/// <summary>
/// Создать и проинициализировать элемент кэша путей в графе.
/// </summary>
/// <param name="source">Вершина графа - источник пути.</param>
/// <param name="target">Вершина пути - цель пути.</param>
/// <param name="connectionType">Тип связи в данном пути.</param>
/// <param name="path">Перечисление граней графа, составляющих путь.</param>
public TopologyPathesCacheItem(TopologyVertex source, TopologyVertex target, ConnectionType connectionType, IEnumerable <TopologyEdge> path)
{
Source = source;
Target = target;
ConnectionType = connectionType;
Path = path;
}
/// <summary>
/// Найти кратчайший путь по смешанной топологии.
/// </summary>
/// <param name="graph">Граф, в котором ищем путь.</param>
/// <param name="source">Вершина графа с УСПД.</param>
/// <param name="targets">Вершины КУ, которые нужно соединить кратчайшим путём.</param>
/// <param name="dataChannel">Канал передачи данных, по которому соеденяются КУ и УСПД.</param>
/// <returns>Перечисление путей в графе.</returns>
private static IEnumerable <TopologyPath> MeshShortestPath(TopologyGraph graph, TopologyVertex source, IEnumerable <TopologyVertex> targets, DataChannel dataChannel)
{
try
{
// Кандидаты составных частей сети, где ключ - пара источника и целевой вершины, а значение - путь между ними
var meshPartCandidates = new Dictionary <KeyValuePair <TopologyVertex, TopologyVertex>, IEnumerable <TopologyEdge> >();
var mesh = new List <TopologyPath>(); // Итоговая сеть смешанной топологии
var meshPartSources = new List <TopologyVertex> {
source
}; // Все возможные источники сети
var remainedTargets = new List <TopologyVertex>(targets); // Оставшиеся целевые вершины
for (var i = 0; i < targets.Count(); i++) // Пока не переберём все целевые вершины
{
foreach (var partSource in meshPartSources) // Перебираем все имеющиеся источники сети
{
foreach (var target in remainedTargets) // Перебираем все оставшиеся целевые вершины
{
var path = GetShortestPath(graph, partSource, target, dataChannel.ConnectionType); // Ищем кратчайший путь из источника в цель и сохраняем его как кандидат на кратчайший
meshPartCandidates.Add(new KeyValuePair <TopologyVertex, TopologyVertex>(partSource, target), path);
}
}
// Находим минимальный вес среди кандидатов, причём, если источник и цель в одной вершине - вес нулевой
var minWeight = meshPartCandidates.Min(candidate => candidate.Value?.Sum(edge => edge.Weights[dataChannel.ConnectionType]) ?? 0);
// Определяем путь с минимальным весом и добавляем в шину
var shortestPath = meshPartCandidates.FirstOrDefault(candidate => (candidate.Value?.Sum(edge => edge.Weights[dataChannel.ConnectionType]) ?? 0) == minWeight);
var shortestPathSource = shortestPath.Key.Key; // Источник находится в ключе пары найденного пути, где сам является ключем
var shortestPathTarget = shortestPath.Key.Value; // Целевая вершина находится в ключе пары найденного пути, где является значением
mesh.Add(new TopologyPath
{
DataChannel = dataChannel,
Path = shortestPath.Value,
Source = shortestPathSource,
Target = shortestPathTarget
});
// Вершина-источник найденной части сети тоже теперь может являться источником, если ещё не является
if (!meshPartSources.Contains(shortestPathTarget))
{
meshPartSources.Add(shortestPathTarget);
}
remainedTargets.Remove(shortestPathTarget); // Больше не рассматриваем целевую вершину из найденной части сети
meshPartCandidates.Clear(); // Ищем кандидатов заново
}
return(mesh);
}
catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine("MeshShortestPath failed! {0}", ex.Message);
return(null);
}
}
/// <summary>
/// Найти кратчайший путь в секции от вершины источника - УСПД, через все целевые вершины КУ.
/// </summary>
/// <param name="graph">Граф, в котором ищем путь.</param>
/// <param name="source">Вершина графа с УСПД.</param>
/// <param name="targets">Вершины КУ, которые нужно соединить кратчайшим путём.</param>
/// <param name="dataChannel">Канал передачи данных, по которому соеденяются КУ и УСПД.</param>
/// <returns>Перечисление путей в графе.</returns>
public static IEnumerable <TopologyPath> GetShortestPath(TopologyGraph graph, TopologyVertex source, IEnumerable <TopologyVertex> targets, DataChannel dataChannel)
{
try
{
switch (dataChannel.Topology)
{
case DataChannelTopology.Mesh:
return(MeshShortestPath(graph, source, targets, dataChannel));
case DataChannelTopology.Star:
return(StarShortestPath(graph, source, targets, dataChannel));
case DataChannelTopology.Bus:
return(BusShortestPath(graph, source, targets, dataChannel));
default:
return(null);
}
}
catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine("SectionShortestPath failed! {0}", ex.Message);
return(null);
}
}
/// <summary>
/// Найти кратчайший путь из источника в цель в кеше или на графе.
