面向智慧物联网的新型嵌入式仿真技术研究

面向智慧物联网的新型嵌入式仿真技术研究

路爽

河北外国语学院

摘要：当前，随着“创新、协调、绿色、开放、共享”的发展新的发展理念，以及“以国内大循环为主体，国际国内双循环相互促进”的新发展格局的形成，一场以技术和产业为核心的新一轮工业革命正在迅速席卷世界。“新时代”是指“智能+”和后疫情时代的交错；“新态势”是世界范围内的多边主义和单方面的霸凌长期竞争和博弈的严峻局面；“新征程”，是指我们开始了一个新的发展阶段，即“全面建成社会主义现代化国家”。

关键词：智慧物联网；新型嵌入式；仿真技术

新型嵌入式仿真技术内涵、特征与应用模式

1、新型嵌入式仿真技术内涵

新型嵌入式仿真技术面向工程、社会、军事等领域的智能物联网系统进行在线、持续的认知和优化，利用现代仿真技术、信息通信科学技术、智能科学技术及应用领域专业技术深度融合的数字化、网络化、云化、智能化技术手段，构成以用户为中心、与被研究对象集成运行、人/信息（赛博）空间/物理空间无缝融合、各类智能化仿真资源/能力/产品统一经营管理的服务云（网）；支持用户和被研究对象随时随地、“实时”、“连贯”和“透明”地请求、访问和获取仿真服务，支持被研究对象整个系统和整个生命周期活动中的人、机、物、环境、信息自主智能地感知、互联、协同、学习、分析、认知、决策、控制与执行，实现被研究对象高效、优质、节省、绿色、柔性、安全地运行与演化。

2、新型嵌入式仿真技术特征

2.1数字化

它是实现人/信息（电子）空间与实体空间的无缝结合的基础，一方面是以机制和非机制以及它们的结合为基础，全面构建被研究对象的数字模型；

2.2虚拟化

是实现各类智能化仿真资源/能力/产品统一经营管理的基础，一方面是通过对仿真资源/能力/产品的规范封装可以构建虚实结合的仿真系统，另一方面是数字化模型可以在经过虚拟化的各类基础设施上自由部署、按需服务。

2.3高效化

它是一种新型嵌入式模拟技术，为“实时”模拟服务提供了基础，它一方面利用新一代的感知、接入技术，有效地完成了被测物体的实时状态抽取和模拟，另一方面，利用高性能的模拟计算机进行大规模分支演化、蒙特卡罗树的并行运算。

2.4网络化

是新型嵌入式仿真技术提供“连贯”仿真服务的基础，一方面是通过分布式仿真支持人在环/硬件在环/软件在环等各类复杂仿真应用，另一方面是能够支持通过网络随时随地请求、访问部署在边缘和云上的仿真服务。

2.5普适化

它是一种新型嵌入式模拟技术“透明”模拟服务的基础，它通过一种很自然、很少被使用者察觉的“蕴含式”模拟任务来进行模拟，而在模拟的过程中，它可以围绕着使用者和被研究对象进行自发交互。

2.6智能化

它是智能物联网的重要组成部分，它可以帮助智能地感知、认知、决策、控制被研究对象，也可以通过大量的数据采集和大量的并行训练来支撑被研究对象的智能进化。

3、新型嵌入式仿真应用模式

嵌入式仿真系统是一种以用户为中心、与被研究对象集成运行、人/信息空间和实体空间无缝融合、云边端各种智能化仿真资源/能力/产品按需服务的网络化仿真新模式。智能物联网的模型主要有三种：物理模型、认知模型和决策模型。其中，基于物理模型的智能物联网系统与其周围环境进行了相应的映射，能够有效地反映出智能物联网系统的工作成效。通过与智能物联网的实际操作相结合，使用者处于一个具备感知和联网的终端环境，它会自动地发现使用者的应用需要，实现从应用需求到模拟需求的映射，并且可以自发地请求、访问和获取模拟服务，通过在线模拟和与使用者的协作，实现对用户的监控、诊断、预测和决策支持。

