Распределенная технология глобального управления
Наследуя холистскую идеологию, где целое первично и больше суммы частей, предлагается новый подход, охватывающий семантику и целостность больших распределенных систем непосредственно на верхнем уровне. Это позволяет эффективно переводить большинство традиционных рутин системной организации и управле...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Математичні машини і системи |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут проблем математичних машин і систем НАН України
2010
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/83308 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Распределенная технология глобального управления / П.С. Сапатий, О.О. Морозов, В.П. Клименко // Мат. машини і системи. — 2010. — № 4. — С. 3-17. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859852975820767232 |
|---|---|
| author | Сапатый, П.С. Морозов, А.А. Клименко, В.П. |
| author_facet | Сапатый, П.С. Морозов, А.А. Клименко, В.П. |
| citation_txt | Распределенная технология глобального управления / П.С. Сапатий, О.О. Морозов, В.П. Клименко // Мат. машини і системи. — 2010. — № 4. — С. 3-17. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Математичні машини і системи |
| description | Наследуя холистскую идеологию, где целое первично и больше суммы частей, предлагается новый подход, охватывающий семантику и целостность больших распределенных систем непосредственно на верхнем уровне. Это позволяет эффективно переводить большинство традиционных рутин системной организации и управления на автоматизированное или даже полностью автоматическое исполнение, существенно повышая системную гибкость, надежность и возможность самовосстановления и самоперестройки в асимметричных ситуациях. Излагаются основы соответствующей сетевой технологии, и предоставлены примеры ее многочисленных применений.
Успадковуючи холістську ідеологію, де ціле є первинне і більше суми часток, пропонується новий підхід, який охоплює семантику та цілісність великих розподілених систем безпосередньо на верхньому рівні. Це дозволяє переводити більшість традиційних рутин системної организації і управління на автоматизоване та навіть цілком автоматичне виконання, суттєво підвищуючи системну гнучкість, надійність та можливість самовідновлення і самоперебудови в асиметричных ситуаціях. Викладаються основи відповідної мережевої технології, та подаються приклади її численних застосувань.
Inheriting holistic ideology, where the whole is primary and greater than the sum of parts, a new approach is offered which is grasping semantics and integrity of large distributed systems directly on top level. This enables most traditional routines on system organization and management to be shifted toward automated up to fully automatic implementation, radically enhancing system flexibility, safety, and capability of self-recovery and self-restructuring in asymmetric situations. Basics of the related networking technology and examples of its numerous applications are revealed.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:42:13Z |
| format | Article |
| fulltext |
© Сапатый П.С., Морозов А.А., Клименко В.П., 2010 3
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2010, № 4
ОБЧИСЛЮВАЛЬНІ СИСТЕМИ
УДК 519.07
П.С. САПАТЫЙ, А.А. МОРОЗОВ, В.П. КЛИМЕНКО
РАСПРЕДЕЛЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ГЛОБАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ
Анотація. Успадковуючи холістську ідеологію, де ціле є первинне і більше суми часток,
пропонується новий підхід, який охоплює семантику та цілісність великих розподілених систем
безпосередньо на верхньому рівні. Це дозволяє переводити більшість традиційних рутин
системної организації і управління на автоматизоване та навіть цілком автоматичне виконання,
суттєво підвищуючи системну гнучкість, надійність та можливість самовідновлення і самопере-
будови в асиметричных ситуаціях. Викладаються основи відповідної мережевої технології, та
подаються приклади її численних застосувань.
Ключові слова: атомізм, холізм, гештальт, цілісність, динамічні системи, керування високого
рівня, мова розподілених сценаріїв, паралельна інтерпретація, гнучкість, самовідновлення,
асиметричні ситуації, реальний час.
Аннотация. Наследуя холистскую идеологию, где целое первично и больше суммы частей, предла-
гается новый подход, охватывающий семантику и целостность больших распределенных систем
непосредственно на верхнем уровне. Это позволяет эффективно переводить большинство тради-
ционных рутин системной организации и управления на автоматизированное или даже полно-
стью автоматическое исполнение, существенно повышая системную гибкость, надежность и
возможность самовосстановления и самоперестройки в асимметричных ситуациях. Излагаются
основы соответствующей сетевой технологии, и предоставлены примеры ее многочисленных
применений.
Ключевые слова: атомизм, холизм, гештальт, целостность, динамические системы, высокоуров-
невое управление, язык распределенных сценариев, параллельная интерпретация, гибкость, само-
восстановление, асимметричные ситуации, реальное время.
Abstract. Inheriting holistic ideology, where the whole is primary and greater than the sum of parts, a new
approach is offered which is grasping semantics and integrity of large distributed systems directly on top
level. This enables most traditional routines on system organization and management to be shifted toward
automated up to fully automatic implementation, radically enhancing system flexibility, safety, and capa-
bility of self-recovery and self-restructuring in asymmetric situations. Basics of the related networking
technology and examples of its numerous applications are revealed.
Key words: atomism, holism, gestalt, integrity, dynamic systems, high level management, distributed sce-
nario language, parallel interpretation, flexibility, self-recovery, asymmetric situations, real time.
1. Введение
Получено гибкое универсальное решение для менеджмента распределенных динамических
систем, охватывающее и обеспечивающее напрямую, на семантическом уровне, их цело-
стность. Оно абстрагируется от возможных системных структур и внутренней организации,
которые могут быть эффективно переведены на автоматизированный или даже полностью
автоматический уровень. Это в корне отличается от других подходов, которые рассмат-
риавают большие системы как заранее состоящие из отдельных, наперед заданных компо-
нент (часто называемых «агентами» [1]), взаимодействие их должно привести к желаемым
глобальным результатам, чего, однако, часто не происходит.