/// </summary>
/// <param name="source">Вершина графа - источник пути.</param>
/// <param name="target">Вершина пути - цель пути.</param>
/// <param name="connectionType">Тип связи.</param>
/// <returns>Найденный заново или взятый из кэша путь.</returns>
public static IEnumerable <TopologyEdge> GetShortestPath(TopologyGraph graph, TopologyVertex source, TopologyVertex target, ConnectionType connectionType)
{
try
{
var cachedPath = PathesCache.SingleOrDefault(q => // Пытаемся найти такой прямой или обратный путь в кэше
q.ConnectionType == connectionType &&
((q.Source == source && q.Target == target) || (q.Target == source && q.Source == target)));
if (cachedPath != null)
{
return(cachedPath.Path);
}
// Если не нашли, ищем путь в графе
var tryGetPath = graph.ShortestPathsDijkstra((edge) => { return(edge.Weights[connectionType]); }, source);
tryGetPath(target, out var path);
// Сохраняем найденный путь в кэше и возвращаем
PathesCache.Add(new TopologyPathesCacheItem(source, target, connectionType, path));
return(path);
}
catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine("GetPath failed! {0}", ex.Message);
return(null);
}
}
/// <summary>
/// Найти кратчайший путь по топологии "Шина".
/// </summary>
/// <param name="graph">Граф, в котором ищем путь.</param>
/// <param name="source">Вершина графа с УСПД.</param>
/// <param name="targets">Вершины КУ, которые нужно соединить кратчайшим путём.</param>
/// <param name="dataChannel">Канал передачи данных, по которому соеденяются КУ и УСПД.</param>
/// <returns>Перечисление путей в графе.</returns>
private static IEnumerable <TopologyPath> BusShortestPath(TopologyGraph graph, TopologyVertex source, IEnumerable <TopologyVertex> targets, DataChannel dataChannel)
{
try
{
var bus = new List <TopologyPath>(); // Итоговая шина, состоящая из составных частей - путей между вершинами шины
var busPartCandidates = new Dictionary <TopologyVertex, IEnumerable <TopologyEdge> >(); // Кандидаты на составные части шины, где ключ - целевая вершина, значение - путь до неё
var busPartSource = source; // Текущая вершина-источник части шины
var remainedTargets = new List <TopologyVertex>(targets); // Оставшиеся целевые вершины
for (var i = 0; i < targets.Count(); i++) // Пока не переберём все целевые вершины
{
foreach (var target in remainedTargets) // Перебираем все оставшиеся целевые вершины
{
var path = GetShortestPath(graph, busPartSource, target, dataChannel.ConnectionType); // Ищем кратчайший путь из источника в цель и сохраняем его как кандидат на кратчайший
busPartCandidates.Add(target, path);
}
// Находим минимальный вес среди кандидатов, причём, если источник и цель в одной вершине - вес нулевой
var minWeight = busPartCandidates.Min(candidate => candidate.Value?.Sum(edge => edge.Weights[dataChannel.ConnectionType]) ?? 0);
// Определяем путь с минимальным весом и добавляем в шину
var shortestPath = busPartCandidates.FirstOrDefault(candidate => (candidate.Value?.Sum(edge => edge.Weights[dataChannel.ConnectionType]) ?? 0) == minWeight);
var shortestPathTarget = shortestPath.Key; // Целевая вершина находится в ключе найденной пары пути
bus.Add(new TopologyPath
{
DataChannel = dataChannel,
Path = shortestPath.Value,
Source = busPartSource,
Target = shortestPathTarget
});
busPartSource = shortestPathTarget; // Целевая вершина найденного пути теперь источник
remainedTargets.Remove(shortestPathTarget); // Убираем эту вершину из оставшихся целевых вершин
busPartCandidates.Clear(); // Ищем кандидатов заново
}
return(bus);
}
catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine("BusShortestPath failed! {0}", ex.Message);
return(null);
}
}
/// <summary>
/// Найти кратчайший путь по топологии "Звезда".
/// </summary>
/// <param name="graph">Граф, в котором ищем путь.</param>
/// <param name="source">Вершина графа с УСПД.</param>
/// <param name="targets">Вершины КУ, которые нужно соединить кратчайшим путём.</param>
/// <param name="dataChannel">Канал передачи данных, по которому соеденяются КУ и УСПД.</param>
/// <returns>Перечисление путей в графе.</returns>
private static IEnumerable <TopologyPath> StarShortestPath(TopologyGraph graph, TopologyVertex source, IEnumerable <TopologyVertex> targets, DataChannel dataChannel)
{
try
{
// Задаём результирующий контейнер путей, источник и алгоритм расчёта весов
var resultPath = new List <TopologyPath>();
foreach (var target in targets) // Для звезды находим пути из источника ко всем целям
{
var path = GetShortestPath(graph, source, target, dataChannel.ConnectionType);
resultPath.Add(new TopologyPath
{
DataChannel = dataChannel,
Path = path,
Source = source,
Target = target
});
}
return(resultPath);
}
catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine("StarShortestPath failed! {0}", ex.Message);
return(null);
}
}