2. Подготовлен Отчет о научно-исследовательской работе МГТУ им. Н. Э. Баумана за 2021 год по теме: «Разработка методологии построения интеллектуальных сетей, определение их структуры и архитектуры, параметров функционирования с целью повышения производительности работы системы и пропускной способности каналов передачи данных с учетом возможности использования технологий машинного обучения и искусственного интеллекта».
Работа выполнена в рамках конкурса «Приоритет-2030»: «Искусственный интеллект как сервис», проведённого Министерством науки и высшего образования Российской Федерации.
2023 год
Разработана электронная универсальная система машинного обучения «Atlansys EUS» (Electronic Universal System, EUS).
Название платформы выбрано не случайно и является отсылкой к 80-м и 90-м годам двадцатого века, к эпохе зарождения и развития компьютерных технологий, автоматизированных и экспертных систем.
Платформа «Atlansys EUS» создана для разработчиков и пользователей сервисов искусственного интеллекта. Она предоставляет цифровые сервисы, необходимые для разработки, развертывания и запуска приложений, использующих технологии машинного обучения и искусственного интеллекта в распределенных облачных средах для решения научных и бизнес-задач заказчиков.
Концепция «Atlansys EUS» – это автоматизированная реализация процесса «Data Mining -> Data Science -> Data Analysis -> Artificial Intelligence -> Machine Learning -> Value» через цифровые сервисы.
Как вы можете видеть, научно-исследовательская работа, представленная в первом томе, прошла красной нитью через многие из моих проектов, выполненных за последние двадцать лет в области информационных технологий. Я надеюсь она сможет быть полезной и вам.
Эта книга, как и мои многие другие, является исключительно личным опытом и проектом автора, а также абсолютно свободным к распространению документом. Вы можете использовать эту книгу и представленную в ней информацию по-своему усмотрению, но ссылка на нее обязательна.
Приятного Вам чтения и продуктивной работы!
Ваш, Александр Чесалов.
Сайт: chesalov.com
E-mail: aleksander.chesalov@yandex.ru
01.07.2023
Благодарность
Выражаю глубокую благодарность всем тем людям, которые помогли мене поверить в свои силы, провести работу над накопленным за последние двадцать лет материалом и издать эту книгу.
Выражаю особую благодарность Директору Научно-исследовательского института энергетического машиностроения МГТУ им. Н. Э. Баумана, к.т. н. Крылову Владимиру Ивановичу, Заместителю директора Научно-исследовательского института энергетического машиностроения МГТУ им. Н. Э. Баумана, к.т. н. Французову Максиму Сергеевичу и Руководителю департамента искусственного интеллекта НОЦ «Технологии искусственного интеллекта» МГТУ им. Н. Э. Баумана, к.т. н. Тынченко Вадиму Сергеевичу за поддержку моих идей.
Выражаю благодарность всем ученым и экспертам, которые поддержали меня в моей инициативе опубликовать монографию, нашли время на ознакомление с данной работой и подготовили на нее рецензию, а именно:
– Доктору технических наук, профессору кафедры системного анализа и исследования операций Института информатики и телекоммуникаций Сибирского государственного университета науки и технологий им. Н. Ф. Решетнева Алене Александровне Ступиной.
– Ведущему научному сотруднику лаборатории проблем компьютерной безопасности Санкт-Петербуржского Федерального исследовательского центра Российской Академии наук, доктору технических наук, профессору Игорю Борисовичу Саенко.
– Заместителю генерального директора по науке ООО «НТЦ АРГУС», доктору технических наук, профессору Борису Соломоновичу Гольдштейну.
Рецензии на монографию
Рецензия д. т. н., профессора кафедры системного анализа и исследования операций Института информатики и телекоммуникаций Сибирского государственного университета науки и технологий им. Н. Ф. Решетнева А. А. Ступиной
Опыт ведущих стран показывает, что в процессе цифровизации для получения результата необходимо, в первую очередь, решить проблемы учета имеющихся трудовых, финансовых и материальных ресурсов, в виде соответствующих социально – экономических баз данных. В этом случае появляется возможность решать вопросы комплексного развития территорий Российской Федерации на основе анализа многоаспектной информации.
