1 T Jeżeli są sieci które nie mają przydzielonych częstotliwości N Porównanie wartości przydzielonych częstotliwości dla wszystkich sieci i wybranie najlepszej realizacji Bartłomiej Grzelewski 10

11 Kolorowanie grafu Oryginalny problem. Zmienne: wartości w wierzchołkach(dziedzina = {red, green, brown, blue, black, white}). Więzy: sąsiednie wierzchołki maj ą mieć różne kolory. Optymalizujemy: ilość użytych kolorów. Bartłomiej Grzelewski 11

12 Kolorowanie grafu Problem przydziału częstotliwości. Zmienne: wartości w wierzchołkach(dziedzin ę stanowi ą dostępne kanały). Wierzchołek reprezentuje jedn ą sieć. Więzy: sąsiednie wierzchołki maj ą mieć różne kanały. Optymalizujemy: Minimalizujemy liczb ę użytych kanałów. lub Minimalizujemy prawdopodobieństwo kolizji przy wykorzystaniu rozsądnej liczby kanałów. Bartłomiej Grzelewski 12

13 Kolorowanie grafu Przeszukiwanie przyrostowe z powracaniem. przeszukiwanie w głąb, każdy krok to ustalenie wartości jednej zmiennej kolejność przypisywania zmiennych jest ustalona jeśli ustalenie kolejnej zmiennej jest nie wykonalne bez łamania więzów następuje powrót (cofnięcie niektórych przypisa ń) Czy algorytm znajduje rozwiązanie optymalne? Bartłomiej Grzelewski 13

14 Kolorowanie grafu Przeszukiwanie przyrostowe z powracaniem. Metoda uniwersalna dla wszystkich problemów z więzami. Złożoność pamięciowa liniowa (pamięta tylko aktualne przypisania). Złożoność czasowa wykładnicza (pesymistycznie w każdym węźle sprawdza wszystkie możliwe przypisania). Bartłomiej Grzelewski 14

15 Kolorowanie grafu Przeszukiwanie przyrostowe z powracaniem. Heurystyki przyśpieszające: Wybór zmiennej najbardziej ograniczaj ą cej spo ś ród najbardziej ograniczonych. Wybór warto ś ci najmniej ograniczaj ą cej. Sprawdzanie w przód. Sprawdzanie spójności łukowej. Analiza grafu zale ż no ś ci. Bartłomiej Grzelewski 15

16 Kolorowanie grafu Algorytmy genetyczne. Kolejność w jakiej kolorujemy wierzchołki wyznacza permutacja. Każdy wierzchołek dostaje minimaln ą możliwą wartość. Dostępny jest kolor przezroczysty. Każde rozwiązanie oceniamy i wybieramy osobniki najlepsze. Bartłomiej Grzelewski 16

17 Algorytmy genetyczne Stosowane permutacje/krzyżowania: Scramble Sublist Mutation Uniform Order-Based Crossover (UOBX) Partially Matched Crossover (PMX) Order Crossover (OX) Cycle Crossover (CX) Bartłomiej Grzelewski 17

18 Permutacje w algorytmach genetycznych. Scramble Sublist Mutation przykład: Osobnik rodzicielski x = {x1, x2, x3, x4, x5, x6, x7, x8} Elementy w sekcji mieszania podlegaj ą losowej permutacji. Pozostałe nie ulegaj ą zmianie. Osobnik potomny x= {x1, x2, x3, x5, x6, x4, x7, x8} Bartłomiej Grzelewski 18

19 Krzyżowanie osobników Cycle Crossover (CX) przykład: Osobniki rodzicielskie x = ( ) y = ( ) Poszukujemy cyklu x = ( ) y = ( ) Osobniki potomne u = ( ) v = ( ) Bartłomiej Grzelewski 19

20 Algorytm LF (largest first) Jest to jeden z 2 algorytmów wykorzystywanych przez wojsko. Działanie algorytmu możemy opisać następująco: 1. Uporządkuj wierzchołki grafu malejąco według ich stopni (liczby krawędzi z nich wychodzących). 2. Koloruj wierzchołki zachłannie, zgodnie z ustalon ą wcześniej kolejności ą (zaczynając od wierzchołka o największym stopniu). Algorytm LF jest algorytmem statycznym, gdy ż raz ustalona kolejność wierzchołków nie zmienia si ę w trakcie jego działania. Bartłomiej Grzelewski 20