文摘

研究复杂和不确定的自动运输系统(ATS)引起兴趣增加以便更好地解决与当代交通发展相关的问题。希望使交通更加可持续、经济、安全、方便、有效,研究人员设法解决扩大需求的帮助下at特点,即。自主、感知、学习、决定和反应。大多数的研究集中在ATS体系结构,目前在设计阶段。完善架构中的实体之间的关系,提出了DESIEP,基于离散事件仿真的方法(DES)信息交换对ATS (iep)。该方法可以提供一个理解的描述信息流而方便地说明顺序逻辑实体之间的控制关系的架构。它可以帮助研究人员更好地理解运行机制由内部需求和外部系统的技术,以诊断、评估、验证和优化设计体系结构。与此同时,该方法还支持进一步的研究在系统进化和结构分析,包括函数、逻辑,每一代的物理架构,以及他们的映射关系和并行进化机制。

1。介绍

快速增加的数量的信息,数量的系统,和速度的迭代更新,目前的交通系统依赖于人们的命令是很难满足需求。至关重要的构建系统架构,适应新一代的交通系统,即。、自动运输系统(ATS)。此外,从部分自动化运输系统需要变换完全自动化的新兴技术,如人工智能、大数据、移动通信、卫星定位。

ATS代表交通发展的趋势,专注于未来。除了道路、车辆和行人、ATS涉及许多元素,包括路边设备和技术设施,等等。在设计的系统中,有必要考虑合作的问题multiautonomous个人网络和系统的自适应设计。悦et al。1)认为UAV-USV-UUV网络合作的联合设计目标在海上战场狩猎在设计智能控制系统组成和无人作战系统的智能控制结构。氮化镓et al。2)主要考虑如何选择最优通信网络连接过程中的能源效率最大化UAV-assisted汽车网络通信。雪et al。3)被认为是高速移动环境下的影响的新的多址方案5 g-rlarge-scale物联网和提出了相应的改进方案。它表现出独特的特点与其他系统相比,包括传感、学习,自主决定和反应。这些特点决定了ATS系统是一个动态的、发展的,而不是静态的。因此,需要全面的原则ATS体系结构的设计。通过建立一个ATS体系结构,系统生成将取决于正在运行的机制,是由内部需求和外部系统的技术。架构也研究了协同进化方法,包括函数、逻辑,每一代的物理架构,以及他们的映射关系和并行进化机制。系统架构的分析方法也可以引用从其他领域的一些算法。陈等人。4]提出了基于网格的一种有效的混合优化算法搜索和改善Nelder-Mead单纯形(GS-INMS)光伏模型的参数识别。虽然应用领域不同,该算法优化思想中引用可以优化结构参数。

简而言之,据ATS体系结构的原则,标准化的架构设计和实现技术最终成为可能,并提供设计参考方案可能是典型的交通场景。换句话说,第一重要的是要保证现有系统体系结构或设计原则的准确性,以确保对ATS的研究可能会正常进行。

智能交通系统(ITS),包括体系结构参考合作和智能交通(ARC-IT)在美国5)、加拿大(6),其在中国7)等,代表现有的和相当成熟的交通系统的研究。为更好的研究协会和运行机制的各种元素在系统架构中,许多方法来描述和修改逻辑和物理实体之间的关系。例如,米甲和硅藻土8称为AgentPolis)开发了一个模块化的框架,可以支持的实现和仿真交通系统与高水平的相互作用,但它的抽象实体和代理行为必须完善。Salazar-Cabrera和Pachon9)提出了一个它的建筑设计方法允许集成和互操作性的新服务与当前技术和服务平台,但其场景城市或区域的限制。

然而,ATS更加复杂、多变的和可以理解其相比。正如前面提到的,你等。10)、成分分析、进化预测,和其他六个挑战必须解决在创建at服务,和当前的方法有一定的缺陷,可能会改善。成分分析,其中一个是密切相关的内部属性和关系,ATS体系结构的特点,主要集中在两个实体在美国胸科协会交换信息,即。信息交换对(IEP)。