Разработанные идеология и технология [2–4] основаны на параллельной интерпре-
тации компактных системных сценариев, представленных на специальном Языке Распре-
деленных Сценариев (ЯРС) и покрывающих виртуальное, физическое или же комбиниро-
4 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2010, № 4
1
2
3
4
5
Интегральное
холистское
видение
Разбивка на части
для анализа и
распределения
5
4
2
3
1
•Коммуникация
•Синхронизация
Управление
Результирующая
системная
организация
a)
б)
в)
Рис. 1. Традиционный атомистический подход к
системному дизайну и менеджменту
ванное пространство в реальном времени, задавая требуемое функционирование распреде-
ленных систем, автоматически восстанавливая работоспособность после произвольных
сбоев, а также всегда поддерживая локальную и глобальную целевую ориентацию. Эти
сценарии могут создавать распределенные инфраструктуры различного назначения, а так-
же раширять, модифицировать и даже проникать в другие имеющиеся инфраструктуры,
обеспечивая широкий спектр возможных воздействий на распределенные системы (как
дружественные, так и враждебные) – от их создания, оптимизации и модификации до по-
давления и, если нужно, ликвидации.
Данная технология опробована в разных странах, о ней докладывалось на много-
численных международных симпозиумах и конференциях, с исследованными примене-
ниями покрывающими такие тематики, как распределенные базы знаний, интеллектуаль-
ный менеджмент компьютерных сетей, распределенное моделирование динамических сис-
тем типа поля боя, управление транспортными системами, управление системами энергии
направленного действия (лазеры), военная авионика, тактические коммуникации, элек-
тронные и кибернетические войны, распределенные сенсорные системы, массовая коопе-
ративная роботика, а также решение сложных демографических проблем в развитых стра-
нах, связанных, прежде всего, с быстрым относительным ростом стареющего населения.
Целый ряд исследованных применений уже опубликован (например, [2–4, 10–13]), боль-
шинство, однако, находится в активной фазе и печати, а часть обсуждается в настоящей
работе.
2. Холизм и целостность против традиционного атомизма: новая системная органи-
зационная модель
2.1. Системный атомизм и его недостатки
Обычно мы преследуем атомистическую, «часть-целое», философию в формализации, ди-
зайне и имплементации больших систем, особенно распределенных. Исходно, идея неко-
торой системы или же системной кампании появляется в очень общей, целостной форме в
уме некоторого индивидуума или же в очень тесном коллективе таких умов (рис. 1а). За-
тем эта идея детализируется путем разбиения ее на части, где каждая часть прибретает ин-
дивидуальность, при этом неизбежно усложняясь и вырастая в объеме, как на рис. 1б.
Следующим шагом яв-
ляется материализация уже оп-
ределенных частей и их рас-
пределение в физическом или
виртуальном пространстве.
Чтобы обеспечить совместную
работу этих частей в рамках
исходной идеи (рис. 1а), может
потребоваться развитая система
их взаимной коммуникации и
синхронизации, а также слож-
ная управляющая инфра-
структура, что символично по-
казано на рис. 1в. Все это мо-
жет привести (что и часто бы-
вает) к очень большим систем-
ным издержкам, сущест-венно
превышающим исход-ный вес
и сложность самой идеи.
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2010, № 4 5
Начало
Волна
1
Распределенное пространство
Волна
2
Волна
3
Рис. 2. Покрытие распределенного
пространства с помощью параллельных волн
Обычно исходная идея и даже ее логически расщепленная версия (рис. 1 а, б) оста-
ются только в умах создателей, в то время как реальная системная формализация и импле-
ментация начинаются только с ее полностью распреденного этапа (рис. 1в). Это часто по-
рождает следующие проблемы:
• Могут возникать существенные трудности, связанные с попыткой поставить пове-
дение результирующей распределенной системы в соответствие с исходной идеей.
• Скомпонованное (и в надежде, восстановленное в исходном виде) целое может
обладать совершенно непредвиденными свойствами, включая явно нежелательные.
• Результирующее решение является преимущественно статическим. Даже при не-
значительном изменении исходной идеи может возникнуть необходимость абсолютно но-
вого системного дизайна или же полной перекомпоновки системы.
• Просто попытка подогнать существующую многокомпонентную систему под но-
вую идею может вылиться в недопустимую потерю системной целостности и производи-
тельности.
2.2. Волновая модель системного
видения и управления
Системная модель, описанная здесь и
наследующая холистскую и гешталь-
тистскую философии [5, 6], базируется
на распространении в распределенной
среде параллельных взаимодействую-
щих волн (как прямых, так и обрат-
ных), которые могут в реальном вре-
мени покрывать пространство требуе-
мыми решениями, перенося на своих
фронтах цели, знания, данные, опера-
ции и управление (рис. 2).
Эта модель также созвучна с результатами психологических и биологических ис-
следований о решении человеческим мозгом сложных пространственных задач [7, 8], бу-
дучи переведенным в нашем случае на полностью распределенную, высокопараллельную,
как концептуальную, так и технологическую основу. Этот подход позволяет обеспечивать
целостную, бесшовную навигацию и покрытие распределенных систем в прямом противо-
речии с традициоными атомистическими, часто называемыми многоагентными, моделями
[1]. Наша модель, в значительной мере, также ориентирована на преобразование и воздей-
ствие на окружающий мир в виде «активного направленного порыва» (active forward thrust,
[8]), что в корне отличается от фрейдовской эквилибристской, сбалансированной систем-
ной идеологии [9].
В волновом формализме разработанной системной модели можно представить лю-
бой системный сценарий, который, будучи написанным на высокоуровневом Языке Рас-
пределеных Сценариев (ЯРС) (очень компактном, где программы часто в сто раз короче,
чем на языке Джава), может легко быть модифицирован (и даже порожден с начала) в ре-
альном времени.
