sibsutisВестник СибГУТИThe Herald of the Siberian State University of Telecommunications and Information Science1998-6920СибГУТИ10.55648/1998-6920-2022-16-1-97-107sibsutis-124Research ArticleСтатьиМетодология выбора трасс для прокладки сетей и коммуникацийThe route choosing methodology for networks and communications layingТоктошовГ. Ы.ToktoshovG. Y.

Токтошов Гулжигит Ысакович, к.т.н., доцент кафедры ММиЦРБС СибГУТИ; научный сотрудник лаборатории СМиО ИВМиМГ СО РАН

630102, Новосибирск, ул. Кирова, 86

630090, Новосибирск, просп. Академика Лаврентьева, 6

Gulhzigit Y. Toktoshov, Candidate of technical sciences, Docent, Siberian State University of Telecommunications and Information Sciences (SibSUTIS); Researcher, The Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics SB RAS

Novosibirsk

tgi_tok@rambler.ruСибГУТИ; ИВМиМГ СО РАНРоссияSiberian State University of Telecommunications and Information Sciences (SibSUTIS); The Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics SB RASRussian Federation2022130520220197107Copyright © Токтошов Г.Ы., 20222022Токтошов Г.Ы.Toktoshov G.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.sibsutis.ru/jour/article/view/124

Предлагается новая методика выбора трасс для прокладки инженерных коммуникаций, учитывающая насыщенность городской застройки различными инфраструктурными объектами инженерного обеспечения, вид и назначение проектируемой коммуникации, углы поворота коммуникации вокруг заданной оси при обходе препятствий и другие ограничения. В отличие от традиционного представления, трасса для прокладки коммуникаций рассматривается как объект в трехмерном пространстве, имеющий ограничение как по плану, так и по профилю – по высоте расположения сетевых объектов. Кроме того, область, на которой предполагается разместить сеть, рассматривается как трехмерное пространство и моделируется в виде трехмерной расчетной сети. Задача оптимизации коммуникаций поставлена в виде построения минимальной гиперсети при ограничениях и требованиях, накладываемых на проектируемую коммуникацию. Предложен модифицированный метод трассировки лучей, позволяющий выбрать трассу в зависимости от угловых и линейных координат, предопределяющих положение проектируемой коммуникации в пространстве.

In this paper a new route selecting method for laying engineering communications taking into account the urban development saturation with various infrastructural objects, designed communications type and purpose, communications rotation angles around a given axis when avoiding obstacles, and other restrictions is proposed. The communications laying routes unlike the traditional representation are considered as three-dimensional object in space which has a restriction according both plan and profile. In addition, the communications placement region is considered as a three-dimensional space and is modeled as a three-dimensional computational network. The communications optimization task in the form of minimal hypernet structure with restrictions and requirements imposed on the designed communications is proposed. A modified ray tracing method enabling to choose a path depending on the angular and linear coordinates predetermining the communications position in space is proposed.

