CHƯƠNG 4: ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY VÀ TÁC TỬ PHẦN MỀM – CÁC DỊCH VỤ ĐIỆN TOÁN THÔNG MINH
4.3.3 Hệ thống quản lý giao thông dựa trên tác tử
Công nghệ tác tử được sử dụng trong các hệ thống quản lý giao thông vào đầu năm 1992, trong khi các hệ thống quản lý giao thông đa tác tử đã được trình bày sau đó. Tuy nhiên, tất cả các hệ thống này tập trung vào đàm phán và hợp tác giữa các tác tử tĩnh để phối hợp và tối ưu hóa. Năm 2004, công nghệ tác tử di động bắt đầu thu hút sự chú ý của các lĩnh vực giao thông vận tải. Các đặc điểm của tác tử di động: tự trị, di động, và thích nghi làm cho chúng phù hợp với xử lý không chắc chắn và các trạng thái vô thường trong một môi trường động. Tác tử di động di chuyển thông qua môi trường mạng để tiếp cận với các thiết bị kiểm soát và thực hiện các chiến lược thích hợp trong cả hai chế độ tự trị hoặc thụ động. Bằng cách này, các thiết bị giao thông chỉ cần cung cấp một nền tảng điều hành cho các tác tử giao thông di động làm việc trong môi trường năng động, mà không cần phải có tất cả các chiến lược giao thông.Cách tiếp cận này giúp tiết kiệm lưu trữ và khả năng tính toán trong thiết bị điều khiển vật lý, giúp giảm chi phí cập nhật và thay thế. Hơn nữa, khi phải đối mặt với các yêu cầu khác nhau của môi trường giao thông năng động, một hệ thống đa tác tử lợ dụng các tác tử di động sẽ thực hiện tốt hơn so với bất kỳ hệ thống tác tử tĩnh. Trong năm 2005, nền tảng phân tán và thích ứng dựa trên công nghệ tác tử (Agent-Based Distributed and Adaptive Platforms) được đề nghị dùng cho hệ một hệ thống quản lý giao thông đô thị phân cấp. Ba lớp trong Adapt là tổ chức, phối hợp và thực hiện. Các tác tử di động đóng vai trò như là một người thực hiện của chiến lược kiểm soát trong hệ thống. Hơn nữa, một bộ điều khiển tín hiệu giao thông mới được thiết kế để cung cấp các môi trường thực thi cho các tác tử di động. Hiện tại, thích nghi là một phần của hệ thống quản lý giao thông song song (parallel transportation management systems - PTMS), có thể tận dụng lợi thế của các tác tử chiến lược giao thông di động để quản lý một bản đồ đường bộ. Lớp tổ chức, đó là cốt lõi của hệ thống, có bốn chức năng, phân hoạch nhiệm vụ hướng tác tử, lập kế hoạch tác tử, đóng gói chiến lược giao thông, và quản lý tác tử. Lớp tổ chức bao gồm một tác tử quản lý (MA –
Manager Agent), ba cơ sở dữ liệu (chiến lược kiểm soát, cảnh giao thông điển hình, và tác tử chiến lược giao thông), và một hệ thống giao thông nhân tạo.
Khi một chiến lược giao thông đã được đề xuất, mã chiến lược được lưu trong cơ sở dữ liệu chiến lược giao thông. Sau đó, tùy theo nguyên mẫu của tác tử, các chiến lược giao thông sẽ được đóng gói vào một tác tử chiến lược giao thông được lưu trong cơ sở dữ liệu tác tử chiến lược giao thông. Ngoài ra, các tác tử chiến lược giao thông sẽ được kiểm tra bởi những cảnh giao thông điển hình để xem xét hiệu quả của nó. Cảnh giao thông điển hình, được lưu trữ trong một cơ sở dữ liệu nút giao thông điển hình, có thể xác định hiệu quả hoạt động của các tác tử khác nhau. Với sự hỗ trợ của ba cơ sở dữ liệu, MA là hiện thân của tổ chức lớp thông minh. Chức năng lập lịch trình của tác tử và phân hoạch nhiệm vụ hướng tác tử được dựa trên cơ sở tri thức của MA, trong đó bao gồm các sự thực hiện của các tác tử khác nhau trong ngữ cảnh giao thông khác nhau.
