Введение к работе
Актуальность темы. Организация планирования работы больших систем представляет собой сложный процесс, требующий значительных временных ресурсов. Наличие нескольких центров обслуживания, большое количество работ, жесткие ограничения на ресурсы - все это обусловливает необходимость разработки математического, алгоритмического и программного обеспечения для решения данной задачи.
В связи с возможностью распараллеливания большинства операций наиболее эффективным способом решения такой задачи является разработка распределенной системы, компоненты которой выполняли бы отдельные операции по планированию.
Разработка параллельных и распределенных вычислений начала интенсивно развиваться в 70-х годах прошлого века. Большой вклад в становление и развитие кластерных вычислений и грид-систем внесли такие ученые, как Г. Пфистер, И. Фостер, К. Кессельман, С. Тики и др. Теория многоагентных систем появилась, в частности, благодаря методам теории принятий решений в команде, одними из авторов которых были Д. Маршак, Р. Раднер и др. Мультиагентные системы получили свое развитие благодаря таким ученым, как С. Рассел, П. Норвиг, И. Шоэм, Д.А. Поспелов, В.Б. Тарасов и многим другим.
Однако использование распределенных систем применительно к решению задачи планирования задач практически отсутствуют. Почти все виды данных задач отличаются NP-полнотой и требуют существенных временных затрат для своего решения. Данный процесс является итеративным, и на каждой операции выполняется планирование, например, для определенной машины. В связи с этим для больших систем с огромным числом работ целесообразно распараллелить некоторые вычисления и использовать теорию многоагентных систем для организации планирования работ с несколькими машинами.
Таким образом, актуальность диссертационной работы продиктована необходимостью сокращения времени, затрачиваемого на решение задач планирования работ за счет использования параллельного выполнения некоторых операций и использования многоагентного подхода.
Тематика диссертационной работы соответствует научному направлению ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» «Вычислительные комплексы и проблемно-ориентированные системы управления».
Цель работы. Целью работы является разработка математического, алгоритмического и программного обеспечения для функционирования распределенной вычислительной системы, предназначенной для планирования задач.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
разработать структуру системы, предназначенной для распределенной обработки данных, поступающих от «интеллектуальных агентов»;
разработать математическое и алгоритмическое обеспечение, позволяющее интеллектуальному агенту принимать решение о планировании работ;
спроектировать алгоритмы, языки и программные инструменты для организации взаимодействия интеллектуальных агентов;
реализовать программные средства, позволяющие осуществлять процесс планирования.
Методы исследования. При решении поставленных в диссертации задач использовались методы теории многоагентных систем, теории распределенных вычислений, теории принятия решений, а также методы объектно-ориентированного программирования.
Тематика работы соответствует следующим пунктам паспорта специальности 05.13.11 «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей»: п.З «Модели, методы, алгоритмы, языки и программные инструменты для организации взаимодействия программ и программных систем» и п. 8 «Модели и методы создания программ и программных систем для параллельной и распределенной обработки данных, языки и инструментальные средства параллельного программирования».
Научная новизна работы. В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:
Математическое обеспечение для системы принятия решений интеллектуального агента, отличающееся возможностью выбора целевой функции и ограничений, а также учитывающее ограничения, накладываемые другими агентами и обеспечивающее возможность планирования работ для данного агента с учетом выбранного критерия и имеющихся ограничений.
Алгоритм для распределенной обработки данных в мультиагентной системе, учитывающий предпочтения и ограничения всех агентов и обеспечивающий сокращение времени, затрачиваемого на процесс составления расписания за счет параллелизма выполнения отдельных операций.
Лингвистические механизмы обеспечения межмодульного взаимодействия с коммуникационной подсистемой, учитывающие специфику передаваемых команд и обеспечивающих гарантированную доставку групповых сообщений.
Программное обеспечение процесса планирования работ, учитывающее параллелизм выполнения отдельных этапов агентами и обеспечивающее автоматизацию процесса планирования.
Практическая значимость исследования. Практическая значимость работы заключается в разработке программного обеспечения, позволяющего осуществлять процесс планирования на примере составления расписания учебных занятий. Программное обеспечение, реализованное в составе центра
управления и интеллектуальных агентов, отличается распределенностью компонент и параллелизмом их функционирования.
Результаты внедрения. Разработанный программный комплекс в составе программных компонент, представляющих собой центр управления и интеллектуальных агентов, апробирован в НОУ ВПО «Международный институт компьютерных технологий» для планирования расписания учебных занятий. Эффект от внедрения заключается в сокращении времени, затрачиваемого на процесс планирования.
Апробация работы. Основные положения диссертационного исследования докладывались на следующих конференциях: I Всероссийской научно-практической конференции «Критические технологии вычислительных и информационных систем» (Воронеж, 2011), IV Международной научно-практической конференции «Перспективы развития информационных технологий» (Новосибирск, 2011), V Международной конференции «Актуальные вопросы современной техники и технологии» (Липецк, 2011), III Международной научно-практической конференции «Применение инновационных технологий в научных исследованиях» (Курск, 2011), Всероссийской научной школе «Информационно-телекоммуникационные системы и управление» (Воронеж, 2011), Международной открытой научной конференции «Современные проблемы информатизации в экономике и обеспечении безопасности» (Воронеж, 2012).
Публикации. По результатам диссертационного исследования опубликовано 13 научных работ, в том числе 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично автором получены следующие результаты: [3] -разработка структуры распределенной системы; [1, 2] -математическое обеспечение для распределенной системы; [5] - оценка возможности распараллеливания работ при формировании расписания; [8, 10] -алгоритмическое обеспечение функционирования системы и ее отдельных компонент; [12,13] - реализация программного обеспечения для процесса планирования.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 108 наименований. Основная часть работы изложена на 129 страницах, содержит 28 рисунков, 19 таблиц.
