05C90 Applications [See also 68R10, 81Q30, 81T15, 82B20, 82C20, 90C35, 92E10, 94C15]
Refine
Document Type
- ZIB-Report (3)
Has Fulltext
- yes (3)
Is part of the Bibliography
- no (3)
Keywords
- frequency assignment (2)
- Graphen (1)
- Graphs (1)
- Wegeprobleme (1)
- Zählen (1)
- counting (1)
- graph coloring (1)
- path problems (1)
Institute
Den kürzesten Weg in einem Graphen zu finden ist ein klassisches Problem der Graphentheorie. Über einen Vortrag zu diesem Thema beim Tag der Mathematik 2007 von R. Borndörfer kam ich in Kontakt mit dem Konrad-Zuse-Zentrum (ZIB), das sich u.a. mit Wegeoptimierung beschäftigt. Ein Forschungsschwerpunkt dort ist im Rahmen eines Projekts zur Chipverifikation das Zählen von Lösungen, das, wie wir sehen werden, eng mit dem Zählen von Wegen zusammenhängt. Anhand von zwei Fragen aus der Graphentheorie soll diese Facharbeit unterschiedliche Lösungsmethoden untersuchen. Wie bestimmt man den kürzesten Weg zwischen zwei Knoten in einem Graphen und wie findet man alle möglichen Wege? Nach einer Einführung in die Graphentheorie und einer Konkretisierung der Probleme wird zunächst für beide eine Lösung mit auf Graphen basierenden Algorithmen vorgestellt. Während der Algorithmus von Dijkstra sehr bekannt ist, habe ich für das Zählen von Wegen einen eigenen Algorithmus auf der Basis der Tiefensuche entwickelt. Im zweiten Teil der Arbeit wird das Konzept der ganzzahligen Programmierung vorgestellt und die Lösungsmöglichkeiten für Wegeprobleme, die sich darüber ergeben. Schließlich wurden die vorgestellten Algorithmen am Beispiel des S- und U-Bahnnetzes von Berlin implementiert und mit Programmen, die die gleichen Fragen über ganzzahlige Programmierung lösen, verglichen.
{\begin{rawhtml} <a href="http://dx.doi.org/10.1007/s10479-007-0178-0"> Revised Version unter http://dx.doi.org/10.1007/s10479-007-0178-0</a> \end{rawhtml}} Wireless communication is used in many different situations such as mobile telephony, radio and TV broadcasting, satellite communication, and military operations. In each of these situations a frequency assignment problem arises with application specific characteristics. Researchers have developed different modelling ideas for each of the features of the problem, such as the handling of interference among radio signals, the availability of frequencies, and the optimization criterion. This survey gives an overview of the models and methods that the literature provides on the topic. We present a broad description of the practical settings in which frequency assignment is applied. We also present a classification of the different models and formulations described in the literature, such that the common features of the models are emphasized. The solution methods are divided in two parts. Optimization and lower bounding techniques on the one hand, and heuristic search techniques on the other hand. The literature is classified according to the used methods. Again, we emphasize the common features, used in the different papers. The quality of the solution methods is compared, whenever possible, on publicly available benchmark instances.
This paper surveys frequency assignment problems coming up in planning wireless communication services. It particularly focuses on cellular mobile phone systems such as GSM, a technology that revolutionizes communication. Traditional vertex coloring provides a conceptual framework for the mathematical modeling of many frequency planning problems. This basic form, however, needs various extensions to cover technical and organizational side constraints. Among these ramifications are $T$-coloring and list coloring. To model all the subtleties, the techniques of integer programming have proven to be very useful. The ability to produce good frequency plans in practice is essential for the quality of mobile phone networks. The present algorithmic solution methods employ variants of some of the traditional coloring heuristics as well as more sophisticated machinery from mathematical programming. This paper will also address this issue. Finally, this paper discusses several practical frequency assignment problems in detail, states the associated mathematical models, and also points to public electronic libraries of frequency assignment problems from practice. The associated graphs have up to several thousand nodes and range from rather sparse to almost complete.