طوبولوجيا شبكة الكمبيوتر هي مخطط الاتصال والترتيب المادي لأجهزة الشبكة، بما في ذلك أجهزة الكمبيوتر، فيما يتعلق ببعضها البعض.

تتيح لك طوبولوجيا شبكة الكمبيوتر رؤية الشبكة بأكملها، أو بالأحرى بنيتها، وكذلك تحليل اتصال جميع الأجهزة المضمنة في الشبكة. تحدد نظرية تقنيات الإنترنت عدة أنواع من طوبولوجيا الشبكة: طوبولوجيا مادية وإعلامية ومنطقية ومراقبة التبادل. في هذه المقالة، سنهتم فقط بالطوبولوجيا المادية للشبكة.

عليك أن تفهم أنه من الناحية النظرية، يمكن أن يكون عدد طرق توصيل الأجهزة على الشبكة لا نهائيًا. وكلما زاد عدد الأجهزة الموجودة على الشبكة، زادت طرق الاتصال. لكن هذا لا يعني أنه من المستحيل تصنيف أنواع الاتصالات المادية، وبالتالي تحديد الأنواع الرئيسية لطوبولوجيا الشبكة.

يميز ثلاثة أنواع رئيسية ونوعين إضافيين من الطوبولوجيا:

1. طوبولوجيا الشبكة النجمية؛
2. طوبولوجيا الحلقة؛
3. طوبولوجيا شبكة الحافلات؛
4. شبكة طوبولوجيا؛
5. طوبولوجيا الشبكة المختلطة.

دعونا ننظر في جميع أنواع الطبولوجيا.

طوبولوجيا شبكة الكمبيوتر - الأنواع الرئيسية

طوبولوجيا شبكة الكمبيوتر النجمية

في وسط طوبولوجيا النجمة يوجد الخادم. جميع أجهزة الشبكة (أجهزة الكمبيوتر) متصلة بالخادم. يتم إرسال الطلبات من الأجهزة إلى الخادم، حيث تتم معالجتها. فشل الخادم "يقتل" الشبكة بأكملها. لا يؤثر فشل جهاز واحد على تشغيل الشبكة.

طوبولوجيا الحلقة لشبكة الكمبيوتر

تتضمن البنية الحلقية لشبكة الكمبيوتر اتصالاً مغلقًا للأجهزة. يتم توصيل إخراج جهاز واحد بإدخال الجهاز التالي. تتحرك البيانات في دائرة. وتتميز هذه الهيكلية بعدم جدوى الخادم، ولكن إخراج جهاز شبكة واحد "يقتل" الشبكة بأكملها.

طوبولوجيا شبكة الحافلات

طوبولوجيا شبكة الناقل هي اتصال متوازي لأجهزة الشبكة بكابل مشترك. لا يؤثر فشل جهاز واحد على تشغيل الشبكة، ولكن تعطل الكابل (الحافلة) "يقطع" الشبكة بأكملها.

شبكة طوبولوجيا

تعتبر طوبولوجيا الشبكة نموذجية للشبكات الكبيرة. يمكن وصف هذه الطوبولوجيا بأنها "الجميع يتصل بالجميع". أي أن كل محطة عمل ستتصل بجميع الأجهزة الموجودة على الشبكة.

طوبولوجيا الشبكة المختلطة

مبدأ تشغيل الطوبولوجيا المختلطة واضح من الاسم. هذه الطوبولوجيا نموذجية للشركات الكبيرة جدًا.

قد يبدو أن مفهوم طوبولوجيا الشبكة ينطبق فقط على الشبكات المحلية. وهذا بالطبع ليس صحيحا. وكمثال، دعونا نلقي نظرة عامة على طوبولوجيا شبكة الشبكات العالمية - الإنترنت.

طوبولوجيا الإنترنت

لنبدأ في تحليل طوبولوجيا الإنترنت من الرابط "الأدنى" - جهاز الكمبيوتر الخاص بالمستخدم.

يتصل كمبيوتر المستخدم، عبر مودم أو مباشرة، بمزود الإنترنت المحلي. تُسمى نقطة الاتصال بين كمبيوتر المستخدم وخادم الموفر بنقطة التواجد أو POP - نقطة التواجد.

وبدوره يمتلك المزود شبكته المحلية المكونة من خطوط اتصال وأجهزة توجيه. يتم إرسال حزم البيانات التي يتلقاها الموفر إما إلى مضيف الموفر أو إلى مشغل الشبكة الأساسي.

وفي المقابل، يمتلك مشغلو الطرق السريعة شبكاتهم الأساسية الدولية (عالية السرعة). تربط هذه الشبكات مقدمي الخدمات المحليين مع بعضهم البعض.

تقوم الشركات المضيفة وشركات الإنترنت الكبيرة بإنشاء مزارع الخوادم الخاصة بها (مراكز البيانات)، والتي ترتبط مباشرة بالطرق السريعة.

تعالج هذه المراكز عشرات الآلاف من طلبات صفحات الويب في الثانية. كقاعدة عامة، توجد مراكز البيانات في المباني المستأجرة لمشغلي العمود الفقري، حيث توجد أجهزة التوجيه الأساسية.

جميع الطرق السريعة مترابطة. تسمى نقاط الاتصال بنقاط دخول الشبكة أو نقاط الوصول إلى الشبكة - NAPs. وهذا يسمح بنقل حزمة المعلومات المرسلة من الطريق السريع إلى الطريق السريع.

يصف مصطلح طوبولوجيا، أو طوبولوجيا الشبكة، الترتيب المادي لأجهزة الكمبيوتر والكابلات ومكونات الشبكة الأخرى. الطوبولوجيا هو مصطلح قياسي يستخدمه المحترفون لوصف التصميم الأساسي للشبكة. إذا فهمت كيفية استخدام الطبولوجيا المختلفة، فسوف تكون قادرًا على فهم القدرات التي تتمتع بها أنواع الشبكات المختلفة. لمشاركة الموارد أو تنفيذ مهام أخرى على الشبكة، يجب أن تكون أجهزة الكمبيوتر متصلة ببعضها البعض. تستخدم معظم الشبكات الكابلات لهذا الغرض. ومع ذلك، فإن توصيل جهاز الكمبيوتر الخاص بك بكابل يربط أجهزة الكمبيوتر الأخرى ليس كافيًا. تتطلب الأنواع المختلفة من الكابلات المدمجة مع بطاقات الشبكة المختلفة وأنظمة تشغيل الشبكة والمكونات الأخرى مواضع نسبية مختلفة لأجهزة الكمبيوتر. تفرض كل طوبولوجيا شبكة عددًا من الشروط. على سبيل المثال، لا يمكنه تحديد نوع الكابل فحسب، بل يمكنه أيضًا تحديد طريقة وضعه. يمكن للطوبولوجيا أيضًا تحديد كيفية تواصل أجهزة الكمبيوتر الموجودة على الشبكة. تتوافق أنواع مختلفة من الطبولوجيا مع طرق اتصال مختلفة، وهذه الأساليب لها تأثير كبير على الشبكة.

الطبولوجيا الأساسية

يتم بناء جميع الشبكات على أساس ثلاثة طبولوجيا أساسية:

• حافلة (حافلة)؛
• نجمة (نجمة) ؛
• جرس.

عندما يتم توصيل أجهزة الكمبيوتر عبر كابل واحد [مقطع]، تسمى الهيكل بالحافلة. عندما يتم توصيل أجهزة الكمبيوتر بأجزاء كابل تنشأ من نقطة واحدة، أو محور واحد، تسمى البنية الهيكلية بالطوبولوجيا النجمية. إذا كان الكابل الذي تتصل به أجهزة الكمبيوتر مغلقًا في حلقة، فإن هذه الهيكلية تسمى حلقة. على الرغم من أن الطوبولوجيات الأساسية نفسها بسيطة، إلا أنه في الواقع غالبًا ما توجد مجموعات معقدة جدًا تجمع بين خصائص العديد من الطوبولوجيات.

إطار العجلة

غالبًا ما تسمى طوبولوجيا الحافلة بالحافلة الخطية. تعتبر هذه الطوبولوجيا واحدة من أبسط الطبولوجيا وأكثرها انتشارًا. ويستخدم كبلًا واحدًا يسمى العمود الفقري أو المقطع الذي يتم من خلاله توصيل جميع أجهزة الكمبيوتر الموجودة على الشبكة.

التفاعل مع الكمبيوتر

في الشبكة ذات طوبولوجيا الناقل، تقوم أجهزة الكمبيوتر بتوجيه البيانات إلى كمبيوتر معين عن طريق إرسالها عبر كابل في شكل إشارات كهربائية. لفهم عملية الاتصال بالكمبيوتر عبر الحافلة، يجب عليك فهم المفاهيم التالية:

نقل الإشارات

انعكاس الإشارة المنهي.

نقل الإشارة

يتم نقل البيانات في شكل إشارات كهربائية إلى كافة أجهزة الكمبيوتر الموجودة على الشبكة؛ ومع ذلك، يتم تلقي المعلومات فقط من قبل الشخص الذي يتوافق عنوانه مع عنوان المستلم "المشفر بهذه الإشارات. علاوة على ذلك، في أي وقت، يمكن لجهاز كمبيوتر واحد فقط الإرسال. وبما أن البيانات يتم نقلها إلى الشبكة بواسطة جهاز كمبيوتر واحد فقط، فإن أداءها يعتمد على على عدد أجهزة الكمبيوتر المتصلة بالحافلة، كلما زاد عدد أجهزة الكمبيوتر التي تنتظر نقل البيانات، كلما كانت الشبكة أبطأ، ومع ذلك، من المستحيل استخلاص علاقة مباشرة بين عرض النطاق الترددي للشبكة وعدد أجهزة الكمبيوتر الموجودة فيها لأنه بالإضافة إلى عدد أجهزة الكمبيوتر، تتأثر سرعة الشبكة بعدة عوامل منها:

خصائص الأجهزة لأجهزة الكمبيوتر على الشبكة؛

التردد الذي تنقل به أجهزة الكمبيوتر البيانات؛

نوع تطبيقات الشبكة قيد التشغيل؛

نوع كابل الشبكة؛

المسافة بين أجهزة الكمبيوتر على الشبكة.

الحافلة عبارة عن طوبولوجيا سلبية. وهذا يعني أن أجهزة الكمبيوتر "تستمع" فقط إلى البيانات المنقولة عبر الشبكة، ولكنها لا تنقلها من المرسل إلى المتلقي. لذلك، إذا تعطل أحد أجهزة الكمبيوتر، فلن يؤثر ذلك على عمل الأجهزة الأخرى. في الطبولوجيا النشطة، تقوم أجهزة الكمبيوتر بإعادة إنشاء الإشارات ونقلها عبر الشبكة.

انعكاس الإشارة

تنتقل البيانات أو الإشارات الكهربائية عبر الشبكة - من أحد طرفي الكابل إلى الطرف الآخر. إذا لم يتم اتخاذ أي إجراء خاص، فسوف تنعكس الإشارة التي تصل إلى نهاية الكابل ولن تسمح لأجهزة الكمبيوتر الأخرى بالإرسال. لذلك، بعد وصول البيانات إلى الوجهة، يجب إطفاء الإشارات الكهربائية.

