Алгоритмы выбора путей для подключения базовых станций беспроводной связи к центрам питания в шахте

Abstract

Актуальность. Необходимым условием функционирования систем безопасности и управления технологическими процессами в шахтах является обеспечение энергоснабжения соответствующих объектов. В статье рассматривается одна из задач проектирования сети электроснабжения в шахте в рамках иерархичного подхода организации структуры сети. В рамках этого подхода к автоматам осветительным шахтным подключаются контроллеры питания, предназначенные для питания базовых станций. Для их подключения к контроллерам питания используется многожильный кабель. Количество таких жил, а также количество таких кабелей, исходящих из контроллера питания, являются параметрами задачи. Цель. Рассмотреть задачу выбора маршрутов для подключения базовых станций беспроводной связи в шахте к центрам питания. Предполагается, что в шахте уже размещены базовые станции и автоматы осветительные шахтные, имеющие возможности для подключения к ним определённого числа контроллеров питания. Таким образом, необходимо выбрать места для размещения контроллеров питания и опередить, как по штрекам прокинуть многожильные кабели для подключения всех базовых станций. При этом схема подключения, которая определяется из стоимости используемого кабеля, должна быть оптимальной по стоимости. Методы. Для поставленной математической задачи предложено несколько алгоритмов, в том числе жадный алгоритм, основанный на стратегии «иди в ближайший пункт», и метод имитации отжига. Результаты. Для решения задачи предложено и протестировано несколько приближённых методов. Количество жил в кабеле для подключения является параметром задачи. Лучшим из рассмотренных алгоритмов стал алгоритм имитации отжига. Однако, если центры питания необходимо тоже разместить, включение в алгоритм перебора также даёт хорошие результаты при подходящем сочетании количества контроллеров питания и возможных мест их размещения. Практическая значимость. Предложенные математическая постановка и методы позволяют находить маршруты минимальной стоимости для подключения многожильными кабелями базовых станций беспроводной связи к источникам питания в шахте

Relevance. Necessary condition for the systems of safety and process control functioning in a mine is to provide power supply to the relevant facilities. The paper deals with one of the tasks of designing a power supply network in a mine within the framework of a hierarchical approach to organizing the network structure. Within this approach, power controllers are connected to mine lighting breaker. To supply base stations to power controllers, a multi-core cable is used. The number of such cores, as well as the number of such cables emanating from a power controller, are the parameters of the problem. Aim. To consider the problem of choosing routes for connecting base stations of wireless communication in a mine to power centers. It is assumed that base stations and mine lighting breakers are already located in a mine, having the ability to connect a given number of power controllers to them. The connection scheme must be optimal in terms of cost, which is determined by the cost of the cable used. Methods. The authors have proposed several algorithms for solving the mathematical problem, including a greedy algorithm, based on the "go to the nearest point" strategy, and a simulated annealing method. Results. To solve the problem, several approximate methods were proposed and tested. The number of cores is parameter of the problem. The best of the considered algorithms is the annealing simulation algorithm. However, if power centers need to be placed as well, brute force enumeration in the algorithm also gives good results with an appropriate combination of the number of power controllers and the number of possible locations for their placement. Practical relevance. The mathematical problem stated and the mathematical methods make it possible to find minimum cost routes for connecting wireless base stations by multi-core cables to power sources