Поскольку ЯРС эффективно и напрямую интерпретируется в любых сетевых струк-
турах, большая часть системных организационных рутин (если не все), изображенных на
рис. 1в, может исполняться и поддерживаться автоматически. В связи с этим мы получаем
возможность радикального повышения целостности и гибкости любых распределенных
систем (от гражданских до военных), цели и миссии которых могут определяться и изме-
няться «на лету», вовремя реагируя на быстроменяющиеся, «асимметричные» ситуации.
6 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2010, № 4
Сценарий миссии
Случайные
ресурсы
Универсальный
управляющий модуль
Случайные
коммуникации
U
U
U
Рис. 3. Саморазвивающиеся сценарии
системных миссий
2.3. Распределенная интерпрета-
ция волновых сценариев
Атомизм в предложенной модели,
описывающей назначение системы
и ее необходимое глобальное по-
ведение на высшем, семантиче-
ском уровне, появляется только во
время исполнения. Здесь система,
как обычно, представляется в виде
взаимодействующих компонент
(все состоит в конечном счете из
взаимодействующих атомов, мозг
тоже), каждая из которых содер-
жит универсальный управляющий
модуль U (рис. 3), представляю-
щий одну и ту же копию интерпретатора ЯРС, которые могут обмениваться друг с другом.
Динамическая сеть интерпретаторов ЯРС, вмонтированных в наиболее важные точ-
ки системных ресурсов (которые сами могут быть случайными, с непредвиденными напе-
ред взаимодействиями и связями), коллективно, в параллельном и распределенном режи-
мах исполняет интегральные сценарии, которые могут начинаться с любой компоненты.
Волновые сценарии на ЯРС в реальном времени могут покрывать всю систему, перемеща-
ясь, модифицируясь и размножаясь, формируя при этом бесшовные распределенные ин-
фраструктуры самого разного характера (от сетей знаний до командно-управляющих
структур, дорожных карт, нейронных сетей), обееспечивающие требуемое глобальное ре-
шение или поведение, а также всеобщую осведомленность и автоматическое принятие ав-
тономных решений.
3. Язык Распределенных Сценариев (ЯРС)
ЯРС кардинально отличается от традиционных языков программирования тем, что вместо
обычной обработки данных в компьютерной памяти (но, если нужно, также наряду с ней)
позволяет непосредственно (как последовательно, так и параллельно) перемещаться, обо-
зревать и выполнять любые действия в распределенных средах самого разного характера
(от чисто физических до чисто виртуальных).
3.1. Миры, с которыми оперируют ЯРС
ЯРС напрямую оперирует со следующими мирами:
а) виртуальным миром (ВМ), конечным и дискретным, представленным распреде-
ленной семантической сетью, состоящей из вершин, выражающих имена, концепции или
факты, и семантических связей между ними;
б) физическим миром (ФМ), бесконечным и непрерывным, где каждая точка может
идентифицироваться, а также быть доступна, с помощью физических координат (с опреде-
ленной степенью точности);
в) виртуально-физическим миром (ВФМ), конечным, дискретным и сетевым, как и
ВМ, но в котором все или некоторые вершины имеют дополнительное представление в
ФМ, наделяясь также определенными физическими координатами.
3.2. Основные свойства ЯРС
ЯРС обладает следующими основными свойствами:
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2010, № 4 7
1. Выраженный с помощью ЯРС высокоуровневый системный сценарий развивает-
ся в распределенной среде как переход между контрольными опорными пунктами (ОП) в
виде параллельных волн (рис. 2).
2. Начиная с некоторого ОП, заданное действие может породить один или более но-
вых ОП.
3. Каждый ОП имеет ассоциированное с ним результирующее значение (которое
может быть множественным), а также результирующее состояние с перечнем из следую-
щих четырех возможностей:
• Успех – полностью успешное выполнение с определенным результатом, позво-
ляющее также последующим процессам развиваться далее в среде с этого ОП.
• Завершение – успешное выполнение, с оределенным результатом, но с плановым
завершением процессов только в этом ОП, без влияния на другие процессы.
• Неудача – провал активности, всегда с пустым результатом, и с завершением про-
цессов только в этом ОП, без влияния на другие процессы.
• Отмена – эквивалент чрезвычайного состояния, также с пустым результатом, ко-
гда процесс в данном ОП, а также процессы, связанные с другими ОП, немедленно пре-
кращаются (насколько быстро это возможно организовать в распределенной среде).
4. Различные действия могут развиваться независимо друг от друга (и параллельно)
или же, наоборот, взаимозависимо, с одного и того же ОП, формируя совместно новое, ре-
зультирующее, множество ОП.
5. Различные действия могут также следовать друг за другом в пространстве ОП,
где последующие действия выполняются (параллельно) от всех или же части ОП, достиг-
нутых предыдущими действиями.
6. Элементарные операции могут напрямую использовать как локальные, так и уда-
ленные значения ОП, полученные в результате других действий (включающих сценарии
любой сложности), результируют в виде значения ОП от этих элементарных операций.
7. Эти результирующие значения могут использоваться как операнды другими опе-
рациями в аналитических выражениях (произвольной вложенности) или же непосредст-
венно следующими операциями (которых может быть множество, если процессы расщеп-
ляются в пространстве) в их последовательности.
8. Полученные значения могут напрямую быть присвоены местным или же удален-
ным переменным (для второго случая доступ к ним может вызвать необходимость испол-
нения пространственных сценариев любой сложности).