Кроме того, постоянное развитие и увеличение информационно-технического потенциала предприятий и организаций, потребностью управления корпоративными сетями инициирует потребность к территориально распределенной информационной интеграции с использованием сети Internet и технологий, так называемых «сетей следующего поколения», что приводит к резкому увеличению передаваемого по сети трафика в условиях использования, как правило, низкокачественных и низкоскоростных линий связи и необходимости хранения больших массивов данных. Следствием этого, стабилизация и совершенствование социально-экономической сферы регионов требуют поддержки, совершенствования и развития региональных сетей передачи, обработки и хранения данных.
В монографии представлены читателю:
1. Модель функционирования региональной сети, учитывающая структуру сети, операционные характеристики сети хранения информации и системы информационного обмена, топологию и характеристики сети связи;
2. Комплекс методик выработки альтернативных вариантов организации региональной сети передачи, обработки и хранения данных, в рамках которого разработаны:
· методики вертикальной и горизонтальной структуризации узлов сети на основе обработки матрицы необходимой связности;
· методика интегральной оценки связности узлов сети с учетом их необходимого информационного взаимодействия, связности решаемых задач и параметров каналов связи.
3. Комплекс методик выбора рациональной структуры сети передачи, обработки и хранения данных, в рамках которого разработаны:
· методика выбора топологии и пропускной способности каналов связи;
· методика определения загрузки и производительности сервера;
· методика выбора протокольных параметров связи.
4. Методика выбора рационального варианта системы информационного обмена в распределенной сети передачи, обработки и хранения данных.
В результате проведенных в рамках данной работы исследований сформирована алгоритмическая и методологическая основа синтеза региональных распределенных сетей, в условиях использования разнородных каналов связи.
Методическое обеспечение может быть использовано при разработке и реализации сетевых проектов целевых программ цифровизации регионов РФ. Его применение позволит ускорить процесс проектирования, снизить финансовые и временные затраты при выборе приемлемого решения, построить или модернизировать региональную сеть, отвечающую предъявляемым требованиям к передаче, обработке и хранению данных.
Однако, хочется отметить следующие недостатки:
· из работы не совсем ясно, как информационно взаимосвязаны разработанные методики, какова рекомендуемая последовательность их практического применения и получения исходных данных.
· из работы не ясно в какой степени получаемые оптимизационные решения оказываются устойчивыми по отношению к внешним воздействиям включая сюда случайные изменения информационных потоков обмена.
· приводимые в расчетах данные значительно устарели, т.к. работа выполнялась достаточно давно.
Тем не менее, указанные замечания не влияют на положительную оценку монографии. Достоверность результатов работы подтверждается корректностью математической постановкой задачи определения рациональной структуры региональной сети и проведенными численными экспериментами. Приводимые в работе результаты обработки и представления фактических статистических данных показывают работоспособность предложенной методики в реальных практических условиях.
Вывод
В рамках проведенного исследования автором неожиданным образом структурированы имеющиеся на практике подходы к проектированию и созданию так называемых «сетей следующего поколения» в применении к конкретным задачам создания и оптимизации распределенных сетей субъектов Российской Федерации.
Несомненно, монография имеет достаточно весомое научное значение, соответствует требованиям к издаваемым монографиям (научным изданиям) ВАК и будет интересна для специалистов работающих в области информационных технологий, инженеров и ученых занимающихся проблемами исследования и проектирования распределенных вычислительных систем и сетей передачи данных, а также будущим аспирантам, работающим по научным специальностям 2.3. «Информационные технологии и телекоммуникации» и 2.2.15. Системы, сети и устройства телекоммуникаций.
Монография рекомендуется к публикации.