трассаинженерная коммуникацияинфраструктураграфгиперсетьтрехмерное преобразованиеroutecommunicationsinfrastructuregraphhypernet3D transformationИсследования выполнены в рамках государственного задания ИВМиМГ СО РАН (0251-2021-0005)ReferencesКазаков А. Л., Лемперт А. А. Об одном подходе к решению задач оптимизации, возникающих в транспортной логистике // Автоматика и телемеханика. 2011. № 7. С. 50–57.Kazakov A. L., Lempert A. A. Ob odnom podhode k resheniju zadach optimizacii, vozni-kajushhih v transportnoj logistike [On one approach to solving optimization problems arising in transport logistics]. Avtomatika i telemehanika. 2011, no. 7, pp. 50-57.Djebedjian B., El-NaggarM., and Shahin I. Optimal design of gas distribution network: a case study // Mansoura Engineering Journal (MEJ). 2011. V. 36, № 3. P. 35–51.Djebedjian B., El-NaggarM., and Shahin I. Optimal design of gas distribution network: a case study. Mansoura Engineering Journal (MEJ). 2011, vol. 36, no. 3, pp. 35-51.Heidarifar M., and Ghasemi H. A network topology optimization model based on substation and node-breaker modeling // IEEE Trans. on Power Systems. 2016. V. 31, № 1. P. 247–255.Heidarifar M., and Ghasemi H. A network topology optimization model based on substation and node-breaker modeling. IEEE Trans. on Power Systems. 2016, vol. 31, no. 1, pp. 247-255.Li F., Liu Q., Guo X., and Xiao J. A survey of optimization method for oil-gas pipeline network layout // Proc. International Conference on Mechatronics, Electronic, Industrial and Control Engineering (MEIC), April 1–3, 2015, Shenyang, China. P. 257–260.Li F., Liu Q., Guo X., and Xiao J. A survey of optimization method for oil-gas pipeline network layout. Proc. International Conference on Mechatronics, Electronic, Industrial and Control Engineering (MEIC), April 1-3, 2015, Shenyang, China, pp. 257-260.Edgar T. F., Himmelblau D. M., and Bickel T. C. Optimal design of gas transmission networks // SPE J. 1978. № 18. P. 96–104.Edgar T. F., Himmelblau D. M., and Bickel T. C. Optimal design of gas transmission networks. SPE J. 1978, no. 18, pp. 96-104.Dong G., Qing T., Du R., Wang C., Li R. et al. Complex network approach for the structural optimization of global crude oil trade system // Journal of Cleaner Production. 2020. V. 251. URL: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.119366 (дата обращения: 19.01.2022).Dong G., Qing T., Du R., Wang C., Li R. et al. Complex network approach for the structural optimization of global crude oil trade system. Journal of Cleaner Production. 2020, vol. 251. URL: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.119366 (access date: 19.01.2022).Liong S.-Y., and Atiquzzaman M. Optimal design of water distribution network using shuffled complex evolution // Journal of The Institution of Engineers (Singapore). 2004. V. 44, Is. 1. P. 93–107.Liong S.-Y., and Atiquzzaman M. Optimal design of water distribution network using shuffled complex evolution. Journal of The Institution of Engineers (Singapore). 2004, vol. 44, is. 1, pp. 93-107.Tricarico С., Gargano R., De Marinis G., Morley M. S., Kapelan Z., Savic D. A. The influence of network topology on water distribution system performance // Proc. 10th International Conference on Hydroinformatics (HIC), 2012, Hamburg, Germany, URL: https://www.researchgate.net/publication/230931471_The_Influence_of_Network_Topology_on_Water_Distribution_System_Performance (дата обращения: 28.01.2022).Tricarico S., Gargano R., De Marinis G., Morley M. S., Kapelan Z., Savic D. A. The influence of network topology on water distribution system performance. Proc. 10th International Conference on Hydroinformatics (HIC), 2012, Hamburg, Germany, URL: https://www.researchgate.net/publication/230931471_The_Influence_of_Network_Topology_on_Water_Distribution_System_Performance (access date: 28.01.2022).Lee H. M., Yoo D. G., Sadollah A., and Kim J. H. Optimal cost design of water distribution networks using a decomposition approach // Engineering Optimization. 2016. V. 48, № 12. P. 2141–2156. URL: https://doi.org/10.1080/0305215X.2016.1157689 (дата обращения: 03.02.2022).Lee H. M., Yoo D. G., Sadollah A., and Kim J. H. Optimal cost design of water distribution networks using a decomposition approach. Engineering Optimization. 2016, vol. 48, no. 12, pp. 2141-2156. URL: https://doi.org/10.1080/0305215X.2016.1157689 (access date: 03.02.2022).Лебедянцев В. В., Деревяшкин В. М. Тензорная модель сети связи // Вестник СибГУТИ. 2014. № 2. С. 50–56.Lebedjancev V. V., Derevjashkin V. M. Tenzornaja model' seti svjazi [Tensor model of a communication network]. Vestnik SibGUTI. 2014, no. 2, pp. 50-56.Одрин В. М. Метод морфологического анализа технических систем. М.: ВНИИПИ, 1989. 312 с.Odrin V. M. Metod morfologicheskogo analiza tehnicheskih system [Method of morphological analysis of technical systems]. Moscow: VNIIPI, 1989, 312 p.