9. Любой ОП может ассоциироваться с некоторой вершиной в ВМ или же позицией
в ФМ, а также с обоими (как в случае работы с ВФМ); он также может ссылаться на раз-
ные места в ВМ и ФМ отдельно, независимо и одновременно.
10. Любое количество ОП может одновременно ассоциироваться с одними и теми
же точками в мирах (физических, виртуальных, комбинированных), с которыми работают
сценарии.
11. Ассоциируя с конкретными позициями в каком-либо мире, сценарии получают
прямой доступ к локальным параметрам мира в этих точках, включая возможность их из-
менения и, следовательно, преобразования самого мира.
12. Передвижение в физическом, виртуальном или комбинированном мирах, с их
возможной модификацией или даже первоначальным созданием, является такой же рутин-
ной операцией, как арифметическая, логическая или потоковая в традиционных языках
программирования. При этом ЯРС может также эффективно использоваться как обычный
язык программирования (типа С, Джавы или Фортрана), претендуя быть единственным
базовым языком системы как для (последовательных или параллельных) вычислений, ин-
теллектуальных протоколов обмена, так и глобального (централизованного или распреде-
ленного) управления.
8 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2010, № 4
3.3. Синтаксис и основные конструкции ЯРС
ЯРС имеет рекурсивный синтаксис, представленный на верхнем уровне, где сценарий
(программа) носит название захват (что отражает ее основную семантику как задающую
глобальную целевую ориентацию с последующим вовлечением и интеграцией распреде-
ленных системных ресурсов (среди которых могут быть как человеческие, так и техниче-
ские) для выполнения поставленной системной задачи. (Фигурные скобки используются
для выражения повторов, а вертикальная черта разделяет альтернативы).
захват � феномен | правило ( { захват , } )
феномен � константа | переменная | спецслово
константа � информация | вещество | комбинированная
переменная � наследуемая | фронтальная | пространственная | вершинная
правило � движение | создание | ликвидация | эхо | слияние |
верификация | присвоение | продвижение | ветвление |
передача | временное | наделение
Базовая конструкция, правило, может представлять любое определение или дейст-
вие, например:
• элементарную арифметическую, строковую или логическую операцию;
• прыжок в физическом, виртуальном или комбинированном пространстве;
• иерархическое слияние и возврат (удаленных) данных;
• распределенное управление как последовательное, так и параллельное;
• разнообразие специальных контекстов для навигации пространства, детализирую-
щих последующие операции и решения;
• тип или смысл значения, или же выбранное его использование, направляющее
процесс интерпретации.
3.4. Типы переменных в ЯРС
ЯРС использует различные типы переменных:
• Наследуемые переменные, порожденные от некоторого ОП и обслуживающие все
последующие ОП, в которых они могут использоваться как общий ресурс для чтения и за-
писи.
• Фронтальные переменные, являющиеся индивидуальной и эксклюзивной собст-
венностью ОП, недоступной для других ОП, и передающиеся только между смежными ОП,
реплицируясь, если после некоторого ОП порождается множество других ОП.
• Пространственные переменные, которые обеспечивают доступ к различным эле-
ментам физического или виртуального пространства во время его навигации, а также к
разнообразию параметров внутреннего мира распределенного интерпретатора ЯРС.
• Вершинные переменные, позволяющие наделять индивидуальным временным
свойством отдельные вершины ВМ и ВФМ, которое может выступать как общий ресурс
для всех ОП, ассоциирующихся с этими вершинами.
Различные типы переменных, особенно, когда используются совместно, позволяют
создавать эффективные пространственные алгоритмы, которые не ассоциируются наперед
с какими-либо компьютерными ресурсами, работая при этом скорее между ними, чем в
них. Эти алгоритмы могут также свободно перемещаться в активных распределенных сре-
дах (частично или полностью), всегда сохраняя целостность, управляемость извне и задан-
ную целеустремленность.
Несмотря на (непосредственно интерпретируемый) функциональный тип представ-
ления синтаксиса и семантики, ЯРС позволяет также использовать другие, традиционные,
формы записи программ с общепринятыми символами операций и разделителей, если это
упрощает и сокращает тексты сценариев.
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2010, № 4 9
27
33
55.6
Результат +
Рис. 4. Присваивание
результата операции
3.2. Полный перечень конструкций ЯРС
Полный набор конструкций ЯРС (в латинском шрифте) выглядит следующим образом (где
курсивом представлены синтаксические категории):
grasp � constant | variable | rule | [ grasp ] [({ grasp, })]
constant � information | matter | code | service
information � number | {alphadigit} | ‘string’
matter � “string”
code � { string }
service � abort | thru | done | fail | any | first | last | random | all | in | out |
infinite | nil | direct | no back | passed | covered | existing | neighbors |
virtual | physical | executive | local | global | synchronous | peers |
value | destinations | sequential | parallel
variable � navigational | environmental | combined
navigational � heritable | frontal | reserved
heritable � H {alphadigit}
frontal � F {alphadigit}
reserved � VALUE | STATE
environmental � nodal | dedicated
nodal � N {alphadigit}
dedicated � ADDRESS | CONTENT | DOER | NAME | QUALITIES |
SPEED | TIME | TYPE | WHEN | WHERE
combined � IDENTITY | BACK | PREVIOUS | LINK | DIRECTION
rule � movement | creation | elimination | echoing | fusion | verification |
assignment | modification | advancement | branching | transference |
exchange | waiting | mode | type | usage
movement � hop | move
creation � create | linkup
elimination � remove | unlink
echoing � value | state | level | order | rake | count | min | max | sort |
sum | product | average
fusion � add | subtract | multiply | divide | degree | separate | unite | attach |
append | common | element | position
verification � equal | not equal | less | less equal | more | more equal | empty |
not empty | belongs | not belongs | intersects | not intersects
assignment � assign
modification � insert | replicate | substitute
advancement � advance | repeat
branching � choose | independent | sequence | while | if | or |
and | cycle | loop | sling | split
transference � run | call
exchange � input | output
waiting � wait | remain | sleep
mode � free | release | quit | none | lift | stay | seize
type � heritable | frontal | nodal | number | string | info | matter | code
usage � name | address | place | center | range | time | speed | doer | node |
link | unit | content | index | parameters
4. Элементарные примеры на ЯРС
1. Присваивание переменной результата арифметической
операции (рис. 4):
присвоить (Результат, сложить (27, 33, 55,6))
или
10 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2010, № 4
Кратчайший путь
Wave1
Wave2
Старт1
a f
e
d
c
b
1
1
4
3
2 1
2
24
a, b, d, e
Старт2
Рис. 8. Нахождение кратчайшего пути
Петр
Рис. 6. Создание вершины
Фронтальные
переменные
Парсер
Входная
очередь
Выходная
очередь
Лес трековОчередь
волн
Задержанные
волны
Вершинные
переменные
Сеть знаний
Управляющий
процессор
Пространственные
переменные
Идентичность
волн
Коммуникационный
процессор
Операционые
процессоры
Процессоры
Структуры данных
Рис. 9. Организация интерпретатора с ЯРС
Результат = 27 + 33 + 55,6.