Рецензия ведущего научного сотрудника лаборатории проблем компьютерной безопасности Санкт-Петербуржского Федерального исследовательского центра Российской Академии наук, д.т.н., профессора И. Б. Саенко
Внедрение информационных технологий в сферу социально-экономического управления позволяет дать мощный импульс широкому проникновению научных знаний и информации во все сферы общественно-политической жизни, научной и социально-экономической деятельности. Это обуславливает новые требования к информационному обеспечению органов регионального и местного управления. В частности, существенно повышается роль социологической и экономической информации, раскрывающей динамику взаимодействия органов управления и населения. Кроме этого, эффективность социально-экономического управления на современном этапе зависит от действительности форм и механизмов взаимодействия государственных структур и социума в процесс решения социально-экономических проблем.
На данный момент, сетевые территориально распределенные сети занимают важное место в развитии не только региональной экономики, но и науки и техники, образовании и культуры, здравоохранении, торговли и т. д. Это вызвано, в первую очередь, интенсивным ростом потребностей в распределенных прикладных вычислениях, информационном сервисе, системах электронного документооборота, дистанционного обучения, торговли, использованием почтовых служб и сервисов, сервисов безопасности передачи, хранения и восстановления данных, и т. д.
В целом столь широкий спектр потребителей и независимых источников обработки и хранения информации их территориальная разобщенность, функциональная разобщенность создает значительные трудности объединения сетей.
Монография содержит анализ основных тенденций развития сетевых технологий обработки информации и организации информационного обмена. В приведенном в первой главе обзоре автором рассмотрены достаточно полно основные концепции построения сетей, выделенные в класс сетевых технологий следующего поколения. Определены их основные классы исходя их требований к качественным характеристикам передачи информации. Рассмотрены методы повышения производительности сетей и выбраны критериальные основы их оптимизации. На основе анализа существующих тенденций и моделей сетевого проектирования автор определяет актуальность, научную проблему, цель и задачи исследования.
Во второй главе им определены и обоснованы основные методики топологического синтеза региональных сервисных сетей передачи обработки и хранения данных (РССХД). Предложен оригинальный методический аппарат, позволяющий в режиме автоматического анализа определять альтернативные варианты деревьев организации сети.
В третьей главе рассмотрены основные модели оптимизации операциональных характеристик сети. Наиболее значимыми здесь результатами являются разработанные автором методический подход к выбору пропускной способности каналов связи, методический подход к определению загрузки и производительности сервера, а также методика выбора протокольных параметров сети в условиях применения разнородных каналов связи.
В четвертой главе автором систематизированы основные методики и определены тенденции развития систем информационного обмена, учитывающие протокольную разнородность передаваемой информации.
В пятой главе автором приводятся результаты практического внедрения разработанных методик. Показана эффективность их применения на основе модернизации существующей сети РССХД.
В работе автором лично получены следующие результаты:
1. Модель функционирования региональной сети, учитывающая структуру сети, операционные характеристики сети хранения информации и системы информационного обмена, топологию и характеристики сети связи;
2. Комплекс методик выработки альтернативных вариантов организации региональной сети передачи, обработки и хранения данных, в рамках которого разработаны:
– методики вертикальной и горизонтальной структуризации узлов сети на основе обработки матрицы необходимой связности;
– методика интегральной оценки связности узлов сети с учетом их необходимого информационного взаимодействия, связности решаемых задач и параметров каналов связи.
3. Комплекс методик выбора рациональной структуры сети передачи, обработки и хранения данных, в рамках которого разработаны:
– методика выбора топологии и пропускной способности каналов связи;
– методика определения загрузки и производительности сервера;
– методика выбора протокольных параметров связи.
4. Методика выбора рационального варианта системы информационного обмена в распределенной сети передачи, обработки и хранения данных.
5. Разработано научно обоснованные техническое решение – операционная система «PyrOS», внедрение которого вносит значительный вклад в развитие экономики регионов и РФ.