最初的信息交换的研究关注人际关系,但是它已经进化到包括网络数据共享情况。研究交通系统的信息交换的主题可能会认定为交通实体,可以合并成双。沈et al。11]IoT-IDIVS开发,从交通系统包含数据,并可以实时监控车辆的协助下路边单元。高et al。12)提出了一个vehicle-consensus方案实现交通信息检索和车辆路线管理和信息交换。路上,et al。13)探讨了自动可互操作的联运货运信息系统的共享。这些研究利用成对运输实体,包括旅客,航空公司基础设施等,讨论他们的数据交换过程。然而,掌握在ATS还需要讨论大型实体连接组和描述两人的特殊影响,它们并没有包括在前面的研究。

研究发现没有相应的等电位点,和一个适当的方法应满足以下标准:(1)动态分析的方法可以满足需求在ATS体系结构设计。(2)该方法可直接应用于各种等电位点,和应用程序是方便和简单。(3)方法可以满足新兴应用的要求。

仿真是一个合适的策略,因为研究对ATS设计的动态分析的需求。许多研究人员在交通领域经常使用模拟备份的可行性建议。工具可以现成的仿真软件14- - - - - -16)或自建仿真系统平台(17- - - - - -19),但他们中的大多数主要基于定义的场景模拟和评估特定的功能实体。领域的运输、Kogler和劳赫[20.)总结了相关研究的分析多通道和单峰运输供应链使用DES,指出现有的研究有一个仿真模型的不精确的解释和缺乏详细的验证和确认过程,和研究的差距有很多仿真的细节。Felde et al。21)开发了一个交通系统模拟器,使并行高性能电脑上密不可分,但其目前的模型验证和性能分析的结果是不够的。塞巴斯蒂亚尼et al。22]行为密不可分的城市BRT公交优化操作,但是他们的场景限制,更专注于能源消耗。此外,目前还没有方法来支持信息交换过程的描述或将其应用到交通系统架构设计的水平。

填补目前的差距,这项工作提出了一个DES-based方法在ATS等电位点,称为DESIEP。总结了主要贡献如下:(1)提出了建模与仿真的方法来描述中的等电位点ATS体系结构。这个方法也适用于研究各种系统结构。(2)该方法可以直观地描述这个等电位点和计算信息传递的效率。它将及时提供反馈为ATS体系结构设计系统,方便用户设计和修改。(3)通过建立仿真模型中的项目对于一个具体的场景,结果表明,模型能很好地兼容这个等电位点在这个场景中。所有链接的信息保留在每一个时间步的信息交换过程可以计算,用户可以判断信息交互的结构的合理性对价值的保留和变化的规律。

本文安排如下的提示。节2,提出了一些相关的工作总结当前的挑战和相关解决方案中的项目。部分3介绍了相关的概念和方法的掌握和DES。部分4描述了模拟构建的过程和细节。节5,提出了一个场景的例子来演示和分析仿真结果。最后,部分6结论本研究和讨论了未来的工作。

2。相关工作

本节总结了使用模拟方法中的项目研究中遇到的挑战以及相关工作来解决这些问题。

2.1。新兴的挑战

为了描述更准确地掌握的交互行为,使研究工作效率,需要面临三大挑战,即:

2.1.1。交换行为的表达能力

掌握的最基本的功能是表达逻辑控制每个模块在ATS体系结构之间的关系。因此,仿真模型中的项目应该有能力表达的控制关系。这种能力应该包括两个方面的影响。一是信息接收者变化随着信息生产者所传播的信息,这是常见的在模拟场景中经典网络通信(23)或数据传输(24]。第二,发电机的信息包括一个基于状态反馈机制的信息接收器,类似于一个模拟状态和控制交通流运行的实时反馈循环不断地采取行动(25]。

2.1.2。传播的信息量的描述

当涉及到ATS体系结构的定量表达式,这个等电位点还需要表达单位时间传输的信息量。因此,仿真模型应该能够传输信息离散表达或描述单位时间传输的信息量(26,27]。

2.1.3。个体差异

不同的等电位点有不同的属性,物理意义,收到信息和意义,因此仿真模型应该能够表达的差异在上面点。此外,这将提供架构的定制的配置中,高水平的灵活性、稳定性、可伸缩性等(28,29日]。