2. Параллельное движение в физическом мире, рис. 5:
переместиться (точка (x1, y3),
точка (x5, y8).
3. Создание новой вершины в виртуальном мире (рис.
6).
создать(вершина (Петр)).
4. Расширение виртуального мира новой парой
«связь-вершина» (рис. 7):
войти (Петр); создать (связь
(+отец), вершина (Алексей)).
5. Нахождение кратчайшего (между вершинами a и e) пу-
ти в распределенной среде – полностью распределенное
высокопараллельное решение, опробованное че-
рез Интернет, с использованием взаимодейст-
вующих компьютеров в разных странах (рис. 8).
Фронтальная (Удаленность, Путь);
вершинная (Расстояние,
Предшественник);
последовательность (
(прыжок (прямой, a);
Расстояние = 0;
повторять (
прыжок (все связи);
Удаленность += СВЯЗЬ;
или (Дистанция == пусто,
Дистанция > Удаленность);
Дистанция = Удаленность;
Предшественник = НАЗАД),
(прыжок (прямой, e);
повторять (
Путь = ИМЯ & Путь;
прыжок (Предшественник));
выход (Путь))))
5. Распределенный интерпрета-
тор ЯРС
5.1. Структура и основные
свойства
Интерпретатор ЯРС (рис. 9) име-
ет следующую организацию [14]:
1. Он состоит из ряда спе-
циализированных модулей, рабо-
тающих параллельно друг с дру-
гом и имеющих доступ к специ-
фическим структурам данных,
которые поддерживают часть ас-
социированного с данным интер-
претатором виртуального мира, а
также временные иерархические управляющие механизмы и обмен с другими такими же
интерпретаторами.
x1,y3
x5,y8
Текущая
позиция
Рис. 5. Одновременное
движение в физическом
пространстве
Петр Алексей
отец
Рис. 7. Расширение семантической сети
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2010, № 4 11
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
F1
Распространение
волн и фронтальных
переменных
N2
Терминальные вершины с
фронтальными переменными
Вершинные переменные
N1
N3
F1
F2
F3
Вершины треков Дуги треков
Рис. 10. Поддержка распространения сценариев
с помощью системы треков
1
3
3
5
6
8
9
10
F1
N2
N1
N3
F1
F2
F3
• Возврат и слияние состояний
• Сбор удаленных данных
• Самооптимизация треков
Результирующее
значение
Результирующее
состояние
Рис. 11. Эхо-процессы и автоматическая
оптимизация треков
2. Вся сеть интерпретаторов может быть мобильной и открытой, меняя при этом в
реальном времени число вершин и коммуникационную структуру между ними.
3. «Нервной системой» распределенного интерпретатора является его пространст-
венная трековая структура, позволяющая осуществлять иерархическое управление и уда-
ленный доступ к данным и программному коду, обеспечивающая также целостность само-
развивающихся параллельных и распределенных решений.
5.2. Пространственная трековая ин-
фраструктура
Динамически формируемые трековые де-
ревья (рис. 10, 11), покрывающие про-
странство (виртуальное, физическое, ком-
бинированное), в котором развиваются
сценарии, выраженные в ЯРС, поддержи-
вают существование пространственных
переменных и отрабатывают логику сме-
щения, усреднения и возврата терминаль-
ных состояний, а также возврат получен-
ных удаленных значений ОП (если для
последних был запрос от вышестоящих
организационных уровней).
Динамические трековые деревья са-
мооптимизируются в эхо-процессах, уда-
ляя свои, ставшими излишними части
(рис. 11 по сравнению с рис. 10). Затем
оптимизированные трековые деревья
обеспечивают маршрутизацию и доставку
последующих волн сценариев в навиги-
руемом пространстве к ОП, достигнутым
предыдущими волнами, объединяя их в
этих терминальных пунктах с доставлен-
ными туда ранее фронтальными перемен-
ными (для того, чтобы начать новые про-
странственные процессы).
6. Решение топологических задач
ЯРС является языком, в котором очень
удобно создавать любые распределенные
структуры, а также анализировать и обра-
батывать их в распределенном и парал-
лельном режимах, без каких-либо центральных вычислений и устройств. Эти структуры
могут отражать, например, топологию транспортных систем (наземных, подземных, мор-
ских, воздушных), организацию войск на поле боя или же рыночные связи в экономике.
