Андрей Александрович Микрюков – кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры Прикладной информатики и информационной безопасности
Москва
Andrey A. Mikryukov – Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor, Associate Professor of the Department of Applied Mathematics, Computer Science and Information Security
Moscow
Василий Михайлович Трембач – кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры 304
Москва
Vasiliy M. Trembach – Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor, Associate Professor of the Department 304
Moscow
Андрей Владимирович Данилов – старший преподаватель кафедры Прикладной информатики и информационной безопасности
Москва
Andrey V. Danilov – Senior Lecturer of the Department of Applied Mathematics, Computer Science and Information Security
Moscow
Цель исследования. Целью исследования является формирование модулей организационно-технических систем (ОТС) с использованием когнитивного подхода для решения задач адаптации киберфизических систем. В настоящее время, наблюдается стремительное развитие элементов интернета вещей. На передний план выдвигаются новые задачи, связанные с самоорганизацией и адаптацией в быстроменяющейся внешней среде. Данные задачи возникают при появлении новых элементов в телекоммуникационной компьютерной сети, их отказе, смене режима, возникновении новых задач и т.д. Для отработки этих задач рассмотрены возможности подходов к поддержке и принятию решений таких, как ситуационный, когнитивный, семиотический. Более подробно авторами рассматривается когнитивный подход. В рамках когнитивной парадигмы в статье описывается использование когнитивного подхода для решения задач адаптации киберфизических систем. Для решения этой задачи на основе агентно-ориентированного подхода представлена структура киберфизической системы с возможностью адаптации и описаны функции ее агентов. Представлены основные этапы решения задач адаптации киберфизических систем. Представлен алгоритм адаптации с использованием механизма планирования. В демо-примере показана база знаний для решения задачи адаптации киберфизических систем с использованием когнитивного механизма планирования.
Материалы и методы исследования. При решении задач адаптации в рамках планирования требуются новые подходы и методы. Когнитивный подход является одним из развивающихся направлений в решении многих задач Интернета вещей. Одной из таких задач является возможность адаптации модулей ОТС в быстроменяющейся внешней среде на основе механизма планирования. Для решения задачи планирования используется алгоритм, описанный Аристотелем более 2350 лет назад и реализованный в программе GPS. Этот алгоритм можно считать первым описанием когнитивного механизма, которым пользуется человек. Для базы знаний использован интегрированный подход к представлению знаний. При разработке модулей ОТС для решения задачи адаптации использовался агентно-ориентированный подход.
Результаты. Рассмотрены для формирования решений, при вновь возникающих ситуациях в модулях ОТС, существующие и развивающиеся подходы и методы, для поддержки и принятия решений. Представлены основные положения таких значимых подходов, как ситуационный, когнитивного и семиотический. Предложен когнитивный подход к адаптации интеллектуальных систем. В рамках когнитивной парадигмы рассмотрено решение задачи адаптации киберфизических систем. Показана структура киберфизической системы способной решать задачи адаптации. Описаны функции модулей ОТС на основе агентно-ориентированной технологии. Дано описание алгоритма адаптации с использованием когнитивного механизма планирования. Представлены основные этапы решения задач адаптации киберфизических систем. Показан демо-пример решения задачи адаптации киберфизической системой – роботом-кулинаром.
Заключение. Использование модульной архитектуры интеллектуальной системы позволяет решать многие задачи. Одной из таких задач является настройка элементов интернета вещей при их отклонении от выполнения основной функции. Предложенные для параметрической адаптации механизмы планирования могут многократно применяться в модулях ОТС в виде отдельных агентов. Такой подход является актуальным для элементов Интернета вещей. В случае расширения функциональных возможностей модулей ОТС интернета вещей целесообразно применить машинное обучение с фиксацией результатов в базе знаний агентов-планировщиков
Purpose of research. The aim of the research is to form modules of organizational and technical systems (OTS) using a cognitive approach to solve problems of adaptation of cyberphysical systems. Currently, there is a rapid development of elements of the Internet of things. New tasks related to self-organization and adaptation in a rapidly changing external environment are brought to the fore. These tasks occur when new elements appear in the telecommunications computer network, they fail, change the mode, new tasks occur, etc. To work out these tasks, the possibilities of approaches to support and decision-making such as situational, cognitive, and semiotic are considered. The authors consider the cognitive approach in more detail. Within the framework of the cognitive paradigm, the article describes the use of the cognitive approach for solving problems of adaptation of cyberphysical systems. To solve this problem on the basis of an agent-based approach, the structure of a cyberphysical system with the possibility of adaptation is presented and the functions of its agents are described. The main stages of solving problems of adaptation of cyberphysical systems are presented. An adaptation algorithm using the planning mechanism is presented. The demo example shows a knowledge base for solving the problem of adapting cyberphysical systems using a cognitive planning mechanism.
Materials and methods of research. New approaches and methods are required to address adaptation issues in planning. The cognitive approach is one of the developing directions in solving many problems of the Internet of things. One of these tasks is the ability to adapt OTS modules in a rapidly changing external environment based on the planning mechanism. To solve the planning problem, we use the algorithm described by Aristotle more than 2,350 years ago and implemented in the GPS program. This algorithm can be considered the first description of the cognitive mechanism that a person uses. The knowledge base uses an integrated approach to knowledge representation. When developing OTS modules, an agent-based approach was used to solve the problem of adaptation.
Results. The existing and developing approaches and methods for decision support and decision-making are considered for decisionmaking in newly emerging situations in OTS modules. The main provisions of such significant approaches as situational, cognitive and semiotic are presented. A cognitive approach to the adaptation of intelligent systems is proposed. The solution of the problem of adaptation of cyberphysical systems is considered within the framework of the cognitive paradigm. The structure of a cyberphysical system capable of solving adaptation problems is shown. The functions of OTS modules based on agent-oriented technology are described. A description of the adaptation algorithm using the cognitive planning mechanism is given. The main stages of solving problems of adaptation of cyberphysical systems are presented. A demo example of solving the problem of adaptation by a cyberphysical system-a cooking robot – is shown.
Conclusion. Using the modular architecture of an intelligent system allows you to solve many problems. One of these tasks is to configure elements of the Internet of things when they deviate from their main function. The planning mechanisms proposed for parametric adaptation can be repeatedly applied in OTS modules as separate agents. This approach is relevant for elements of the Internet of things. In the case of expanding the functionality of the OTS modules of Internet of things, it is advisable to apply machine learning with fixing the results in the knowledge base of planning agents.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.