以智慧城市为应用的基于智能体的分布式仿真

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随着计算机仿真技术的发展和在其他学科中的应用,越来越多研究领域开始采用计算机仿真来作为重要的研究手段之一。在计算仿真技术中,分布式离散事件仿真随着分布式计算的进步得到了越来越多的应用。这类仿真方式对大规模的仿真应用具有较好的性能表现。另一方面,近年来,为了解决粮食短缺问题,在城市规划学研究中,城市农业逐渐成为受到人们关注的新兴概念。在城市农业中,食品生产消费链不再严格按照从农村到城市的单向结构,而是将城市与农业生产混合,通过前沿技术提高农业生产效率。本文的研究内容主要包含两个方面。首先是实现一种多智能体系统分布式仿真引擎的动态计算资源管理机制;其次是在城市农业系统情境下构建出一个智慧城市多智能体模型,并结合上述机制对其进行仿真。本研究的主要贡献列举如下:第一,对分布式离散事件仿真平台PDES-MAS设计了动态计算资源调整机制。我们从底层实现的角度对该机制进行了详细的描述。它在仿真执行过程中对系统中的计算资源进行监测。当发现因为仿真模型行为方式的变化而导致系统中出现计算资源不足,或者计算资源冗余的情况时,该机制能够动态地分配或回收计算资源。第二,针对分布式离散事件仿真中事件消息路由功能和范围查询功能对进行了动态计算资源调整机制进一步分析、设计和改进。我们首先研究了在PDESMAS仿真平台中事件消息路由和范围查询的实现方式。我们通过分析其对计算集群拓扑结构的假设,阐明了当前PDES-MAS仿真系统在动态拓展性上的缺陷。我们针对其已有的设计进行重构,实现了动态计算资源调整机制能够支持消息路由和范围查询的支持。第三,设计了智慧城市中城市农业系统的多智能体模型。我们通过对智慧城市系统中的食品供应链进行简化和抽象,针对从食品生产,运输,销售等一系列环节的特点,于PDES-MAS平台上实现了智慧城市模型。第四,完成了对动态计算资源调整机制基于不同仿真模型的的性能测试。我们使用了分布式离散事件仿真中的性能基准模型Tile World以及构建的智能城市模型,在不同的实验条件下分别进行了仿真。我们通过仿真所需时间作为性能的评判标准,分析了动态计算资源调整机制的性能表现。通过该项研究的成果,我们不仅通过动态计算资源调整机制提升了分布式离散事件仿真平台PDES-MAS在大规模仿真应用上的性能表现,也根据对实际问题的建模和仿真,扩展了计算机仿真技术的应用范围。本研究在动态计算资源调整机制消息转发和负载均衡中的设计可以应用在其他的并行离散事件仿真系统中。同时,我们建立的智能城市模型,也可以通过增加更多的内容和限制条件,被用于建立更为复杂和贴近现实需求的仿真模型。
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