Введение к работе
Актуальность исследования. В настоящее время Интернет представляет собой постоянно развивающуюся сетевую инфраструктуру, позволяющую создавать, распространять, использовать и интегрировать информационные ресурсы. Сервис-ориентированная парадигма на сегодняшний день признана основной для Интернет, что подтверждается значительным объемом исследований в этой области и развитием соответствующих технологий за последние 10 лет. Сервисы представляют собой атомарные слабосвязанные компоненты, реализующие прикладные функции автоматизированных систем.
Для обеспечения интероперабельности гетерогенных ресурсов и сервисов Интернет требуются семантические технологии, единые стандарты и средства согласования данных. Анализ европейских исследовательских проектов позволяет сделать вывод, что количество доступных сервисов в скором времени будет исчисляться миллиардами.
В перечень десяти ключевых стратегических технологий 2012 года, по мнению Gartner, ведущей исследовательской и консалтинговой компании, специализирующейся на рынках информационных технологий, входят:
Контекстно-зависимые вычисления {context-aware computing). В таких приложениях используется информация об окружении пользователя, его действиях, предпочтениях с целью улучшения качества его взаимодействия с системой путем предоставления ему персонализированного контента, продукта или услуги. Наибольший интерес такие приложения представляют для пользователей мобильных устройств. Количество смартфонов, по оценкам Gartner, к 2013 году возрастет втрое и составит 1,82 миллиарда. Все больше будет разрабатываться и потребляться сервисов для мобильных устройств.
Интернет Вещей {Internet of Things). Одним из катализаторов его развития является технология NFC {Near Field Communication), которая представляет интерес в сфере мобильных платежей, а также позволяет улучшить качество услуг в сфере общественного транспорта, авиаперевозок, торговли и здравоохранения.
Новое поколение аналитических средств. В этой области Gartner прогнозирует смещение фокуса в сторону коллективного принятия решений, переход от анализа исторических данных с целью выяснения причин определенных фактов к анализу исторических данных в совокупности с данными, поступающими в режиме реального времени, для формирования прогнозов.
Таким образом, эти стратегические технологии отражают следующие тенденции развития Интернет: стремительный рост количества сервисов, доступных, прежде всего, пользователям мобильных устройств; необходимость их адаптации к требованиям конкретного пользователя и,
наконец, необходимость прогнозирования будущих потребностей потребителей сервисов.
Множество доступных сервисов может быть также расширено за счет комбинации функциональности уже существующих сервисов. В настоящее время для многих систем разрабатывается API (прикладной интерфейс программирования), который позволяет внешним системам использовать и интегрировать их функциональные возможности. Основным средством обеспечения взаимодействия являются веб-сервисы, реализуемые с использованием REST- и SOAP-подходов.
Несмотря на то, что компоновка сервисов становится все более актуальной, эта задача в настоящее время слабо автоматизирована. Для обеспечения лучшей ориентации пользователей в непрерывно растущем пространстве гетерогенных сервисов требуется реализация аналитических средств нового поколения, обеспечивающих проактивность, то есть поиск эффективных комбинаций сервисов, позволяющих решать типовые пользовательские задачи, с целью последующего повторного использования.
Однако на сегодняшний день отсутствует универсальная платформа для эффективного решения проблемы интеграции гетерогенных сервисов и проактивного поиска заранее не предусмотренных поставщиками сервисов вариантов их использования для решения типовых пользовательских задач. Возможности динамической адаптации существующих систем к контексту использования также достаточно ограничены.
Целью диссертационной работы является повышение релевантности и эффективности использования предоставляемых потребителям электронных услуг в различных социально-экономических системах за счет интеграции гетерогенных сервисов и проактивного анализа коллективного опыта их использования в различных ситуациях, инвариантного по отношению к предметной области.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Провести анализ существующих подходов к решению задачи интеграции сервисов и их адаптивного предоставления потребителям;
Выбрать технологии для достижения поставленной цели.
