物联网需要模拟才能成长

数百万个简单的物联网设备构成了一个复杂的系统,需要模拟器来精确设计

没有模拟,复杂的系统就会失败。卫星无法到达准确的轨道,半导体电路无法正常工作,桥梁无法承载负荷。没有强大的仿真软件,企业和政府是不会投资这些项目的。而且,如果没有一个模拟试验证明物联网的价值和功能,由数十万乃至数百万廉价设备组成的物联网网络将无法建成,而这些设备加在一起构成的大规模资本投资将无法实现。

来自博洛尼亚大学的研究人员发表了一份分析报告物联网仿真与智慧城市车辆交通系统案例研究(pdf)。他们建议对精心设计的仿真器进行联网仿真,以模拟符合物联网设备和用例多样性的特定物联网特性。

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根据研究人员的说法,一个单一的模拟器无法模拟许多不同类型的设备。在单个CPU上运行是不可伸缩的,因为将存储和处理大量事件。他们推荐并行和分布式仿真(pad)。

pad架构类似于应用于大型web应用程序和人工智能模型的系统。在这个分布式模拟中,实现模型组件的每个逻辑流程管理离散模型的演化,并与其他逻辑流程通信以实现同步和数据分发。

多级混合仿真的优缺点

多级混合仿真具有一定的优点和缺点。特定的仿真器,如电信建模工具,可以识别由Wi-Fi和WAN网络中的物联网引起的拥塞。但是,组件模拟器的独立构建器必须在某种程度上进行协作,以便在模拟器之间共享和同步状态信息。否则,一个模拟器中的低级事件将不会触发另一个模拟器中的事件。

一种多层次的仿真方法可以通过在必要时利用细粒度仿真来减少计算资源的使用。例如,细粒度的交通模拟可能只在拥堵受限地区的高峰交通时间才有必要。高层次的模拟对于非高峰时间可能是有效的。

大型仿真器的设计、设置和调试依赖于物联网测试平台或仿真工具。然而,目前还没有足够规模的试验平台。如果世界上所有的测试床都是联合的,并且可供研究人员、企业和政府对模拟器进行调优,那么测试床的选项可能会奏效。否则,工具是唯一的选择。

最有趣、最有前途的两种方法是internet of simulators (IoS)和specification and description language (SDL)。构建在互连模拟器上的IoS被设想为可随需应变的云服务。

SDL方法更加实用,已经在许多行业中应用的Telelogic和ObjectGeode等产品中得到了实现。SDLs将系统定义为一组相互连接的抽象机器,它们是有限状态机的扩展。更有趣的是SDLs和系统设计语言之间可能存在的联系。

系统设计语言,如VHDL,已被证明可以有效地自动化具有数十亿晶体管的超大规模集成电路的设计和仿真。EDA行业基于VHDL进行标准化。它类似于编程语言。该系统是用这种高级语言定义的,可以模拟、测试和编译成集成电路。它促进了重用,并允许模型在生态系统中进行交换,因此许多集成电路系统可以在不构建原型的情况下进行模拟。物联网行业也可以采用类似的方法,尽管现在实施系统设计语言的标准可能还为时过早。

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车辆运输系统的案例研究是使用街道地图来识别临界点,并调整或修改一个地区的交通流通的模拟。它还考虑了污染排放。将街道信息表示为网络,包括维度数据和街道类型(单向、双向、高速公路等)从公开的街道地图导出。然后使用网络分析工具NetworkX和Gephi来模拟这些数据,以识别临界点和触发器。

相扑是一种著名的交通模拟工具,它通过改变车辆的数量来模拟交通,在设置障碍物、移除道路或增加新的道路时评估交通循环。基于matlab的工具ADVISOR模拟了汽油/柴油、电动和混合动力汽车的尾气排放、性能和燃油经济性,旨在减少尾气排放的同时改善交通状况。

使用Omnet++模拟车对车(V2V)和车对基础设施(V2I)通信,研究间断连接、无缝通信策略和测试多自导机制。

最后,测试了云的性能,因为大多数物联网网络都是作为云服务实现的。如果不考虑云的性能和网络延迟,对通信、设备和传感器的模拟将是不完整的。

研究人员能够证明可伸缩性、并行化和触发高级仿真与细粒度仿真的对比是有效的。他们证明了一个混合仿真,结合了许多专用的模拟器也可以工作。这篇论文整体上提出了一个重要的问题:有多少组织拥有从许多复杂工具构建模拟器的专业知识?考虑为大型物联网网络投入巨额资金的组织将需要一个基于云的综合解决方案。物联网规范描述语言将是一个可以为系统设计语言仿真系统生成模型的起点。

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