Регистрация / Вход
Прислать материал

14.574.21.0060

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.574.21.0060
Тематическое направление
Информационно-телекоммуникационные системы
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петрозаводский государственный университет"
Название доклада
Разработка технологии интеллектуализации локализованных вычислительных сред Интернета физических устройств для персонализированного построения и упреждающей доставки сервисов: обобщение результатов проведенных исследований
Докладчик
Корзун Дмитрий Жоржевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Основной целью проекта является исследование и разработка комплекса научно-технических решений, направленных на создание технологии интеллектуализации локализованных вычислительных сред Интернета физических устройств (IoT) для персонализированного построения и упреждающей доставки цифровых сервисов в рамках подхода «интеллектуальные пространства» (ИП). Проблема интеллектуализации IoT-среды исследуется на основе развертывания интеллектуального пространства в виде многоагентной системы на разнообразных вычислительных устройствах IoT-среды, в которой агенты выполняют построение и доставку информационных сервисов как результат совместного сбора, накопления и обработки информации. Прикладной задачей выступает реализация в виде экспериментального образца программной платформы (ЭО ПП) для разработки и развертывания сервисов. За основу для разработки ЭО ПП взят технологический прототип в виде платформы Smart-M3, имеющей международный статус и распространяемой с открытым программным кодом. Применимость технологии показывается на основе экспериментальных образцов сервисов (ЭО сервисов) для четырех референтных проблемных областей: 1) окружения коллаборативной (совместной) деятельности; 2) мобильное здравоохранение (включая сферу "здоровый образ жизни"); 3) электронный туризм (включая сферу "историко-культурный туризм"); 4) индустриальный (промышленный) интернет. Каждая их этих областей обладает значимым рыночным потенциалом и высокой конкурентоспособностью на мировом уровне.
Актуальность и новизна исследования
Актуальность исследования следует из происходящей цифровой кибер-физической конвергенции систем повсеместных вычислений в существующих и зарождающихся коммуникационных сетях. Социальные и экономические процессы становятся существенно оцифрованными и Интернет-ориентированными, участие человека обеспечивается за счет применения разнообразных персональных мобильных устройств и средств телекоммуникаций. В непосредственном окружении человека появляются вычислительные среды с множеством оцифрованных объектов физического мира. Каждый такой объект способен выполнять сетевые коммуникации как внутри среды, так и получать доступ к глобальным ресурсам сети Интернет. Новизной является комплексный характер технологии, отличающий ее от существующих подходов возможностью применения для широкого круга проблемных областей. Предлагается формировать "интеллектуальное пространство сервисов", где пользователь получает сервисы в привязке к своим текущим потребностям, своему местоположению и состоянию среды. Реализуются новые способы построения и доставки цифровых сервисов следующего поколения, также называемых "умными" или "интеллектуальными". Их построение происходит динамически, персонализируется под пользователя и возможна их упреждающая (проактивная) доставка. При построении и доставке сервисов выполняется контекстное принятие решений и извлечение знаний из данных, накапливаемой IoT-средой в целом.
Описание исследования

Выбор соответствующего направления исследований был обоснован на этапе № 1 (01.07.2014 - 31.12.2014). Показана целесообразность использования программных платформ, аналогичных платформе Smart-M3, и актуальность выбранных референтных проблемных областей для создания ИП. В настоящее время исследования перспективных способов решения поставленных технологических вызовов выполняются в рамках парадигмы повсеместных вычислений (ubiquitous computing). IoT-среда обеспечивает повсеместную сетевую доступность элементов системы и возможность их взаимодействия друг с другом, существенно ориентируясь на возможности технологий мобильных коммуникаций в сети Интернет и современные методы мобильного программирования. Интеллектуальные сервисы реализуют концепцию окружающего интеллекта (ambient intelligence) для IoT-среды. Научные основы программирования подобных сервисно-ориентированных систем разрабатываются в рамках подхода "интеллектуальные пространства" и Семантического Веба. В то же время, существующие технологические решения находятся либо на этапе исследовательского прототипа, либо ориентированы на конкретную прикладную область, либо недостаточно учитывают перечисленные выше технологические вызовы.

Теоретические исследования поставленных перед ПНИ задач были выполнены на этапах № 2 (01.01.2015 - 30.06.2015) и № 3 (01.07.2015 -31.12.2015). Создана теоретическая основа для создания технологии интеллектуализации в виде следующих решений для разработки прикладного программного обеспечения, реализующего цифровые сервисы для выбранных референтных проблемных областей.

1) Общий метод построения информационного хранилища ИП. Основан на моделях представления знаний и информационных технологий Семантического веб для построения локализованного связующего семантического центра для множественных источников данных и как корпуса знаний, формируемого множеством автономных участников.

2) Общая методика проектирования интеллектуальных пространств. Основана на многоагентном подходе платформы Smart-M3, обеспечивая персонализированное построение и упреждающую доставку сервисов в IoT-сред для различных проблемных областей.

3) Метод развертывания интеллектуального пространства в IoT-среде для заданной проблемной области. Основан на развитии архитектурных решений платформы Smart-M3, позволяя организовать косвенное взаимодействие множества динамических участников через разделение данных в информационном хранилище интеллектуального пространства.

