Please use this identifier to cite or link to this item: http://eadnurt.diit.edu.ua/jspui/handle/123456789/11932
Title: Organizing Wireless Network at Marshalling Yards Using the Bee Method
Other Titles: Організація бездротової мережі на сортувальній станції з використанням бджолиного методу
Организация беспроводной сети на сортировочной станции с использованием пчелиного метода
Authors: Pakhomova, Viktoriya M.
Nazarova, Diana I.
Keywords: marshalling yard
wireless network
base station (BS)
coverage radius
bee method
bees
attempts
search time
сортувальна станція
бездротова мережа
базова станція (БС)
радіус покриття
бджолиний метод
бджоли
спроби
час пошуку
сортировочная станция
беспроводная сеть
базовая станция (БС)
радиус покрытия
пчелиный метод
пчелы
попытки
время поиска
ЕОМ
Issue Date: 2020
Publisher: Dnipro National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan
Citation: Pakhomova V. M., Nazarova D. I. Organizing Wireless Network at Marshalling Yards Using the Bee Method. Наука та прогрес транспорту. 2020. № 2 (86). С. 60–73. DOI: 10.15802/stp2020/204005.
Abstract: EN: Purpose. In general, today wireless networks are widely used as an alternative to wired, allowing you to connect multiple devices, both among themselves in the local and global Internet. However, at the present stage in Ukraine there is no widespread use of a wireless network at rail transport, therefore it is advisable to conduct research on the deployment of such a network, in particular, at a marshalling yard. Methodology. Using LocBS-BeeCol program model written in Python according to the bee colony algorithm the optimal number of base stations (BS) of the wireless network and their location at the marshalling yards was determined, as well as research on the bee algorithm parameters was conducted. Input data of the LocBS-BeeCol model are as follows: marshalling yard parameters (area, number of clients that need to be connected to base stations); wireless network parameters (base station coverage radius, maximum number of clients for one base station); parameters of the bee colony algorithm (number of scout bees, number of attempts to find the optimal solution using one bee). Findings. For marshalling yards of various capacities (small, medium and high), the optimal number of base stations of the wireless network was obtained with restrictions on the coverage radius of the base station and the number of clients connected to it. Thus, for example, to connect 300 clients at medium-sized marshalling yards with an area of 2500x500 m2, 93 base stations with a coverage radius of 50 m are needed. Originality. The quality of the obtained solutions significantly depends on the choice of the bee colony algorithm parameters. A study of the base stations number of the wireless network and search time for finding the optimal solution for different number of bees and the number of attempts to find the op-timal solution using the bee for marshalling yards of various capacities was carried out. It was determined that an increase in the number of bees (from 10 to 50) and the number of attempts to find the optimal solution by a bee (from 10 to 50) improves the quality of the optimal solution (decrease in the number of base stations by an average of 6.5% and 9.3%), respectively. In addition, increase in the bee number (from 10 to 50) reduces the search time for the optimal solution by bees by an average of 1.8 times, while increase in the number of attempts to find the optimal solution by a bee (from 10 to 50) will increase search time for the optimal solution on average 2.14 times. Practical value. An algorithm and its software implementation have been developed, which make it possible to determine the required number of base stations and their location when deploying a wireless network at a marshalling yards. For marshalling yards with high capacity, when the coverage radius of the base station is doubled (from 50 to 100 m), their number decreases by about half (from 136 to 64), while the time for finding the optimal solution by bees increases by 2.5 times (from 8.4 to 20.6 s).
