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

1. InterSCSimulator: Um Simulador
de Cidades Inteligentes de Larga Escala
Eduardo Felipe Zambom Santana
Orientador: Prof. Fabio Kon

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
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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
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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
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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
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6. Revisão Bibliográfica
● Cidades Inteligentes
● Simulação de Trânsito
● Modelo de Atores e Erlang
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7. Cidades Inteligentes
● Dimensões de Cidades Inteligentes:
○ Economia Inteligente
○ População Inteligente
○ Mobilidade Inteligente
○ Meio Ambiente Inteligente
○ Vida Inteligente
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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
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9. População Inteligente
● Simulação de cenários de educação
○ Melhores localizações para equipamentos educacionais
○ Trânsito gerado por esses equipamentos
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Vida Inteligente
● Simulação de uma rede de sensores na cidade

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
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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
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12. Simulação de Trânsito
● Três tipos de simulação:
○ Microscópica
○ Mesoscópica
○ Macroscópica
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13. Simulação de Trânsito
● Exemplos de cenários de Cidades Inteligentes:
○ Utilização de veículos elétricos
○ Semâforos Inteligentes
○ Emissão de Poluentes
○ Redes veiculares
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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
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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
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16. InterSCSimulator
● Requisitos Funcionais e Não Funcionais
● Arquitetura do Simulador
● Modelo de Trânsito
● Componentes
● Outros Domínios
● Evolução da Implementação do Simulador
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17. Requisitos Funcionais
● Representação da rede viária da cidade
● Definição de viagens
● Simulação dos veículos
● Saída dos dados
● Análises dos dados simulados
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18. Requisitos Não Funcionais
● Escalabilidade
● Usabilidade
● Extensibilidade
● Reprodutibilidade
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19. Arquitetura do Simulador
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20. Modelo de Trânsito
● Modelo mesoscópico de trânsito, baseado na densidade da via:
● Cálculo do tempo de viagem em cada link:
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21. Componentes
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22. Entradas - config.xml
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23. Entradas - trips.xml
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24. Entradas - map.xml
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25. Saída
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26. Visualização
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27. Visualização
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28. Avaliação Preliminar
● Escalabilidade
● Utilização de Recursos
● Execução Distribuída
● Impacto do Modelo de Trânsito
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29. Tempo de Execução
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30. Memória Utilizada
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31. Média Utilização CPU
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32. Espaço em Disco
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33. Execução Distribuída
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34. Trabalhos Relacionados
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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
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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
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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
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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.
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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
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40. Cronograma
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41. Cronograma
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