2.2。相关解决方案

分析的研究方法应用于等电位点,发现通常有两种研究方法:一是建立数学模型,另一种是建立详细的ATS体系结构模型。

构建数学模型:最简单的方法是直接设置一些基本的参数值。大多数ATS体系结构的研究是基于定性研究,并掌握主要代表逻辑控制模块之间的关系。对于定量描述,通常定义一些基本的参数值直接或根据不同级别设置几个参数。但是直接定义参数只能扩展的描述定性分析的结果。它不能准确地描述交互的具体交互的信息。所以,信息接收方可以建立相关的数学模型,它可以用来描述的信息量通过等电位点(30.,31日]。这样,数学公式的帮助下,个体差异不同IEP可以表达,及其灵敏度接收传入的信息可以被描述。数学模型可以表达不同的个体差异等电位点,和信息的每个单位时间内掌握与不同的信息数量将会改变。此外,使用数据驱动的概念模型进行了优化。例如,郝et al。32)优化决定方程基于粗糙集理论来促进车辆在汽车各种特性。的影响,不能简单地说一个数学公式,将显著影响如果是面向一个复杂结构由于不可信的假设和艰苦的参数标定过程。因此,一些论文构建神经网络模型来描述中的项目(33- - - - - -35]。然而,这些方法能有效和直观的获得等电位点的物理意义。特别是,模型越复杂,越难理解其物理意义。

建立详细的ATS体系结构模型:研究ATS体系结构中,有很多用系统动力学建模的体系结构。那里是一个分裂的过程建模过程。和等电位点将细分为多个模块。模块连接由一个固定的关系或一个具体的方程,所以等电位点可以被看作是一个组合的几个关系。

表1提供了一个彻底的各种策略。根据这些方法,探讨掌握使用DES模型。节3、等电位点和DES将详细介绍。

3所示。概念和方法

3.1。信息交换对

早在设计领域,信息交换的概念是用来描述设计行为(36]。这是逐步描述为传播者之间交换信息的方法,今天,它主要是用于计算机科学和互联网技术。逻辑控制关系是由行为类似的物理对象和ATS设计的功能模块。只表达这种控制关系在ATS体系结构中,研究人员提供IEP的想法。

IEP不同于典型的信息交换行为。信息交互的行为是专门针对两个人具体信息交互,特别具有细粒度的对象。物理对象的粒度在ATS体系结构中,然而,不只是局限于微观的水平,但也可能指的是一组粗粒度,如图1。这里的物品说明不仅仅属于具体的实物。此外,信息交换行为通常只代表所描述的两个政党之间的逻辑关系,而这个等电位点还需要描述的具体影响关系,和信息传输流中包含这个等电位点所代表的信息。

两者之间的关系必须充分描述这个等电位点。信息发生器(IG)、信息接收者(IR)、控制时序逻辑关系(CRSL)和信息流(是)都应该被包括在这个等电位点作为一个整体。IEP已经部分中描述的一些特点2下面是详细描述:(1)独立。都是和CRSL独家搞笑和红外等电位点,没有连接到其他体系结构组件。(2)关闭。不会有外部传播任何或CRSL,这只会发生在这个等电位点。(3)方向性。红外是搞笑。(4)信息量。这是由就是IEP的数据量。(5)CRSL-Feedback-Mechanism。在等电位点,CRSL的方向的方向,即。,通常从搞笑到红外。由于其控制关系,信息传输过程会改变。此外,将会有信息反馈效应,即当红外信息,它可能通过提供反馈响应搞笑。(6)物理意义。所有进程的等电位点可以映射在现实和找到自己的现实意义。

