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Parallele Verkehrssimulation in Shared-Memory-Architekturen

In einer wissenschaftlichen Zusammenarbeit mit dem Los Alamos National Laboratory wurde im Rahmen eines Promotionsprojektes auf der Basis einer Mehrspurvariante des klassischen Zellularautomatenmodells (CA-Modell) nach Nagel und Schreckenberg der Simulator PAMINA entwickelt.

Das softwaretechnische Hauptziel dieser Arbeit lag dabei in einer Parallelisierung des Simulationstools für Shared-Memory-Systeme. Durch Betrachtung von einfachen Parametern des Straßennetzwerkes, z.B. Anzahl der Kreuzungen und Straßenabschnitte, und der Hardware, z.B. Kommunikationsbandbreite und -latenz, gelang es, eine obere Schranke für die parallele Effizienz der Simulation herzuleiten. Es zeigte sich, daß bei Bus-Kommunikationsnetzen, die in vielen Shared-Memory-Systemen eingesetzt werden, hohe Effizienzen nur für kleine und mittlere Rechnergrößen bis 64 CPUs erreichbar sind. Eine weitere Verbesserung kann nur auf Rechnern mit einem zweidimensionalen Kommunikationsnetzwerk erreicht werden.

Mit Hilfe der enwickelten Toolbox ist ein dynamisches Load-Balancing nach dem Prinzip der Domain-Decomposition-Methode mit PVM als Message-Passing Bibliothek möglich. Dieser Ansatz erlaubt sowohl die Verwendung eines Shared-Memory-Rechners, wie z.B. der SGI Power Challenger mit 16 CPU's, als auch eines Workstation-Clusters von 12 SUN Sparc 5, der ungefähr die gleiche Rechenleistung liefert. Darüber hinaus erlaubt die Toolbox das Einfügen und Entfernen von Rechnern während der Laufzeit der Simulation.

PAMINA wurde erfolgreich eingesetzt zur Simulation des Straßennetzes der TRANSIMS-Case-Study-Area, eines Teils des innerstädtischen Bereiches von Dallas, Texas. TRANSIMS (TRansportation ANalysis SIMulation System) ist ein vom U.S. Department of Transportation und der Environmental Protection Agency finanziertes Programm mit dem Ziel der Entwicklung von Simulationen, Modellen und Datenbanken zum Aufbau einer integrierten Umgebung für die Analyse regionaler Transportsysteme. Zwei ehemalige Mitarbeiter unserer Arbeitsgruppe sind inzwischen Mitglieder des TRANSIMS-Entwicklungsteams.

Zur Zeit wird in einem neuen Promotionsprojekt unsere zentrale Mikrossimulationsumgebung PLANSIM-T auf moderne Großrechnerarchitekturen mit verteiltem Speicher (Distributed-Memory Systeme) angepaßt, um so eine weitere Steigerung der Simulationsgeschwindigkeit erzielen zu können.


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1999-07-28