المنهي

ولمنع انعكاس الإشارات الكهربائية، يتم تركيب نهايات عند كل طرف من طرفي الكابل لامتصاص هذه الإشارات. يجب أن تكون جميع أطراف كابل الشبكة متصلة بشيء ما، مثل جهاز كمبيوتر أو موصل أسطواني - لزيادة طول الكابل. يجب توصيل جهاز الإنهاء بأي طرف حر - غير متصل - للكابل لمنع انعكاس الإشارات الكهربائية.

انتهاك سلامة الشبكة

ينقطع كابل الشبكة عندما يكون مكسورًا فعليًا أو يتم فصل أحد طرفيه. ومن الممكن أيضاً عدم وجود نهايات عند طرف أو أكثر من أطراف الكابل مما يؤدي إلى انعكاس الإشارات الكهربائية في الكابل وانتهاء الشبكة. الشبكة تتساقط. تظل أجهزة الكمبيوتر نفسها الموجودة على الشبكة تعمل بكامل طاقتها، ولكن طالما أن المقطع مكسور، فلن تتمكن من التواصل مع بعضها البعض.

نجمة

في الهيكل النجمي، يتم توصيل جميع أجهزة الكمبيوتر عبر مقاطع الكابل بمكون مركزي يسمى المحور. تنتقل الإشارات من جهاز الكمبيوتر المرسل عبر المحور إلى أي شخص آخر. نشأت هذه الهيكلية في الأيام الأولى للحوسبة، عندما كانت أجهزة الكمبيوتر متصلة بجهاز كمبيوتر مركزي رئيسي.

في الشبكات النجمية، تكون إدارة الكابلات وتكوين الشبكة مركزية. ولكن هناك أيضًا عيبًا: نظرًا لأن جميع أجهزة الكمبيوتر متصلة بنقطة مركزية، فإن استهلاك الكابلات يزيد بشكل كبير بالنسبة للشبكات الكبيرة. بالإضافة إلى ذلك، إذا فشل المكون المركزي، فسيتم تعطيل الشبكة بأكملها. وإذا فشل جهاز كمبيوتر واحد فقط (أو الكبل الذي يربطه بالمحور)، فلن يتمكن هذا الكمبيوتر فقط من إرسال أو استقبال البيانات عبر الشبكة. لن يؤثر هذا على أجهزة الكمبيوتر الأخرى الموجودة على الشبكة.

جرس

في الهيكل الحلقي، يتم توصيل أجهزة الكمبيوتر بكابل يشكل حلقة. لذلك، لا يمكن أن يكون للكابل ببساطة نهاية حرة يجب توصيل جهاز الإنهاء بها. تنتقل الإشارات على طول الحلقة في اتجاه واحد وتمر عبر كل جهاز كمبيوتر. على عكس طوبولوجيا الناقل السلبي، يعمل كل كمبيوتر كمكرر، حيث يقوم بتضخيم الإشارات وتمريرها إلى الكمبيوتر التالي. ولذلك، إذا فشل أحد أجهزة الكمبيوتر، تتوقف الشبكة بأكملها عن العمل.

تمرير رمزية

أحد مبادئ نقل البيانات في الشبكة الحلقية يسمى تمرير الرمز المميز. جوهر ذلك هو هذا. ويتم نقل الرمز المميز بشكل تسلسلي، من كمبيوتر إلى آخر، حتى يستقبله الشخص الذي "يريد" نقل البيانات. يقوم الكمبيوتر المرسل بتعديل الرمز المميز، ويضع عنوان البريد الإلكتروني في البيانات، ويرسله حول الحلقة.

تمر البيانات عبر كل جهاز كمبيوتر حتى تصل إلى الجهاز الذي يتطابق عنوانه مع عنوان المستلم المحدد في البيانات. بعد ذلك، يرسل الكمبيوتر المستقبل رسالة إلى الكمبيوتر المرسل، يؤكد فيها استلام البيانات. بمجرد أن نتلقى التأكيد، يقوم الكمبيوتر المرسل بإنشاء رمز مميز جديد وإعادته إلى الشبكة. للوهلة الأولى، يبدو أن نقل العلامة يستغرق الكثير من الوقت، ولكن في الواقع تتحرك العلامة بسرعة الضوء تقريبًا. في حلقة يبلغ قطرها 200 متر، يمكن للعلامة أن تدور بتردد 10000 دورة في الثانية.

إرسال عملك الجيد في قاعدة المعرفة أمر بسيط. استخدم النموذج أدناه

سيكون الطلاب وطلاب الدراسات العليا والعلماء الشباب الذين يستخدمون قاعدة المعرفة في دراساتهم وعملهم ممتنين جدًا لك.

نشر على http://www.allbest.ru/

مقدمة

شبكات الاتصال الأساسية هي مجموعة من عقد الشبكة والمحطات وخطوط النقل (بتعبير أدق، المسارات الخطية) التي تربطها ببعضها البعض وتشكل شبكة من القنوات والمسارات القياسية. إن الطبيعة المتفرعة والمتعددة المستويات لهذه الشبكة تجبر جميع الأعمال المتعلقة بالتصميم والتركيب والتكوين والتشغيل وإعادة الإعمار والتحديث وما إلى ذلك، على أن يتم تنفيذها في أقسام منفصلة من الشبكة الأساسية. فيما يتعلق بالشبكة الأولية بين المدن (المنطقية أو العمود الفقري)، تسمى هذه الأقسام بالشبكات الأساسية. يشتمل العمود الفقري على عقدتين أو أكثر من عقد الشبكة (المحطات) التي تضم الأجهزة الطرفية و/أو معدات النقل للعديد من أنظمة النقل (TS)، بالإضافة إلى واحد أو أكثر من خطوط الاتصال المادية التي يتم من خلالها تنظيم المسارات الخطية لمزودي الخدمة هذه. وفي المقابل، تحتوي المسارات الخطية على نقاط تضخيم (أو تجديد) مخدومة أو غير مراقبة، ونقاط تصحيح، وفروع، وما إلى ذلك. وبالتالي، فإن الطريق السريع هو جهاز معقد ومكلف إلى حد ما وله أهمية اقتصادية كبيرة لمنطقة كبيرة نسبيًا من البلاد.

الهدف من مشروع الدورة هو تحسين طوبولوجيا الشبكة وفقًا لمعيار الحد الأدنى للطول باستخدام طريقة الفرع والربط.

1 تحليل مقارن لطوبولوجيا شبكات الاتصالات

1.1 مراحل تطوير الشبكة

طوبولوجيا طول شبكة الاتصالات

لقد تطورت أنواع مختلفة من الاتصالات بشكل مستقل عن بعضها البعض لفترة طويلة من الزمن. ركز كل نوع من أنواع الاتصالات على إنشاء القنوات وأنظمة النقل والشبكات الخاصة به. تم اختيار بنية الشبكة وفقًا لتوزيع تدفقات الرسائل المميزة لنوع معين من الاتصالات. بدأت بعض الصناعات والنقل في إنشاء شبكاتها الخاصة المصممة لتلبية احتياجات المراسلة الخاصة بالصناعة. إن تفكك الوسائل التقنية لم يسمح بزيادة كفاءة مجموعة من الشبكات في جميع أنحاء البلاد فحسب، بل أعاق أيضًا تطوير شبكات منفصلة. لذلك، بالفعل في أوائل الستينيات. أصبح من الواضح أن الاتجاه الواعد في تطوير الشبكات هو توحيد الشبكات. تقرر إنشاء EASC (شبكة الاتصالات الآلية الموحدة). قامت EASC على توحيد الشبكات الصغيرة المتباينة والمتعددة في شبكات وطنية لكل نوع من أنواع الاتصالات، ثم في شبكة واحدة بغرض تقاسم وسائل تقنية معينة، وقبل كل شيء، أنظمة النقل وأنظمة التبديل.

عند إنشاء EASC، تم الأخذ في الاعتبار أن وسائل تقنية معينة تدخل في عملية الإرسال بغض النظر عن نوع الرسائل، أي أنها شائعة. وفي هذا الصدد، بدأ تقسيم شبكة الدولة بأكملها إلى مكونين مترابطين:

1) الشبكة الأساسية - مجموعة من محطات الشبكة وعقد الشبكة (المحددة في الملحق) وخطوط النقل التي تربط بينها، مما يسمح لك بتنظيم شبكة من قنوات النقل ومسارات المجموعة.

ويأخذ هيكل الشبكة الأساسية في الاعتبار التقسيم الإداري لإقليم الدولة. تنقسم المنطقة بأكملها إلى مناطق، والتي، كقاعدة عامة، تتزامن مع أراضي المناطق والأقاليم. وبناءً على ذلك، تتكون الشبكة الأساسية أيضًا من الأجزاء التالية:

* الشبكات الأولية المحلية - جزء من الشبكة يقتصر على أراضي المدينة أو المنطقة الريفية؛

* الشبكات الأولية للمناطق - جزء من الشبكة يغطي أراضي المنطقة (منطقة، إقليم، جمهورية)، مما يضمن الربط بين قنوات الشبكات المحلية المختلفة داخل منطقة واحدة؛

* الشبكة الأساسية الأساسية - جزء من الشبكة التي تربط قنوات شبكات المناطق المختلفة في جميع أنحاء البلاد.

يظهر هيكل الشبكة الأساسية في الشكل 1.1.

الشكل 1.1 - بنية الشبكة الأساسية

2) الشبكة الثانوية - مجموعة من الوسائل التقنية التي تضمن نقل رسائل من نوع معين، وتشمل: الأجهزة الطرفية، وخطوط المشتركين والربط، ومحطات التبديل، وكذلك القنوات المخصصة من الشبكة الأولية لتكوين شبكة ثانوية.

وتنقسم الشبكات الثانوية إلى الأنواع التالية:

* هاتف؛

* التلغراف.

* نقل البيانات.

* فاكس؛

* البث التلفزيوني؛

* البث الصوتي .

1.2 الطرق الأساسية لبناء شبكات الاتصالات

أحد المتطلبات الرئيسية لشبكات نقل الرسائل الفردية (الهاتف، التلغراف، الفاكس، نقل البيانات) هو أن الشبكة يجب أن توفر لكل مستخدم الفرصة للاتصال بمستخدم آخر. ولتحقيق هذا المطلب، يتم بناء شبكة الاتصالات وفق مبدأ معين يعتمد على ظروف التشغيل. وبالتالي، يمكن أن يكون لشبكات الاتصالات هياكل مختلفة، أي أنها تختلف في عدد ومواقع المحاور والنقاط الطرفية (المحطات)، وكذلك في طبيعة ربطها البيني. ويبين الشكل 1.2 طرق بناء شبكات الاتصالات.

من خلال طريقة البناء المتصلة بالكامل (مبدأ "كل إلى كل")، يكون هناك اتصال مباشر بين العقد. يُستخدم عندما يكون هناك عدد صغير من العقد على الشبكة (الشكل 1.2 أ).

مع الطريقة الشعاعية لبناء الشبكة، يتم الاتصال بين العقد من خلال عقدة مركزية (الشكل 1.2 ب). يُستخدم عند بناء شبكة على مساحة صغيرة نسبيًا.

على مساحة كبيرة، يتم بناء شبكة الاتصالات باستخدام طريقة العقدة الشعاعية (الشكل 1.2 ج).

