Робототехника, автоматизация и системы управления

Математическая модель многокритериальной балансировки параметров V2X-систем

П. В. Плотников, Г. И. Тамбовцев, А. Г. Владыко

Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича (СПбГУТ)

Аннотация: Развитие интеллектуальных транспортных систем и внедрение архитектуры Vehicle-to-Everything (V2X) предъявляют высокие требования к характеристикам сетевого взаимодействия, таким как минимальная задержка, высокая надёжность и энергоэффективность. При этом снижение одного из параметров влечет за собой увеличение другого, что делает задачу их сбалансированной настройки актуальной и практически значимой. Особенно важно учитывать не только общую задержку (задержка сети связи и вычислительная задержка) и энергопотребление, но и ожидаемое время прибытия мобильного вычислительного узла на базе транспортного средства – интегрального показателя качества обслуживания в динамически меняющейся среде. В настоящей работе предлагается математическая модель многопараметрической оптимизации параметров функционирования V2X-системы, учитывающая три взаимосвязанных показателя: общую задержку, энергопотребление и ожидаемое время прибытия. Модель формализует структуру транспортной системы в виде ориентированного графа, с заданными маршрутами движения, размещением стационарных и мобильных вычислительных узлов транспортной инфраструктуры, а также параметрами обмена видеоданными между ними и терминальными устройствами. Модель представлена в виде задачи оптимизации и позволяет настраивать систему в соответствии с внешними условиями и прикладными целями. В качестве исследовательского инструмента использованы методы имитационного моделирования с реалистичными сценариями движения транспортных средств и переменной нагрузкой сети связи. Результаты проведённых численных экспериментов позволяют показать, что использование предложенной модели позволит достичь более сбалансированных режимов работы системы, снижая общие задержки и энергозатраты без ухудшения параметров времени прибытия. По сравнению с традиционными подходами, основанными на однокритериальной или двухкритериальной оптимизации, предложенный метод обеспечивает большую адаптивность и устойчивость V2X-систем к изменяющимся условиям функционирования. Сформулированные выводы могут быть полезны исследователям при проектировании и внедрении энергоэффективных и надёжных распределённых архитектур в современных транспортных системах.

Ключевые слова: Vehicle-to-Everything, V2X, многопараметрическая оптимизация, математическое моделирование, интеллектуальные транспортные системы, граничные вычисления, туманные вычисления.

УДК: 004.942:621.396.93

Поступила в редакцию: 11.07.2025

DOI: 10.15622/ia.25.1.1