Utoaji Rasilimali Usiojikita Unaotambua Usongamano kwa Mfumo Endesho-hadi-Wingu

1. Utangulizi

Mabadiliko ya usafiri smart hayana kipaumbele na magari yanayojiongoa yenyewe, yanayoshirikiwa, na yanayounganishwa umeme yakiunda muundo mpya wa trafiki na mahitaji ya hesabu haraka kwa kiwango kikubwa. Mfumo wa kompyuta wingu hauwezi kukabiliana na mahitaji ya ucheleweshaji mdogo wala kubadilisha utoaji rasilimali kulingana na maombi ya huduma ya wakati na eneo. Karatasi hii inatangaza mfumo mpya wa usawazishaji usiojikita wa utoaji rasilimali unaotambua usongamano kwa mfumo endesho-hadi-wingu unaowezesha uwezo wa 'kompyuta kufuata magari'.

2. Mbinu

3. Utekelezaji wa Kiufundi

class Mgawaji Anayetambua Usongamano:
    def __init__(self, kitambulisho_cha_nodi, majirani):
        self.kitambulisho_cha_nodi = kitambulisho_cha_nodi
        self.majirani = majirani
        self.hali_ya_rasilimali = {}
        
    def kutabiri_mahitaji(self, njia_za_magari):
        # Kutabiri mahitaji ya hesabu kulingana na usongamano wa gari
        ramani_ya_mahitaji = {}
        for gari in njia_za_magari:
            nodi_zinazotarajiwa = self.utabiri_wa_njia(gari.mahali)
            for nodi in nodi_zinazotarajiwa:
                ramani_ya_mahitaji[nodi] += gari.kiwango_cha_hesabu
        return ramani_ya_mahitaji
    
    def uratibu_wa_ugawaji(self, mahitaji_ya_ndani):
        # Shirikiana na majirani kwa ugawaji bora
        hali_za_majirani = self.kubadilishana_hali()
        mpango_wa_ugawaji = self.usawazishaji_wa_makubaliano(mahitaji_ya_ndani, hali_za_majirani)
        return mpango_wa_ugawaji

4. Matokeo ya Majaribio

Mfumo ulitathminiwa kwa kutumia seti za data halisi za trafiki kutoka kwa mitandao ya usafiri ya Uingereza. Vipimo muhimu vya utendaji vilijumuisha:

• Kupunguzwa kwa Tofauti ya Matumizi: Uboreshaji wa zaidi ya mara 40 ikilinganishwa na mbinu zilizojikita
• Ukiukaji wa Mwisho wa Muda wa Huduma: Kupunguzwa kwa 14%-34% kwa kukosa miradi
• Ufanisi wa Nishati: Akiba ya nishati 14% hadi zaidi ya 80% ikilinganishwa na miundo ya wingu pekee

5. Uchambuzi na Majadiliano

Mfumo uliopendekezwa wa 'kompyuta kufuata magari' unawakilisha maendeleo makubwa katika utafiti wa mfumo endesho-hadi-wingu. Tofauti na mbinu za kawaida za utoaji rasilimali zisizobadilika, mfumo huu unabadilika kwa nguvu kulingana na muundo wa usongamano wa magari, kukabiliana na changamoto ya msingi ya kutofautiana kwa mahitaji ya huduma ya wakati na eneo. Mbinu ya usawazishaji isiyojikita inachota msukumo kutoka kwa algorithm za makubaliano yaliyosambazwa sawa na zile zinazotumika katika mifumo ya blockchain, lakini zimebadilishwa ili kutumika kwa usimamizi wa rasilimali kwa wakati halisi katika mazingira ya kusongamana.

Ikilinganishwa na mbinu za kompyuta wingu zilizojikita, ugawaji unaotambua usongamano hupunguza ucheleweshaji kwa kuweka rasilimali za kompyuta mapema kwenye njia zinazotabiriwa za magari. Wazo hili linalingana na mienendo mipya katika kompyuta ya kutabiri, ambapo mifumo hutabiri mahitaji ya baadaye badala ya kukabiliana na yale ya sasa. Muundo wa kihisabati unajumuisha gharama za mawasiliano na malengo ya usawa wa mzigo, na kuunda usawazishaji wa malengo mbalimbali unaoonyesha vikwazo halisi vya uendeshaji.