UK: Мета. Сьогодні бездротові мережі широко використовують в якості альтернативи дротовим, що дозволяє підключити декілька пристроїв як між собою в локальну, так і до глобальної мережі Інтернет. Але на сучасному етапі в Україні немає масового використання бездротової мережі на залізничному транспорті, тому доцільно провести дослідження розгортання такої мережі, зокрема на сортувальній станції. Методика. На програмній моделі «LocBS–BeeCol», що створена мовою Python за алгоритмом бджолиної колонії, визначено оптимальну кількість базових станцій (БС) бездротової мережі та їх розташування на сортувальній станції, проведено дослідження параметрів алгоритму. Вхідні дані моделі «LocBS–BeeCol»: параметри сортувальної станції (площа, кількість клієнтів, яких потрібно підключити до базових станцій); параметри бездротової мережі (радіус покриття базової станції, максимальна кількість клієнтів для однієї базової станції); параметри алгоритму бджолиної колонії (кількість бджіл-розвідників, кількість спроб знайти оптимальне рішення одною бджолою). Результати. Для сортувальних станцій різної потужності (малої, середньої та великої) отримано оптимальну кількість базових станцій бездротової мережі за обмежень на радіус покриття базової станції та кількість клієнтів, що підключені до неї. Так, наприклад, для підключення 300 клієнтів на сортувальній станції середньої потужності, площа якої 2 500x500 м2, необхідно 93 базових станції з радіусом покриття 50 м. Наукова новизна. Якість отриманих рішень значною мірою залежить від вибору параметрів алгоритму бджолиної колонії. Проведено дослідження кількості базових станцій бездротової мережі та часу пошуку оптимального рішення за різною кількістю бджіл та кількістю спроб знайти оптимальне рішення бджолою для сортувальних станцій різної потужності. Визначено, що збільшення кількості бджіл (із 10 до 50) та кількості спроб знаходження оптимального рішення бджолою (із 10 до 50) призводить до уточнення оптимального рішення (зменшення числа базових станцій у середньому на 6,5 та 9,3 % відповідно). Крім того, збільшення кількості бджіл (із 10 до 50) призводить до зменшення часу пошуку оптимального рішення бджолами в середньому в 1,8 раза, у той час як збільшення кількості спроб знаходження оптимального рішення бджолою (із 10 до 50) призведе до зростання часу пошуку оптимального рішення в середньому в 2,14 раза. Практична значимість. Розроблено алгоритм та його програмну реалізацію, які дозволяють визначити необхідну кількість базових станцій та їх розміщення під час розгортання бездротової мережі на сортувальній станції. Для сортувальної станції великої потужності в разі збільшення радіуса покриття базової станції удвічі (із 50 до 100 м) кількість БС зменшується приблизно в два рази (зі 136 до 64), при цьому час пошуку оптимального рішення бджолами збільшується в 2,5 раза (із 8,4 до 20,6 с).
RU: Цель. Сегодня беспроводные сети широко используют в качестве альтернативы проводным, что позволяет подключить несколько устройств как между собой в локальную, так и к глобальной сети Интернет. Однако на современном этапе в Украине нет массового использования беспроводной сети на железнодорожном транспорте, поэтому целесообразно провести исследование развертывания такой сети, в частности, на сортировочной станции. Методика. На программной модели «LocBS–BeeCol», написанной на языке Python по алгоритму пчелиной колонии, определено оптимальное количество базовых станций (БС) беспроводной сети и их расположение на сортировочной станции, проведено исследование параметров алгоритма. Входные данные модели «LocBS–BeeCol»: параметры сортировочной станции (площадь, количество клиентов, которые нужно подключить к базовым станциям); параметры беспроводной сети (радиус покрытия базовой станции, максимальное количество клиентов для одной базовой станции); параметры алгоритма пчелиной колонии (количество пчел-разведчиков, количество попыток найти оптимальное решение одной пчелой). Результаты. Для сортировочных станций различной мощности (малой, средней и высокой) получено оптимальное количество базовых станций беспроводной сети при ограничениях на радиус покрытия базовой станции и количество клиентов, подключенных к ней. Так, например, для подключения 300 клиентов на сортировочной станции средней мощности, площадь которой 2 500x500 м2, необходимо 93 базовых станций с радиусом покрытия 50 м. Научная новизна. Качество полученных решений в значительной мере зависит от выбора параметров алгоритма пчелиной колонии. Проведено исследование количества базовых станции беспроводной сети и времени поиска оптимального решения при различном числе пчел и количестве попыток найти оптимальное решение пчелой для сортировочных станций различной мощности. Определено, что увеличение количества пчел (с 10 до 50) и количества попыток нахождения оптимального решения пчелой (с 10 до 50) приводит к уточнению оптимального решения (уменьшению числа базовых станций в среднем на 6,5 и 9,3 % соответственно). Кроме этого, увеличение количества пчел (с 10 до 50) приводит к уменьшению времени поиска оптимального решения пчелами в среднем в 1,8 раза, в то время как увеличение количества попыток нахождения оптимального решения пчелой (с 10 до 50) приведет к росту времени поиска оптимального решения в среднем в 2,14 раза. Практическая значимость. Разработан алгоритм и его программная реализация, позволяющие определить необходимое количество базовых станций и их размещение при развертывании беспроводной сети на сортировочной станции. Для сортировочной станции высокой мощности при увеличении радиуса покрытия базовой станции вдвое (с 50 до 100 м) количество БС уменьшается примерно в два раза (со 136 до 64), при этом время поиска оптимального решения пчелами увеличивается в 2,5 раза (с 8,4 до 20,6 с).
Description: V. Pakhomova: ORCID 0000-0002-0022-099X; D. Nazarova: ORCID 0000-0002-7134-9416
URI: http://eadnurt.diit.edu.ua/jspui/handle/123456789/11932
http://stp.diit.edu.ua/article/view/204005/205036
http://stp.diit.edu.ua/article/view/204005
Other Identifiers: DOI: https://doi.org/10.15802/stp2020/204005
Appears in Collections:Статті КЕОМ
№ 2 (86)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Pakhomova.pdf1,47 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.