КОНЦЕПЦИЯ ПРИЛОЖЕНИЯ И МЕТОДЫ ОПТИМИЗАЦИИ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ПО ПОДБОРУ ОБОРУДОВАНИЯ ЛВС

АННОТАЦИЯ

Статья посвящена разработке концепции приложения и методам оптимизации для подбора оптимальной конфигурации оборудования для ЛВС. Рассматривается архитектура приложения, интерфейс, а также методы математической оптимизации. Приводятся варианты усовершенствования методов оптимизации.

Ключевые слова: локальная вычислительная сеть.

Введение. Локальные вычислительные сети (ЛВС) - это неотъемлемая часть структуры большинства предприятий. Они обеспечивают быстрое и эффективное взаимодействие компьютеров, устройств и сетевых сервисов внутри организации. Правильный подбор конфигурации оборудования позволяет существенно снизить затраты на создание и обслуживание ЛВС, а также повысить ее производительность и надежность.

Целью исследования является создание концепции приложения для подбора оптимальной конфигурации оборудования ЛВС с использованием методов математической оптимизации.

Материалы и методы. Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

1. изучить предметную область;
2. построить схему архитектуры приложения;
3. разработать интерфейс приложения;
4. выбрать варианты усовершенствования методов математической оптимизации.

В качестве материалов исследования использовались научные статьи, монографии, учебники, учебные пособия, посвященные ЛВС и методам математической оптимизации.

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) – это компьютерная сеть, охватывающая конкретную территорию, используемая для обмена данными между компьютерами и другими периферийными устройствами [1].

Архитектура программного обеспечения — комплекс важнейших решений об организации программной системы. Приложение по подбору оптимального оборудования ЛВС будет иметь монолитную архитектуру.

Монолитная архитектура — это традиционная модель приложения, которая представлена в виде единого работающего автономно модуля, который не зависит от других приложений [2].

Схема архитектуры приложения состоит из компонентов:

1. Компонент интерфейса.
2. Компонент бизнес-логики. Здесь основные функции программы, такие как выбор метода оптимизации (метод взвешенных сумм, симплекс-метод, генетический алгоритм), расчет оптимального оборудования, получение результата.
3. Компонент базы данных отвечает за хранение информации о доступных видах устройств ЛВС, обеспечение доступа к таблицам базы данных.

Для приложения по подбору оптимальной конфигурации оборудования ЛВС монолитная архитектура позволяет учесть все требования, также она проста, быстра и удобна в разработке.

Разработка интерфейса на языке C# Windows Forms []. В главном меню приложения пользователю необходимо выбрать один из трех методов оптимизации: метод взвешенных сумм, симплекс-метод, генетический алгоритм. Каждый метод имеет свои критерии для подбора оборудования. Оборудование представлено следующими устройствами: коммутатор, маршрутизатор, ip-камера, сервер. При необходимости устройства и критерии можно поменять. В базе данных находятся модели оборудования. Каждое устройство представлено 50 моделями (базу данных можно регулярно пополнять новыми устройствами).

Интерфейс метода взвешенных сумм (рис. 1): 4 checkbox’а для выбора интересующего оборудования, textbox’ы для заполнения весов выбранного вида оборудования (сумма весовых коэффициентов равняется единице), кнопка «Рассчитать» для расчета оптимального оборудования, textbox для вывода оптимальной модели оборудования.

Рисунок 1. Метод взвешенных сумм

Интерфейс симплекс-метода: 4 checkbox’а для выбора интересующего оборудования, функции минимизации или максимизации целевой функции по выбранному критерию (элемент «ListBox»), textbox’ы для ввода ограничений, кнопка «Рассчитать» для расчета оптимального оборудования, textbox для вывода оптимальной модели.

Интерфейс генетического алгоритма схож с симплекс-методом, только после ввода ограничений пользователю необходимо настроить параметры генетического алгоритма: размер популяции, число поколений, вероятность мутации, вероятность скрещивания. В генетическом алгоритме нередки случаи, когда может быть несколько оптимальных вариантов оборудования. В данной ситуации можно применять симплекс-метод для получения лучших результатов.

Для усовершенствования методов оптимизации необходимо выявить их проблемные места. Для метода взвешенных сумм характерна субъективность, так как в методе используются весовые коэффициенты, которые основаны на субъективных оценках экспертов, либо лиц, принимающих решение. В связи с этим есть риск получить искаженный результат и неправильные выводы. В методе не учитываются качественные критерии, метод используется только для количественных критериев. Метод взвешенных сумм очень ограничен в применении. Он не всегда подходит для сложных задач оптимизации с большим количеством критериев.

Симплекс-метод также ограничен в применении. Метод используется только для решения задач линейного программирования. Для других типов задач оптимизации метод не подходит. Также необходимо пересчитывать все коэффициенты и свободные члены полной системы уравнений, что значительно увеличивает объемы расчетов и замедляет поиск оптимального решения.

Генетический алгоритм обладает рядом недостатков:

1. Вычислительная сложность. Генетические алгоритмы требуют большого количества вычислений. Особенно это заметно в сложных задачах (вследствие чего замедляется поиск оптимального решения).
2. Нет гарантии получения оптимального решения. Алгоритм может остановиться на локальном оптимуме, который является не наилучшим решением.
3. Зависимость от начальной популяции. Алгоритм может застрять в локальном оптимуме, если начальная популяция не содержит достаточное количество разнообразных решений
4. Сложность настройки параметров алгоритма. Размер популяции, вероятность кроссовера и мутации - от этих параметров зависит эффективный поиск решений. Если неправильно настроить алгоритм, то возможно получение неверных результатов и сбоев.

Результаты. Выбор монолитной архитектуры для приложения обеспечивает простоту, удобство и скорость разработки. С ростом проекта архитектуру всегда можно видоизменить. Был разработан интерфейс для методов оптимизации с учетом необходимых критериев. Для решения проблемных мест методов оптимизации следует использовать разные методы. Так генетический алгоритм можно использовать в совокупности с другими методами, например, с вложенным симплекс-методом. Результатом генетического алгоритма может быть несколько вариантов оборудования, из которых далее с помощью симплекс-метода и отберется оптимальный вариант.

Заключение. Подбор оптимальной конфигурации оборудования для ЛВС – это сложная задача, требующая всестороннего анализа. Разработанная концепция приложения может послужить основой для дальнейшей реализации, направленной на автоматизацию процесса подбора сетевого оборудования. Приведенные методы оптимизации имеют свои преимущества и недостатки, которые нивелируются при использовании друг с другом.

Список литературы:

1. Локальная вычислительная сеть // Википедия    : [сайт]. — URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Локальная_вычислительная_сеть (дата обращения: 01.02.2025)
2. Монолит [Электронный ресурс] URL: https://simtechdev.ru/blog/monolit-ili-mikroservisy/ (дата обращения 11.10.2024)
3. Руководство по классическим приложениям (Windows Forms .NET) [Электронный ресурс] URL: https://learn.microsoft.com/ru-ru/dotnet/desktop/winforms/overview/?view=netdesktop-9.0 (дата обращения 01.11.2024)