Комплексний підхід проєктування обчислювальної інфраструктури у гетерогенному мультихмарному середовищі
Вантажиться...
Дата
2025
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Касерес А. Комплексний підхід проєктування обчислювальної інфраструктури у гетерогенному мультихмарному середовищі. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 172 – Телекомунікації та радіотехніка. – Навчально-науковий інститут телекомунікаційних систем КПІ ім. Ігоря Сікорського, Київ, 2025.
Інтенсивний розвиток хмарних обчислень трансформував процеси зберігання та обробки даних, пропонуючи масштабованість, економічну ефективність та доступність. Потреба у високоефективних засобах розподілу обчислень у гетерогенних хмарних інфраструктурах є надзвичайно актуальною. Традиційні підходи до розподілу обчислювальних завдань у хмарних середовищах часто не здатні адекватно вирішити виклики динамічної природи хмарних середовищ, що призводить до неефективного використання ресурсів, підвищення витрат та потенційних вразливостей. Дана дисертаційна робота представляє комплексне дослідження сучасних мультихмарних архітектур, методів багатокритеріальної оптимізації та інтелектуальних систем прийняття рішень, що завершується розробкою інноваційного комплексного методу формування обчислювальної інфраструктури у гетерогенному мультихмарному середовищі. Мета дослідження полягає у підвищенні рівня автоматизації, достовірності та об’єктивності оцінювання варіантів розгортання мультихмарної архітектури для обробки обчислювальних завдань у багатохмарному середовищі, яка забезпечує адаптацію до динамічно змінюваного набору критеріїв функціонування системи. Особливу увагу в роботі приділено ролі хмарної обчислювальної інфраструктури у сучасних інформаційно-комунікаційних мережах (ІКМ). Запропонований підхід демонструє, що мультихмарні архітектури є ключовими длязабезпечення масштабованості, гнучкості та надійності обчислень, необхідних для функціонування телекомунікаційних систем нового покоління, зокрема у середовищі 5G. Сформульовано та реалізовано метод динамічного розподілу обчислювальних задач у мультихмарному середовищі з урахуванням специфіки телекомунікаційних навантажень, що дозволяє підвищити ефективність управління ресурсами в ІКМ. Мультихмарні обчислення стали домінуючим підходом для розгортання та надання послуг через глобальні мережі. Їх переваги сприяють широкому впровадженню в різних галузях. Однак еволюція хмарних обчислень, що характеризується різнорідністю сервісів, несумісністю інтерфейсів та варіативністю умов розгортання, створює значні виклики в управлінні обчислювальними процесами. Динамічна природа хмарних середовищ, поєднана з множиною взаємозалежних факторів, що впливають на продуктивність та економічну ефективність, потребує інноваційних підходів до оптимізації розподілу обчислювальних завдань та вибору хмарних провайдерів. Організації все частіше впроваджують стратегії використання кількох хмарних провайдерів для отримання конкурентних переваг та стикаються з викликами забезпечення продуктивності, оптимізації витрат, безпеки даних та ефективного управління ресурсами. Складність виникає з необхідності балансувати між кількома цілями, такими як мінімізація затримок, максимізація пропускної здатності, забезпечення надійності системи та дотримання регуляторних вимог, при цьому адаптуючись до динамічних змін у параметрах хмарних сервісів. Завдання дослідження: провести аналіз сучасних концепцій і методів вибору хмарних сервісів у багатохмарних середовищах; визначити набір критеріїв для проєктування віртуальної мультихмарної платформи; дослідити доцільність застосування LLM-моделей для підтримки прийняття рішень; визначити інтегрований показник ефективності сформованої віртуальної мультихмарноїархітектури; розробити прототип системи для інтегрованої оцінки ефективності виконання обчислювальних завдань; провести комплексну оцінку ефективності розробленого підходу. Наукова новизна полягає у тому, що вперше запропоновано комплексний метод формування обчислювальної інфраструктури у гетерогенному мультихмарному середовищі, який використовує інтегрований показник ефективності виконання обчислювальних завдань і поєднує переваги методів навчання з підкріпленням та багатокритеріальних еволюційних алгоритмів; запропоновано математичну модель мультихмарної взаємодії обчислювальних сервісів у динамічно змінюваному середовищі; розроблено метод визначення інтегрованого показника ефективності з використанням LLM моделі для аналізу стану обчислювального середовища; запропоновано метод визначення складових інтегрованого показника ефективності, який відрізняється використанням LLM для багатокритеріального аналізу. В результаті виконання запропоновано наступні рішення: комплексний метод щодо формування обчислювальної інфраструктури у гетерогенному мультихмарному середовищі з використанням інтегрованого показника ефективності; математичну модель інтегрованого показника ефективності виконання обчислювальних завдань; мультиагентну систему підтримки прийняття рішень на основі LLM; алгоритм оптимізації архітектури мультихмарної інфраструктури; модель динамічної адаптації до зміни параметрів середовища; програмний прототип системи автоматизованого проєктування мультихмарної платформи. Методологія дослідження охоплює всебічний аналіз існуючих підходів до мультихмарної інтеграції, формалізацію критеріїв ефективності, розробку архітектури мультиагентної системи та експериментальну перевірку запропонованого методу в реальних сценаріях використання. Мультиагентнасистема включає технічного, економічного та безпекового агентів, координацію яких забезпечує спеціалізований агент-координатор, що використовує LLM для обґрунтування прийнятих рішень та формування рекомендацій. Практична цінність полягає у створенні комплексного підходу щодо проєктування віртуальної мультихмарної платформи, який підвищує адаптивність та ефективність виконання обчислювальних процесів; розробці програмного забезпечення, що автоматизує процеси проєктування і переналаштування віртуальної мультихмарної платформи; впровадженні розробленої системи у виробничому середовищі, що підтвердило зниження витрат у середньому на 47% та покращення продуктивності на 25%; успішному практичному впровадженні запропонованого методу в корпоративному середовищі Continental Automotive Technologies GmbH (Німеччина) в межах проєктів PRIME-MES, де підхід був застосований для оптимізації хмарної інфраструктури, контролю витрат на зберігання даних у data lake та розподілу робочого навантаження, що забезпечило підвищення продуктивності, стійкості та ефективності хмарних операцій на рівні підприємства; розробці програмних рішень, які інтегровано в системи управління обчислювальними ресурсами для покращення гнучкості, підвищення рівня автоматизації та швидкості розгортання інфраструктури; впровадженні розроблених підходів у навчальні та дослідницькі програми для підготовки фахівців у сфері хмарних обчислень та автоматизації процесів проєктування розподілених систем у мультихмарному середовищі.
Опис
Ключові слова
мультихмарні обчислення, гетерогенні середовища, мультихмарне середовище, динамічний розподіл обчислень, мультиагентні системи, великі мовні моделі, управління хмарами, багатокритеріальна оптимізація, штучний інтелект, якість обслуговування, угоди про рівень обслуговування, multi-cloud computing, heterogeneous environments, multi-cloud environment, dynamic task allocation, multi-agent systems, large language models, cloud management, multi-criteria optimization, artificial intelligence, quality of service, service level agreements
Бібліографічний опис
Касерес, А. Комплексний підхід проєктування обчислювальної інфраструктури у гетерогенному мультихмарному середовищі : дис. … д-ра філософії : 172 Телекомунікації та радіотехніка / Касерес Антон. – Київ, 2025. – 227 с.