CC BY
34
9. Qi Z., Li B., Xiong L. The formation mechanism and the influence factor of residual stress in machining // Frontiers of Mechanical Engineering. 2014. No. 9. P. 265-269. DOI 10.1007/s11465-014-0311-0.
10. Mhaede M. Influence of surface treatments on surface layer properties fatigue and corrosion fatigue performance of AA7075 T73 // Mater Des. 2012. No. 41. P. 61-66. DOI:10.1016/j.matdes.2012.04.056.
11. Afazov S., Becker A., Hyde T. Effect of micro-stresses from machining and shot peening processes on fatigue life // Int J Adv Manuf Technol. 2010. No. 51. P. 711-722. DOI:10.1007/s00170-010-2638-y.
12. Kirk D. Review of shot peened surface properties // Shot Peener. 2007. No. 21(4). P. 24-30.
13. Sharp P., Clark G. The effect of peening on the fatigue life of 7050 aluminum alloy// DSTO Defense Science and Technology Organisation, Commonwealth of Australia, 2001. 68 c.
14. George P., Pillai N., Shah N. Optimization of shot peening parameters using Taguchi technique // Int J Mater Prod Technol. 2004. No. 153. P. 925-930. DOI:10.1016/j.jmatprotec.2004.04.159.
15. Miao H., Larose S., Perron C., Levesque M. An analytical approach to relate shot peening parameters to Almen intensity // Surf Coat Technol. 2010. № 205. P. 2055-2066. DOI:10.1016/j.surfcoat.2010.08.105.
16. Grendahl S., Snoha D., Hardisky B. Shot-peening sensitivity of aerospace materials. ARL-TR-4095 // Army Research Laboratory. 2007.
17. Mahagaonkar S., Brahmankar P., Seemikeri C. Effect shot peening parameters on microhardness of AISI 1045 and 316L material: an analysis using design of experiment // Int J Adv Manuf Technol. 2008. No. 38. P. 563-574. DOI:10.1007/s00170-007-1222-6.
18. Mahagaonkar S., Brahmankar P., Seemikeri C. Effect on fatigue performance of shot peened components: an analysis using DOE technique // Int J Fatig. 2009. No. 31. P. 693-702. DOI:10.1016/j.ijfatigue. 2008.03.020.
УДК 004
АРХИТЕКТУРА МУЛЬТИАГЕНТНОЙ ПОИСКОВОЙ СИСТЕМЫ ПРЕДПРИЯТИЯ THE ARCHITECTURE OF THE MULTI-AGENT SEARCH SYSTEM OF THE COMPANY
А. Г. Янишевская, П. В. Пестерев
Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия
A. G. Yanishevskaya, P. V. Pesterev
Оmsk State Technical University, Omsk, Russia
Аннотация. Использование поисковых систем на предприятиях позволяет обеспечить быстрый и удобный поиск информации на большом количестве серверов одновременно большому количеству пользователей. Поскольку такая система является сложной и состоит из большого количества приложений, то для ее создания эффективным является использование теории мультиагентных систем. Для более систематизированного поиска предлагается использование методов ранжирования полученных результатов. В статье описывается разработанная математическая модель определения показателя страницы на основе факторов ранжирования для определения положения страницы в результатах поисковой выдачи. В предложенной архитектуре мультиагентной поисковой системы предприятия разработанную модель исполняет агент обработки результатов.
Ключевые слова: мультиагентная система, поисковая система предприятия, оценка надежности системы, оценка загруженности каналов.
DOI: 10.25206/2310-9793-2018-6-2-94-101
I. Введение
САПР - автоматизированная система, обеспечивающая реализацию информационной технологии выполнения функций проектирования [1], представляет собой организационно -техническую систему из персонала и комплекса программных, технических или иных средств автоматизации процессов проектирования [2]. Любая организация или предприятие, планирующие внедрение программно-аппаратного комплекса САПР [3, 4], должна обеспечить наличие компьютеров с целью реализации серверов приложений, сервисов и данных пользователей. Хранение большого количества информации на серверах приводит к необходимости ее быстрого,
систематизированного и удобного поиска. Для решения данной задачи эффективным является внедрение поисковой системы [5, 6], представляющей собой компьютерную систему для поиска информации, взаимодействующую с пользователем через интерфейс. Поскольку такая система является сложной и состоит из большого количества приложений, эффективным является применение методов теории мультиагентных систем [7-12]. Мультиагентная система представляет собой систему из нескольких взаимодействующих интеллектуальных агентов (программ), предназначенных для выполнения в течение длительных промежутков времени заданий, указанных другой программой или пользователем.