Первое, что может быть интересным, это нахождение в них слабых и сильных звеньев для
последующего оптимального воздействия на них (или же наоборот, дистанцирования как
от угрозы).
12 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2010, № 4
a
f
e
d
c
b
p
r t
s
q
v
u
w
Точка
сочленения
Рис. 12. Нахождение точек сочленения
a
f
e
d
c
b
p
r t
s
q
v
u
w
Клика1
Клика2
Клика3
p
Рис. 13. Нахождение всех максимальных
сильносвязанных компонент (клик)
6.1. Точки сочленения
Точки сочленения (как, например, вершина d на рис. 12) являются самыми слабыми в
графе, удаление которых расчленяет его на части. В ЯРС решение этой задачи в высокопа-
раллельной и полностью распределенной форме имеет вид, показанный ниже:
прыжок (все вершины);
вершинная (Метка);
ИДЕНТИЧНОСТЬ = ИМЯ; Метка = 1;
И (
(случайный выбор (
прыжок (все дуги));
повторять (
захват (
Метка == пусто; Метка = 1);
прыжок (все дуги))),
(прыжок (все дуги);
Метка == пусто),
выход (ИМЯ))
6.2. Максимальные сильносвязанные компоненты: клики
Максимальные сильносвязанные (то есть полные) подграфы, или клики, наоборот, являют-
ся самыми сильными компонентами структур, как ( )dcba ,,, , ( )edc ,, и ( )fed ,, на рис.
13. Их параллельное и полностью распре-
деленное нахождение в ЯРС приведено
ниже:
прыжок (все вершины);
фронтальная (Клика = ИМЯ);
повторять (
прыжок (все дуги);
не принадлежит (ИМЯ, Клика);
и (
параллельное и (
прыжок (все дуги, вершины
(Клика)); стоп),
или (
(НАЗАД > ИМЯ; стоп),
присоединить (Клика, ИМЯ))));
выход (Клика)
7. Коллективная роботика
7.1. Интеграция мобильных роботов на базе параллельной интерпретации ЯРС
Установка интерпретатора в мобильных роботах (наземных, воздушных, водных, подвод-
ных) позволяет организовать эффективные групповые роботические решения сложных за-
дач в опасных распределенных средах, полностью переводя локальное и глобальное
управление на автоматический уровень. Пример интеграции европейских наземных робо-
тов (обсуждавшийся нами в Германии на полевых испытаниях мобильных роботов и в
Англии на международных конференциях) показан на рис. 14.
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2010, № 4 13
Интерпретаторы ЯРС
Рис. 14. Интеграция европейских наземных мобильных роботов
Пример интеграции воздушных военных роботов в коллективные беспилотные
формирования, обсуждавшийся на других международных встречах, показан на рис. 15.
U
U
U
U
U
Интерпретаторы ЯРС
Рис. 15. Интеграция летающих беспилотных средств
Предложенная технология позволяет конвертировать любую группу (в пределе: ар-
мию) самых разнообразных мобильных роботов в динамическую параллельную простран-
ственную машину, которая сможет выполнять любую миссию полностью автоматически.
Задание и организация совместной работы роботических единиц на ЯРС может
быть на разных уровнях: от чисто семантического, задачного, абстрагирующегося от мно-
гокомпонентной структуры системы (где последняя выступает как производная от форму-
лировки задачи на высшем уровне) до более детального, многокомпонентного уровня (где
производной, наоборот, являются задача и ее конечный результат).
7.2. Семантический, задачный уровень
Пример семантического, задачного уровня может выглядеть таким образом, когда про-
грамма на ЯРС напрямую соответствует формулировке задания на естественном языке.
14 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2010, № 4
y
x
Интерпретаторы
ЯРС
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
Рис. 16. Начальное группирование
беспилотных единиц
Пороговая
дистанция
Глобальное
направление
движения
Распространяющийся
групповой сценарий
U
U
U
U
U
U
U
U
U
UU
U
U
Рис. 17. Групповое глобально направленное
случайное движение
Задача на естественном языке:
Осуществить доступ к трем пунктам в аварийной зоне с координатами
(50,433; 30,633), (50,417; 30,490), и (50,467; 30,517). Оценить ущерб в каждом пункте, оп-
ределить пункт с максимальным ущербом и передать величину ущерба в этом пункте вме-
сте с его уточненными физическими координатами в центральный штаб.
Соответствующая программа на ЯРС:
передать ( максимум (
переместиться ((50,433, 30,633),
(50,417, 30,490),
(50,467, 30,517));
присоединить (оценить (разрушения), ГДЕ)))
В ряде публикаций, включая [2, 3], описаны детали полностью автоматического ис-
полнения данного и других подобных сценариев группами роботов с меняющимся (что
может происходить в реальном времени) числом мобильных единиц.
7.3. Групповой поведенческий уровень
Установив интепретаторы ЯРС в мобильные роботы и интегрировав их с традиционной
функциональностью роботов, мы можем эффективно организовывать их любое совместное
поведение – от слабосвязанных «свормов» до интегрированной, слаженной команды с
сильным иерархическим подчинением. В ЯРС также возможна и эффективна любая ком-
бинация различных поведений. Рассмотрим соответствующие примеры.
Пусть исходное распределение роботов (предположительно, беспилотников) имеет
вид, изображенный на рис. 16.
Вживив в эту группу следующий коллективный сценарий (назовем его движе-
ние_группы), начав с любого робота, мы легко задаем индивидуально случайное, но гло-
бально ориентированное групповое движение, покрывающее нужное пространство, где
роботы постоянно держат определенную пороговую дистанцию друг от друга.