توفر طريقة الحلقة لبناء الشبكة إمكانية الاتصال في اتجاه عقارب الساعة وعكس اتجاه عقارب الساعة (الشكل 1.2 د). وفي هذه الحالة، إذا حدث ضرر في منطقة معينة، تظل الشبكة عاملة.

من خلال الطريقة المدمجة لبناء الشبكة، يتم توصيل العقد الموجودة في المستوى الهرمي العلوي وفقًا لمخطط متصل بالكامل (الشكل 1.2 هـ). في هذه الحالة، لا يؤدي خروج إحدى العقد إلى تعطيل عمل الشبكة بأكملها.

الشكل 1.2 - طرق بناء شبكات الاتصالات

2 بناء نموذج لطوبولوجيا شبكة الاتصالات المزمع تطويرها

يتم عرض البيانات في شكل جدول 2.1

الجدول 2.1 - المسافات بين عقد الشبكة المصممة

سمورجون

أوستروفيتس

بليشنيتسي

جلوبوكو

شاركوفيشينا

مولوديتشنو

رادوشكوفيتشي

زاسلافل

مشكلة البائع المتجول.

لنأخذ كطريق تعسفي:

X 0 = (1.2);(2.3);(3.4);(4.5);(5.6);(6.7);(7.8);(8.9) ;(9,10);(10,11);(11, 12)؛ (12,13); (13,14); (14,15); (15.1)؛

ثم F(X 0) = 56 + 31 + 32 + 80 + 27 + 77 + 80 + 29 + 155 + 87 + 66 + 21 + 43 + 17 = 801

3 تطوير إجراء حسابي لتحسين طوبولوجيا الشبكة المطورة

إن جوهر أسلوب البرمجة الديناميكية هو التعامل مع حل المشكلة على مراحل، كل منها يرتبط بمتغير واحد متحكم فيه. تضمن مجموعة من الإجراءات الحسابية المتكررة التي تربط المراحل المختلفة الحصول على الحل الأمثل المقبول للمشكلة ككل عند الوصول إلى المرحلة الأخيرة.

سمورجون

أوستروفيتس

بليشنيتسي

جلوبوكو

شاركوفيشينا

مولوديتشنو

رادوشكوفيتشي

زاسلافل

عند حل مشكلة إيجاد المسار الأمثل، يتم تقسيم المشكلة إلى عمليات (حسب عدد العقد)، في هذه الحالة 15. تبدأ العملية من العقدة رقم 1. في الواقع، لا يهم أين تبدأ لا يزال المسار دائريًا ويغطي جميع العقد.

في المرحلة الأولى، سيكون الإجراء الحسابي هو المسافة من العقدة رقم 1 إلى كل من العقد المتبقية.

العملية رقم	معنى

في المرحلة التالية، تأخذ قيمة الإجراء الحسابي قيمة الحد الأدنى للمسافة إلى العقدة التالية (أي عقدة).

العملية رقم	قيمة المرحلة 1	قيمة المرحلة 2

يتم تحديد الحد الأدنى من الوظيفة ويتم الانتقال إلى المرحلة التالية. يرجى ملاحظة أنه يمكنك على الفور إزالة القيم غير الصحيحة بشكل واضح من قيم الوظائف. كما لا ينبغي أن تؤخذ في الاعتبار القيم التي تؤدي إلى "الاتجاه المعاكس".

4 تطوير مخطط التدفق لبرنامج Shell ومخطط التدفق لإجراءات البرنامج الرئيسية لتحسين طوبولوجيا الشبكة

نظرًا لأن الإجراءات الرئيسية عبارة عن تعبيرات متكررة، لم يكن من العملي استخلاصها في إجراءات منفصلة مع تجميع الخوارزميات.

5 تطوير وتصحيح أخطاء برنامج لتحسين طوبولوجيا شبكة الاتصالات وفقاً لمعيار الحد الأدنى لطولها

تم تطوير البرنامج بلغة البرمجة جافا. Java هي لغة برمجة كائنية التوجه طورتها شركة Sun Microsystems منذ عام 1991 وتم إصدارها رسميًا في 23 مايو 1995. في البداية، كانت لغة البرمجة الجديدة تسمى أوك (جيمس جوسلينج) وتم تطويرها للإلكترونيات الاستهلاكية، ولكن تم تغيير اسمها لاحقًا إلى جافا وبدأ استخدامها لكتابة التطبيقات الصغيرة والتطبيقات وبرامج الخادم

ما يميز Java عن غيرها من لغات البرمجة ذات الأغراض العامة هو أنها توفر إنتاجية برمجة عالية بدلاً من أداء التطبيقات أو كفاءة الذاكرة.

تستخدم Java اصطلاحات متطابقة تقريبًا للإعلان عن المتغيرات وتمرير المعلمات وتمرير العوامل والتحكم في تدفق تنفيذ التعليمات البرمجية. تضيف Java جميع الميزات الجيدة لـ C++.

تجتمع ثلاثة عناصر أساسية معًا لتشكل تقنية لغة Java

توفر Java استخدامًا واسع النطاق لتطبيقاتها الصغيرة، وهي تطبيقات شبكة نشطة صغيرة وقوية وديناميكية ومستقلة عن النظام الأساسي ومضمنة في صفحات الويب. يمكن تخصيص تطبيقات Java وتوزيعها على المستهلكين بسهولة مثل أي مستند HTML

تطلق Java العنان لقوة تطوير التطبيقات الموجهة للكائنات من خلال الجمع بين بناء الجملة البسيط والمألوف وبيئة التطوير القوية وسهلة الاستخدام. يتيح ذلك لمجموعة واسعة من المبرمجين إنشاء برامج جديدة وتطبيقات جديدة بسرعة

توفر Java للمبرمج مجموعة غنية من فئات الكائنات لتلخص بشكل واضح العديد من وظائف النظام المستخدمة في النوافذ والشبكات والإدخال/الإخراج. الميزة الرئيسية لهذه الفئات هي أنها توفر تجريدات مستقلة عن النظام الأساسي لمجموعة واسعة من واجهات النظام

الميزة الكبيرة لـ Java هي أنها تسمح لك بإنشاء تطبيقات يمكن تشغيلها على منصات متعددة. تتصل أجهزة الكمبيوتر بمختلف أنواعها بالإنترنت - أجهزة كمبيوتر Pentium PC وMacintosh ومحطات عمل Sun وما إلى ذلك. حتى داخل أجهزة الكمبيوتر المعتمدة على معالجات Intel، هناك العديد من الأنظمة الأساسية، على سبيل المثال، Microsoft Windows الإصدار 3.1، Windows 95، Windows NT، OS/2، Solaris، وإصدارات مختلفة من نظام التشغيل UNIX مع الغلاف الرسومي XWindows. وفي الوقت نفسه، عند إنشاء خادم ويب على الإنترنت، أود أن يستخدمه أكبر عدد ممكن من الأشخاص. في هذه الحالة، ستكون تطبيقات Java، المصممة للعمل على منصات مختلفة ولا تعتمد على نوع معين من المعالج ونظام التشغيل، مفيدة.

يأخذ البرنامج البيانات الأولية من ملف نصي وهو عبارة عن جدول. يتم تحديد المسار إلى الملف في نص البرنامج. القيمة الافتراضية هي "D:\\cites.txt". عدد المدن مهم إذا تغير عددها، فمن الضروري تغيير قيمة المتغير n.

لسهولة إخراج النتائج، يشار إلى اسم المدن في البرنامج؛ لتغييرها، تحتاج أيضا إلى تغيير رمز البرنامج. إذا لم يتم تغيير الأسماء، يعمل البرنامج بشكل صحيح ويمكن استخدام أرقام المدن كأساس.

يتم عرض نتائج التحسين على الشاشة، مما يشير إلى الطول الإجمالي للمسار.

6 حساب الطوبولوجيا المثلى لشبكة الاتصالات المقرر تطويرها وتحليل نموذج طوبولوجيا الشبكة للحساسية للتغيرات في المعلمات

يتم عرض نتائج البرنامج في الشكل 5.2. علاوة على ذلك، تم التحقق من النتيجة في خوارزميات أخرى.

يظهر مخطط الطريق المرتبط بخريطة جمهورية بيلاروسيا في الشكل 6.1.

خاتمة

ونتيجة للدورة، تم الحصول على مهارات لا تقدر بثمن في تصميم وتحسين شبكات الاتصالات السلكية واللاسلكية. تم تطوير خوارزمية لبرنامج التحسين، وتم تنفيذ البرنامج وتنفيذ إجراء التحسين لتكوين شبكة معين. وتم التحقق من النتائج عن طريق الحساب اليدوي. تم استخدام طريقة الفرع والربط كوسيلة لتحسين بنية الشبكة وفقًا لمعيار الحد الأدنى للطول.

قائمة المصادر المستخدمة

1. طه ح. مقدمة في بحوث العمليات / ترانس. من الانجليزية -م: ويليامز، 2005.

2. بندي ب. طرق التحسين. دورة تمهيدية. -م: الإذاعة والاتصال، 1988.

3. فاسيليف ف. الطرق العددية لحل المسائل المتطرفة. -م: ناوكا، 1980.

الملحق أ

نص البرنامج

استيراد java.io.*;

import java.util.ArrayList;

استيراد java.util.Arrays؛

import java.util.List;

import java.util.StringTokenizer;

الطبقة العامة ShortestPathDynamicMethods (

int العام الثابت readDistancesFromFile() يلقي FileNotFoundException (

File f1 = new File("D:\\Cities2.txt");

BufferedReader input = new BufferedReader(new FileReader(f1));

BufferedReader input1 = new BufferedReader(new FileReader(f1));

كثافة العمليات NUMBER_CITIES = 0؛

خط السلسلة = فارغ؛

بينما ((line = input1.readLine()) != null) (

NUMBER_CITIES++;

) قبض على (IOException e) (

printStackTrace();

صفيف int = int جديد؛

خط السلسلة = فارغ؛

بينما ((line = input.readLine()) != null) (

StringTokenizer st = new StringTokenizer(line);

بينما (st.hasMoreTokens()) (

String tkn = st.nextToken();

//System.out.println(tkn);

array[i][j] = Integer.parseInt(tkn);

) قبض على (IOException e) (

printStackTrace();

int العام الثابت getShortestDistance(int dist) (

قائمة cityList = new ArrayList ();

cityList.add("آيفي");

cityList.add("أوشمياني");

cityList.add("سمورجون");

cityList.add("أوستروفيتس");

cityList.add("بوستافي");

cityList.add("Myadel");

cityList.add("Pleshchenitsy");

cityList.add("عميق");

cityList.add("Sharkovshchina");

cityList.add("Volozhin");

cityList.add("Logoisk");

cityList.add("مولوديتشنو");

cityList.add("فيليكا");

cityList.add("رادوشكوفيتشي");

cityList.add("زاسلافل");

int n = dist. length;

int dp = new int[n];

ل(كثافة العمليات د: موانئ دبي)

Arrays.fill(d, Integer.MAX_VALUE / 2);

لـ (قناع int = 1؛ قناع< 1 << n; mask += 2) {

من أجل (int i = 1؛ i< n; i++) {

إذا ((قناع & 1<< i) != 0) {

ل(int j = 0; j< n; j++) {

إذا ((قناع & 1<< j) != 0) {

dp[i] = Math.min(dp[i], dp[j] + dist[j][i]);

int res = Integer.MAX_VALUE;

من أجل (int i = 1؛ i< n; i++) {

الدقة = Math.min(res, dp[(1<< n) - 1][i] + dist[i]);

إنت كير = (1<< n) - 1;

int order = new int[n];

لـ (int i = n - 1; i >= 1; i--) (

ل(int j = 1; j< n; j++) {

إذا ((cur & 1<< j) != 0 && (bj == -1 || dp + dist >موانئ دبي[ي] + ديست[ي])) (

كور ^= 1<< bj;

System.out.println("طلب اجتياز المدن:");

ل(int i = 0; i< order.length; i++)

System.out.println((i + 1) + " " + cityList.get(order[i]));

الفراغ العام الثابت الرئيسي (وسائط السلسلة) (

System.out.println("الحد الأدنى للمسافة: " + getShortestDistance(ShortestPathDynamicMethods.readDistancesFromFile()));

) الصيد (الاستثناء ه) (

printStackTrace();

تم النشر على موقع Allbest.ru

وثائق مماثلة

الدور والمبادئ العامة لبناء شبكات الحاسوب. الطوبولوجيات: الحافلة، الشبكة، مجتمعة. الأنظمة الأساسية لبناء شبكات Token Ring على أجهزة الكمبيوتر الشخصية. بروتوكولات نقل المعلومات. البرمجيات وتكنولوجيا تركيب الشبكة.