Научная новизна исследований состоит в следующем:
1. В комплексе методик выработки альтернативных вариантов организации региональной сети, в отличие от существующих, учитывается степень необходимой связности узлов сети, интегрально оценивающей степень информационной взаимосвязности решаемых узлами задач и параметры сети связи, определяемые как степень их соответствия требованиям информационного обмена. Такой подход дает возможность учесть широкий спектр действующих на систему факторов, оценка степени влияния которых осуществляется на основе применения метода анализа иерархий.
2. В методике вертикальной структуризации на основе применения алгоритма расчета порядковой функции графа реализуется процедура построения эквивалентного произвольному ациклическому графу связности узлов сети иерархического графа, определяющего порядок распределения узлов сети по иерархическим уровням. При пошаговом снижении требований к учету связности узлов сети при таком подходе представляется возможным определить все допустимые варианты иерархического распределения узлов сети, а при условии их кластеризации (горизонтальной структуризации) на каждом уровне сформировать предложения по выбору вариантов аппаратно-программного обеспечения функционирования сети.
3. В комплексе методик выбора рациональной структуры сети передачи, обработки и хранения данных в отношении каждого варианта иерархического представления структуры сети обеспечивается выбор операционных характеристик, а также топологии и пропускной способности каналов связи с учетом влияния системы информационного обмена и ресурсных возможностей в условиях использования разнородных каналов связи. Полный анализ характеристик каждого варианта организации сети позволяет с помощью разработанной модели функционирования региональной сети оценить эффективность его функционирования и далее выбрать рациональный вариант.
4. В методике выбора рационального варианта построения системы информационного обмена отбор вариантов осуществляется на основе векторного критерия оптимизации в факторном пространстве «эффективность-стоимость». Используется метод скаляризации целевой функции с неравнозначными критериями.
Достоверность и обоснованность работы подтверждены использованием современного апробированного математического аппарата, сочетанием теоретических и экспериментальных исследований и непротиворечивостью их результатов, а также результатами оценки эффективности практического применения разработанного методического аппарата.
Практическая значимость работы. В результате проведенных в рамках данной работы исследований сформирована алгоритмическая и методологическая основа синтеза региональных распределенных сетей, в условиях использования разнородных каналов связи.
Методическое обеспечение может быть использовано при разработке и реализации сетевых проектов целевых программ информатизации
регионов РФ. Его применение позволит ускорить процесс проектирования, снизить финансовые и временные затраты при выборе приемлемого решения, построить или модернизировать региональную сеть, отвечающую предъявляемым требованиям к передаче, обработке и хранению данных.
Разработано научно обоснованные техническое решение – операционная система «PyrOS» для аппаратно-программных межсетевых экранов, маршрутизаторов и систем предотвращения сетевых вторжений (Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2005612532).
В качестве недостатков следует отметить:
1. Автор недостаточно полно и методически корректно определяет взаимосвязь отдельных этапов проектирования сети, в частности можно отметить существующий разрыв между результатами топологического синтеза и выбора операционных характеристик сети обработки информации и информационного обмена.
2. В работе отсутствуют рекомендации по четкому определению отдельных уровней информационного обмена, а именно операционного, системного и внешнего.
3. В работе не определены качественные и количественные различия уровней обработки информации, что не позволяет в полном объеме оценить необходимость использования, применения всего комплекса методик оптимизации сети информационного обмена.
4. Представленные расчеты не являются актуальными. Но могут быть рассмотрены, как тестовые или примерные, для обучения.
В целом же, монография, как это указано выше, заслуживает положительной оценки.
Вывод
Несмотря на наличие большого количества опубликованных отечественными и зарубежными исследователями работ по данной теме, автору удалось найти свой уникальный подход к переходу от классических методов проектирования региональных сетей к использованию технологий «Next-Generation Network» для построения интеллектуальных распределенных региональных сетей.
