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InterSCSimulator: Um simulador de Cidades Inteligentes de Larga Escala

Apresentação da defesa de qualificação apresentado no IME-USP no dia 07/08/2017

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InterSCSimulator: Um simulador de Cidades Inteligentes de Larga Escala

  1. 1. InterSCSimulator: Um Simulador de Cidades Inteligentes de Larga Escala Eduardo Felipe Zambom Santana Orientador: Prof. Fabio Kon
  2. 2. Conteúdo ● Introdução ● Revisão Bibliográfica ○ Cidades Inteligentes ○ Simulação de Trânsito ○ Modelo de Atores e Erlang ● InterSCSimulator ● Avaliação Preliminar ● Trabalhos Relacionados ● Considerações Finais e Plano de Trabalho 2
  3. 3. Introdução ● Maior parte da população mundial vivendo em cidades ○ Recursos e infraestrutura insuficientes para o aumento populacional ● Cidades Inteligentes ○ Melhorar a qualidade de vida dos habitantes das cidades ○ Sustentabilidade ○ Uso de TICs ● Dificuldades nos projetos atuais ○ Custos, escala e dificuldades políticas 3
  4. 4. Introdução ● Uso de simulação pode ser útil para: ○ Tomada de decisões de gestores ○ Testes de aplicações, serviços e plataformas de Cidades Inteligentes ● Desafios da simulação de cidades: ○ Escalabilidade ○ Usabilidade ○ Definição de modelos úteis e representativos 4
  5. 5. Introdução ● InterSCSimulator ○ Objetivo de simular cenários complexos de Cidades Inteligentes ○ Larga-Escala ○ Utilização de dados reais da cidade ○ Facilidade na definição de cenários ● Linguagem Erlang ○ Modelo de Atores ○ Implementação de sistemas paralelos e distribuídos de larga-escala 5
  6. 6. Revisão Bibliográfica ● Cidades Inteligentes ● Simulação de Trânsito ● Modelo de Atores e Erlang 6
  7. 7. Cidades Inteligentes ● Dimensões de Cidades Inteligentes: ○ Economia Inteligente ○ População Inteligente ○ Mobilidade Inteligente ○ Meio Ambiente Inteligente ○ Vida Inteligente 7
  8. 8. Economia Inteligente ● Rede de Distribuição de Energia (Smart Grids) ○ Custo e Poluição de diferentes fontes de energia ● Simulação de pontos de atração de pessoas ○ Grandes eventos, pontos turísticos 8
  9. 9. População Inteligente ● Simulação de cenários de educação ○ Melhores localizações para equipamentos educacionais ○ Trânsito gerado por esses equipamentos 9 Vida Inteligente ● Simulação de uma rede de sensores na cidade
  10. 10. Mobilidade Inteligente ● Simular padrões de mobilidade da cidade ○ Veículos particulares ○ Transporte público ○ Novos meios de transporte ● Impacto de eventos ou de problemas ● Impactos de intervenções no trânsito ou de novas obras 10
  11. 11. Meio Ambiente Inteligente ● Emissões de poluentes pelo tráfego da cidade ● Rede de sensores para a monitoração da poluição na cidade ● Impactos ambientais na utilização de recursos como água e energia elétrica 11
  12. 12. Simulação de Trânsito ● Três tipos de simulação: ○ Microscópica ○ Mesoscópica ○ Macroscópica 12
  13. 13. Simulação de Trânsito ● Exemplos de cenários de Cidades Inteligentes: ○ Utilização de veículos elétricos ○ Semâforos Inteligentes ○ Emissão de Poluentes ○ Redes veiculares 13
  14. 14. Modelo de Atores ● Modelo de programação baseado em atores: ○ Cada função do sistema é implementada em um ou mais atores ○ Cada ator é uma linha independente de execução ■ Podem ser executados em paralelo ■ Comunicação apenas via troca de mensagens ○ Minimiza dois grandes problemas da programação paralela ■ Condição de corrida e Espera ocupada ○ Execução distribuída transparente para o programador 14