IEP可以描述各种ATS体系结构组件之间的CRSL,这是一个进一步语句结构的关系。IEP使用户能够设计研究,同时协助学者的理解之间的交互组件。

3.2。离散事件仿真

一群实体交互,与一定的规则,以完成特定的目标被称为一个离散事件系统。离散事件系统离散事件,都发生在一定的顺序或在特定情况下37]。

在分析以往DES情况下,建模项目可能经常被分成不同的基本逻辑结构关系,如图2佩特里网的形式。

原则上,DES可以用来复制ATS的等电位点以来的内部顺序逻辑等电位点在ATS体系结构同样可以大致分为上述基本结构。在DES模型、流程模型是基于特定的活动过程,并形成综合离散事件模型通过每个流程环节之间的逻辑关系。如图3公交车的路线,从出发到到来,是模拟的。图3从一开始就展示了整个总线的操作站的结束。在图3,这些模块(“BusSource”、“LineToRoadnet”,“Roadnet”,“trafficmangement,”厄尔。)分别代表了公交运行效率的影响因素。公交车选择特定航线根据目标站和影响道路结构和等级,红绿灯等交通控制设施,道路状况,可能出现的紧急情况,排队进入车站。整个过程完成时,总线完成了入站的行为。过程模拟可以描述连续流的阶段和过程。这是一个基于过程检测和定量分析技术,其本质是一种基于运行顺序过程的数值模拟技术。过程模拟可以有效地说明如何在掌握转达了。

这项工作结构的一些基本流程组件过程仿真,并将构建过程仿真模型基于掌握通过组件的拆卸和组装。我们可以理解掌握的功能通过统计信息在每个流程模块仿真期间,和一些计算参数也可以被设置为通过用户获得所需的信息。

4所示。模拟施工

模拟建设的总体工作流程如图4分为四个部分,即。,analyzing IEP, constructing process simulation model, defining simulation parameter, and drawing conclusion from simulation. The CRSL of IEP can be expressed intuitively through simulation. Regarding the information feedback mechanism that should also exist between IEPs, it is possible to track changes in the original link using the specific modifications to each link in the sequential process.

4.1。分析掌握

掌握在ATS受到物理对象体系结构和物理对象之间。相关流程活动可能发现通过分析物理对象中的体系结构提供的信息。构建过程仿真模型流程活动的基石,和流程活动常常是通过等电位点在两种不同的方式:(1)一般来说,为了描述由等电位点传播,架构研究人员将开发独特的过程中掌握。因此,它是可行的立即定位相关流程活动利用的搞笑和红外等电位点。(2)根据相关数据,用户可以查询离散活动事件过程的一部分。然后按照逻辑关系(例如,或者,联盟系列,等等),他们可以安排,结合这些活动事件获得适合的流程活动中的项目。

4.2。构建过程仿真模型

流程活动模型定义的基本模块包括来源、水槽,延迟,分裂,结合,选择,,等几个模块可以合并,以反映上述逻辑关系,和图5描述了他们的综合表达式。

实体是至关重要的信息完成所有流程链接过程模拟。完成整个过程模拟时从源和创建通过每个组件模块流入水槽连接线的方向。流程模块可以携带信息实体,将指定特定的初始化函数。上述模块的角色及其对应的构造特点如下:(1)源。实体和它产生信息,所有信息实体处理开始。所有进程以信息流的产生开始,来源是第一个组件并没有上游流程活动。(2)水槽。它作为所有信息实体的过程。所有过程的集合,水槽是最后的组件和没有下游流程活动。(3)延迟。它是最基本的组件模块。模块是延迟如果没有特殊事件。实体的信息将被困时通过模块。因此,通过给其实际意义,可以描述一个实体的信息通过该模块时做一些活动。建模时,采用延迟,如果只有一个流程活动的上游和下游过程活动和顺序信息只保持在这个位置一会儿。(4)分裂。它将大量的信息实体。会有几个流程活动下游但只有一个上游的流程活动对应于该组件。检查如果两个下游过程是在同一逻辑时间层次建模时是至关重要的。分裂将利用如果两个进程同时运行。(5)结合。它生成一个新的实体通过结合多个现有信息实体。结合将利用如果相对应的流程活动组件包含多个流程但是只有一个上游下游工序活动活动,并有一个流程活动相应的分裂。(6)选择。它提供了多个处理方向信息实体。这个组件相关联的流程活动类似于分裂,即。,有几个下游流程活动。只有其中一个分支,可以选择进行进一步的处理步骤。例如,当接近一个岔路口,一个人只能在一个方向上进行。在这种情况下选择将工作。(7)持有。它可以防止信息对象移动到模块后,迫使它保持在当前的一个。这个组件对应的流程活动受到明显的限制。例如,当有太多的乘客在地铁站在高峰小时,工作人员将设置障碍让人们到乘客的数量降低到一个特定的阈值。可以用来说明这个过程。