Nếu hệ thống quản lý đô thị không thể đối phó với một trường hợp giao thông vận tải với các tác tử hiện có của nó, nó sẽ gửi một tác vụ giao thông cho lớp tổ chức để được giúp đỡ. Tác vụ giao thông có chứa các thông tin về tình trạng giao thông đô thị, do đó, một tác vụ giao thông có thể được kết hợp từ một vài cảnh giao thông điển hình. Với kiến thức thích hợp nhất, các tác tử chiến lược giao thông đối phó với bất kỳ cảnh giao thông điển hình nào, khi lớp tổ chức nhận tác vụ giao thông, MA sẽ trả về một sự kết hợp của các tác tử và bản đồ về sự phân bố của các tác tử để giải quyết nó. Bằng cách này, hệ thống này có lợi thế của các tác tử chiến lược để quản lý một bản đồ đường bộ. Cuối cùng, chúng ta thiết lập một hệ thống giao thông nhân tạo (Artificial Transportation System - ATS) để kiểm tra hiệu suất của hệ thống quản lý giao thông đô thị dựa trên các bản đồ thể hiện sự phân bố của các tác tử . ATS được mô hình hóa từ dưới lên, và nó phản ánh môi trường giao thông đô thị thực sự. Bởi vì tốc độ của các thí nghiệm tính toán nhanh hơn so với thế giới thực, nếu hiệu suất là không đạt yêu cầu, bản đồ tác tử phân phối trong cả hai hệ thống sẽ sửa đổi.
Hình 16: Lớp tổ chức của hệ thống giao thông phân tán dựa trên tác tử
Một số hạn chế thách thức:
Nhóm tác giả công trình thực hiện quá trình thực nghiệm bằng cách gửi bản đồ phân phối tác tử và các tác tử liên quan đến ATS để đánh giá thực nghiệm, vì vậy họ có thể kiểm tra chi phí của hoạt động này trong thời gian chạy của Adapt.
Trong nền thử nghiệm đó, các tác tử điều khiển giao thông phải giao tiếp với ATS để có được dữ liệu phát hiện lưu lượng và gửi dữ liệu đó đến đèn điều khiển. Cả hai tải và khối lượng thông tin liên lạc tăng với số lượng nút giao thông. Nếu thời gian để hoàn thành các đánh gá thử nghiệm vượt quá một ngưỡng nhất định, kết quả thử nghiệm trở nên vô nghĩa và vô ích. Kết quả là, khả năng thực hiện đánh giá thử nghiệm của một máy tính bị hạn chế. Trong thử nghiệm của họ, họ sử dụng một máy tính 2,66 GHz với bộ nhớ 1 GB để chạy cả hai ATS và Adapts. Cuộc thử nghiệm diễn 3.600 giây trong thời gian thực. Số lượng nút giao thông tác giả thử nghiệm đã tăng từ hai đến 20. Khi số lượng các tác tử giao thông kiểm soát là 20, thí nghiệm mất 1,130 giây. Nếu thiết lập các ngưỡng thời gian 600 giây, số lượng tối đa của nút giao thông trong một thí nghiệm chỉ là 12. Điều này là không đủ để xử lý các mô hình khu đô thị lớn.