Стенников В. А., Чемезов А. А. Применение алгоритма перебора деревьев и метода имитации отжига для схемно-структурной оптимизации тепловых сетей // Программные продукты и системы. 2018. № 2 (31). С. 387–395.Stennikov V. A., Chemezov A. A. Primenenie algoritma perebora derev'ev i metoda imi-tacii otzhiga dlja shemno-strukturnoj optimizacii teplovyh setej [Application of tree enumeration algorithm and annealing simulation method for scheme-structural optimization of heat networks]. Programmnye produkty i sistemy. 2018, no. 2 (31), pp. 387-395.Наумов И. В., Ямщикова И. В. Математическое обоснование выбора оптимизационной модели трассировки электрической сети // Евразийский Союз Ученых (ЕСУ). 2015. № 7 (16). С. 123–127.Naumov I. V., Jamshhikova I. V. Matematicheskoe obosnovanie vybora optimizacionnoj modeli trassirovki jelektricheskoj seti [Mathematical substantiation of the choice of an optimization model for tracing an electrical network]. Evrazijskij Sojuz Uchenyh (ESU). 2015, no. 7 (16), pp. 123-127.Степанов В. П. Оптимизация маршрутов на дорожной сети // Наука и образование. 2012. № 5. С.1–12.Stepanov V. P. Optimizacija marshrutov na dorozhnoj seti [Route optimization on the road network]. Nauka i obrazovanie. 2012, no. 5, pp.1-12.Акимов С. В. Модель морфологического множества уровня идентификации // Труды учебных заведений связи. 2005. № 172. С. 120–135.Akimov S. V. Model' morfologicheskogo mnozhestva urovnja identifikacii [Model of the morphological set of the level of identification]. Trudy uchebnyh zavedenij svjazi. 2005, no. 172, pp. 120-135.Golumbic M. C., Kaplan H., Shamir R. Graph sandwich problems // Journal of Algorithms. 1995. № 19 (3). P. 449–473. DOI:10.1006/jagm.1995.1047.Golumbic M. C., Kaplan H., Shamir R. Graph sandwich problems. Journal of Algorithms. 1995, no. 19 (3), pp. 449-473. DOI:10.1006/jagm.1995.1047.Poulovassilis A., Levene M. A nested-graph model for the representation and manipulation of complex objects // J. ACM Trans. Inf. Syst. 1994. V. 12. P. 35–68.Poulovassilis A., Levene M. A nested-graph model for the representation and manipulation of complex objects. J. ACM Trans. Inf. Syst. 1994, vol. 12, pp. 35-68.Orlowski S., Koster A. M. C. A., Raack C., Wessäly R. Two-layer network design by branch-andcut featuring MIP-based heuristics // Proc. 3rd International Network Optimization Conference (INOC), Spa, Belgium, 2007. P. 114–119.Orlowski S., Koster A. M. C. A., Raack C., Wessäly R. Two-layer network design by branch-and-cut featuring MIP-based heuristics. Proc. 3rd International Network Optimization Conference (INOC), Spa, Belgium, 2007, pp. 114-119.Capone A., Carello G., Matera R. Multi-layer network design with multicast traffic and statistical multiplexing // Proc. IEEE Global Telecommunications Conference (IEEE GLOBECOM), Washington, USA, 2007. Р. 2565–2570.Capone A., Carello G., Matera R. Multi-layer network design with multicast traffic and statistical multiplexing. Proc. IEEE Global Telecommunications Conference (IEEE GLOBECOM), Washington, USA, 2007, pp. 2565-2570.Kurant M., Thiran P. Layered complex networks // J. Phys. Rev. Lett. 2006. V. 96. P. 1–4.Kurant M., Thiran P. Layered complex networks. J. Phys. Rev. Lett. 2006, vol. 96, pp. 1-4.Попков В. К. О моделировании городских транспортных систем гиперсетями // Автоматика и телемеханика. 2011. В. 72, № 6. С. 179–189.Popkov V. K. O modelirovanii gorodskih transportnyh sistem gipersetjami [On the modeling of urban transport systems by hypernets]. Avtomatika i telemehanika. 2011, vol. 72, no. 6, pp. 179-189.Токтошов Г. Ы., Юргенсон А. Н., Мигов Д. А. О сложности задач оптимизации сетей инженерных коммуникаций // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2020. Т. 14, № 9. С. 17–23.Toktoshov G. Y., Jurgenson A. N., Migov D. A. O slozhnosti zadach optimizacii setej inzhenernyh kommunikacij [On the complexity of engineering network optimization problems] T-Comm: Telekommunikacii i transport. 2020, vol. 14, no. 9, pp. 17-23.Chen B., and Kaufman A. 3D volume rotation using shear transformations // Graphical Models. 2000. V. 62, Is. 4. P. 308–322.Chen B., and Kaufman A. 3D volume rotation using shear transformations. Graphical Models. 2000, vol. 62, is. 4, pp. 308-322.Schmitt A., Muller H., and Leister W. Ray Tracing Algorithms – Theory and Practice // Theoretical Foundations of Computer Graphics and CAD. Jan 1988. P. 997–1030.Schmitt A., Muller H., and Leister W. Ray Tracing Algorithms - Theory and Practice. Theoretical Foundations of Computer Graphics and CAD. Jan 1988, pp. 997-1030.Трассировка лучей [Электронный ресурс]. URL: https://studme.org/156199/informatika/trassirovka_luchey (дата обращения: 20.03.2022).Trassirovka luchej [Ray tracing] [Electronic resource]. URL: https://studme.org/156199/informatika/trassirovka_luchey (access date: 20.03.2022).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.