تمت إضافة الدورة التدريبية في 10/11/2013


حساب الشبكات ذات الحد الأدنى لطول الفروع. نموذج للبنية الشبكية لمحطات التوصيل على مبدأ "كل إلى كل". تحديد عدد القنوات بين نقاط الشبكة. توزيع القنوات على طول فروع الشبكة، مما يضمن الحد الأدنى من طول الاتصالات.

تمت إضافة الدورة التدريبية في 19/12/2013


دراسة تكوين وهيكل شبكة الهاتف لمسافات طويلة وخطة توزيع قنوات الشبكة الثانوية. تحليل مخطط مسار المحادثة بين أجهزة الهاتف للشبكات المحلية المختلفة. حساب المسارات والأقسام وموثوقية شبكة الهاتف المحولة.

تمت إضافة الدورة التدريبية في 19/03/2012


طوبولوجيا الشبكة: المفهوم العام والأصناف. الطبولوجيا النشطة والسلبية وميزاتها الرئيسية. طرق توسيع الشبكة. توسيع شبكة ذات طوبولوجيا نجمية، نظرة عامة على الطرق الرئيسية. الاتصال الزوجي للأجهزة عند تنظيم شبكة محلية.

تمت إضافة العرض بتاريخ 25/10/2013


دور شبكات الحاسوب، مبادئ البناء. بروتوكولات نقل المعلومات في شبكة ArcNet والطوبولوجيات ووسائل الاتصال المستخدمة. البرمجيات وتكنولوجيا المسح. أنظمة تشغيل شبكات الحاسوب. تعليمات الأمان.

تمت إضافة الدورة التدريبية في 10/11/2013


دراسة طوبولوجيا شبكة NGN - شبكة اتصالات الجيل القادم، مما يضمن نقل جميع أنواع حركة الوسائط مع المتطلبات المختلفة لجودة الخدمة ودعمها. آفاق استخدام تقنية NGN لبناء شبكة متعددة الخدمات.

تمت إضافة الدورة التدريبية في 25/08/2010


التقنيات الحديثة للوصول إلى الإنترنت. أنظمة الوصول اللاسلكية. أنظمة الألياف الضوئية والألياف المحورية. طبولوجيا الشبكة الموجودة. اختيار الطوبولوجيا والكابلات الضوئية ومسار التمديد. المبررات الاقتصادية للمشروع.

أطروحة، أضيفت في 17/04/2014


تحليل طرق إنشاء شبكات الهاتف العامة. حساب شدة حمل الهاتف على الشبكة وسعة حزم خطوط الاتصال. اختيار هيكل الشبكة الأساسية. اختيار نوع وحدات النقل SDH ونوع الكابل البصري.

تمت إضافة الدورة التدريبية في 22/02/2014


نطاق تطبيق الشبكات المحلية كوسيلة لتوصيل أجهزة الكمبيوتر. الطبولوجيا الأساسية المستخدمة في بناء شبكات الكمبيوتر. الشبكات المحلية من نظير إلى نظير والتسلسل الهرمي. جوهر طرق الاتصال بالكابلات والألياف الضوئية.

الملخص، أضيف في 12/05/2014


الطبولوجيا النموذجية الأساسية لشبكات الكمبيوتر ودراستها وتحليلها وتقييمها. استنتاج حول تشغيل الشبكات ذات طبولوجيا مختلفة (سلسلة، متصلة بالكامل، شبكة، مجتمعة). مزايا وعيوب الطبولوجيا التي تؤثر على أداء الشبكة.

تحت الطوبولوجيا(التخطيط والتكوين والهيكل) لشبكة الكمبيوتر يشير عادةً إلى الترتيب المادي لأجهزة الكمبيوتر على الشبكة نسبةً إلى بعضها البعض وطريقة اتصالها عبر خطوط الاتصال. ومن المهم أن نلاحظ أن مفهوم الطوبولوجيا يشير في المقام الأول إلى الشبكات المحلية، حيث يمكن بسهولة تتبع بنية الاتصالات. في الشبكات العالمية، عادة ما تكون بنية الاتصالات مخفية عن المستخدمين وليست ذات أهمية كبيرة، لأن كل جلسة اتصال يمكن تنفيذها على طول مسارها الخاص.
تحدد الطوبولوجيا متطلبات المعدات، ونوع الكابل المستخدم، والطرق الممكنة والأكثر ملاءمة لإدارة التبادل، وموثوقية التشغيل، وإمكانيات توسيع الشبكة.

هناك ثلاثة طبولوجيا الشبكة الرئيسية:

1. حافلة طوبولوجيا الشبكة(الحافلة)، حيث يتم توصيل جميع أجهزة الكمبيوتر بالتوازي مع خط اتصال واحد ويتم نقل المعلومات من كل كمبيوتر في وقت واحد إلى جميع أجهزة الكمبيوتر الأخرى (الشكل 1)؛

2. طوبولوجيا الشبكة النجمية(نجمة)، حيث يتم توصيل أجهزة الكمبيوتر الطرفية الأخرى بجهاز كمبيوتر مركزي واحد، كل منها يستخدم خط اتصال منفصل خاص به (الشكل 2)؛

3. حلقة طوبولوجيا الشبكة(الحلقة)، حيث يقوم كل حاسوب دائما بنقل المعلومات إلى حاسوب واحد فقط يليه في السلسلة، ويستقبل المعلومات فقط من الحاسوب السابق في السلسلة، وتكون هذه السلسلة مغلقة في “حلقة” (الشكل 3).

أرز. 1. طوبولوجيا الشبكة "الحافلة"

أرز. 2. طوبولوجيا شبكة النجوم

أرز. 3. طوبولوجيا الشبكة "الحلقة"

من الناحية العملية، غالبًا ما يتم استخدام مجموعات من الطوبولوجيا الأساسية، لكن معظم الشبكات تركز على هذه الثلاثة. دعونا الآن نفكر بإيجاز في ميزات طوبولوجيا الشبكة المدرجة.

طوبولوجيا الحافلة(أو، كما يطلق عليه أيضًا، "الحافلة المشتركة")، من خلال هيكلها، يسمح بهوية معدات الشبكة لأجهزة الكمبيوتر، وكذلك المساواة بين جميع المشتركين. مع مثل هذا الاتصال، لا يمكن لأجهزة الكمبيوتر الإرسال إلا بالتناوب، لأنه لا يوجد سوى خط اتصال واحد. وإلا فإن المعلومات المرسلة سوف تكون مشوهة نتيجة التداخل (الصراع، الاصطدام). وبالتالي، تنفذ الحافلة وضع التبادل أحادي الاتجاه (في كلا الاتجاهين، ولكن بدوره، وليس في وقت واحد).
في طوبولوجيا "الحافلة"، لا يوجد مشترك مركزي يتم من خلاله نقل جميع المعلومات، مما يزيد من موثوقيتها (بعد كل شيء، في حالة فشل أي مركز، يتوقف النظام بأكمله الذي يتحكم فيه هذا المركز عن العمل). تعد إضافة مشتركين جدد إلى الناقل أمرًا بسيطًا للغاية وعادةً ما يكون ممكنًا حتى أثناء تشغيل الشبكة. في معظم الحالات، تتطلب الحافلة الحد الأدنى من كابل التوصيل مقارنة بالهيكليات الأخرى. ومع ذلك، عليك أن تأخذ في الاعتبار أن كل جهاز كمبيوتر (باستثناء الجهازين الخارجيين) يحتوي على كابلين، وهو أمر ليس مناسبًا دائمًا.
نظرًا لأن حل التعارضات المحتملة في هذه الحالة يقع على عاتق معدات الشبكة لكل مشترك على حدة، فإن معدات محول الشبكة ذات طوبولوجيا "الناقل" أكثر تعقيدًا من الهياكل الأخرى. ومع ذلك، نظرًا للاستخدام الواسع النطاق للشبكات ذات طوبولوجيا "الناقل" (Ethernet وArcnet)، فإن تكلفة معدات الشبكة ليست مرتفعة جدًا.
لا تخشى الحافلة فشل أجهزة الكمبيوتر الفردية، لأن جميع أجهزة الكمبيوتر الأخرى الموجودة على الشبكة يمكنها الاستمرار في التبادل بشكل طبيعي. قد يبدو أن الحافلة غير تالفة والكابل مكسور، لأنه في هذه الحالة لدينا حافلتان تعملان بكامل طاقتهما. ومع ذلك، نظرًا لخصائص انتشار الإشارات الكهربائية عبر خطوط الاتصال الطويلة، فمن الضروري توفير إمكانية تضمين أجهزة خاصة في نهايات الناقل - أجهزة الإنهاء، الموضحة في الشكل. 1 على شكل مستطيلات. وبدون تضمين نقاط الإنهاء، تنعكس الإشارة من نهاية الخط ويتم تشويهها بحيث يصبح الاتصال عبر الشبكة مستحيلاً. لذلك، في حالة كسر الكابل أو تلفه، ينقطع تنسيق خط الاتصال، ويتوقف الاتصال حتى بين أجهزة الكمبيوتر التي تظل متصلة ببعضها البعض. تؤدي دائرة كهربائية قصيرة في أي نقطة على كابل الناقل إلى تعطيل الشبكة بالكامل. من الصعب جدًا تحديد أي فشل في معدات الشبكة على الناقل، لأن جميع المحولات متصلة بالتوازي، وليس من السهل فهم أي منها فشل.
عند المرور عبر خط اتصال لشبكة ذات طوبولوجيا "الحافلة"، تضعف إشارات المعلومات ولا تتجدد بأي شكل من الأشكال، مما يفرض قيودًا صارمة على الطول الإجمالي لخطوط الاتصال بالإضافة إلى ذلك، يمكن لكل مشترك استقبال إشارات بمستويات مختلفة؛ من الشبكة حسب المسافة إلى المشترك المرسل. وهذا يضع متطلبات إضافية على استقبال العقد من معدات الشبكة. لزيادة طول الشبكة ذات طوبولوجيا "الحافلة"، غالبًا ما يتم استخدام عدة قطاعات (كل منها عبارة عن ناقل)، متصلة ببعضها البعض باستخدام محدثات الإشارة الخاصة - المكررات.
ومع ذلك، فإن مثل هذه الزيادة في طول الشبكة لا يمكن أن تستمر إلى أجل غير مسمى، لأن هناك أيضًا قيود مرتبطة بالسرعة المحدودة لانتشار الإشارة على طول خطوط الاتصال.