另外,用户可能调节上述模块通过建立条件下的表现。例如,可以指定数量的限制。生产信息来源的实体的有效性可能会减少的数量达到下沉超过一个特定的阈值。

从等电位点提取后,流程活动转化为流程组件是基于每个组件的特征。上述组件模块然后加入了指示行创建一个过程仿真模型基于流程活动前后的逻辑关系。

4.3。定义仿真参数

有两种类型的参数仿真过程。模拟的一般运行的设置是一个(例如,仿真步长,仿真时间,大量的信息表达的过程实体,等等)。第二个是过程的参数设置功能模块,它占实际的基础,应与流程活动模块的物理意义。下面是与一个例子解释上述想法。

图6描述了一个过程的模拟表示上述概念。参数仿真的运行参数如表所示2。数的设置根据他们的物理意义,如仿真步长10 ms的过程在1 s和IGs的重复10 kb数据的生成。

与此同时,当流模块的参数设置功能,实际情况是参考,以下是一些例子:(1)硬盘驱动器(hdd)或固态硬盘(ssd)通常用作备份存储。hdd经营约120 M / s的速度,而ssd操作500 M / s的速度3500米/秒。在这种情况下,存储速度的仿真设置为1000 M / s,和备份存储所需的时间是0.01毫秒。(2)对于视频数据,一个两阶段的目标检测算法(检测速度大约是11帧/ s)或一个单级的目标检测算法(检测速度范围从5.4帧/ s - 65.8帧/ s)通常采用(38- - - - - -40]。我们选择10帧作为默认算法处理速度。假设1280年的框架720视频是关于10 kb,大约需要0.4秒处理实体。(3)5 g数据传输的速度设置为1 Gb / s,和数据传输所需的时间是0.01毫秒。

5。模拟效果分析

体现了本文仿真场景图所示7(见表3- - - - - -5模块的含义),信息收集的途径对环境特征是处理和传播最终进入路边的传感装置。环境特性的信息收集的路线分为两类,即。、公路路面和道路结构数据。它们分解和模型格式规范、传输和存储的数据,分别,然后处理数据融合并收集到路边传感装置。

仿真模型的结构已经决定不改变在仿真过程中,和一组参数没有设置随机变量是固定的。仿真是进行结构本身;最后的仿真结果与模拟的数量不会改变。在这个场景中,我们假设线的数据传输速率是恒定的。因此,传输的过程被认为是一个稳定的传输过程,可以分为一段时间粒度。这次,仿真时间是1 s,仿真步骤10 ms。在传输的环境特性,实体的所有流程代表一个数据量10 kb。

不同的输出参数可以设置为描述用户需求的影响。例如,我们可以直接计算沉实体收到的信息的数量在每个仿真步骤如果我们想找出最终的响应状态信息传输的红外光谱。和模块之间的周期大约是0.18,这与仿真场景。

如图8,X设在是仿真的步骤,记录时间的模拟,Y设在仿真计算,记录数据传输过程的实体。发送的搞笑经历每个链接在这个过程中,时间是到达每个模块可以在仿真计算。我们计算时间是什么时候到达红外模块和统计的数量在每一刻到达红外根据时间序列,这是数量的变化受到红外仿真时间可以获得。图8显示红外接收积累的数量在每一个时刻,和图中所示的关系图按时间顺序了。因此,图8反映了变化的红外接收到的模拟时间。首先,我们发现红外开始接收信息在0.07 s。然后继续增长的体积信息随着时间的推移,收到,总共63.7 Mb的数据在一个第二。在设计架构时,可以利用掌握的信息处理的有效性作为一个指南适当设置相关的物理对象的属性值。