прыжок (все вершины); вершинная (Пределы);
Пределы = (dx(0,8), dy(-2,5)); Глубина = 500;
повторять (
Сдвиг = случайный выбор (Пределы);
если (пусто (прыжок (Сдвиг, Глубина)),
переместиться (Сдвиг)))
Моментный снимок движения группы по этому сценарию изображен на рис. 17.
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2010, № 4 15
инфра
инфра
инфра
Порог
следующего
уровня
инфра
Инфраструктурный
сценарийЦентральная
единица
U
U
U
U
U
U
U
U
U
UU
U
Рис. 19. Создание иерархической инфра-
структуры, базирующейся на
найденном центре
Сценарий поиска
центральной
единицы
Найденная
центральная
единица
U
U
U
U U
U
U
U
U
U
U
U
Рис. 18. Самоопределение перемещаю-
щейся группой своего топологического
центра
Рассмотрим следующее функциональное обогащение группы, где она самостоятель-
но определяет свой топологически центральный робот в некоторый момент времени (этот
центр может постоянно меняться в связи с локально случайным движением роботов). По-
следующий сценарий с результирующим общим значением в виде адреса центра (назовем
его нахождение_центра) может начаться (как и предыдущий) с любой системной едини-
цы:
Фронтальная (Средняя);
Средняя = усреднить (прыжок (все вершины); ГДЕ);
минимум (
прыжок (все вершины); дистанция (Средняя, ГДЕ) & АДРЕС) : 2
На рис. 18 показана найденная таким образом центральная единица.
Найдя топологический центр, начиная с него, мы можем построить иерархическую
инфраструктуру, оптимальную для глобального управления и всевозможных совместных
операций. Такой сценарий (назовем его построение_инфраструктуры), начавшись в
найденном центре, будет выглядеть следующим образом (рис. 19):
фронтальная (Глубина = 20);
оставаться (
повторять (соединить (дуга (+ инфра), первым пришел, Глубина)))
Создав оптимальную пространственную инфраструктуру, мы теперь можем макси-
мально упростить целый ряд групповых операций, например, распределенный сбор всех
видимых целей (от всех роботов, где каждый может видеть только их ограниченное число
из-за ограниченной глубины доступа сенсоров) с их последующим обратным распределе-
нием между всеми беспилотниками, где каждый затем сможет выбрать, преследовать и,
если нужно, атаковать наиболее подходящие для него цели.
Такой сценарий, стартуя от центральной компоненты (назовем его
сбор_распределение_атака), будет иметь на ЯРС следующий вид (рис. 20):
фронтальная (Видимые);
цикл (
непусто (Видимые = повторять (
свободный (определить (цели)), прыжок (дуги (все, + инфра))));
повторять (
свободный (выбрать_переместиться_атаковать (Видимые)),
прыжок (все, + инфра)))
16 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2010, № 4
инфра
инфра
инфра
инфра
Сценарий сбора
и распределения
целей
Атака
целей
Сбор и
распределение
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
Атака
целей
Атака
целей
Атака
целей
Рис. 20. Иерархический сбор и распределе-
ние целей с автономным отбором для
возможной атаки
Поскольку в нашем случае роботиче-
ские единицы движутся в пространстве с оп-
ределенной, заданной, долей вероятности, для
сохранения оптимальности пространственного
управления центральную единицу и исходя-
щую от нее иерархическую инфраструктуру
целесообразно регулярно переопределять, для
чего следует удалять прежнюю. Это достига-
ется следующей программой, начинающейся в
существующей центральной единице (назовем
ее удаление_инфраструктуры):
оставаться (
прыжок (вершины, все);
удалить (дуги, все))
Результирующее комбинированное ре-
шение, объединяющее групповое случайное
движение с регулярным обновлением тополо-
гического центра и переопределением исходящей от него управленческой инфраструктуры,
а также базирующиеся на ней распределенный сбор, обратное распределение и параллель-
ная атака целей, может быть легко получено путем елементарного объединения предыду-
щих решений в цельную, холистскую программу, начинающуюся с любого робота:
движение_группы,
повторять (
прыжок (нахождение_центра);
удаление_инфраструктуры; построение_инфраструктуры;
параллельное или (сбор_распределение_атака, спать (360)))
Предложенная технология успешно опробована также на множестве других «горя-
чих» проблем (частично упомянутых во Введении) – от гражданских до военных.
8. Заключение
Мы представили радикально новый подход к системному видению, организации и гло-
бальному управлению, базирующийся на задании основ системной организации и целевой
ориентации на специальном языке высокого уровня, который может эффективно интер-
претироваться в распределенных средах в высокопараллельном режиме. Разработанная
технология позволяет напрямую схватывать целостность сложных динамических систем,
переводя многочисленные традиционные системные рутины на автоматизированный или
даже полностью автоматический уровень. Вирусоподобное (в положительном смысле это-
го слова, имея в виду массовость, распределенность, параллельность и живучесть) вопло-
щение этого метода в сложных распределенных системах самого разного характера – от
гражданских до военных – может существенно поднять их производительность и способ-
ность самовосстанавливаться после произвольных сбоев и разрушений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Minsky M. The Society of Mind. Simon and Schuster / Minsky M. – New York, 1988. – 336 р.
2. Sapaty P. Distributed Technology for Global Control / Р. Sapaty // Book chapter, Lecture Notes in Elec-
trical Engineering. – 2009. – Vol. 37. – Part 1, 3-24, DOI: 10.1007/978-3-642-00271-7_1. – Р. 3 – 24.
3. Sapaty Р. Ruling Distributed Dynamic Worlds / Sapaty P. – New York: John Wiley & Sons, 2005. –
254 р.
4. Sapaty P. Mobile Processing in Distributed and Open Environments / Sapaty P. – New York: John Wi-
ley & Sons, 1999. – 450 р.