4) Общий алгоритм доступа участников к интеллектуальному пространству. Основан на развития моделей и протоколов взаимодействия платформы Smart-M3.

На этой теоретической основе были разработаны ЭО ПП для развертывания интеллектуальных пространств в различных IoT-средах и разработаны четыре ЭО сервисов для выбранных референтных проблемных областей.

Экспериментальные исследования задач были выполнены на этапе № 4 (01.01.2016 - 30.06.2016). Проведены экспериментальные исследования ЭО ПП для разворачиваемых ЭО сервисов с использованием экспериментального стенда на основе уникальной научной установки Дата-центра IT-парка ПетрГУ и научного оборудования ЦКП ПетрГУ в условиях IoT-сред для выбранных четырех референтных проблемных областей. Исследуемые экспериментальные свойства оценивают эффективность развертывания ИП в различных IoT-средах с обеспечением доступа участников к ИП для построения и доставки цифровых сервисов следующего поколения для широкого круга проблемных областей.

Обобщение и оценка результатов исследований выполнены на этапе № 5 (01.07.2016 -31.12.2016). Проведены обобщение, анализ, оценка и сопоставление результатов теоретических и экспериментальных исследований, разработаны рекомендации по их использованию, а также проведена апробацию с целью изучения перспектив коммерциализации. В результате, сделан вклад в развитие научно-технических и технологических направлений для Интернета физических устройств и интеллектуальных Интернет-технологий.

Результаты исследования

Результатами является комплекс научно-технических решений, направленных на создание технологии интеллектуализации IoT-сред для персонализированного построения и упреждающей доставки цифровых сервисов для широкого круга проблемных областей. Основу составляют следующие общие теоретические решения, которые затем были реализованы с открытым программным кодом в составе разрабатываемого ЭО ПП на основе международной исследовательской платформы Smart-M3.

1. Общий 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, формируемого множеством автономных участников. Сравнение с известными аналогами показывают преимущество по производительности при локализации и связывании данных.

2. Общая методика проектирования интеллектуальных пространств на основе многоагентного подхода платформы Smart-M3, обеспечивающая персонализированное построение и упреждающую доставку сервисов в IoT-сред для различных проблемных областей. Применение единой методики для разработки ЭО сервисов выбранных четырех прикладных проблемных областей показывает превосходство ее возможностей для учета разнообразия требований возможных проблемных областей.

3. Метод развертывания интеллектуального пространства в IoT-среде 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. Метод обеспечивает наибольшее (из существующих) покрытие разнообразия вычислительных устройств, в частности, не ограничиваясь использованием типовых ЭВМ для запуска семантического информационного брокера.

4. Общий алгоритм доступа участников к интеллектуальному пространству на основе развития моделей и протоколов взаимодействия платформы Smart-M3. Алгоритм обеспечивает наибольшую (из существующих) систему операций доступа к ИП, включая разовые и постоянные запросы, возможности подключения/отключения операций и настройку степени параллельности при обработке операции на стороне семантического информационного брокера.

Особенности применения этих общих решений исследованы на основе реализованных ЭО сервисов четырех референтных проблемных областей. Учитывая новизну и перспективность данного направления, технологическая продукция, получаемая с использованием научно-технических решений данного проекта, обладает высокой конкурентоспособностью и соответствует мировому уровню.

Практическая значимость исследования
Результаты предназначены для применения при разработке цифровых сервисов следующего поколения, которые реализуются в виде ИП, разворачиваемого в локализованной IoT-среде. Выбранными референтными проблемными областями выступают: окружения для коллаборативной деятельности, мобильное здравоохранение, электронный туризм, индустриальный интернет. Полученные решения имеют общий характер и могут использоваться и для других проблемных областей.

Разработанные программные реализации для ЭО сервисов и результаты их экспериментального исследования обеспечивают на основе международной исследовательской платформы Smart-M3 технологические способы развертывания цифровых сервисов. Получаемые в проекте результаты публикуются в научных изданиях международного и российского уровня, влияя на развитие научно-технических и технологических направлений в области Интернета физических устройств и интеллектуальных Интернет-технологий. В рамках платформы Smart-M3, разработанная ЭО ПП в настоящее время начинает использоваться при разработке приложений интеллектуальных пространств несколькими российскими и зарубежными исследовательскими группами.

Дальнейшее внедрение создаваемой в проекте технологии интеллектуализации IoT-сред позволит перейти к практической реализации и применению цифровых сервисов следующего поколения для широкого круга проблемных областей. Потребителями ЭО ПП выступают организации, занимающиеся оказанием услуг по разработке программного обеспечения и консалтингом в сфере информационных технологий. Предлагаемые ЭО сервисов могут служить основой для создания коммерческих версий следующих цифровых услуг: сервисы виртуальной рабочей среды для коллективной работы, сервисы мобильного здравоохранения для виртуального расширения медицинского учреждения до удаленных пациентов, сервисы электронного туризма для создания комфортной среды туриста в пути, сервисы автоматизированной системы управления промышленным предприятием (индустриальный Интернет).