II. Постановка задачи
Поскольку можно сделать вывод, что создание поисковой системы предприятия на основе мультиагентной системы является актуальной задачей на сегодняшний день, то предлагается разработать архитектуру мультиа-гентной поисковой системы предприятия и провести экспериментальные исследования, включающие анализ загруженности каналов передачи данных и расчет надежности системы.
III. Теория
Предложенная архитектура [13] состоит из интерфейсного агента, отвечающего за связь между пользователем и мультиагентной системой; агента-обработки запросов, необходимого для обработки введенных пользователем запросов; агента онтологии, обеспечивающего единообразное представление всех агентов мультиагент-ной системы о содержащихся онтологиях и хранение всей информации о них; агента регистрации обеспечивающего регистрацию новых агентов и служб в мультиагентной системе; координатора рабочих групп, взаимодействующего с агентом регистрации путем получения запроса от него на факт наличия или отсутствия группы, в которой новый агент или служба просит регистрации; каталога агентов и каталога служб, необходимых для централизованного хранения информации обо всех присутствующих в системе агентах и службах соответственно, а также для поиска и формирования всех агентов и служб, доступных для взаимодействия; агентов-координаторов, являющихся связующим звеном между интерфейсным агентом и группой поисковых агентов, относящихся к той же онтологии, что и сам агент-координатор; поисковых агентов, представляющих собой механизм доступа МАС к базам данных и базам знаний предприятия, обеспечивающий выполнение пришедших от агентов координаторов запросов и возвращение им результатов их выполнения; агентов обработки результатов, взаимодействующих с агентом-координатором и интерфейсным агентом и служащим для формирования и ранжирования результатов поисковой выдачи по степени соответствия и значимости, а также производящих расчет показателей страниц данных на основе пользовательских действий через интерфейс программы для последующих итераций поиска. Схема мультиагентной системы поиска информации на предприятии представлена на рис. 1.
Рис. 1. Схема мультиагентной системы поиска информации на предприятии
Представленная мультиагентная система поиска информации, таким образом, состоит из четырех частей: интерфейс, общесистемные приложения, поисковые приложения и координаторы. Интерфейсная часть располагается на пользовательском компьютере с более низкой пропускной способностью в сравнении с высокопроизводительными серверами, на которых располагаются остальные приложения. Это является следствием того, что на серверах используются широкие каналы передачи данных. На рис. 2 представлена общая схема архитектуры разработанной мультиагентной системы поиска информации на предприятии. Сплошными линиями изображены каналы с высокой пропускной способностью, пунктирными линиями - каналы со средней пропускной способностью.
Рис. 2. Общая схема архитектуры разработанной мультиагентной системы поиска информации на предприятии
Поиск информации через представленную мультиагентную систему поиска информации во всех базах данных требует всего одного запроса через интерфейсную часть к координатору, который в данном случае является агентом обработки запросов. Затем запрос перенаправляется в общесистемную часть с целью определения из текущей онтологии агентов-координаторов. И уже после этого отправляются поисковым приложениям. Полученные данные возвращаются агентам-координаторам, затем агенту обработки результатов с последующей передачей в интерфейсную часть.
Если же вместо использования мультиагентной системы поиска информации производить непосредственное подключение к каждой базе данных, то количество запросов будет прямо пропорционально количеству самих баз данных. Соответственно, можно сделать вывод, что использование мультиагентной системы поиска информации на предприятии приводит к снижению нагрузки на каналы передачи данных. Более конкретные расчеты можно сделать только при выборе конкретных средств передачи и кодирования сообщений.
На этапе построения общей архитектуры приложения является возможным расчет надежности аппаратной части, поскольку нет необходимости в определении конкретной реализации системы. Для расчета аппаратной части требуется учесть такие группы оборудования системы с приложениями, как пользовательский компьютер, сервера с координаторами, сервера с базами данных, каналы передачи данных между ними. Надежностью системы является способность объекта сохранять в установленных пределах времени значения всех параметров, характеризующих способность к выполнению необходимых функций в заданных условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортировки [14]. Понятие надежности связано с недопустимостью отказов в работе. Безотказностью является свойство объекта, обеспечивающее непрерывное сохранение работоспособного состояния в течение некоторого времени или наработки [14]. Таким образом, вероятность безотказной работы можно определить, как вероятность отсутствия отказа технического устройства в заданных условиях эксплуатации за определенное время работы. Исходя из того, что вероятность возникновения отказа является событием случайным, можно заключить, что время возникновения отказа так же является случайным. Следовательно, вероятность безотказной работе можно выразить следующей формулой:
p(t) = p(to > t), (1)
где t0 - время возникновения отказа, t - заданное время работы.