Разработать модели проактивной интегрированной среды взаимодействия для сервис-ориентированных систем.
Разработать методы динамического построения единого хранилища гетерогенных сервисов и динамической генерации сервисов, соответствующих задаче пользователя;
Разработать программное обеспечение на основе созданных моделей и методов.
Методы исследования. В процессе работы использовались методы математического моделирования, онтологического моделирования, интеллектуального анализа данных (Data Mining), искусственного интеллекта, теории вероятностей, теории принятия решений.
Научная новизна. В диссертации разработаны и выносятся на защиту следующие основные положения:
На основе интеграции онтологии предложена модель единого хранилища сервисов и контекстно-зависимых эвристик, позволяющая унифицированным образом представить знания о сервисах и их композициях.
Разработан метод динамического наполнения единого хранилища сервисов за счет импорта базовых сервисов и интеллектуального поиска контекстно-зависимых эвристик.
Разработан метод динамической генерации композиций сервисов, позволяющий получить наиболее релевантный результат за счет использования комплексных семантических аннотаций базовых сервисов и их композиций.
Практическая значимость диссертационного исследования состоит в том, что на основе предложенных моделей и методов разработано программное обеспечение, осуществляющее автоматический поиск наилучших композиций гетерогенных сервисов, соответствующих комплексной задаче пользователя, на основе анализа опыта использования сервисов в различных ситуациях.
Результаты работы используются в инновационном проекте «Nice Future Campus» (Ницца, Франция), а также в учебном процессе в Астраханском государственном университете при изучении дисциплин «Технологии анализа данных», «Онтологии и мультиагентные системы», «Современные средства разработки приложений».
Апробация работы. Материалы, входящие в диссертацию, обсуждались на второй всероссийской научно-практической конференции «Информационная среда ВУЗа XXI века» (Петрозаводск, 2008), международной научной конференции «Электронная культура. Информационные технологии будущего и современное электронное обучение Modern IT & (Е-) Learning» (Астрахань, 2009), третьей международной конференции «Information Systems and Economic Intelligence» (Сусс, Тунис, 2010), шестой международной конференции «Internet and Web Applications and Services» (Синт Маартен, 2011), секции «Мобильная коммерция» седьмого ежегодного форума ECR (Москва, 2011).
Публикации. Основные положения диссертационной работы отражены в 7 опубликованных научных работах, в том числе в 3 статьях в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК РФ для опубликования основных научных результатов диссертации.
Связь с проектами по проведению НИР. В основу диссертационного исследования положены работы, выполненные автором в рамках государственного контракта №02.740.11.0836 с Минобрнауки РФ по теме «Теоретические основы и разработка информационных технологий для интеллектуальных систем автоматизации управления и научных исследований с применением адаптивных мобильных сервисов,
мультимедиа-технологий, технологий геоинформационных систем и методов интеллектуального и многоагентного управления робототехническими комплексами» (11.06.2010-15.10.2012), а также государственного контракта №8117р/12773 с Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере по теме «Разработка учебно-исследовательских лабораторных комплексов в сфере высокоинтегрированных информационных систем с применением адаптивных мобильных сервисов и мультимедиа-технологий для опережающего и корпоративного обучения, повышения квалификации» (01.06.2010-31.12.2012).
Связь с международными академическими проектами. Результаты диссертационного исследования были использованы в международных проектах в рамках программы TEMPUS: JEP250702004 «Модернизация преподавания ИКТ в университетах Юга России» (MEICTSRU), 159025-TEMPUS-l-2009-l-FR-TEMPUS-JPCR «Сеть магистерских программ по информатике как второй компетенции в Европе, России и Центральной Азии» (ERAMIS) и 511135-TEMPUS-1-2010-1-ES-TEMPUS-JPCR «Настройка образовательных структур в России» (TUNING).
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка сокращений и условных обозначений, библиографического списка, приложений. Основная часть работы изложена на 113 страницах, содержит 18 рисунков, 12 формул. Библиографический список содержит 105 источников.
