堵塞流理論在隨機流動網(wǎng)絡優(yōu)化設計、改造及運行中的應用.pdf

1、網(wǎng)絡中由于流動單元的隨機流動，造成網(wǎng)絡的堵塞，或使網(wǎng)絡流通的可靠性降低，這種不確定性、多值性的網(wǎng)絡流量特點是堵塞流理論重點研究的對象.基于堵塞流理論從流量隨機流動的角度和網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)自身的原因分析了網(wǎng)絡中發(fā)生流量堵塞的緣由，并將該理論應用到對隨機流動網(wǎng)絡的優(yōu)化設計、改造及運行過程的研究中.該理論是網(wǎng)絡流理論在不確定性、隨機性多值流領域的新分支.針對堵塞流的理論研究和應用研究，論文包括如下幾個方面的研究工作： 1. 基于本文研究的網(wǎng)絡

2、中流動單元隨機流動特點，提出了隨機流動網(wǎng)絡的概念，給出了該網(wǎng)絡模型的定義和相關假設，建立了隨機流動網(wǎng)絡中個體流動的飽和流模型. 2. 在堵塞流理論的基礎上，進一步探討了求解網(wǎng)絡最小飽和流的算法，明確了無環(huán)飽和流和有環(huán)飽和流的區(qū)別.首先利用網(wǎng)絡割矩陣對已有的求解最小飽和流的分支定界算法進行了改進；其次基于堵塞截面尋找有條件最長增廣路，提出了求解無環(huán)最小飽和流的有條件最長增廣路近似算法，并對該算法的復雜性作了分析.最后分析了改變各弧

3、容量對網(wǎng)絡堵塞程度的影響，針對網(wǎng)絡中一些弧容量的悖論現(xiàn)象，研究了這類弧容量變化對網(wǎng)絡最小飽和流值的影響. 3. 對隨機流動網(wǎng)絡防堵塞優(yōu)化設計及改造進行了研究：首先建立了弧容量有限制的網(wǎng)絡防堵塞優(yōu)化設計的一般模型，優(yōu)化原設計的弧容量以消除或盡量減少網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)上的堵塞點，用最經(jīng)濟的方法改善網(wǎng)絡的堵塞程度，提高網(wǎng)絡弧利用率.該模型具有一般性，算例分析了優(yōu)化設計方法的合理性和可行性；其次建立了已有交通網(wǎng)絡優(yōu)化改造的一般模型，并與最小成本改

4、造法相比較，結(jié)果表明該模型的合理性和普遍適用性. 4. 建立了評估隨機流動網(wǎng)絡流通性能的評價指標.分析了網(wǎng)絡運行過程中用戶選擇正向增廣路徑的不同方式對隨機飽和流分布的影響，提出了三種選擇路徑方案，利用Monte-Carlo仿真分別模擬出網(wǎng)絡中隨機飽和流的分布，比較這三種不同路徑選擇方式下隨機飽和流值的變化以及相對應的概率分布；其次基于網(wǎng)絡的期望流通值對網(wǎng)絡提出了優(yōu)化改造方案；最后研究了城市交通網(wǎng)絡防堵塞改造問題，目前單行道改造是

5、很多國家普遍推行的方法，本文基于評價指標建立了多重目標評估模型以找出最佳單行道改造方案. 5. 研究了隨機流動網(wǎng)絡運行過程中出現(xiàn)的兩類問題，其一是將通行時間考慮到飽和流問題中，動態(tài)網(wǎng)絡優(yōu)化不僅需要考慮飽和流值，還要考慮飽和流在網(wǎng)絡中的通行時間. 網(wǎng)絡中發(fā)生緊急事故時，若各用戶總是選擇通行時間最短的路徑增流，考慮單位流量通過弧花費的時間與弧上已有流量和容量均有一定的函數(shù)關系，則每次增流的路徑不盡相同.提出了最短時間飽和流問題及相應

6、的算法研究，該飽和流反映了基于用戶需求最大化的目標；其二是對帶模糊約束的隨機流動網(wǎng)絡飽和流問題進行了研究.討論了網(wǎng)絡中弧容量約束模糊的情況下，如何以最大的滿意度滿足模糊條件得到最佳最大流和最佳最小飽和流，給出了相應的算法研究，使飽和流問題變成一個模糊環(huán)境下的決策問題. 6. 對隨機流動網(wǎng)絡的可靠性進行了研究：利用網(wǎng)絡飽和流模型仿真出網(wǎng)絡中各弧不同流量的概率分布，隨機流動網(wǎng)絡的可靠性用網(wǎng)絡飽和流不小于給定需求的概率值來衡量.基于網(wǎng)

7、絡飽和時堵塞截面中弧流量分布決定了網(wǎng)絡飽和流值的性質(zhì)，將網(wǎng)絡飽和流不小于給定需求的可靠性轉(zhuǎn)化為求解堵塞截面中反向弧流量和不大于某個確定值的概率.算例說明了可靠性算法的實用性和有效性.最后是對隨機流動網(wǎng)絡可靠性研究的一個實際應用的例子，突發(fā)公共安全事件對人類造成的威脅，由于地域和經(jīng)濟因素，很多區(qū)域無法建立完善的醫(yī)療救護站.本文考慮構(gòu)建醫(yī)療救護網(wǎng)絡系統(tǒng)，該系統(tǒng)內(nèi)至少有一個醫(yī)療救護站，可以向系統(tǒng)內(nèi)的其他區(qū)域輻射醫(yī)療救護功能. 從受災區(qū)域到醫(yī)療