Вероятность возникновения отказа является противоположным событием, а значит, ее можно рассчитать по формуле:
) = < t )• (2)
Система может содержать последовательные соединения, параллельные или смешанные. Отказ одного из элементов при последовательном соединении приводит к отказу всей системы. Соответственно, вероятность безотказной работы системы с последовательным соединением можно выразить следующей формулой:
?<(()= ППаМ) (3)
где р, (/) - вероятность безотказной работы /-го элемента, п - количество элементов системы.
В случае равных значений вероятностей безотказной работы элементов системы с последовательным соединением, формулу расчета безотказной работы можно представить в следующем виде:
Р (О =РП (4 (4)
где р(,) - вероятность безотказной работы каждого из элементов.
При наличии в системе с последовательным соединением к последовательных подсистем, каждая из которых имеет п равнонадежных элементов, можно на основе формул (3) и (4) вывести следующую формулу расчета вероятности безотказной работы:
Р(?) = ПмР^ (?) (5)
где к - количество последовательных подсистем, п^ - количество равнонадежных элементов /-ой подсистемы.
При работе системы с параллельным соединением наличие хотя бы одного рабочего элемента означает работу системы. Соответственно, формулу вероятности возникновения отказа можно выразить следующим образом:
вс (?) = ПП г Ъ (4 (6)
где д (?) - вероятность возникновения отказа /-го элемента.
Исходя из того, что вероятности возникновения отказа и безотказной работы являются противоположными событиями, можно заключить, что верно следующее выражение:
р(0+ д(0 = 1. (7)
Исходя из формулы (7) формулу (6) можно преобразовать в следующий вид:
вс (?) = ПП1 (1 - Р, (0) (8)
Отсюда следует, что вероятность безотказной работы системы с параллельным соединением элементов можно представить следующей формулой:
рс (?)=1- пп 1 (1 -р (?)) (9)
При использовании в системе с параллельным соединением равнонадежных элементов формулу (9) можно преобразовать в следующий вид:
Рс (?) =1- (1 - р(/))п. (10)
Для оценки вероятности безотказной работы системы со смешанным соединением производится ее разделение на группы, состоящие из элементов с параллельным и с последовательным соединением, после чего рассчитываются вероятности безотказной работы каждой из них.
Для упрощения расчетов надежности системы будем считать, что поиск информации начинается и заканчивается компьютером пользователя, при этом поиск является успешным в случае, если хотя бы с одной базы данных вернулся ответ. В качестве каналов передачи данных в этом случае выступают компьютерная сесть с сетевым оборудованием. На рис. 3 изображена структурная схема надежности описанной мультиагентной системы поиска информации на предприятии.
Рис. 3. Структурная схема надежности мультиагентной системы поиска информации на предприятии
Для простоты расчетов вероятности безотказной работы системы будем считать, что все элементы системы равнонадежны.
Первым рассмотрим участок, представленный на рис. 4.
Канал Канал
передачи Сервер БД передачи
данных данных
Рис. 4. Участок структурной схемы надежности мультиагентной системы поиска информации на предприятии
Участок состоит из трех последовательно соединенных элементов. Отсюда следует, что вероятность безотказной работы участка можно представить формулой:
P (t) = Р3 (t), (11)
где p(t ) - вероятность безотказной работы каждого из элементов представленного участка структурной схемы надежности мультиагентной системы поиска информации на предприятии.
Следующим рассмотрим участок, изображенный на рис. 5.
Рис. 5. Участок структурной схемы надежности мультиагентной системы поиска информации на предприятии
Участок состоит из п параллельно соединенных групп элементов, каждая из которых имеет три последовательно соединенных элемента. Следовательно, вероятность безотказной работы участка можно описать формулой:
Р2 (/) = 1- (1 - р 3 (/))". (12)
Следующим рассмотрим участок с последовательным соединением трех групп элементов (рис. 6).
Канал
передачи Координатор
данных
Канал Канал
передачи Сервер БД передачи
данных данных
Канал передачи данных
передачи данных
Сервер БД
Сервер БД
Канал передачи данных
передачи данных
Канал
Координатор передачи
данных
Рис. 6. Участок структурной схемы надежности мультиагентной системы поиска информации на предприятии
Вероятность безотказной работы представленного участка рассчитывается по формуле:
Рз (?) = р4 (?){1-(1 - р3 (?))П } (13)
Следом рассмотрим вероятность безотказной работы из к таких параллельно соединенных участков (рис. 7).