Matokeo ya majaribio yanaonyesha uboreshaji mkubwa katika vipimo muhimu. Kupunguzwa kwa mara 40 kwa tofauti ya matumizi kunaonyesha usambazaji bora wa mzigo kwenye miundo ya endesho, na kuzuia upakiaji mwingi na matumizi duni. Faida hii ya ufanisi ni muhimu sana kutokana na wasiwasi wa matumizi ya nishati katika Teknolojia ya Habari na Mawasiliano, ambayo tayari inazidi 10% ya matumizi ya nishati duniani kulingana na Shirika la Kimataifa la Nishati. Uwezo wa mfumo wa kupunguza ukiukaji wa miradi ya huduma kwa 14%-34% unakabiliana na mahitaji muhimu ya Ubora wa Huduma kwa programu muhimu za usalama kama vile urambazaji wa magari yanayojiongoa wenyewe na usimamizi wa trafiki wa wakati halisi.

Utafiti huu unachangia katika uwanja mpana wa usawazishaji wa mifumo iliyosambazwa, ukijenga juu ya misingi iliyowekwa katika kazi muhimu kama vile karatasi ya CycleGAN (Zhu et al., 2017) ambayo ilionyesha nguvu ya kujifunza bila usimamizi kwa kubadilika kwa kikoa. Vile vile, mfumo huu unabadilisha rasilimali za kompyuta kulingana na kikoa cha nguvu cha usongamano wa magari bila kuhitaji usimamizi wazi. Mbinu hii pia inalingana na malengo ya Tume ya Ulaya kwa usafiri endelevu na malengo ya sifuri halisi ya Uingereza kwa kuboresha matumizi ya rasilimali na kupunguza matumizi ya nishati kupitia usambazaji wa mzigo wenye akili.

6. Matumizi ya Baadaye

Mfumo wa utoaji rasilimali unaotambua usongamano una matumizi mapana zaidi ya muktadha wa haraka wa mitandao ya magari:

• Miundo ya Smart City: Utoaji wa nguvu kwa vifaa vya IoT katika mazingira ya mijini
• Mifumo ya Majibu ya Dharura: Usimamizi wa rasilimali kwa wakati halisi kwa hali ya maafa
• Mitandao ya 5G/6G: Ujumuishaji na utoaji rasilimali ya mtandao wa rununu
• Mitandao ya Droni Zenye Kujiongoa: Hesabu zilizoshirikishwa kwa mashirika ya UAV
• IoT ya Viwanda: Usimamizi wa rasilimali unaobadilika katika viwanda smart

Maelekezo ya utafiti wa baadaye ni pamoja na kujumuisha kujifunza kwa mashine kwa utabiri bora wa njia, kupanua mfumo ili kuunga mkono kujifunza kwa shirikisho kwenye nodi za endesho, na kuunda API zilizosanifishwa kwa ushirikiano kati ya majukwaa tofauti ya kompyuta endesho.

7. Marejeo

1. Z. Nezami, E. Chaniotakis, na E. Pournaras, "Wakati Kompyuta Inafuata Magari: Utoaji Rasilimali Usiojikita Unaotambua Usongamano kwa Mfumo Endesho-hadi-Wingu"
2. J. Zhu et al., "Tafsiri ya Picha hadi Picha Isiyoonganishwa kwa Kutumia Mitandao ya Kupingana Yenye Mzunguko-Thabiti," ICCV, 2017.
3. M. Satyanarayanan, "Kuibuka kwa Kompyuta Endesho," Kompyuta, 2017.
4. Shirika la Kimataifa la Nishati, "Udigitalisasi na Nishati," 2017.
5. Tume ya Ulaya, "Mkakati wa Usafiri Endelevu na Smart," 2020.
6. Idara ya Usafiri Uingereza, "Takwimu za Usafiri na Mazingira 2021"
7. Y. Mao et al., "Uchunguzi kuhusu Kompyuta Endesho ya Rununu," IEEE Communications Surveys & Tutorials, 2017.