Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка технологии интеллектуализации локализованных вычислительных сред Интернета физических устройств для персонализированного построения и упреждающей доставки сервисов

Докладчик: Корзун Дмитрий Жоржевич

Должность: доцент, ведущий научный сотрудник, зам.декана по НИР

Цель проекта:
Рассматривается проблема разработки сервисно-ориентированных информационных управляющих систем для локализованных вычислительных сред Интернета физических устройств (IoT). Цель проекта заключается в исследовании и разработке комплекса научно-технических решений, направленных на создание в рамках подхода «интеллектуальные пространства» технологии интеллектуализации для таких систем на основе персонализированного построения и упреждающей доставки цифровых сервисов. Создаваемая технология реализуется в виде экспериментального образца программной платформы (ЭО ПП), ориентированного на разработку и развертыванием сервисов следующего поколения для разнообразных локализованных IoT-сред. Применимость технологии показывается на основе экспериментальных образцов (ЭО) сервисов для следующих проблемных областей: а) окружения для коллаборативной деятельности; б) мобильное здравоохранение; в) электронный туризм; г) индустриальный интернет.

Основные планируемые результаты проекта:
Теоретическую часть заявляемой технологии составляют модели, алгоритмы и методы, предназначенные для программирования агентов и косвенного взаимодействия как участников интеллектуального пространства. Практическая часть реализуется в виде программных инструментальных средствах, поддерживающих разработку сервисов. Технология обеспечивается методиками для применения технологии при разработке прикладных систем, включая архитектурные схемы, шаблоны проектирования, примеры прикладного кода, приемы и рекомендации использования программных средств разработки. Отличительной особенностью является ориентация на востребованные на ИКТ-рынке виды цифровых услуг следующего поколения.
Метод построения информационного хранилища интеллектуального пространства на основе моделей представления знаний и информационных технологий Семантического веб как локализованного связующего семантического центра для множественных источников данных и как корпуса знаний, формуемого множеством автономных участников. Результат позволит сконцентрировать в пространстве динамические семантические связи между множественными неоднородными источниками данных, включая привлечение, как специального вида источников данных, больших данных (Big Data) и вариантов их обработки с помощью технологий облачных вычислений.
Методика проектирования интеллектуальных пространств на основе многоагентного подхода платформы Smart-M3, обеспечивающая персонализированное построение и упреждающую доставку сервисов в локализованных вычислительных средах Интернета физических устройств для различных проблемных областей. Отличительной особенностью результата является поддержка сценарного подхода к построению цифровых сервисов как самоорганизующихся итераций агентов по изменению разделяемого информационного содержимого, автономно интерпретируемого каждым агентом. Результат позволит программировать агента на высоком уровне абстракции, что достигается за счет применения онтологий для описания предметной области, онтологических моделей информационного содержимого (и операций доступа к нему) известными средствами анализа онтологий (напр., Protege) и автоматизированной генерации программного кода для использования при программировании логики агента. Детали нижележащих сетевых коммуникаций и низкоуровневого (RDF) представления информационного содержимого скрываются от программиста.
Метод развертывания интеллектуального пространства в локализованной вычислительной среде Интернета физических устройств для заданной проблемной области на основе развития архитектурных решений платформы Smart-M3, позволяющий организовать косвенное взаимодействие множества динамических участников через разделение данных в информационном хранилище интеллектуального пространства. Отличительной особенностью результата является возможность программирования агентов для выполнения на разнообразных вычислительных устройствах. Результат позволит при разработке учитывать специфику класса устройств для заданного агента, выбирать нужный язык программирования и минимизировать объем вручную создаваемого прикладного программного кода.
Модели и алгоритмы доступа участников к интеллектуальному пространству на основе развития моделей и протоколов взаимодействия платформы Smart-M3, включая а) алгоритмы поиска и извлечения информации, б) алгоритмы автоматических рассуждений над накапливаемым в интеллектуальном пространстве корпусе знаний и в) алгоритмы доступа к услугам существующих систем. Отличительной особенностью результата является поддержка онтолого-ориентированных механизмов накопления и анализа различных событий, происходящих в интеллектуальном пространстве и управляющих сценариями построения и доставки сервисов. Результат позволит программировать агентов на основе событийного подхода, причем наступление события определяется индивидуально агентом как результат семантического запроса к информационному содержимому интеллектуального пространства, включая как разовые запросы, так и постоянные (подписка на изменения). Таким образом, возможным становится возможным программирование агентов, принимающих а контекстно-ориентированные решения во время выполнения, и построение адаптируемых и персонализированных сервисов с упреждающей доставкой нужным пользователям.
Набор системных программных средств и промежуточного ПО, поддерживающих заявляемые методы программирования. Отличительной особенностью результата является интеграция в платформу Smart-M3, предоставление возможностей онтолого-ориентированной разработки агентов в терминах предметной области, для разнообразных классов вычислительных устройств, с поддержкой различных языков программирования. Результат позволит снизить трудозатраты на разработку (предполагается до 50% и выше в терминах объема необходимого прикладного программного кода) и обеспечить работоспособность и отказоустойчивость прикладной системы на устройствах IoT-среды в условиях слабосвязанного взаимодействия агентов, нестабильности сетевых коммуникаций и потенциально большого объема задействованных данных. Программные реализации публикуются в виде ПО с открытым кодом (лицензии GPLv2 или BSD), допуская их использование ИТ-компаниями различного уровня.
Экспериментальная программная реализация четырех пилотных приложений в виде интеллектуальных пространств для таких востребованных на практике областей цифровых услуг как 1) сервисы виртуальной рабочей среды для коллективной работы, 2) сервисы мобильного здравоохранения для виртуального расширения медицинского учреждения до удаленных пациентов, 3) сервисы электронного туризма для создания комфортной среды туриста в пути, 4) сервисы автоматизированной системы управления промышленным предприятием (индустриальный Интернет). Отличительной особенностью результата является охват различных прикладных областей и демонстрация применимости для широкого круга задач по разработке сервисов. Результат создает основу для ИТ-компаний, на которой они смогут разрабатывать собственные сервисы с использованием заявленной технологии интеллектуализации.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Области применения ожидаемых результатов включают следующие:
- разработка и развертывание информационных управляющих систем с интеллектуальными сервисами следующего поколения для IoT-сред;
- разработка приложений, систем и сервисов с использованием интеллектуальных пространств и многоагентных систем;
- разработка сервисов для окружений коллаборативной деятельности;
- разработка автоматизированных управляющих систем для предприятий;
- разработка композиционных интеллектуальных сервисов на базе существующих;
- разработка персонализированных информационных сервисов для здравоохранения, туризма и других востребованных областей общественной и экономической деятельности человека.
Указанные области являются в настоящее время объектом активных исследований международными научно-исследовательскими группами, включая стратегические исследований ведущих научных организаций и прорывные исследования, проводимые крупнейшими мировыми ИТ-корпорациями.
Предполагается, что планируемые результаты позволят в указанных областях:
- повысить надежность системы за счет использования разработанных методов,
- снизить стоимость владения и применения, т. к. получаемая программная платформа базируется на принципах открытого ПО,
- повысить эффективность использования разнообразного вычислительного оборудования за счет интеграции его в IoT-среду и развертывания в ней интеллектуальных пространств.
- предоставить научно-исследовательским организациям и ИТ-компаниям эффективных методов программирования и программных средств разработки для построения и практического развертывания интеллектуальных пространств.
- вывести на рынок открытого ПО новой технологии в виде промышленного релиза платформы Smart-M3, обеспечивающего разработку приложений интеллектуальных пространств на российском и на мировом уровне.
- обеспечить подготовку на мировом уровне квалифицированных кадров для нужд растущей в РФ индустрии производства и доставки цифровых сервисов.
- обеспечить экономику РФ такими востребованными видами цифровых услуг как: 1) сервисы виртуальной рабочей среды для коллективной работы, 2) сервисы мобильного здравоохранения для виртуального расширения медицинского учреждения до удаленных пациентов, 3) сервисы электронного туризма для создания комфортной среды туриста в пути, 4) сервисы автоматизированной системы управления промышленным предприятием (индустриальный Интернет).