طوبولوجيا النجوم- هذه طوبولوجيا ذات مركز محدد بوضوح يتصل به جميع المشتركين الآخرين. يتم تبادل جميع المعلومات حصريًا من خلال الكمبيوتر المركزي، والذي يضع بهذه الطريقة عبئًا ثقيلًا للغاية، وبالتالي لا يمكنه فعل أي شيء آخر غير الشبكة. من الواضح أن معدات الشبكة الخاصة بالمشترك المركزي يجب أن تكون أكثر تعقيدًا بكثير من معدات المشتركين الطرفيين. في هذه الحالة، ليست هناك حاجة للحديث عن الحقوق المتساوية للمشتركين. كقاعدة عامة، يكون الكمبيوتر المركزي هو الأقوى، ويتم تعيين جميع وظائف إدارة التبادل إليه. من حيث المبدأ، لا يوجد أي تعارض في شبكة ذات طوبولوجيا نجمية، لأن الإدارة مركزية تمامًا، ولا يوجد سبب للتعارض.
إذا تحدثنا عن مقاومة النجم لأعطال الحاسوب، فإن عطل الحاسوب الطرفي لا يؤثر بأي شكل من الأشكال على عمل الجزء المتبقي من الشبكة، لكن أي عطل في الحاسوب المركزي يجعل الشبكة غير صالحة للعمل بشكل كامل. ولذلك، يجب اتخاذ تدابير خاصة لتحسين موثوقية الكمبيوتر المركزي ومعدات الشبكة الخاصة به. يؤدي قطع أي كابل أو حدوث ماس كهربائي فيه في طوبولوجيا النجمة إلى تعطيل الاتصال بجهاز كمبيوتر واحد فقط، ويمكن لجميع أجهزة الكمبيوتر الأخرى الاستمرار في العمل بشكل طبيعي.
عند الانحراف عن الحافلة، يوجد في النجم مشتركان فقط في كل خط اتصال: المشترك المركزي وواحد من الخطوط الطرفية. في أغلب الأحيان، يتم استخدام خطي اتصال لتوصيلهما، كل منهما ينقل المعلومات في اتجاه واحد فقط. وبالتالي، لا يوجد سوى جهاز استقبال واحد وجهاز إرسال واحد على كل وصلة اتصال. كل هذا يبسط بشكل كبير عملية تثبيت الشبكة مقارنة بالحافلة ويلغي الحاجة إلى استخدام أجهزة إنهاء خارجية إضافية. كما يتم حل مشكلة توهين الإشارة في خط الاتصال بسهولة أكبر في "النجمة" عنها في "الحافلة"، لأن كل جهاز استقبال يتلقى دائمًا إشارة من نفس المستوى. العيب الخطير في طوبولوجيا النجمة هو القيود الصارمة على عدد المشتركين. عادةً، لا يمكن للمشترك المركزي أن يخدم أكثر من 8 إلى 16 مشتركًا طرفيًا. إذا كان من السهل جدًا توصيل مشتركين جدد ضمن هذه الحدود، فإذا تم تجاوزها فمن المستحيل ببساطة. صحيح، في بعض الأحيان يوفر النجم إمكانية التوسع، أي توصيل مشترك مركزي آخر بدلا من أحد المشتركين المحيطيين (النتيجة هي طوبولوجيا للعديد من النجوم المترابطة).
النجم الموضح في الشكل 2، ويسمى نجما نشطا، أو حقيقيا. هناك أيضًا طوبولوجيا تسمى النجم السلبي، والتي تشبه النجم ظاهريًا فقط (الشكل 4). في هذا الوقت هو أكثر انتشارا من النجم النشط. يكفي أن نقول أنه يتم استخدامه في شبكة Ethernet الأكثر شيوعًا اليوم.

أرز. 4. طوبولوجيا النجم السلبي

لا يحتوي مركز الشبكة التي تحتوي على هذه الهيكلية على جهاز كمبيوتر، بل يحتوي على مُركز أو مركز، يؤدي نفس وظيفة المكرر. يقوم بتجديد الإشارات التي يتم استقبالها وتوجيهها إلى خطوط اتصال أخرى. على الرغم من أن نمط الكابلات يشبه نمط النجم الحقيقي أو النشط، إلا أننا نتعامل في الواقع مع طوبولوجيا الناقل لأن المعلومات من كل كمبيوتر يتم نقلها في وقت واحد إلى جميع أجهزة الكمبيوتر الأخرى، ولا يوجد مشترك مركزي. وبطبيعة الحال، فإن النجم السلبي أغلى من الحافلة العادية، لأنه في هذه الحالة تحتاج أيضًا إلى محور. ومع ذلك، فهو يوفر عددًا من الميزات الإضافية المرتبطة بمزايا النجوم. وهذا هو السبب في أن النجم السلبي يحل محل النجم الحقيقي مؤخرًا بشكل متزايد، والذي يعتبر طوبولوجيا غير واعدة.
من الممكن أيضًا التمييز بين نوع وسيط من الطوبولوجيا بين النجم النشط والسلبي. في هذه الحالة، لا يقوم المركز بنقل الإشارات فحسب، بل يدير أيضًا التبادل، ولكنه لا يشارك في التبادل نفسه.
كبير ميزة النجم(النشيط والسلبي) هو أن جميع نقاط الاتصال يتم جمعها في مكان واحد. يتيح لك ذلك مراقبة تشغيل الشبكة بسهولة، وتحديد أخطاء الشبكة ببساطة عن طريق فصل مشتركين معينين عن المركز (وهو أمر مستحيل، على سبيل المثال، في حالة الحافلة)، وكذلك تقييد وصول الأشخاص غير المصرح لهم إلى نقاط الاتصال الحيوية للشبكة. في حالة النجم، يمكن الوصول إلى كل مشترك طرفي إما عن طريق كابل واحد (يرسل في كلا الاتجاهين) أو كابلين (كل منهما يرسل في اتجاه واحد)، مع كون الوضع الثاني أكثر شيوعًا. من العيوب الشائعة للطوبولوجيا النجمية بأكملها أن استهلاك الكبل أعلى بكثير من الهياكل الأخرى. على سبيل المثال، إذا كانت أجهزة الكمبيوتر موجودة في سطر واحد (كما في الشكل 1)، فعند اختيار طوبولوجيا "النجمة"، ستحتاج إلى كابل أكثر عدة مرات من طوبولوجيا "الحافلة". يمكن أن يؤثر هذا بشكل كبير على تكلفة الشبكة بأكملها.

طوبولوجيا الحلقةهي طوبولوجيا يتم فيها توصيل كل جهاز كمبيوتر عن طريق خطوط الاتصال بجهازين آخرين فقط: من أحدهما يتلقى المعلومات فقط، ومن الآخر يرسل فقط. وفي كل خط اتصال، كما في حالة النجم، يوجد فقط جهاز إرسال واحد وجهاز استقبال واحد. يتيح لك ذلك تجنب استخدام أدوات الإنهاء الخارجية. من السمات المهمة للحلقة أن كل كمبيوتر ينقل (يجدد) الإشارة، أي أنه يعمل كمكرر، وبالتالي لا يهم توهين الإشارة في جميع أنحاء الحلقة، فقط التوهين بين أجهزة الكمبيوتر المجاورة للحلقة هو المهم. في هذه الحالة، لا يوجد مركز محدد بوضوح؛ يمكن أن تكون جميع أجهزة الكمبيوتر هي نفسها. ومع ذلك، في كثير من الأحيان يتم تخصيص مشترك خاص في Sprat الذي يدير البورصة أو يتحكم في البورصة. من الواضح أن وجود مثل هذا المشترك التحكمي يقلل من موثوقية الشبكة، لأن فشلها سيؤدي على الفور إلى شل التبادل بأكمله.
بالمعنى الدقيق للكلمة، أجهزة الكمبيوتر في sprat ليست متساوية تماما (على عكس، على سبيل المثال، طوبولوجيا الناقل). يتلقى بعضهم بالضرورة معلومات من الكمبيوتر الذي يرسل في هذه اللحظة في وقت سابق، والبعض الآخر - في وقت لاحق. على هذه الميزة من الطوبولوجيا تعتمد طرق التحكم في تبادل الشبكة، المصممة خصيصًا لـ "الحلقة". في هذه الطرق، ينتقل الحق في الإرسال التالي (أو، كما يقولون أيضًا، الاستيلاء على الشبكة) بالتتابع إلى الكمبيوتر التالي في الدائرة.
عادة ما يكون توصيل المشتركين الجدد بـ "الحلقة" غير مؤلم تمامًا، على الرغم من أنه يتطلب إيقافًا إلزاميًا للشبكة بأكملها طوال مدة الاتصال. كما هو الحال في طوبولوجيا "الحافلة"، يمكن أن يكون الحد الأقصى لعدد المشتركين في السبرات كبيرًا جدًا (يصل إلى ألف أو أكثر). عادة ما تكون طوبولوجيا الحلقة هي الأكثر مقاومة للأحمال الزائدة، فهي تضمن التشغيل الموثوق به مع أكبر تدفقات من المعلومات المنقولة عبر الشبكة، لأنه، كقاعدة عامة، لا توجد تعارضات (على عكس الناقل)، ولا يوجد مشترك مركزي (على عكس الناقل)؛ نجم) .
نظرًا لأن الإشارة الموجودة في sprat تمر عبر جميع أجهزة الكمبيوتر الموجودة على الشبكة، فإن فشل واحد منها على الأقل (أو تثبيت الشبكة الخاصة بها) يعطل تشغيل الشبكة بأكملها ككل. وبالمثل، فإن أي انقطاع أو ماس كهربائي في كل من الكابلات الحلقية يجعل تشغيل الشبكة بأكملها مستحيلاً. الحلقة هي الأكثر عرضة لتلف الكابل، وبالتالي فإن هذه الهيكلية عادة ما تتضمن مد خطي اتصال متوازيين (أو أكثر)، أحدهما احتياطي.
في الوقت نفسه، فإن الميزة الكبيرة للحلقة هي أن إعادة إرسال الإشارات من قبل كل مشترك يجعل من الممكن زيادة حجم الشبكة بأكملها بشكل كبير (في بعض الأحيان تصل إلى عدة عشرات من الكيلومترات). الحلقة متفوقة نسبيا على أي طوبولوجيا أخرى.

عيبيمكن اعتبار الحلقات (بالمقارنة بالنجمة) أنه يجب توصيل كابلين بكل كمبيوتر على الشبكة.