  15. 15. Erlang ● Linguagem de programação funcional baseado no modelo de atores ● Características adequadas para o desenvolvimento de sistemas de larga escala ○ Paralelismo ○ Distribuição ○ Tolerância a Falhas ○ Comunicação transparente 15
  16. 16. InterSCSimulator ● Requisitos Funcionais e Não Funcionais ● Arquitetura do Simulador ● Modelo de Trânsito ● Componentes ● Outros Domínios ● Evolução da Implementação do Simulador 16
  17. 17. Requisitos Funcionais ● Representação da rede viária da cidade ● Definição de viagens ● Simulação dos veículos ● Saída dos dados ● Análises dos dados simulados 17
  18. 18. Requisitos Não Funcionais ● Escalabilidade ● Usabilidade ● Extensibilidade ● Reprodutibilidade 18
  19. 19. Arquitetura do Simulador 19
  20. 20. Modelo de Trânsito ● Modelo mesoscópico de trânsito, baseado na densidade da via: ● Cálculo do tempo de viagem em cada link: 20
  21. 21. Componentes 21
  22. 22. Entradas - config.xml 22
  23. 23. Entradas - trips.xml 23
  24. 24. Entradas - map.xml 24
  25. 25. Saída 25
  26. 26. Visualização 26
  27. 27. Visualização 27
  28. 28. Avaliação Preliminar ● Escalabilidade ● Utilização de Recursos ● Execução Distribuída ● Impacto do Modelo de Trânsito 28
  29. 29. Tempo de Execução 29
  30. 30. Memória Utilizada 30
  31. 31. Média Utilização CPU 31
  32. 32. Espaço em Disco 32
  33. 33. Execução Distribuída 33
  34. 34. Trabalhos Relacionados 34
  35. 35. Considerações Finais ● Extensa pesquisa sobre os domínios de aplicações de Cidades Inteligentes ● Simulações de trânsito já implementadas ○ Redes reais de grandes cidades ○ Agentes simulados baseados em dados reais] ● Experimentos evidenciaram a escalabilidade do simulador ○ 10 milhões de agentes ○ Simulação mais rápida que o tempo real 35
  36. 36. Contribuições ● Contribuições tecnológicas ○ Implementação do simulador ○ Testes em máquinas de larga-escala e de simulações distribuídas ○ Integração do simulador e de uma plataforma de Cidades Inteligentes ● Contribuições científicas ○ Escalabilidade do simulador ○ Testes dos modelos de trânsito em simulações de larga-escala ○ Integração de cenários de diferentes domínios 36
  37. 37. Publicações ● Revisão Bibliográfica Kon, F.; Santana, E. F. Z. Cidades Inteligentes: Tecnologias, Aplicações, Iniciativas e Desafios. Jornadas de Atualização em Informática, 2016 Kon, F.; Santana, E. F. Z. Cidades Inteligentes: Tecnologias, Aplicações, Iniciativas e Desafios, 2017. Santana, E.F.Z., Chaves, A.P., Gerosa, M.A., Kon, F. and Milojicic, D. Software platforms for smart cities: Concepts, requirements, challenges, and a unified reference architecture. Aceito para publicação na revista ACM Computing Surveys 37
  38. 38. Publicações ● Simulador Santana, E. F. Z., Bastista, D. M., Kon, F. and Milojicic, D. S. SCSimulator: An Open Source, Scalable Smart City Simulator. In Tools Session of the 34th Brazilian Symposium on Computer Networks (SBRC). Salvador, Brazil, 2016. Santana, E. F. Z.; Lago, N. ; KON, F. ; Milojicic, D. InterSCSimulator: Large-Scale Traffic Simulation in Smart Cities using Erlang. In 18th Workshop on Multi-agent-based Simulation (MABS), São Paulo, Brazil, 2017. 38
  39. 39. Plano de Trabalho ● Três atividades ○ Melhorias nos modelos de trânsito já implementado ○ Implementação de outros domínios de Cidades Inteligentes ■ Transporte Público ■ Saúde ○ Otimizações na implementação do simulador 39
  40. 40. Cronograma 40
  41. 41. Cronograma 41

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