Hình 17: Thời gian chạy thử nghiệm ATS và Adapts trên một máy PC
Hơn nữa, một hệ thống quản lý giao thông đô thị hoàn chỉnh cũng yêu cầu kiểm soát giao thông, phát hiện, hướng dẫn, giám sát, và các hệ thống khẩn cấp. Để xử lý các trạng thái khác nhau trong một môi trường giao thông, hệ thống quản lý giao thông đô thị phải cung cấp cho các tác tử chiến lược giao thông thích hợp. Và
thông mới phải được giới thiệu liên tục. Vì vậy hệ thống quản lý giao thông đô thị tương lai phải tạo ra, lưu trữ, quản lý, kiểm tra, tối ưu hóa, và sử dụng hiệu quả một số lượng lớn các tác tử di động. Hơn nữa, họ cần một hệ thống hỗ trợ quyết định để giao tiếp với các nhà quản lý giao thông. Tổng thể, hệ thống hỗ trợ quyết định mạnh mẽ với một giao diện người-máy thân thiện là một xu hướng tất yếu trong sự phát triển của hệ thống quản lý giao thông đô thị. Vì vậy, các hệ thống tương lai phải có những khả năng sau: Năng lực tính toán các ngữ cảnh giao thông sử dụng một tác tử chiến lược giao thông để thử nghiệm càng điển hình thì việc học tập về những thuận lợi và khó khăn của các tác tử chiến lược giao thông khác nhau càng chi tiết hơn. Trong trường hợp này, bản đồ tác tử phân phối ban đầu sẽ chính xác hơn.Tuy nhiên, để đạt được hiệu suất cao như vậy, thí nghiệm một số lượng lớn các cảnh giao thông điển hình đòi hỏi tài nguyên máy tính rất lớn. Các nhà nghiên cứu đã phát triển nhiều chiến lược giao thông dựa trên AI. Trong đó như mạng lưới thần kinh tiêu tốn rất nhiều tài nguyên máy tính cho việc huấn luyện để đạt được kết quả làm việc. Tuy nhiên, nếu một chiến lược giao thông trên bộ truyền động, khả năng tính toán hạn chế của thiết bị truyền động và khung cảnh giao thông vô thường sẽ làm hỏng hiệu quả của tác tử giao thông AI. Kết quả là, hiệu suất của toàn hệ thống sẽ xấu đi. Tuy nhiên, nếu tác tử giao thông AI được huấn luyện trước khi di chuyển nó đến các thiết bị truyền động, nó có thể phục vụ các hệ thống quản lý giao thông tốt hơn. Quyết định giao thông và phân phối của các tác tử hợp lý cần sự hỗ trợ của ATS, mà chủ yếu sử dụng công nghệ lập trình hướng tác tử. Tác tử có thể là con người, xe cộ, v.v... Để đảm bảo ATS phản ánh đúng tình trạng thực tế của giao thông đô thị, chúng ta cần tài nguyên máy tính lớn để chạy nhiều tác tử.
Lưu trữ:
Lượng lớn dữ liệu giao thông như cấu hình của những cảnh giao thông, quy định và thông tin của các loại tác tử khác nhau trong ATS cần một lượng lớn dung lượng lưu trữ . Tương tự như vậy, nhiều tác tử chiến lược giao thông và
thông tin liên quan như thực hiện kiểm soát các tác tử ở những cảnh giao thông khác nhau cũng tiêu tốn rất nhiều tài nguyên lưu trữ. Cuối cùng, hệ thống hỗ trợ quyết định đòi hỏi một lượng lớn dữ liệu về tình trạng giao thông đô thị. Hai giải pháp có thể giúp thực hiện các yêu cầu đó là:
o Trang bị cho tất cả các trung tâm của hệ thống quản lý đô thị giao thông với một siêu máy tính.
o Sử dụng công nghệ điện toán đám mây, chẳng hạn như của Google Map-Reduce, Blue Cloud của IBM và EC2 của Amazon - xây dựng đám mây giao thông thông minh để phục vụ giao thông đô thị.
Lợi dụng khả năng mở rộng vô hạn của điện toán đám mây để đáp ứng tự động các nhu cầu của một số hệ thống giao thông đô thị. Bằng cách này chúng ta có thể sử dụng đầy đủ các máy chủ giá rẻ hiện có và giảm thiểu đầu tư trả trước của toàn bộ hệ thống.