في بعض الأحيان تعتمد طوبولوجيا الحلقة على خطي اتصال حلقيين ينقلان المعلومات في اتجاهين متعاكسين. الغرض من هذا الحل هو زيادة (مضاعفة) سرعة نقل المعلومات. بالإضافة إلى ذلك، في حالة تلف أحد الكابلات، يمكن للشبكة العمل مع كابل آخر (على الرغم من أن السرعة القصوى ستنخفض).
بالإضافة إلى الطبولوجيا الأساسية الثلاثة التي تم أخذها في الاعتبار، غالبًا ما يتم استخدام طوبولوجيا الشبكة. شجرة" (شجرة)،والتي يمكن اعتبارها مزيجًا من عدة نجوم. كما في حالة النجم، يمكن أن تكون الشجرة نشطة، أو حقيقية (الشكل 5)، وسلبية (الشكل 6). مع الشجرة النشطة، توجد أجهزة الكمبيوتر المركزية في مراكز الجمع بين العديد من خطوط الاتصال، ومع الشجرة السلبية، توجد المكثفات (المحاور).

أرز. 5. طوبولوجيا "الشجرة النشطة".

أرز. 6. طوبولوجيا "الشجرة السلبية". ك - المركزات

يتم أيضًا استخدام الطبولوجيا المجمعة في كثير من الأحيان، على سبيل المثال ستار باص وحلقة النجوم.

غموض مفهوم الطوبولوجيا.

لا تحدد طوبولوجيا الشبكة الموقع الفعلي لأجهزة الكمبيوتر فحسب، بل الأهم من ذلك بكثير، طبيعة الاتصالات بينها، وميزات انتشار الإشارة عبر الشبكة. إن طبيعة الاتصالات هي التي تحدد درجة تحمل الخطأ في الشبكة، والتعقيد المطلوب لمعدات الشبكة، والطريقة الأنسب لإدارة التبادل، والأنواع الممكنة من وسائط النقل (قنوات الاتصال)، والحجم المسموح به لشبكة الاتصال. الشبكة (طول خطوط الاتصال وعدد المشتركين)، والحاجة إلى التنسيق الكهربائي، وغير ذلك الكثير.
عندما يفكر الناس في طوبولوجيا الشبكة في الأدبيات، قد يكون لديهم أربعة مفاهيم مختلفة جدًا تتعلق بمستويات مختلفة من بنية الشبكة:

1. الهيكل المادي (أي تخطيط أجهزة الكمبيوتر وتوجيه الكابلات). في هذا المحتوى، على سبيل المثال، لا يختلف النجم السلبي عن النجم النشط، ولهذا السبب غالبًا ما يطلق عليه ببساطة "نجم".

2. الطوبولوجيا المنطقية (أي بنية الاتصالات وطبيعة انتشار الإشارة عبر الشبكة). ربما يكون هذا هو التعريف الأصح للطوبولوجيا.

3. طوبولوجيا التحكم في الصرف (أي مبدأ وتسلسل نقل الحق في إسعاد الشبكة بين أجهزة الكمبيوتر الفردية).

4. طوبولوجيا المعلومات (أي اتجاه تدفقات المعلومات المنقولة عبر الشبكة).

على سبيل المثال، يمكن لشبكة ذات طوبولوجيا "ناقل" مادية ومنطقية، كطريقة للإدارة، استخدام إرسال الترحيل لحق الاستيلاء على الشبكة (أي أن تكون حلقة في هذا المحتوى) وفي نفس الوقت نقل جميع المعلومات من خلال حلقة مخصصة الكمبيوتر (كن نجما في هذا المحتوى).

مفاهيم أساسية. تتطلب كمية كبيرة من البيانات الرسومية في نظام المعلومات الجغرافية مع اتصالات متبادلة محددة وصفًا طوبولوجيًا للكائنات ومجموعات الكائنات، والذي يعتمد على "الترابط" (بسيط أو معقد). ويحدد مجموعة من النماذج الطوبولوجية.

دعونا نتذكر أن الخصائص الطوبولوجية للأشكال لا تتغير تحت أي تشوهات يتم إجراؤها دون فواصل أو اتصالات. في التين. يوضح الشكل 4.8 الأشكال ذات الصلة طوبولوجيًا: شكل رباعي مستطيل، محيط مغلق من أي شكل، دائرة، مثلث. هذه الكائنات (الأشكال) لها نفس الطوبولوجيا - نفس الخصائص الطوبولوجية. مثال آخر على الأشكال المرتبطة طوبولوجيًا هو العلامات الحسابية للجمع "+" والضرب "x".

أرز. 4.8. الأرقام ذات الصلة طوبولوجياً

في نظم المعلومات الجغرافية استخدام هذا المصطلح طوبولوجيليست صارمة كما هو الحال في الطوبولوجيا. في نظام المعلومات الجغرافية، يتم تحديد النموذج الطوبولوجي من خلال وجود وتخزين مجموعات من العلاقات، مثل اتصال الأقواس عند التقاطعات، ومجموعة مرتبة من الروابط (السلاسل) التي تشكل حدود كل مضلع، وعلاقات الجوار بين المناطق، وما إلى ذلك.

بالمعنى العام للكلمة طوبولوجييعني أن نموذج الميزة يخزن العلاقات التي تعزز استخدام بيانات نظم المعلومات الجغرافية لأنواع مختلفة من التحليل المكاني.

تختلف الخصائص الطوبولوجية للنماذج الرسومية لنظم المعلومات الجغرافية بشكل كبير عن نماذج CAD. وبناء على ذلك، فإن هذا الاختلاف واضح في برمجيات وتكنولوجيا هذه الأنظمة.

على سبيل المثال، حتى الآن، يتم تنفيذ العديد من تطورات نظم المعلومات الجغرافية باستخدام أدوات AutoCAD، الإصدارات من 10 إلى 13. ومع ذلك، فإنه لا ينص على العمل مع الطلاءات، أو إجراءات التراكب، أو معالجة البيانات الطوبولوجية. من حيث المبدأ، مثل هذه العمليات في أنظمة CAD (التصميم بمساعدة الكمبيوتر) ممكنة، ولكن عن طريق تعديل البرنامج، الأمر الذي يتطلب مؤهلات مستخدم عالية إلى حد ما، وبطبيعة الحال، يحد من نطاقها.

في أنظمة المعلومات الجغرافية، تكون الإجراءات المذكورة أعلاه مدمجة وتجعل تحليل المعلومات الخرائطية متاحًا لمجموعة واسعة من المستخدمين دون أي تعديل.

يتم تحديد عناصر الطوبولوجيا المضمنة في وصف نماذج بيانات نظم المعلومات الجغرافية، في أبسط الحالات، من خلال الروابط بين عناصر الأنواع الرئيسية للبيانات الإحداثية. على سبيل المثال، في البنية المنطقية ("السجل المنطقي" سم.قسم 3) قد تتضمن أوصاف البيانات مؤشرات على الخطوط المضمنة في المنطقة وفي أي نقاط تتقاطع هذه الخطوط. تتيح لك النماذج الطوبولوجية تمثيل عناصر الخريطة والخريطة بأكملها ككل في شكل رسوم بيانية. يتم وصف المناطق والخطوط والنقاط بالحدود والعقد (بنية القوس/العقدة). ويمتد كل حد من العقدة البداية إلى النهاية، ومن المعروف أي المناطق على اليسار واليمين.

الأساس النظري للنماذج هو الطوبولوجيا الجبرية ونظرية الرسم البياني. وفقًا للطوبولوجيا الجبرية، تُسمى أنواع البيانات الإحداثية: المناطق والخطوط والنقاط بخلايا 2 وخلايا 1 وخلايا 0 على التوالي. تعتبر الخريطة بمثابة مجمع خلايا ثنائي الأبعاد.

تسمح الازدواجية بين نظرية الرسم البياني والطوبولوجيا الجبرية بتطبيق المواقف النظرية للرسم البياني بالإضافة إلى النهج الطوبولوجي.

يختلف تمثيل المتجهات الطوبولوجية للبيانات عن التمثيل غير الطوبولوجي في أنه من الممكن الحصول على قائمة شاملة من العلاقات بين البدائيات الهندسية ذات الصلة دون تغيير الإحداثيات المخزنة للكائنات المكانية.

الإجراء الضروري عند العمل مع النموذج الطوبولوجي هو إعداد البيانات الهندسية لبناء الطوبولوجيا. لا يمكن أتمتة هذه العملية بالكامل حتى مع وجود بيانات متوسطة التعقيد ولا يتم تنفيذها إلا بتكاليف عمالة إضافية (عادةً ما تكون كبيرة). وبالتالي، لا يمكن تحويل البيانات المخزنة في نظام لا يدعم الهيكل بشكل موثوق إلى بيانات هيكلية من نظام آخر عن طريق خوارزمية تلقائية بحتة.

يجب حساب الخصائص الطوبولوجية أثناء التحويلات الكمية لنماذج كائنات نظم المعلومات الجغرافية، ثم تخزينها في قاعدة بيانات مع البيانات الإحداثية.

الخصائص الطوبولوجية الأساسية لنماذج نظم المعلومات الجغرافية.يتم تحديد النماذج الطوبولوجية في نظم المعلومات الجغرافية من خلال مجموعة من الخصائص التالية:

اتصال المتجهات - يجب تخزين الخطوط الكنتورية والطرق والمتجهات الأخرى ليس كمجموعات مستقلة من النقاط، ولكن ككائنات مترابطة مع بعضها البعض؛

"ترابط المناطق وتواصلها - معلومات حول الموقع النسبي للمناطق ونقاط تقاطع المناطق (الشكل 4.9، ج)؛

التقاطع - تتيح لك المعلومات حول أنواع التقاطعات إعادة إنتاج الجسور وتقاطعات الطرق (الشكل 4.9، أ).وبالتالي، فإن التقاطع على شكل حرف T (3 خطوط) هو ثلاثي التكافؤ، والتقاطع على شكل X (4 خطوط تتلاقى عند نقطة التقاطع) يسمى رباعي التكافؤ؛

القرب هو مؤشر على القرب المكاني للأشياء الخطية أو المساحية (الشكل 4.9، ب)، ويتم تقييمه بواسطة معلمة عددية، في هذه الحالة بالرمز 5.

يمكن تمثيل الخصائص الطوبولوجية للكائنات الخطية بشكل مرئي باستخدام الرسوم البيانية المتصلة. يحافظ الرسم البياني على بنية النموذج بجميع العقد والتقاطعات. إنها تشبه خريطة ذات مقياس مشوه. مثال على هذا الرسم البياني هو خريطة مترو الانفاق. يوضح الفرق بين خريطة مترو الأنفاق وخريطة مترو الأنفاق الفرق بين الخريطة والرسم البياني.

تتوافق عقد الرسم البياني التي تصف النموذج الخرائطي مع تقاطعات الطرق وأماكن التقاء الطرق بالجسور وما إلى ذلك. تصف حواف هذا الرسم البياني أقسام الطريق والأشياء التي تربط بينها. على عكس نموذج الشبكة الكلاسيكي، في هذا النموذج، قد لا يحمل طول الحواف حمولة إعلامية.