Канал
передачи Координатор
данных
Канал
передачи Координатор
данных
Канал передачи
Канал передачи данных
Канал передачи данных
Канал передачи данных
Канал передачи
Канал передачи
Сервер БД
Сервер БД
Канал передачи
Канал передачи данных
Сервер БД
Канал передачи данных
Канал
Координатор передачи
данных
Сервер БД
Канал передачи данных
Сервер БД
Канал передачи
Сервер БД
Канал передачи
Канал
Координатор передачи
данных
Рис. 7. Участок структурной схемы надежности мультиагентной системы поиска информации на предприятии
Вероятность безотказной работы данного участка можно рассчитать по формуле:
\к
,4(Л-1 N (л.(тЬ „з^лР 1
р4 (?)=1-[1-р4 (? ).(1-(1 - р3 (? ))п)
где к - количество больших параллельно соединенных участков, представленных на рис. 5.
Таким образом, общая формула вероятности безотказной работы системы имеет следующий вид:
( / , , ч лхкА
1-(1 -,
р (? )=р6 .(1-(1-р4 (? ){1-(1 - р3 (? ))п
(14)
(15)
Вероятность безотказной работы разработанной архитектуры можно сравнить с вероятностью безотказной работы классической трехзвенной архитектуры, изображенной на рис. 8.
Канал
Клиент передачи Сервер
данных
Канал передачи данных
Канал передачи
Канал передачи данных
Канал передачи
Канал передачи данных
Сервер БД
Канал передачи данных
Канал
Сервер передачи Клиент
данных
Рис. 8. Структурная схема надежности системы на основе классической трехзвездочной архитектуры
Формула расчета безотказной работы данной архитектуры имеет следующий вид:
р (? )=р6 (? )Л-(1 - р3 (? ))п
(16)
IV. Результаты экспериментов
В табл. 1 представлены результаты теоретического сравнения вероятностей безотказной работы разработанной мультиагентной системы поиска информации и системы на основе классической трёхзвёздочной архитектуры.
ТАБЛИЦА 1
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ
Вероятность Количество Вероятность безотказной работы,%
безотказной ра- баз данных Количество координаторов в системе, архитектура которой Трехзвенная
боты элемента основана на мультиагентной системе архитектура
p(t), % 2 3 4 5 10
99 5 94 94,14 94,15 94,15 94,15 94,15
99 50 94 94,15 94,15 94,15 94,15 94,15
97 5 82,2 83,17 83,28 83,3 83,3 83,3
97 50 82,2 83,17 83,28 83,3 83,3 83,3
95 5 70,98 73,04 73,42 73,49 73,51 73,51
95 50 70,98 73,04 73,42 73,49 73,51 73,51
93 5 60,59 63,66 64,44 64,63 64,7 64,68
93 50 60,59 63,66 64,44 64,63 64,7 64,7
91 5 51,16 55,01 56,23 56,61 56,79 56,74
91 50 51,18 55,03 56,23 56,61 56,79 56,79
89 5 42,75 47,1 48,73 49,35 49,7 79,6
89 50 42,8 47,13 48,74 49,34 49,7 49,7
85 5 28,94 33,48 35,67 36,73 37,7 37,39
85 50 29,1 33,6 35,75 36,77 37,69 37,72
Также для проведения экспериментального сравнения вероятностей безотказной работы рассмотренных систем было написано приложение, моделирующее их. Вывод элементов из строя производился случайным образом посредством генератора случайных чисел. Результаты эксперимента представлены в табл. 2.
ТАБЛИЦА 2
РЕЗУЛЬТАТЫ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ЭКСПЕРИМЕНТА
Вероятность Количество Вероятность безотказной работы,%
безотказной баз данных Количество координаторов в системе, архитектура которой Трехзвенная
работы элемен- основана на мультиагентной системе архитектура
та p(t), % 2 3 4 5 10
99 5 95,98 96,06 96,06 96,06 96,06 97,03
99 50 95,98 96,06 96,06 96,06 96,06 97,03
97 5 93,67 94,08 94,11 94,11 94,11 90,37
97 50 93,67 94,08 94,11 94,11 94,11 90,37
95 5 89,66 90,29 90,34 90,35 90,35 89,44
95 50 89,66 90,29 90,34 90,35 90,35 89,44
93 5 84,15 84,87 84,94 84,94 84,94 78,12
93 50 84,15 84,87 84,94 84,94 84,94 78,12
91 5 80,63 82,19 82,44 82,48 82,49 74,94
91 50 80,63 82,19 82,44 82,48 82,49 74,96
89 5 78 79,95 80,28 80,34 80,35 70,84
89 50 78,01 79,95 80,28 80,34 80,35 70,86
85 5 54,19 57,5 58,42 58,68 58,78 55,59
85 50 54,22 57,51 58,43 58,68 58,78 55,64
V. Обсуждение результатов
На основе представленных в табл. 1 и 2 данных можно сделать следующие выводы:
- теоретические расчеты показывают, что мультиагентная система поиска информации и система на основе классической трехзвенной архитектуры имеют сопоставимые уровни надежности, в то же время экспериментальные исследования показывают, что мультиагентная система поиска информации имеет незначительно более высокий ее уровень в сравнении с классической трехзвенной архитектурой, соответственно, можно заключить, что уровень надежности разработанной системы незначительно выше;
- отсутствует зависимость надежности систем от количества баз данных;
- вероятность отказа мультиагентной поисковой системы становится меньше при использовании трех и более координаторов, при этом разница в надежности заметна между системами с двумя и тремя координаторами, однако при дальнейшем увеличении их числа надежность практически не изменяется.
