分布式交通网络仿真平台的动态负载均衡算法研究及应用

摘要

采用分布式交通仿真系统来对现实交通情况进行模拟，是提高城市交通效率和机动性的有利途径。而分布式仿真系统中，任务是否均衡分配关系到整个仿真系统的仿真速度。因此，如何使分布式交通仿真节点的负载均衡成了亟待解决的问题。本文以分布式交通仿真平台为基础，借鉴博弈论的思想，提出了基于博弈论的动态负载均衡算法，并通过仿真实验和理论分析来验证了算法的优越性。本文的主要工作包括以下几点：
　　（1）提出了基于分布式交通仿真的网络模型。首先，在自主研发的分布式微观交通网络仿真平台的基础之上，设计了混合模式的动态负载均衡模型。该模型采用CS和P2P的结合来完成，总控端与仿真终端间以CS的模式存在，而仿真终端和仿真终端之间以 P2P的模式存在。同时为了提高仿真系统的仿真速度、降低数据采集成本，本文将路网中道路简化为带权重的点，而路口简化为带权重的边。采用该模型对路网进行仿真，能够在不失仿真的真实性的同时，简化仿真路网模型，提高仿真系统的仿真速度和仿真效率。
　　（2）提出了基于博弈论的动态负载均衡算法。本文借鉴博弈论中纳什均衡的思想，将道路的迁移变为主动行为。算法首先对道路的效用函数进行定义，并通过理论推导证明该函数存在纳什均衡；然后，采用迭代生长的方式来对地图网络进行初始分割；最后，道路将根据效用函数计算自身的费用，并根据自身的费用来决定是否进行迁移以及迁移的目的终端，直到完成整个路网的均衡；并且在仿真系统运行中再次出现不均衡状况时，同样也可以依据道路的费用来对道路进行迁移，并再次达到均衡状态。
　　（3）进行了仿真对比实验。本文采用自主研发的微观交通仿真系统为实验平台，通过设定实验参数等，与经典的递归对分算法进行了两大组对比实验。实验的主要内容包括：终端数变化及车辆数变化对仿真时间、仿真时间方差、通信时间总和及通信时间方差的影响。实验结果证明，本文提出的基于博弈论的动态负载均衡算法的优越性。
　　通过理论及对比仿真实验的结果验证，本文提出的基于博弈论的动态负载均衡算法能够均衡的划分路网，并且能够解决大规模分布式交通仿真系统的动态负载均衡问题。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究意义

1.3 主要工作

1.4 章节安排

第二章 相关技术研究

2.1 相关技术简介

2.2 交通仿真研究现状

2.3 负载均衡算法研究现状

2.4 博弈论研究现状

2.5 本章小结

第三章 基于分布式交通仿真的路网模型设计

3.1 混合模式的动态负载均衡模型

3.2 路网模型设计

3.3 本章小结

第四章 基于博弈论的动态负载均衡算法研究

4.1 引言

4.2 基于博弈论的动态负载均衡问题定义

4.3动态负载均衡算法设计

4.4 动态负载均衡算法复杂度分析

4.5 本章小结

第五章 动态负载均衡算法在微观交通仿真系统中的应用

5.1 微观交通仿真系统环境

5.2 仿真内容与结果分析

5.3 本章小结

第六章 总结

6.1现有工作总结

6.2未来工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果