Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка сервис-ориентированной платформы и технологии динамического планирования целевого применения космических аппаратов с использованием онтологий и мультиагентных технологий

Номер контракта: 14.576.21.0012

Руководитель: Симонова Елена Витальевна

Должность: Руководитель учебно-методической группы

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
малый космический аппарат, онтология, мультиагентная технология, сервисно-ориентированная архитектура, облачные технологии, динамическое планирование, web-сервис,

Цель проекта:
Одной из перспективных тенденций в области применения космических аппаратов (КА) является создание группировок разнородных КА большой размерности. Целью проекта является разработка методов и средств, обеспечивающих планирование целевого применения подобных группировок с использованием мультиагентных технологий и онтологий. Задачами проекта являются: 1 Разработка платформы, обеспечивающей единое информационное пространство для получения актуального состояния оборудования КА и пунктов приёма и передачи информации (ПППИ). 2 Реализация динамического планирования целевого применения группировки разнородных КА на основе созданной платформы. 3 Унификация данных об оборудовании и предоставляемых им сервисах.

Основные планируемые результаты проекта:
1 Комплекс научно-технических решений динамического планирования целевого применения КА и получения данных по запросам пользователей в реальном времени в составе:
1.1 Технические принципы построения сервисно-ориентированной платформы.
1.2 Метод создания предметно-ориентированной онтологии оборудования КА для организации интеллектуального процесса предоставления сервисов.
1.3 Функциональная модель компонента динамического планирования задач по выполнению услуг на оборудовании КА.
1.4 Алгоритмы организации процесса сетевого взаимодействия и получения данных с оборудования КА.
1.5 Алгоритмы организации работы с предметно-ориентированными онтологиями оборудования КА для организации интеллектуального процесса предоставления услуг.
2 Экспериментальный образец программного обеспечения (ЭО ПО) для апробации разработанных алгоритмов и методов планирования целевого применения группировок большой размерности с использованием мультиагентных технологий и онтологий.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Разработанные методы и средства обеспечивают динамическое планирование целевого применения группировок разнородных КА большой размерности с использованием мультиагентных технологий и онтологий.
Разработанная платформа обеспечивает единое информационное пространство для получения актуального состояния оборудования КА и ПППИ. На основе созданной платформы осуществляется динамическое планирование целевого применения группировки разнородных КА.
Результаты экспериментальных исследований по применению мультиагентного подхода позволяют сделать следующие выводы:
1 Мультиагентный подход к планированию позволяет находить приближенные решения, незначительно уступающие оптимальным (полученным после полного перебора вариантов).
2 Использование мультиагентного подхода позволяет существенно сократить время, затрачиваемое на построение приемлемого расписания, даже при возрастании размерности задачи, что выгодно отличает этот метод от решения путем полного перебора.
Достоинством мультиагентного подхода является возможность решения сложных задач управления ресурсами в реальном времени, а также открытость, гибкость, оперативность и живучесть создаваемых на его основе систем. Дополнительным преимуществом является то, что мультиагентные технологии позволяют организовать понятный (объяснимый) человеку процесс принятия решений, представляемый в форме диалога взаимодействующих агентов. В каждый момент мультиагентная система формирует непротиворечивое локально-оптимальное расписание, пригодность которого поддерживается с помощью взаимодействия агентов. Мультиагентный подход позволяет обеспечить оперативное парирование неблагоприятных внешних событий: выход из строя оборудования, недоступность или ограниченность каналов связи и др., высокую масштабируемость системы, простоту логики работы отдельных агентов.
Сегодня мультиагентные технологии предлагают различные типы агентов, модели их поведения и свойства, семейство архитектур и библиотеки компонентов, ориентированные на современные требования.
Можно выделить следующие преимущества использования онтологического подхода:
1 Подход способствует совместному использованию людьми и программными агентами общего понимания структуры информации. Представленная с помощью онтологии информация понятна и людям, и машинам.
2 Подход обеспечивает возможность использования знаний предметной области. Так, созданная кем-то онтология определенной предметной области может использоваться для создания другой предметной области путем расширения имеющейся, либо путем слияния нескольких онтологий.