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2010, № 4 17
5. Wertheimer M. Gestalt Theory / Wertheimer M. – Erlangen, Berlin, 1925. – 345 р.
6. Sapaty P. Gestalt-based ideology and technology for spatial control of distributed dynamic systems” /
Р. Sapaty // Neuroscience meets Gestalt psychology // Proc. International Gestalt Theory Congress, 16th
Scientific Convention of the GTA. – Germany: University of Osnabruck, 2009. – March 26–29. – 2 р.
7. Wilber K. Waves, Streams, States and Self: A Summary of My Psychological Model (Or, Outline of An
Integral Psychology) / Wilber K. – Shambhala Publications, 2009. – 60 p.
8. Rogers C.R. Carl Rogers on Personal Power: Inner Strength and Its Revolutionary Impact / Rogers C.R.
– USA: Trans-Atlantic Publications, 1978. – 305 p.
9. Freud S. General Psychological Theory/ Freud S. – New York: Touchstone, 1997. – 224 р.
10. Sapaty Р. Dynamic Air Traffic Management Using Distributed Brain Concept / P. Sapaty, V. Klimen-
ko, M. Sugisaka // Mathematical machines and systems. – 2004. – N 1. – Р. 3 – 8.
11. Sapaty Р. Dynamic Air Traffic Management Using Distributed Brain Concept / P. Sapaty,
V. Klimenko, M. Sugisaka // Proc. Ninth International Symposium on Artificial Life and Robotics (AROB
9th). – Beppu, Japan, 2004. – Р. 156 – 159.
12. A New Concept of Flexible Organization for Distributed Robotized Systems / P. Sapaty, A. Morozov,
R. Finkelstein [et al.] // Proc. Twelfth International Symposium on Artificial Life and Robotics (AROB
12th’07). – Beppu, Japan, 2007. – Jan 25–27. – 8 p.
13. Sapaty P. DEW in a Network Enabled Environment / P. Sapaty, A. Morozov, M. Sugisaka // Proc. of
the international conference Directed Energy Weapons 2007. – London, UK: Le Meridien Piccadilly, 2007.
– Feb. 28 – March 1. – 81 slide.
14. European Patent N 0389655. A Distributed Processing System / Sapaty P.; Publ. 10.11.93.
Стаття надійшла до редакції 29.10.2010
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-83308 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1028-9763 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:42:13Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут проблем математичних машин і систем НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Сапатый, П.С. Морозов, А.А. Клименко, В.П. 2015-06-18T09:40:35Z 2015-06-18T09:40:35Z 2010 Распределенная технология глобального управления / П.С. Сапатий, О.О. Морозов, В.П. Клименко // Мат. машини і системи. — 2010. — № 4. — С. 3-17. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 1028-9763 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/83308 519.07 Наследуя холистскую идеологию, где целое первично и больше суммы частей, предлагается новый подход, охватывающий семантику и целостность больших распределенных систем непосредственно на верхнем уровне. Это позволяет эффективно переводить большинство традиционных рутин системной организации и управления на автоматизированное или даже полностью автоматическое исполнение, существенно повышая системную гибкость, надежность и возможность самовосстановления и самоперестройки в асимметричных ситуациях. Излагаются основы соответствующей сетевой технологии, и предоставлены примеры ее многочисленных применений. Успадковуючи холістську ідеологію, де ціле є первинне і більше суми часток, пропонується новий підхід, який охоплює семантику та цілісність великих розподілених систем безпосередньо на верхньому рівні. Це дозволяє переводити більшість традиційних рутин системної организації і управління на автоматизоване та навіть цілком автоматичне виконання, суттєво підвищуючи системну гнучкість, надійність та можливість самовідновлення і самоперебудови в асиметричных ситуаціях. Викладаються основи відповідної мережевої технології, та подаються приклади її численних застосувань. Inheriting holistic ideology, where the whole is primary and greater than the sum of parts, a new approach is offered which is grasping semantics and integrity of large distributed systems directly on top level. This enables most traditional routines on system organization and management to be shifted toward automated up to fully automatic implementation, radically enhancing system flexibility, safety, and capability of self-recovery and self-restructuring in asymmetric situations. Basics of the related networking technology and examples of its numerous applications are revealed. ru Інститут проблем математичних машин і систем НАН України Математичні машини і системи Обчислювальні системи Распределенная технология глобального управления Розподілена технологія глобального управління Distributed technology for global control Article published earlier |
| spellingShingle | Распределенная технология глобального управления Сапатый, П.С. Морозов, А.А. Клименко, В.П. Обчислювальні системи |
| title | Распределенная технология глобального управления |
| title_alt | Розподілена технологія глобального управління Distributed technology for global control |
| title_full | Распределенная технология глобального управления |
| title_fullStr | Распределенная технология глобального управления |
| title_full_unstemmed | Распределенная технология глобального управления |
| title_short | Распределенная технология глобального управления |
| title_sort | распределенная технология глобального управления |
| topic | Обчислювальні системи |
| topic_facet | Обчислювальні системи |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/83308 |
| work_keys_str_mv | AT sapatyips raspredelennaâtehnologiâglobalʹnogoupravleniâ AT morozovaa raspredelennaâtehnologiâglobalʹnogoupravleniâ AT klimenkovp raspredelennaâtehnologiâglobalʹnogoupravleniâ AT sapatyips rozpodílenatehnologíâglobalʹnogoupravlínnâ AT morozovaa rozpodílenatehnologíâglobalʹnogoupravlínnâ AT klimenkovp rozpodílenatehnologíâglobalʹnogoupravlínnâ AT sapatyips distributedtechnologyforglobalcontrol AT morozovaa distributedtechnologyforglobalcontrol AT klimenkovp distributedtechnologyforglobalcontrol |