Материал: Основы автоматизации проектирования беспроводных систем и сетей связи. Семёнов Р.В

Решение рассматриваемой задачи включает в себя три основных этапа: генерацию или поиск варианта, оценку множества сгенерированного или найденного варианта и принятие решения о его пригодности или непригодности и о продолжении или прекращении дальнейшего поиска вариантов.

Структурная схема алгоритма типового процесса формирования и выбора вариантов БСС может быть представлена следующим образом:

Шаг 1. Ввод исходных данных на проектирование. Шаг 2. Генерация технического решения.

Шаг 3. Оценка эффективности технического решения. Шаг 4. Если техническое решение не удовлетворяет ус-

ловиям проектирования, то переход на шаг 2, иначе переход на шаг 5.

Шаг 5. Вывод результатов проектирования.

При решении задач формирования альтернативных вариантов БСС, когда задана их декомпозиция на подсистемы, очень часто целесообразно использовать морфологическую модель, широко используемую при проектировании сложных технических систем [12-15]. Морфологическая модель характеризуется следующими особенностями:

1.Строгая формулировка задачи.

2.Выявление максимально полного перечня основных функций системы и декомпозиция на подсистемы по функциональному признаку.

3.Определение различных альтернативных способов реализации каждой из выявленных функций и всех морфологических вариантов рассматриваемой системы. Каждый из вариантов системы в целом состоит из цепочки, содержащей по одному способу реализации каждой подсистемы.

4.Определение эффективных (Парето - оптимальных) вариантов системы на структурном множестве допустимых вариантов.

5.Выбор и реализация наиболее предпочтительного варианта системы с использованием скалярной целевой функции.

121

При этом полагается, что любой вариант системы обладает определенной структурой, то есть состоит из конечного числа компонентов (подсистем) и распределение системных функций между ними может быть осуществлено конечным числом способов. В этом случае возникают задачи формирования некоторого допустимого множества альтернативных вариантов системы и выделения среди них Парето - оптимальных вариантов с последующим выбором среди них единственного варианта на основе использования дополнительной информации о предпочтениях заказчика.

Рассмотрим особенности формирования структурного множества допустимых вариантов системы. Предполагается, что выполнена функциональная декомпозиция системы на некоторое множество подсистем (компонентов)

L

{ A j , j = 1,2,K, L, U Aj = A}.

j=1

Считаются заданными: конечное множество компонентов системы E ; разбиение множества E на L морфологических классов σ(l) , l = 1,2,K, L таких, что σ(l) Çσ(l′) = Ä при

l ¹ l′.

Задано морфологическое пространство Λ 2E , элементами которого являются морфологические варианты системы A = (A1 , A2 ,K, AL ) . Каждый морфологический вариант A есть некоторая совокупность представителей класса A(l) Îσ(l) . При этом A Î L и для любого индекса l = 1,2,K, L множество

Lодноэлементное.

Впредположении, что существует некоторое множество альтернативных способов реализации каждой подсистемы

Alk , k = 1,2,K, K , l = 1,2,K, L , может быть задана некоторая

морфологическая таблица, например, для представления вариантов БСС (см. табл. 3.1).

122

Таблица 3.1 Морфологическая таблица задания множества

вариантов БСС

В свою очередь, каждую подсистему рассматриваемой БСС можно представить в виде морфологической таблицы. Морфологические таблицы являются эффективным средством представления знаний об БСС. Они позволяют систематизировать достаточно большой объем знаний о морфологии БСС в компактном виде. Разработка морфологической таблицы дает возможность формализовать процесс упорядочивания множества заключенных в ней вариантов систем. Качество составления морфологической таблицы во многом определяет конечный результат поиска искомого решения проблемы. Разработка морфологических таблиц связана с первым шагом метода морфологического исследования - морфологическим анализом. Целью морфологического анализа является классифицирование исследуемого объекта или множества объектов. Морфологическое классифицирование в общем случае заключается в делении родового понятия таким образом, что последним могут соответствовать как множества известных технических систем, так и множества потенциальных вариантов, появление которых возможно в будущем.

123

Формирование конкретных морфологических таблиц для отображения множества вариантов БСС может производиться двумя способами, приведенными в п. 3.1.

Целями морфологического подхода при решении задач формирования и выбора варианта построения БСС являются:

1)Системное исследование всех возможных вариантов решения задачи, вытекающих из закономерностей строения (морфологии) совершенствуемой БСС, что позволяет учесть, кроме известных, необычные варианты, которые при простом переборе могли быть упущены проектировщиком из вида.

2)Реализация совокупности операций поиска на морфологическом множестве вариантов описания функциональных систем, соответствующих исходным требованиям, т.е. условиям задачи.

При формировании множества допустимых вариантов

БСС AD должны учитываться ограничения на структуру, па-

раметры и техническую реализацию компонентов и системы в целом, а также допустимые комбинации соединения компонентов и ограничения на значение показателей качества системы в целом. Если среди сгенерированного множества альтернатив имеются несовместимые варианты, то заполняется вспомогательная матрица, в которой отмечены совместимые друг с другом компоненты системы: для каждой пары элементарных альтернатив ), где p L , определяется, со-

вместимы ли они, и результат заноситься в таблицу. Если альтернативы совместимы, то функция совместимости sv(Al ,m , Ap,r )= 1, в противном случае sv(Al ,m , Ap,r )= 0 (см. табл. 3.2). На основании вспомогательной матрицы общее множество вариантов усекается до подмножества вариантов построения системы, состоящих из совместимых между собой компонентов системы. Здесь существуют противоречивые требования. С одной стороны, желательно с максимальной полнотой представить все варианты системы. С другой стороны, существуют ограничения, определяемые допустимыми затратами (времени и средств) на проектируемые системы.

124

При этом особое значение имеет локализация формируемых вариантов системы в окрестности Парето - оптимальных вариантов системы в целом, либо отдельных ее компонентов. С этой целью вводится метрика морфологического расстояния между морфологическими вариантами системы [15]:

где L - число морфологических классов, δAi′Ai′′ ={1, при Ai′ = Ai′′ ;

0, в противном случае.

Из выражения (3.12) следует, морфологическое расстояние - это число элементов системы, по которым отличаются морфологические варианты Ai′ = Ai′′ . Формирование вариан-

тов, близких в смысле этого расстояния к некоторым базовым вариантам, производится в сферической поверхности радиуса ρ с центром в точке A Λ :

U ρ ( A) = {A′: ρ( A, A′) = ρ; A′, A Λ}.

Для формирования морфологических вариантов системы необходимо выбирать варианты, которые находятся в морфологической окрестности некоторых базовых вариантов, оптимальных, в частности, по отдельным показателям качества

125