在这个过程中,搞笑将生成的信息情况下,实体和过程将流经每个模块的仿真。在这个过程中,过程的实体的数量在每个模块的仿真步骤是计算。用户可以获取的位置信息从输出数据堵塞。堵塞的位置信息的瓶颈点仿真。通过跟踪信息实体的数量在每个延迟举行,可以确定流程的运行的瓶颈。图9显示信息实体的数量统计的每个延迟第一第二。结果表明,在大多数的信息延迟是动态平衡,有些展品异常。在一个正常的网,有上游和下游模块除了搞笑和IR。如果从上游模块模块接收到的信息不能及时消耗,将不断积累的信息。在一般的系统结构,每个组件都有一个上限来存储信息。如果信息不断积累,它将达到模块的存储容量,导致信息堵塞系统。在现实中,没有实际的对象,可以无限期保存信息。因此,应该首先处理异常的链接在系统架构优化,以避免信息堵塞。这样不正常的链接为优化过程中可能会优先在ATS体系结构优化的基于时序逻辑的架构。

此外,八个特殊的模块图9选择,图呢10显示时间的内部存储实体的数量之间的关系。为每个单独的模块,内部存储的数量的变化具有明显的周期性。模块之间的周期大约是0.18,这是相关的模拟场景。与此同时,它可以发现模块位于上游的相同组合模块基本上相同的值和趋势,例如,d7 d12,或d13 d18。值得注意的是,d37显示延迟变化趋势对d38 d39,这可能是由于场景中设置或可能担任的渗透点异常调查。

场景实验表明DESIEP可以用来描述体系结构和它的元素在一个直观而有效的方式。一方面,过程仿真模型构建基于掌握分析清楚描述了体系结构的结构和转移。另一方面,仿真可视化的执行架构的内部操作和CRSL,仿真结果可以有效地、准确地帮助研究人员解析、理解,提高ATS系统设计。

在这种情况下,我们可以清楚地观察到不同的技术直接影响仿真参数设置,如不同的存储技术影响数据存储时间和不同的数据传输技术影响数据传输的时间。这些都是直接关系到信息的传输流的效率。在设计架构时,研究人员可以使用该方法来发现不同技术的具体影响建筑元素之间信息传递的效率。研究人员还可以调整架构根据程度的影响。已经设计的体系结构,它还可以评估和找到改善建筑的位置,以方便研究人员已经调整和优化设计体系结构。此外,通过仿真获得的结果统计数据也可以证实这个等电位点结构的正确性。的可访问性结构可以保证如果有一个完成整个过程的信息流。记录每个模块可以提供反馈的变化敏感性总体架构的传播信息,方便用户观察这个等电位点的有界性。

6。结论

上面的章节介绍了应用离散事件仿真建模的ATS信息交互通过应用实例。从本质上说,这工作是ATS体系结构研究的一种补充和扩展,有效地解决了问题,大多数当前的仿真研究ATS体系结构建模不注意掌握的运行机制。有几个优势建立一个离散事件仿真系统中的项目:(1)把握整体的变化:研究人员可以获得目标对象的每个部分的变化的模拟仿真过程。(2)定量的影响:不同的统计指标设置根据信息流的变化模拟。当建筑设计或相关技术中使用的结构变化,研究人员方便,直接评估变化的程度根据统计情况的指标。(3)动态调整:研究人员可以调整架构根据仿真结果。调整后,又可以模拟架构,调整比较仿真结果可以客观地评价前后调整。

研究CRSL其实体之间可以协助相关人员更彻底地分析运行机制,这是由内部需求和外部系统的技术。各种实体之间的关系很可能会有效地描述使用DES在ATS等电位点建议在这个研究。研究人员可以使用它来提高建筑的相关设计和诊断,做更多的研究评估,验证和优化。

许多不同的行业可以受益于DES。仿真建模技术掌握在ATS体系结构描述的这项工作,即DESIEP,也可以用来检查其他结构相同的特征,如网络信息传播的过程。同样,DES可以应用于研究information-interactive系统架构。然而,应该注意的是,建模复杂的系统的设计将变得越来越有挑战性。

IEP模拟和建筑模拟可以在未来的研究相结合。通过仿真计算中的项目,将获得组件之间的架构,和体系结构仿真可能受益于接收反馈信息来提高其准确性。

数据可用性

的数据支持本研究的发现可以从相应的作者在合理的请求。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究支持中国国家重点研发项目(2020 yfb1600400)。