Two Lane Traffic Simulations using Cellular Automata

We examine a simple two lane cellular automaton based upon the single lane CA introduced by Nagel and Schreckenberg. We point out important parameters defining the shape of the fundamental diagram. Moreover we investigate the importance of stochastic elements with respect to real life traffic.Comment: to be published in Physica A, 19 pages, 9 out of 13 postscript figures, 24kB in format .tar.gz., 33kB in format .tar.gz.uu, for a full version including all figures see http://studguppy.tsasa.lanl.gov/research_team/papers

Two-lane traffic rules for cellular automata: A systematic approach

Microscopic modeling of multi-lane traffic is usually done by applying heuristic lane changing rules, and often with unsatisfying results. Recently, a cellular automaton model for two-lane traffic was able to overcome some of these problems and to produce a correct density inversion at densities somewhat below the maximum flow density. In this paper, we summarize different approaches to lane changing and their results, and propose a general scheme, according to which realistic lane changing rules can be developed. We test this scheme by applying it to several different lane changing rules, which, in spite of their differences, generate similar and realistic results. We thus conclude that, for producing realistic results, the logical structure of the lane changing rules, as proposed here, is at least as important as the microscopic details of the rules

Discrete stochastic models for traffic flow

We investigate a probabilistic cellular automaton model which has been introduced recently. This model describes single-lane traffic flow on a ring and generalizes the asymmetric exclusion process models. We study the equilibrium properties and calculate the so-called fundamental diagrams (flow vs.\ density) for parallel dynamics. This is done numerically by computer simulations of the model and by means of an improved mean-field approximation which takes into account short-range correlations. For cars with maximum velocity 1 the simplest non-trivial approximation gives the exact result. For higher velocities the analytical results, obtained by iterated application of the approximation scheme, are in excellent agreement with the numerical simulations.Comment: Revtex, 30 pages, full postscript version (including figures) available by anonymous ftp from "fileserv1.mi.uni-koeln.de" in the directory "pub/incoming/" paper accepted for publication in Phys.Rev.

Algorithmen, Architekturen und Technologie der optoelektronischen Rechentechnik

Der Einsatz optischer Verbindungen in der Rechentechnik verspricht viele der heute bei der Kommunikation zwischen Leiterplatten und zwischen integrierten Schaltkreisen auftretende Engpässe zu lösen. Optische Verbindungen moderaler Parallelität (10-20 Kanäle) zwischen Baugruppen sind, wie die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, mittlerweile technisch machbar. Die effiziente Nutzung optischer Verbindungen im Bereich chip-to-chip zum Aufbau eines 3-dimensionalen optoelektronischen VLSI (3-D O E-VLSI) erfordert dagegen wesentlich stärkere Eingriffe in die Architektur derzeitiger VLSI-Systeme. Aufgabe der Informatik ist einerseits die Entwicklung geeigneter Architekturen und zugehöriger Algorithmen und andererseits der Nachweis der hardwaretechnischen Machbarkeit der entwickelten Architekturkonzepte. In der Arbeit werden eine Reihe von Architekturvorschlägen unterbreitet, die weitgehend bis auf die Hardwareebene spezifiziert sind und teilweise in ersten Demonstrator- und Testschaltkreisen realisiert wurden. Dies betrifft ein superskalares aus Superpipelinestufen aufgebautes optoelektronisches 3-D Rechenwerk für Ganzzahlarithmetik, einen binären neuronalen Assoziativspeicher, figurierbare Hardwarestrukturen, eine 3-D Architektur für alle Prozessoren, systolische Addierer und ein Architekturkonzept für einen digitalen optoelektronischen Bildverarbeitungsprozessor. Durch theoretische Vergleiche wird der Nachweis erbracht, daß für die genannten Architekturen durch den Einsatz eines hochdichten optischen Verbindungssystems Steigerungen der Durchsatzrate von 1-3 Größenordnungen gegenüber rein-elektronischen Systemen möglich sind. Für den Assoziativspeicher, die rekonfigurierbare Hardware und das 3-D Rechenwerk für Ganzzahlarithmetik wurden erste einfache OE-VLSI-Schaltkreise auf der Basis optischer Modulatoren und PN-Detektoren realisiert. Da der Entwurf solcher Systeme neue rechnergestützte Entwurfssysteme erfordert, werden ferner die im Rahmen der Arbeit durchgeführten Entwicklungen für ein Simulations- und Synthesewerkzeug für 3-D OE-VLSI-Systeme dargestellt