Мультиагентна технологія синтезу розподілених ієрархічних систем обробки даних (на прикладі сод екологічного моніторингу)

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 – інформаційні технології. – Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут", Київ, 2011. Дисертаційна робота присвячена вирішенню проблеми синтезу розподілених систем обробки даних. У дисертації наведена модель такої системи на прикладі РСОД екологічного моніторингу, описані основні елементи системи і зв'язки між ними, побудована схема взаємодії між елементами системи. Розглянуті основні методики розробки, створення і функціонування РСОД, описані особливості трьох РСОД екологічного напрямку. Обгрунтована доцільність застосування мультиагентної технології для їхньої побудови, наведений формальний опис РСОД і створена мультиагентна технологія її синтезу. Також розв’язана задача синтезу структури системи, яка вимагає мінімальних питомих експлуатаційних витрат. В роботі розглянуто механізм функціонування РСОД в її розвитку, описані алгоритми роботи всіх агентів системи, визначені та досліджені їх ключові характеристики. Зокрема, вирішена задача визначення оптимального періоду реплікації інформації, запропоновані підходи до оптимальної агрегації даних, запропонований адаптивний алгоритм розподілу потоку запитів на сервери. Розроблені екологічно спеціалізовані агенти індексування і пошуку документів, визначені основні параметри пошукового агента як системи масового обслуговування. Розроблені методики, моделі й алгоритми використані в рамках науково-технічної програми "ГРАНІТ". Запропонована методика побудови РСОД і підходи до структуризації документальної інформації можуть бути використані при побудові подібних систем довільного тематичного напрямку.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 – информационные технологии. – Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", Киев, 2011. Диссертационная работа посвящена поиску научно обоснованных методик построения распределенных иерархических систем обработки данных. Дальнейшее целенаправленное совершенствование информационных процессов, развитие методов и форм информационно-аналитической деятельности, оптимальный синтез РСОД невозможны без решения задачи оценки их эффективности. В работе проанализирована архитектура и принципы построения современных экологических информационных систем, а также методик хранения и структурирования фактографической и документальной информации. Анализ существующих тематических систем выявил два существенные недостатка, присущие им: отсутствие научно обоснованных методик построения их структуры и информационную пассивность. На основе выполненных теоретических и практических исследований в диссертации предложена научно обоснованная методика построения РСОД. Выявлены характерные особенности проблемно-ориентированных РСОД: децентрализованное управление, структуризация и агрегация данных, распределенное обслуживание запросов. Впервые разработана и исследована мультиагентная технология синтеза РСОД экологического мониторинга с разнесением отдельных функций по зонам, объединенным в иерархическую структуру. Выбор иерархической древовидной структуры для построения системы – это компромисс между жестко централизованной и полностью децентрализованной структурами РСОД. По мере приближения к корню дерева информация все более агрегируется, анализируется и обобщается. Поэтому на нижних уровнях системы преобладает фактографическая информация, а по мере приближения к корню дерева начинает преобладать документальная информация. Описаны основные элементы системы и связи между ними, построена схема взаимодействия между элементами системы и матрица отношения взаимодействия между агентами. Структура данной матрицы позволяет сделать вывод, что большинство связей между агентами являются внутризонными, а количество связей с другими зонами и внешним миром сведено к минимуму. Рассмотрены основные методики разработки, создания и функционирования РСОД. Обоснована целесообразность применения мультиагентной технологии для их построения, приведено формальное описание РСОД и создана мультиагентная методика ее синтеза. Усовершенствованы принципы структурирования экологической информации в соответствии со стандартом DPSIR для организации специализированного поиска данных в РСОД. Получила дальнейшее развитие методика синтеза структуры РСОД, которая требует минимальных удельных эксплуатационных затрат. В работе также с помощью метода множителей Лагранжа решена задача синтеза структуры РСОД при ограничении на общее число зон в системе и при ограничении на общие удельные эксплуатационные затраты на систему. Предложена структура абстрактного агента и построено генеалогическое дерево программных классов для реализации соответствующих агентов. Проведенная классификация агентов позволит в сжатые сроки создать программную реализацию РСОД, применяя объектно-ориентированный подход. В работе рассмотрен механизм функционирования РСОД в ее развитии, определены задачи всех агентов системы, выявлены их ключевые характеристики, а также описаны алгоритмы их работы. В частности, предложена методика расчета минимально необходимого числа серверов, исходя из заданного коэффициента готовности зоны, решена задача определения оптимального периода репликации информации с первичного сервера зоны на вторичные, предложены механизмы оптимальной агрегации данных, предложена методика расчета необходимого быстродействия аппаратного обеспечения, исходя из интенсивности потока запросов и среднего времени ответа. Проведен сравнительный анализ двух методов краткосрочного прогнозирования загрязнения воздушного бассейна: Бокса-Дженкинса и МГУА. Предложен адаптивный алгоритм распределения потока запросов клиентов на вторичные серверы. Построены экологически специализированные агенты индексирования и поиска документов, предложены формальные требования соответствия документов стандарту DPSIR, определены основные параметры поискового агента как системы массового обслуживания, предложена методика определения минимально необходимого числа вторичных серверов по критерию минимума потерь. Разработанные методы, модели и алгоритмы использованы в рамках научно-технической программы "ГРАНИТ". Предложенная методика построения РСОД экологического мониторинга и подходы к структуризации документальной информации могут быть использованы при построении РСОД любого тематического направления.

Candidate of sciences dissertation on speciality 05.13.06 – information technologies. – National technical University of Ukraine "Kyiv polytechnic institute", Kyiv, 2011. In this dissertation has been considered questions of build topical distributed data processing systems. The work contains model of such a system with ecological example, main system elements and communications among them, an interconnection scheme has been built. Basic principles of development, creation and functioning informational and analytical systems have been considered. Expediency of usage multiagent technology has been justified for building such systems, adduced formal specification and building procedure. Also problem has been solved building a system with minimal operating costs per time unit. Functioning mechanism has been considered in the system progress, described working algorithms of all agents of the system. In particular, an optimal period of information replication has been determined, suggested approaches to optimal data aggregation, suggested adaptive algorithm to share query flow among secondary servers. Ecologically specialized agents have been built to index and search documents, basic parameters of search agent as a queuing system have been determined. Developed methods, models and algorithms were used within the framework of scientific and technical programme "GRANIT". The suggested procedure of building informational and analytical system and structuring documentary information approaches might be used to build similar systems, which have any topical content.