أرز. 4.9. الخصائص الطوبولوجية الأساسية لنماذج نظم المعلومات الجغرافية: أ - التقاطع؛ ب -حميمية؛ الخامس -الترابط

يمكن تمثيل الخصائص الطوبولوجية للأجسام المساحية باستخدام الرسوم البيانية للتغطية والمجاورة. الرسم البياني للتغطية متماثل طوبولوجيًا مع الخريطة الكنتورية للمناطق المقابلة. تصف حواف هذا الرسم البياني الحدود بين المناطق، وتمثل عقده (القمم) النقاط التي تلتقي فيها المناطق. درجة قمة هذا الرسم البياني هي عدد المناطق التي تنضم إليه. يشبه الرسم البياني المجاور رسمًا بيانيًا للتغطية مقلوبًا من الداخل إلى الخارج. فيه، يتم عرض المناطق كعقد (رؤوس)، ويتم تمثيل زوج من المناطق المتجاورة كحواف. بناءً على هذا الرسم البياني، يمكن لنظام المعلومات الجغرافية تقديم إجابة لسؤال ما إذا كانت المنطقة المعنية صالحة للمرور، مقسمة إلى مناطق صالحة للمرور أو غير قابلة للمرور.

الخصائص الطوبولوجية مصحوبة بمعلومات موضعية ووصفية. يمكن أن تصل قمة الرسم البياني للتغطية إلى

يتم ملؤها بنقاط الإحداثيات التي تلتقي عندها المناطق المقابلة، ويتم تعيين معرفات الجانب الأيسر والأيمن على الحواف.

بعد إدخال كائنات نقطية عند إنشاء كائنات خطية ومساحية، من الضروري "إنشاء" الطوبولوجيا. تتضمن هذه العمليات حساب العلاقات وترميزها بين النقاط والخطوط والمساحات.

التقاطعات والوصلات لها تمثيل متجه. يتم إدخال الخصائص الطوبولوجية عند تشفير البيانات في شكل سمات إضافية. يتم تنفيذ هذه العملية تلقائيًا في العديد من نظم المعلومات الجغرافية أثناء رقمنة البيانات (رسم الخرائط أو التصوير المساحي).

ترتبط الكائنات بالعديد من العلاقات. وهذا يحدد مدى فعالية استخدام النماذج العلائقية وقواعد البيانات بناءً على المفهوم علاقة. فيوفي المقابل، تحدد العلاقات العديد من الروابط. وأبسط الأمثلة على هذه الروابط هي: "الأقرب إلى..."، "التقاطعات"، "متصل بـ...".

يمكن تعيين علامة لكل كائن، وهي معرف أقرب كائن من نفس الفئة إليه؛ بهذه الطريقة، يتم تشفير الاتصالات بين أزواج الكائنات.

غالبًا ما يتم ترميز نوعين خاصين من العلاقات في نظم المعلومات الجغرافية: العلاقات داخل الشبكات والعلاقات بين المضلعات.

من الناحية الطوبولوجية، تتكون الشبكات من نوعين من الكائنات: الخطوط (الروابط، الوجوه، الحواف، الأقواس) والعقد (القمم، التقاطعات، الاتصالات).

إن أبسط طريقة لتشفير الاتصالات بين الروابط والعقد هي تعيين سمتين إضافيتين لكل رابط - معرفات العقدة في كل طرف (عقدة الإدخال وعقدة الإخراج).

في هذه الحالة، عند تشفير البيانات الهندسية، سيحدث نوعان من السجلات:

إحداثيات القوس: ( x1,y1), (x2,y2),..., (xn,yn);

سمات القوس: عقدة الإدخال، عقدة الإخراج، الطول، الخصائص الوصفية.

تسمح هذه البنية، بالانتقال من رابط إلى آخر، بتحديد تلك التي تتداخل أرقام عقدها.

تحتوي البنية الأكثر تعقيدًا ولكنها أيضًا أكثر تقدمًا على قائمة بجميع الروابط لكل عقدة. ويمكن تحقيق ذلك عن طريق إضافة نوع ثالث من المدخلات إلى النوعين الأولين؛

3) العقدة: (س، ص)،الأقواس المجاورة (مع علامة "+" لزاوية الإدخال وعلامة "-" لزاوية الإخراج).

لتجنب الإزعاج الناتج عن تخزين عدد غير متساوٍ من معرفات القوس، يتم استخدام ملفين منفصلين:

قائمة مرتبة بسيطة يتم فيها ضغط ملف العقدة في سلسلة من معرفات القوس؛

جدول يتم فيه تخزين معلومات حول موضع القوس الأول من القائمة لكل عقدة.

تعتمد برامج نظم المعلومات الجغرافية المستخدمة حاليًا بشكل حصري تقريبًا على النماذج الطوبولوجية، والتي توفر فهمًا رسميًا جيدًا للعلاقات المكانية بين الكائنات الرئيسية للخريطة. ومع ذلك، إذا كنت بحاجة إلى إنشاء علاقات أكثر تعقيدًا، مثل التضمين أو الترتيب، فستكون هناك حاجة إلى أدوات إضافية.

النماذج النقطية

أساسيات البناء.تذكر أن نموذج البيانات عبارة عن رسم خرائط للتسلسلات المستمرة للعالم الحقيقي في مجموعة من الكائنات المنفصلة.

في النماذج النقطية، يتم إجراء التمييز بأبسط طريقة - يتم عرض الكائن بأكمله (المنطقة قيد الدراسة) في الخلايا المكانية التي تشكل شبكة منتظمة. في هذه الحالة، تتوافق كل خلية من النموذج النقطي مع مساحة من سطح الكائن متطابقة في الحجم، ولكن لها خصائص مختلفة (اللون والكثافة). تحتوي خلية النموذج على قيمة واحدة تمثل متوسط ​​خصائص المساحة السطحية للكائن. يُعرف هذا الإجراء في نظرية معالجة الصور باسم البكسل.

إذا كان النموذج المتجه يوفر معلومات حول أينموقع هذا الكائن أو ذاك، ثم البيانات النقطية - معلومات عنه ماذاتقع في نقطة واحدة أو أخرى في الإقليم. هذا يحدد الغرض الرئيسي من النماذج النقطية - العرض المستمر للسطح.

في النماذج النقطية، يتم استخدام عنصر ثنائي الأبعاد من الفضاء - بكسل (خلية) - كنموذج ذري. تشكل مجموعة مرتبة من النماذج الذرية بيانات نقطية، والتي بدورها هي نموذج لخريطة أو كائن جغرافي.

يتم تصنيف النماذج المتجهة على أنها ثنائية أو شبه ثنائية. النقطية تسمح لك بعرض الألوان النصفية.

عادةً، يجب أن يكون لكل عنصر نقطي أو كل خلية قيمة كثافة أو لون واحدة فقط. وهذا قد لا ينطبق في جميع الحالات. على سبيل المثال، عند الحدود بين نوعين من الطلاء يمكن

عند المرور عبر مركز العنصر النقطي، يُعطى العنصر قيمة تميز الجزء الأكبر من الخلية أو النقطة المركزية الخاصة بها. يتيح لك عدد من الأنظمة الحصول على قيم متعددة لعنصر نقطي واحد.

خصائص النماذج النقطية. هناك عدد من الخصائص للنماذج النقطية: الدقة، والقيمة، والاتجاه، والمناطق، والموضع.

إذن- الحد الأدنى للحجم الخطي لأصغر مساحة من المساحة (السطح) ويتم عرضها بمقدار بكسل واحد.

عادةً ما تكون وحدات البكسل مستطيلة أو مربعة، أما المثلثات والأشكال السداسية فهي أقل استخدامًا. تتمتع البيانات النقطية ذات أحجام الخلايا الأصغر بدقة أعلى. الدقة العالية تعني وفرة في التفاصيل، والعديد من الخلايا، وحجم الخلية الأدنى.

معنى -عنصر من المعلومات المخزنة في عنصر نقطي (بكسل). نظرًا لاستخدام البيانات المكتوبة أثناء المعالجة، هناك حاجة لتحديد أنواع قيم النماذج النقطية.

نوع القيمةفي الخلايا النقطية يتم تحديدها من خلال الظاهرة الحقيقية وميزات نظام المعلومات الجغرافية. على وجه الخصوص، يمكن للأنظمة المختلفة استخدام فئات مختلفة من القيم: الأعداد الصحيحة، والقيم الحقيقية (العشرية)، والقيم الحرفية.

يمكن أن تكون الأعداد الصحيحة بمثابة مواصفات الامتصاص أو كرموز تشير إلى موضع في جدول أو وسيلة إيضاح مصاحبة. على سبيل المثال، من الممكن أن تشير الأسطورة التالية إلى اسم فئة التربة: 0 - فئة فارغة، 1 - طينية، 2 - رملية، 3 - حصوية، إلخ.

توجيه- الزاوية بين اتجاه الشمال وموضع الأعمدة النقطية.

منطقةيتضمن النموذج النقطي خلايا متجاورة ولها نفس القيمة. يمكن أن تكون المنطقة عبارة عن كائنات فردية، أو ظواهر طبيعية، أو مناطق من أنواع التربة، أو عناصر هيدروغرافية، وما إلى ذلك.

للإشارة إلى كافة المناطق بنفس القيمة، استخدم المفهوم فئة المنطقة.وبطبيعة الحال، قد لا تحتوي كل طبقات الصورة على مناطق. الخصائص الرئيسية للمنطقة هي معناها وموقعها.

منطقة عازلة- المنطقة التي تقع حدودها على مسافة معلومة من أي كائن على الخريطة. يمكن إنشاء مناطق عازلة ذات عروض مختلفة حول كائنات محددة بناءً على جداول الخصائص المترافقة.

موضعيتم تحديده عادةً بواسطة زوج مرتب من الإحداثيات (رقم الصف ورقم العمود) الذي يحدد بشكل فريد موضع كل عنصر من مساحة العرض في البيانات النقطية.

بمقارنة النماذج المتجهة والنقطية، نلاحظ مدى ملاءمة النماذج المتجهة لتنظيم العلاقات بين الكائنات والعمل معها. ومع ذلك، باستخدام تقنيات بسيطة، مثل تضمين العلاقات في جداول السمات، فمن الممكن تنظيم العلاقات في الأنظمة النقطية.

من الضروري التطرق إلى مشكلات دقة العرض في النماذج النقطية. في التنسيقات النقطية، يكون من غير الواضح في معظم الحالات ما إذا كانت الإحداثيات تشير إلى النقطة المركزية للبيكسل أو إلى أحد أركانه. ولذلك، يتم تعريف دقة ربط العناصر النقطية بأنها 1/2 من العرض وارتفاع الخلية.

تتمتع النماذج النقطية بالمزايا التالية:

لا تتطلب البيانات النقطية معرفة مسبقة بالظواهر؛ حيث يتم جمع البيانات من شبكة نقاط موزعة بشكل موحد، مما يسمح لنا بالحصول لاحقًا على الخصائص الموضوعية للكائنات قيد الدراسة بناءً على طرق المعالجة الإحصائية. بفضل هذا، يمكن استخدام النماذج النقطية لدراسة الظواهر الجديدة التي لم يتم تجميع أي مادة عنها. ونظرًا لبساطته، فإن هذه الطريقة هي الأكثر انتشارًا؛

من السهل معالجة البيانات النقطية باستخدام الخوارزميات المتوازية، وبالتالي توفر أداءً أعلى مقارنة بالبيانات المتجهة؛

بعض المهام، مثل إنشاء منطقة عازلة، يكون حلها أسهل بكثير في النموذج النقطي؛

تسمح لك العديد من النماذج النقطية بإدخال بيانات المتجهات، في حين أن الإجراء العكسي صعب للغاية بالنسبة للنماذج المتجهة؛

تعد عمليات التنقيط أبسط بكثير من الناحية الخوارزمية من عمليات التحويل الموجهة، والتي غالبًا ما تتطلب قرارات الخبراء.