3 Подход позволяет создавать явные допущения в предметной области, а значит дает возможность изменять эти допущения при изменении знаний о предметной области. В то время как жесткое кодирование предположений о мире на языке программирования создает большие сложности при поиске и изменении этих предположений.
Основные преимущества сервисно-ориентированного подхода. Предлагаемый подход позволит придать космическим системам малых космических аппаратов ряд новых качеств:
1 Космические услуги предоставляются интересующимся гражданам и организациям в виде сервиса. Владельцы спутников и оборудования смогут организовать доступ к ним в режиме онлайн, что, само по себе, создает уникальные возможности по информатизации космоса.
2 Производители и владельцы малых космических аппаратов будут иметь возможность сдавать оборудование КА в аренду с целью получения дополнительной прибыли и повышения рентабельности миссии космических аппаратов.
3 Пользователи системы будут иметь дело с «облаком» космических аппаратов, что избавит их от необходимости самостоятельного планирования исполнения заказа и, как следствие, упростит взаимодействие с эксплуатирующими организациями. Пользователи смогут сосредоточить свое внимание только на конечном результате, не вникая в детали внутренней реализации функционирования космической системы. Планирование будет осуществляться ситуационно, в реальном времени.
4 Разработчики нового оборудования получат возможность устанавливать свое оборудование на вновь проектируемые космические аппараты и впоследствии получать часть прибыли от его использования. Это позволит снизить порог входа для разработчиков нового оборудования, сократив «расстояние» между производителями и потребителями целевого оборудования.
5 Владельцы КА будут избавлены от необходимости заниматься обработкой потока заявок по использованию оборудования их космических аппаратов и смогут сосредоточиться на поддержании общей работоспособности системы. При этом у них сохраняется возможность ограничивать доступ к КА, например, для проведения собственных исследований или регламентных работ, пересматривать стоимость своих услуг, гибко реагируя на изменения рынка.
6 Все знания о типах и последовательностях операций, которые необходимо выполнить для предоставления услуги, хранятся в расширяемой базе знаний системы, разделяемой всеми КА. Это позволит унифицировать процессы формирования и исполнения заказов на услуги.
В отличие от существующих разработок, ориентированных на одиночные КА и предназначенных для работы в детерминированной среде, разработанные методы и средства обеспечат согласованное целевое планирование действий всей группировки КА с возможностью адаптивной корректировки построенного плана при наступлении внеплановых событий.
Также, в отличие от существующих разработок, все знания о типах и последовательностях операций, которые необходимо выполнить для предоставления услуги, хранятся в расширяемой базе знаний системы, разделяемой всеми КА, что позволяет унифицировать процессы формирования и исполнения заказов на услуги.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разработанная платформа и технологии будут в дальнейшем использованы в АО РКЦ «Прогресс» для промышленного использования.
Решение даст возможность расширения признакового пространства добываемых данных за счет интеграции разнородных КА.
Решение снизит временные затраты на доведение данных и продукции на их основе до конечных потребителей.
Решение может быть использовано для доработки и развертывания в сети Internet распределённой системы для выполнения различных услуг на оборудовании одного или группы КА посредством использования различных web-сервисов.

Текущие результаты проекта:
Апробация разработанных алгоритмов и методов планирования целевого применения была проведена для группировок КА дистанционного зондирования земли (ДЗЗ), которые могут предоставлять услуги для съёмок объектов на земной поверхности.
В результате выполнения проекта разработан ЭО ПО, который обеспечивает возможность планирования целевого применения большой размерности КА (3 и более) с учетом ограничений по заполнению памяти.
Достигнуты показатели снижения времени расчета целевого планирования при удалении КА, а также снижения времени восстановления после внезапного удаления станции/КА.
Построена модель формализации знаний об оборудовании КА и предоставляемым им услуг, основанная на использовании онтологии. Модель расширяет описание прикладного уровня SSN (Semantic Sensor Network — прикладная онтология сенсоров). Засчет использования данной модели достигнут показатель повышения степени единообразия описания физического мира. Модель обеспечивает поддержку деятельности по накоплению, разделению и повторному использованию знаний о КА.
Разработана платформа, предоставляющая доступ к данным об оборудовании и техническом состоянии КА через распределенную одноранговую сеть (mesh-сеть). Её использование обеспечивает ввод событий о доступных ресурсах и их характеристиках в автоматическом режиме, а также обнаружение ресурсов КА.