4、新型嵌入式仿真系统关键技术

4.1云边协同高性能仿真计算机系统技术

针对2类（高端仿真用户和大量用户）/3级仿真（虚拟、构建、实装）的需求，将新兴的建模与仿真技术、云/边缘计算技术、智能科学技术及应用领域技术等，推出云边协同高性能仿真计算机系统，提供从硬件（含计算节点、仿真加速专件、自主产权仿真样机）、支撑软件到仿真软件的一整套的解决方案，为智能制造、智慧城市、军事智能系统中嵌入式仿真应用提供一体化全生命周期的支撑。

4.2物理空间泛在感知、接入服务技术

通过二维码、 RFID、 GPS、视觉和雷达等传感器的智能感知、采集、传输、接入、分析及处理等，实现智能仿真资源/能力/产品的物联接入、安全可控、协同集成、网络服务等，从而实现仿真系统内对物理空间的认知建模、行为表征、人机交互等感知及接入的智能化。

4.3蕴含式仿真服务请求技术

为了解决从实际需求到仿真需求的自动化和智能化映射，本文通过对现有的上下文感知、智能代理、语义匹配等技术的分析，面向智能制造、智慧城市、军事智能等嵌入式仿真应用需求，创新性提出了包含式仿真服务访问框架，实现仿真服务的自主发现和匹配，支持嵌入式仿真中物理空间与仿真空间的自动交互。

4.4云边端一体仿真任务调度技术

为了快速动态构建云边端一体化模拟、高效运行容错对系统调度的需要，尤其是要充分考虑到集群中的异构计算节点资源利用率与提交任务资源需求的矛盾，给出了云边端一体化仿真任务的智能调度算法，以智能调度仿真资源，提高计算资源、网络资源、存储资源的隔离共享和透明利用能力，支撑云边端一体仿真任务执行效率的提升。

4.5分布异构集成仿真互操作技术

为了满足分布式异构模拟资源（LVC资源，如半物理模拟器、实装和数字模型）的集成，本文提出了分布异构的集成模拟交互业务中间件，并解决了分布异构模拟资源的低时延、异构系统的高效率适应性等问题，为虚拟和分布部署的嵌入式联合模拟实验提供了支持。

4.6多级并行高性能仿真求解技术

为了有效地解决用户和被研究对象的仿真请求，尤其是并行处理，如大规模分支演化、蒙特卡罗树查找等，与并行并行算法相结合，利用四级并行仿真引擎架构，实现了大规模仿真问题的作业级并行、成员之间任务级并行、联盟成员内部模型级并行以及复杂模型求解线性并行。

4.7智能模型自学习自进化技术

它以增强学习为核心技术，结合模仿学习和对抗学习技术，实现了具有较强鲁棒性和较强的鲁棒性和鲁棒性。并将监控学习与深度强化学习相结合，提出了基于监控学习的行为模式与深度强化学习协同演化的方法，从而实现了对现实环境下智能模型的建立和不断演化，从而支持智能决策模式的自我演化。

5、结束语

综上所述，我们正步入新时代，面临新的形势和新的征程，人类社会各个方面的模式、技术和业态正在向数字化、网络化、云化、智能化的“智慧物联网”新模式、新技术和新业态发生重大变革。智能物联网的发展要求基于智能物联网的新的嵌入式模拟技术，能够实现实时、持续的分析、认知、学习、决策、运行和优化。

参考文献

[1]陈煌达.基于互联网的压缩燃烧装置远程测控系统研究[D].浙江大学,2021.DOI:10.27461/d.cnki.gzjdx.2021.001105.

[2]吴雅威.面向智库需求的智慧数据服务模式及服务能力评价研究[D].吉林大学,2021.DOI:10.27162/d.cnki.gjlin.2021.000628.

[3]崔从俊.浅析物联网技术在智慧校园建设中的应用[J].科技创新导报,2020,17(16):150-151.DOI:10.16660/j.cnki.1674-098X.2020.16.150.

作者简介：路爽，男，1983年出生，2011年地图学与地理信息系统专业毕业，河北外国语学院教师。