في أغلب الأحيان، يتم استخدام النماذج النقطية عند معالجة الصور الفضائية للحصول على بيانات من الاستشعار عن بعد للأرض.

طريقة الترميز الجماعيأسهل طريقة لإدخال النماذج النقطية هي إدخال خلية واحدة مباشرة في كل مرة. تتمثل عيوب هذا الأسلوب في الحاجة إلى قدر كبير من الذاكرة في الكمبيوتر ووقت كبير لتنظيم إجراءات الإدخال والإخراج. على سبيل المثال، تحتوي صورة القمر الصناعي Landsat على 74.000.000 عنصر نقطي وهذا يتطلب موارد هائلة لتخزين البيانات.

عند إدخال المعلومات النقطية في نظام المعلومات الجغرافية، تنشأ مشكلة ضغطها، لأنه إلى جانب المعلومات المفيدة، يمكن أيضًا تضمين معلومات زائدة عن الحاجة (بما في ذلك عديمة الفائدة). لضغط المعلومات التي تم الحصول عليها من صورة أو خريطة، يتم استخدام ترميز مناطق المسح أو طريقة ترميز المجموعة، مع الأخذ في الاعتبار أن القيم تتكرر في كثير من الأحيان في عدة خلايا.

جوهر طريقة ترميز المجموعة هو أن البيانات يتم إدخالها كزوج من الأرقام، الأول يشير إلى طول المجموعة، والثاني يشير إلى القيمة. يتم مسح الصورة ضوئيًا سطرًا تلو الآخر، وبمجرد العثور على نوع معين من العناصر أو الخلايا لأول مرة، يتم تمييزها بعلامة البداية. إذا كانت خلية معينة متبوعة بسلسلة من الخلايا من نفس النوع، فسيتم حساب عددها، ويتم وضع علامة على الخلية الأخيرة بفاصل. في هذه الحالة، يتم تخزين فقط مواضع الخلايا المحددة وقيم العدادات المقابلة في الذاكرة.

يؤدي استخدام هذه الطريقة إلى تبسيط عملية تخزين وإعادة إنتاج الصور (الخرائط) إلى حد كبير عندما تتجاوز المناطق المتجانسة (كقاعدة عامة) حجم خلية واحدة.

عادة، يتم الإدخال من اليسار إلى اليمين، ومن الأعلى إلى الأسفل. خذ بعين الاعتبار، على سبيل المثال، مصفوفة مصفوفة ثنائية (5x6):

0 0 1110

0 0 1 1 10

عند استخدام طريقة الترميز الجماعي سيتم إدخالها على النحو التالي:

303 1203 1 303 1205 1105 1.

بدلاً من 30، هناك حاجة إلى 20 عنصر بيانات فقط. في المثال الذي تم النظر فيه، يبلغ التوفير 30%، ولكن في الممارسة العملية، عند العمل مع صفائف كبيرة من البيانات الثنائية، يمكن أن يكون أكبر من ذلك بكثير.

طريقة الترميز الجماعي لها قيود ولا يمكن استخدامها في جميع نظم المعلومات الجغرافية.

عناصر المصفوفة الثنائية، أي. يمكن أن يأخذ النموذج النقطي قيمتين فقط: "1" أو "0". تتوافق هذه المصفوفة مع صورة بالأبيض والأسود. في الممارسة العملية، من الممكن الحصول على صورة نصفية أو ملونة. في هذه الحالات، قد تختلف القيم الموجودة في خلايا النموذج النقطي حسب النوع. يتم تحديد نوع القيم في الخلايا النقطية من خلال البيانات المصدر وميزات برنامج نظم المعلومات الجغرافية. يمكن أن تكون قيم البيانات النقطية أعدادًا صحيحة أو قيمًا حقيقية (عشرية) أو قيمًا حرفية.

تستخدم بعض الأنظمة الأعداد الصحيحة فقط، بينما يستخدم البعض الآخر أنواعًا مختلفة من البيانات. في هذه الحالة، يتم تعيين شرط توحيد القيم للطبقات النقطية الفردية. غالبًا ما تعمل الأعداد الصحيحة كرموز للإشارة إلى موضع في جدول أو وسيلة إيضاح مصاحبة.

النماذج النقطية المحددة هيكليا. تنقسم النماذج النقطية إلى فسيفساء منتظمة وغير منتظمة ومتراكبة (عودية أو هرمية) (الشكل 4.10).

أرز 4 10. النماذج النقطية: أ - شبكة مستطيلة منتظمة ب - شبكة مثلثة منتظمة، ج - مضلعات ثيسن

الممسوحة ضوئيا

هناك ثلاثة أنواع من الفسيفساء العادية المسطحة: مربع (الشكل 4.10، أ)، مثلث ومسدس (الشكل 4.10، ب). المربع هو النموذج الأكثر ملاءمة، لأنه يجعل من السهل نسبيًا معالجة كميات كبيرة من البيانات. تعتبر الفسيفساء المثلثة بمثابة أساس جيد لإنشاء أغطية محدبة (كروية).

من بين الفسيفساء غير المنتظمة، غالبًا ما تستخدم الشبكات المثلثة ذات الشكل غير المنتظم (الشبكة غير المنتظمة المثلثية - TIN) ومضلعات Thiessen (الشكل 4.10، ج). تعد شبكات TIN ملائمة لإنشاء نماذج رقمية لعلامات التضاريس من مجموعة معينة من النقاط. يتم استخدامها في كل من النماذج النقطية والمتجهة.

يعد نموذج الشبكة المثلثة غير المنتظمة (TIN) إلى حد كبير بديلاً لنموذج الارتفاع الرقمي المبني على شبكة عادية. تم تطوير نموذج TIN في أوائل السبعينيات. كطريقة بسيطة لبناء الأسطح بناءً على مجموعة من النقاط غير المتباعدة. في السبعينيات تم إنشاء عدة إصدارات من هذا النظام، وبدأت الأنظمة التجارية المعتمدة على رقم التعريف الضريبي (TIN) في الظهور في الثمانينيات. كحزم برمجية لبناء الخطوط الكنتورية.

يستخدم نموذج TIN لنمذجة التضاريس الرقمية. في هذه الحالة، ترتبط عقد وحواف الشبكة المثلثية بالسمات الأصلية والمشتقة للنموذج الرقمي.

مضلعات ثيسن (أو مخططات فورونوي) هي هياكل هندسية تشكلت بالنسبة لمجموعة من النقاط بطريقة تكون حدود المضلعات عبارة عن أجزاء من خطوط متعامدة تم ترميمها على الخطوط التي تربط أقرب نقطتين. تسمح مضلعات Thiessen بتحليل قرب الحي وإمكانية الوصول إليه.

يعكس أخذ العينات غير المنتظمة طبيعة السطح الحقيقي بشكل أفضل من أخذ العينات العادية، وهذه ميزة لمضلعات Thiessen.

عند إنشاء نموذج TIN، يتم توصيل النقاط المنفصلة بخطوط تشكل مثلثات. داخل كل مثلث، يتم تمثيل السطح عادةً على شكل مستوى. وبما أن سطح كل مثلث يتم تحديده من خلال ارتفاعات رؤوسه الثلاثة، فإن استخدام المثلثات يضمن أن كل قسم من سطح الفسيفساء يتناسب تمامًا مع الأقسام المجاورة. وهذا يضمن استمرارية السطح مع ترتيب غير منتظم للنقاط.

يتيح لك هذا النموذج استخدام مضلعات أكثر تعقيدًا كعناصر فسيفساء، ولكن يمكن دائمًا تقسيمها إلى مثلثات.

في نظم المعلومات الجغرافية المتجهة، يمكن اعتبار نموذج TIN كمضلعات ذات سمات الميل والعرض والمساحة، معثلاثة رؤوس، لها سمات الارتفاع، وثلاثة جوانب، تتميز بزاوية الميل والاتجاه.

لاختيار نقاط النموذج، تم استخدام ثلاث خوارزميات رئيسية: خوارزمية فاولر وليتل، وخوارزمية النقاط الرئيسية، وإزالة النقاط الإرشادية.

من وجهة نظر تحليلية، فإن أساس هذه التبليطات المتداخلة أو الهرمية هي نماذج متحللة (بشكل متكرر). يؤدي التحلل العودي للمثلثات إلى تكوين رباعيات مثلثة، في حين أن تحلل الأشكال السداسية أمر مستحيل. يمكن دمج الوحدات عالية الدقة لتكوين أشكال سداسية، مما ينتج عنه شجرة مكونة من سبعة أرقام. تم تطوير مخطط عنونة للبلاط السداسي المتداخل بواسطة L. Gibson وD. Lucas. أطلقوا عليها اسم الفسيفساء الثلاثية المتوازنة المعممة.

تعد الشجرة التربيعية واحدة من أكثر هياكل البيانات المعروفة على نطاق واسع المستخدمة للمناطق والخطوط والنقاط.

نماذج هايبرغراف وشبكية غير هيكلية. يقومون بمعالجة البيانات الإحداثية كسلاسل إحداثيات بسيطة دون أي بنية. وفي حالة مناطق المعالجة، يتم دائمًا إدخال الحدود العامة إلى الكمبيوتر مرتين. ومن الأمثلة على التطبيق العملي لهذه النماذج المضلعات الكاملة ورموز السلسلة المتجهة المخزنة في ذاكرة الكمبيوتر.

هايبرغرافتعتمد النماذج على نظرية المجموعات ونظرية الرسم البياني الزائد وتستخدم ستة أنواع من البيانات المجردة: الفئة، وسمة الفئة، والعلاقة الطبقية، والكائن، وسمة الكائن، وعلاقة الكائن.

تتوافق الفئة مع حدود الرسم البياني الزائد، حيث تكون الكائنات هي عقد هذا الرسم البياني. تحتوي كل فئة على كائنات ذات سمات كائن وعقدة مميزة تحتوي على سمة الفئة. باستخدام الفئات الفرعية، يتم تقديم التسلسل الهرمي للفئات والكائنات.

تنشئ العلاقات الطبقية وعلاقات الكائنات علاقات بين تلك الفئات غير المرتبطة هرميًا. تمثل العلاقات الطبقية العلاقات المحتملة بين الفئات، وتمثل علاقات الكائنات العلاقات الفعلية بين الكائنات. لتكوين ارتباط متعدد، يمكنك دمج عدة روابط كائنات. عدة فئات من الكائنات تشكل فئات تشعبية، والتي ترتبط عن طريق الارتباطات التشعبية.

تنطبق نماذج Hypergraph على كل من بيانات الإحداثيات والبيانات المميزة. وكقاعدة عامة، لديهم درجة عالية من التعقيد.

بنيةتعتمد النماذج على نظرية الشبكة الرياضية، التي تعمل على مجموعات بيانات مرتبة جزئيًا. إنها مفيدة في الحالات التي لا يوجد فيها تسلسل هرمي واضح للكائنات.

تعمل عناصر النظرية الجبرية لنماذج الأوتوماتا لتوليف النماذج البناءة القياسية على تبسيط عملية الحصول على صور رسومية معقدة. ومع ذلك، فإن هذا النهج، الذي يستخدم على نطاق واسع في التصميم بمساعدة الكمبيوتر، لم يستخدم بعد في تقنيات نظم المعلومات الجغرافية.