En ny model introducerer begrebet adaptive virtuelle organismer (VO'er)

Forskere ved Universitetet i Bukarest har for nylig udviklet en kompositionsmodel til kompleks hardware-software-binding. Deres model, skitseret i et papir, der er forududgivet på arXiv, introducerer begrebet en "virtuel organisme" (VO), der ligger et sted mellem let rekonfigurerbare hardware-agenter og abstrakt, intelligente og adaptive softwareagenter.

Forholdet mellem en struktur og den funktion, den kører, er et emne af interesse på flere områder, herunder datalogi (hardware vs software), biologi (organer vs funktion) og psykologi (krop vs sind). Ciprian Paduraru og Gheorghe Stefanescu, de to forskere, der udførte den nylige undersøgelse, satte sig for at undersøge forholdet mellem hardware og software inden for datalogi, især i forbindelse med robotteknologi, AI-hardware, IoT og andre nyere teknologiske fremskridt.

"Handlinger af en sekventiel beregning kan nemt kontrolleres, men er ofte svære at parallelisere, mens en indfødt distribueret, parallel påføring er normalt svær at kontrollere, " Stefanescu fortalte TechXplore. "For at finde en robust, blandede omgivelser, vi introducerede tidligere en rum-tid dualitetsbaseret model (rv-IS) og et DSL-struktureret programmeringssprog (Agapia)."

Agapia er et domænespecifikt sprog (DSL), der bruges til programmering af interaktive systemer, hvor dataflow og kontrolflowstrukturer frit kan blandes. Dens compiler kan i øjeblikket producere high performance computing (HPC) kørsler, i enten MPI- eller OpenMP-miljøer.

Agapias operationelle semantik er beskrevet af 2-D strukturer, med én dimension for tid og én dimension for rum. For effektivt at håndtere rum-tid begrænsninger, Paduraru og Stefanescu udtænkte en ny måde at definere regulære 2-D mønstre over vilkårlige formord. Dette gav dem mulighed for at udvide deres model, giver det flere dimensioner for plads.

"Da jeg præsenterede modellen for Gul Agha på University of Illinois Urbana Champaign i sommeren 2015, og spurgte ham, om han syntes, det var en god model for agenter, han påpegede et manglende træk:tilpasning, " sagde Stefanescu. "Senere, vi indså, at strukturel tilpasning let kan inkluderes, lader systemet ændre sig, under kørsel, dens struktur til en anden struktur fra en klasse af tilladte mønstre."

Stefanescu og Paduraru håber, at når de er afsluttet, deres model vil muliggøre en ny type "assembly-sprog", der bygger bro mellem distribuerede software- og hardwareapplikationer. Et af de vigtigste bidrag fra deres undersøgelse er, at den introducerer begrebet "virtuelle organismer, " som har en struktur, der afspejler hardwarefunktioner og kører funktioner på lavt niveau, implementering af softwarekravene.

"En klasse af 2-D virtuelle organismer (VO'er) er defineret af en kombination af strukturelle og funktionelle specifikationer, " sagde Stefanescu. "Den strukturelle information er leveret af et almindeligt 2-D mønster, beskriver de tilladte strukturer til placering af computerknudepunkter. De tilstødende noder kommunikerer via deres fælles grænseflader. Noderne med grænseflader på den ydre VO's grænse sikrer interaktionen med miljøet. I øvrigt, knudepunkterne på den ydre grænse har en nøglerolle i at kontrollere den rumlige sammensætning af VO'er, tillader de virtuelle organismer at aggregere til større organismer."

Efterhånden som en VO udvikler sig, det kan ændre sin struktur, tilføje eller slette noder via omkonfiguration, forudsat at den nye struktur er i samme klasse som dens nuværende. Eksplicitte oprettelses- og sletningsoperatører kan også angives. De grundlæggende funktionaliteter, der understøttes af en specifik klasse af VO'er, implementeres af VO's netværk af computerknudepunkter. Disse omfatter funktioner understøttet af noderne og kommunikationen aktiveret af VO's struktur.

"Et styringsprogram kontrollerer, hvilke funktioner der udføres, hvor og hvordan de forstyrrer, " Stefanescu forklarede. "Blandt de understøttede grundlæggende funktioner, der er specielle dedikeret til tilpasning:De bestemmer, om rekonfiguration, tilføjelse eller sletning af noder er nødvendig, samt hvornår og hvordan de udføres. Sædvanlige kompositionsoperatører, til stede i styringsprogrammet, specificer især, hvordan man tilføjer nye funktioner, eller fjern gamle."

Når VO'er er implementeret på fysiske systemer, flere virtuelle noder kan kortlægges på den samme fysiske node. Dette giver mulighed for yderligere peer-to-peer (P2P) kommunikation mellem VO's noder. Nogle eksisterende eller nye funktionaliteter kunne implementeres mere effektivt ved at udnytte denne direkte kommunikation mellem virtuelle noder, kortlagt på den samme fysiske knude.

"Jeg tror, ​​at et af de vigtigste aspekter af vores undersøgelse er, hvordan vi forbinder strukturen af ​​et system og dets funktionelle side, Paduraru fortalte TechXplore. "Dette kan anvendes i fremtiden til mange kategorier af problemer, både for dem, der har brug for sammenkobling af fysiske agenter (f.eks. robotter, der arbejder sammen om at lave en sti), og softwareagenter (f.eks. at forbinde stykker software i skyen)."

I deres papir, Paduraru og Stefanescu illustrerede specifikt deres ideer ved hjælp af tre eksempler på VO'er til flowstyring:en træsamlerorganisme, en fødecelleorganisme og en organisme bestående af en samling af forbundne fødecelleorganismer. De brugte derefter en simulator for træopsamlerorganismer (TC) til at evaluere fordelene ved omkonfiguration.

Deres resultater tyder på, at i dynamisk skiftende miljøer, rekonfigurerbare strukturer er mere effektive end faste strukturer. Forskerne demonstrerede også, hvordan deres DSL-sprog, Agapia, kunne bruges til at opnå hurtige implementeringer i VO-simuleringer.

"Vi planlægger nu at investere mere i støtte til programmering af sådanne modeller, skabe flere test ud af boksen miljøer, kombinere forskellige teknikker såsom forstærkende læring for at skabe optimeringspolitikker uden menneskelig indsats, og til sidst implementere de virtuelle organismer i den virkelige verdens applikationer, " sagde Paduraru.

© 2019 Science X Network