Необходимо учитывать, что данное исследование носит приблизительный результат, т.к. вероятность отказа разных элементов системы в реальности отличается. Это можно отнести не только к различным экземплярам элементов, но и к целым классам. Например, надежность серверов и вычислительной техники выше в сравнении с надежностью каналов передачи данных.
VI. Выводы и заключение
Предложенная модель мультиагентной системы поиска информации на предприятии отвечает основным особенностям современных САПР, обеспечивая удобный систематизированный поиск информации в различных базах данных одновременно большому количеству пользователей. Проведенные экспериментальные исследования показывают, что использование мультиагентной системы поиска информации на предприятии приводит к снижению нагрузки на каналы передачи данных, а надежность такой системы незначительно выше в сравнении с системой с классической трехзвенной архитектурой. При этом надежность системы повышается при увеличении количества координаторов в ней.
Список литературы
1. ГОСТ 34.003-90. Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Термины и определения. М., 2009. 16 с.
2. ГОСТ 23501.101-87. Системы автоматизированного проектирования. Основные положения. М., 1988. 11 с.
3. Голев В. Три составные части САПР предприятия: аппаратное обеспечение // САПР и Графика. 2000. №11. URL: https://sapr.ru/article/8100 (дата обращения: 20.05.2018).
4. Zubkova T. M., Tokareva M. A, Sultanov N. Z. Creation of system of computer-aided design for technological objects // International Conference Information Technologies in Business and Industry 2018. IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 1015 (2018) 052031. DOI :10.1088/1742-6596/1015/5/052031.
5. Segev El. Google and the Digital Divide: The Biases of Online Knowledge. Oxford: Chandos Publishing. 2010. 171 p. ISBN 978-1-84334-565-7.
6. Birialtsev E., Bukharaev N., Gusenkov A. Intelligent search in Big Data // Journal of Physics: Conf. Series. 2017. Vol. 913. DOI :10.1088/1742-6596/913/1/012010.
7. Гуревич Л. А., Вахитов А.Н. Мультиагентные системы // Введение в Computer Science. 2005. C. 116-139.
8. Gwiazda A., Sekala A., Banas W. Modeling of a production system using the multi-agent approach // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2017. Vol. 227. DOI:10.1088/1757-899X/227/1/012052.
9. Srinivasan S., Jagjit Singh, Vivek Kumar. Multi-agent based decision Support System using Data Mining and Case Based Reasoning // IJCSI International Journal of Computer Science Issues. 2011. Vol. 8, Issue 4. No 2. 16940814.
10. Vardan Gyurjyan, Abbott D., Heyes G., Jastrzembski E., Timmer C., Wolin E. AFECS. Multi-Agent Framework for Experiment Control Systems // Journal of Physics: Conference Series. 2008. Vol. 119. P. 340-349. DOI:10.1088/1742-6596/119/2/022025.
11. Kovalev I. V., Zelenkov P. V., Karaseva M. V., Brezitskaya V. V., Kovalev D. I. Formation and control system by the specialized data in information networks // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 122. DOI:10.1088/1757-899X/122/1/012018.
12. Xin-Jian Zhang, Ai-Ju Wei, Ke-Zan Li. Successive lag synchronization on dynamical networks with communication delay // Chinese Physics B. 2016. Vol. 25, no 3. DOI: 10.1088/1674-1056/25/3/038901.
13. Пестерев П. В. Структура и алгебраическая модель информационной поисковой системы предприятия на основе мультиагентной системы // Информационные технологии в науке и производстве : материалы Всерос. молод. науч.-техн. конф. Омск : Изд-во ОмГТУ, 2018. С. 193-198.
14. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. М., 1989.