Текущие результаты проекта:
Выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ. Проведен анализ современных международных научных публикаций, в которых рассматриваются (а) методы и модели организации косвенного взаимодействия программных агентов в интеллектуальных пространствах и (б) методы и модели виртуализации и разделения знаний в интеллектуальных пространствах.
Проведены патентные исследования. Отобраны и исследованы существующие РИД в области интеллектуальных Интернет-технологий. В ходе выполнения поиска в открытых российских и международных информационных источниках и репозиториях программного обеспечения с открытым кодом (программы для ЭВМ, полезные модели и баз данных) сделан вывод об уникальности запланированной к созданию технологии .
Выполнено теоретическое исследование возможностей моделей представления знаний и информационных технологий Семантического веб для разработки ЭО ПП, включая возможности интеллектуализации информационных сервисов. Проведен анализ существующих моделей и технологий Семантического веб для представления знаний с целью определения возможностей для модельно-ориентированной и онтолого-управляемой разработки программного обеспечения для интеллектуальных пространств.
Выполнено теоретическое исследование возможностей коммуникационных технологий Интернета физических устройств для разработки ЭО ПП, включая возможности доступа и обработки больших данных. Проведен анализ существующих технологий беспроводных коммуникаций с целью определения возможностей для организации взаимодействия множества неоднородных вычислительных устройств и обработки поступающих данных из множественных источников.
Выполнено теоретическое исследование возможностей платформы Smart-M3 и существующих инструментальных средств программирования. Проведен анализ архитектурных и коммуникационных моделей платформы Smart-M3 на основе анализа открытого программного кода с целью определения имеющихся слабых мест платформы (производительность, надежность, устойчивость к сбоям).
Выполнен выбор и обоснование направления исследования в области разработки ЭО ПП с учетом возможностей моделей представления знаний и информационных технологий Семантического веб, коммуникационных технологий Интернета физических устройств, платформы Smart-M3 и инструментальных средств программирования. Отобраны технологические решения для построения экспериментального образца платформы на базе имеющегося программного прототипа платформы Smart-M3.
Выполнено исследование и обоснование научно-технических путей разработки ЭО сервисов на основе ЭО ПП для запланированных проблемных областей. В ходе выполнения работы, исследованы заявленные четыре проблемные области с целью определения требуемых в данных областях видов сервисов.