CC BY
0Научная статья УДК 338:004
doi: 10.47576/2949-1908.2024.16.42.011
информационная сеть предприятия с элементами искусственного интеллекта
новиков о. п.
Российский государственный университет имени А. Н. Косыгина, Москва, Россия, [email protected]
новиков М. о.
ООО Вектра, [email protected]
Аннотация. В статье проведено обоснование построения информационной сети с элементами искусственного интеллекта, постановки задачи на исследование и приведен порядок исследования. Рассмотрен прядок формирования математических моделей.
Ключевые слова: информационная сеть облачные вычисления; искусственный интеллект; элементы искусственного интеллекта; предприятие; математическая модель; постановка задачи; методика.
Для цитирования: Новиков О. П., Новиков М. О. Информационная сеть предприятия с элементами искусственного интеллекта // Прикладные экономические исследования. - 2024. - № S 2. - С. 82-89. https://doi. огд/10.47576/2949-1908.2024.16.42.011.
Original article
ENTERPRISE INFoRMATIoN NETwoRK wITH ARTIFIcIAL
intelligence elements
Novikov o. P.
A. N. Kosygin Russian State University, Moscow, Russia, [email protected]
Novikov M. o.
Vectra LLC, [email protected]
Abstract. The substantiation of the construction of an information network with elements of artificial intelligence is carried out, the research task is post-set, and the research procedure is given. The process of forming mathematical models is considered.
Keywords: Information network cloud computing; artificial intelligence; elements of artificial intelligence; enterprise; mathematical model; problem statement; methodology.
For citation: Novikov O. P., Novikov M. O. Enterprise information network with artificial intelligence elements. Applied economic research, 2024, no. S 2, pp. 82-89. https://doi.org/10.47576/2949-1908.2024.16.42.011.
Встраивание элементов устройств выполняющих отдельные функции интеллектуализации в узлах информационной сети представляет достаточно затратный, сложный, но необходимый процесс. Предприятия выделяют большие средства для внедрения новых технологий, пытаясь повысить качество функционирования сети и вести в ее работу элементы искусственного интеллекта. Сложность выполнения задачи заключается, прежде всего, в необходимости проведения коренных структурных и функциональных преобразований в существующих информационных системах, их полной реструктуризации, которая в последующем позволяет интегрировать их с облачными структурами хранения информации.
В настоящее время в нашей стране особое внимание уделяется развитию национального сектора информационных систем. В концепции долгосрочного социально-экономического развития России определено, что создание и развитие информационного общества, повышение качества жизни граждан напрямую связано с совершенствованием системы предоставления услуг на основе использования информационных и телекоммуникационных технологий. Высокая динамика развития рыночной экономики объективно определяет возрастание объема и сложности задач, решаемых в области организации обслуживания населения России и предоставления услуг по принципу «одного окна». С одной стороны такой концепцией ни -кого не удивишь, но с другой, искусственный интеллект только начинает свое развитие, а решение задачи его внедрения потребует десятилетия. Тем не менее, решение таких проблем невозможно без модернизации существующей системы предоставления услуг населению, без внедрения перспективных информационных систем, в частности сетей массового предоставления услуг населению. Такие системы являются сложными организационно-техническими системами со всеми присущими сложным системам свойствами: целостностью, сложностью, динамичностью, иерархичностью и другими. Эти системы, как и любая техническая система, рано или поздно устаревает и требует замены на более современную систему, отвечающую современным требованиям и потребностям потребителей. особенностью таких систем
является их четкая привязанность к процессу, который они организовывают. Это обусловливает постепенную, возможно фрагментарно, внедрение в их состав элементов искусственного интеллекта.
На современном этапе развития информационных систем они являются актуальным научно-прикладным направлением развития, необходимой составляющей совершенствования их сетевой структуры и программно-математического обеспечения. Это обусловлено тем, что дальнейшее повышение оперативности представления услуг будет возможным только на основе внедрения технологии элементов искусственного интеллекта и, в частности, возникает необходимость обосновании требований к созданию таких технологий.
Таким образом, актуальность данного направления исследования обусловлена необходимостью разрешения противоречия, с одной стороны, между длительным временем на обслуживание клиентов, с другой стороны, отсутствием необходимого методического аппарата обоснования требований к построению информационных систем с элементами искусственного интеллекта (ЭИИ).
Для достижения поставленной цели определенно дальнейшей задачей исследования будет формирование математических моделей и методики обоснования требований к построению информационной сети с ЭИИ на основе модели облачной структуры предприятия. Сделаем допущение, что облачные структуры мы будем рассматривать как один из элементов информационной сети с определенным функционалом. Само «облако» рассматриваем как возможность удаленного хранения базы данных.
Для решения сформулированной задачи определимся с объемом теоретических и экспериментальных исследований. Начало моделирования информационной сети с ЭИИ и облачными структурами проведем на основе анализа факторов, обусловливающих необходимость совершенствования методов управления передачей информации.
Необходимо разработать новый подход к решению задачи по разработке методики обоснования требований к построению информационной сети с ЭИИ. Теоретико-методологическую базу исследований составляют научные труды отечественных и
зарубежных ученых в области использования новейших технологий, внедряющие элементы искусственного интеллекта и использующие возможности облачных технологий в информационных сетях.
Целью настоящей статьи является обоснование требований к разработке информационной сети с ЭИИ.
отмечено, что расширение возможностей по предоставлению клиентских услуг для населения является очень привлекательным аспектом и программой активных действий по модернизации своих информационных систем. В данном случае облачные технологии позволяют аккумулировать в себе совокупность всех возможностей информационной системы центрального офиса и его филиалов. Существующая сложность в повышении качества предоставления услуг сводится к сокращению времени на доступ клиента к ресурсам предприятий, возможно банка, а именно к решению клиентских проблем в банке (открытие счета, операции с вкладами, наличностью и др.). Разработка научно-методических положений и комплекса эффективных алгоритмов обоснования требований к разработке сети такой информационной системы реализуется на основе формирования методики и алгоритмов построения информационной системы с ЭИИ. Под обоснованием требований к разработке информационной системы с ЭИИ понимается про-
цесс выработки организационно-технических решений по построению сети и организация информационных потоков внутри системы, за основу которого принимаются процессы, возникающие при функционировании существующей системы кредитования и решения, направленные на повышение оперативности обслуживания клиентов.
При решении задачи рассмотрим преимущества и достоинства «облачных» вычислений [1-3] (основные): доступность вычислений, ресурсов; отказоустойчивость среды; «непритязательность» к ресурсам компьютера («не более, чем для работы в Интернет»); устойчивость к потере данных; надежность; экономичность; эффективность; простота; организация совместной работы; открытый интерфейс; гибкость и масштабируемость; производительные вычисления; облачные средства хранения данных; «инструменталь-ность» и др.
К недостаткам использования технологий работы с «облаком» следует отнести [1-4]: постоянная потребность в использовании Интернет соединении; недостаточная безопасность при повседневной работе; недоступность некоторых приложений («малая функциональность»); зависимость от «облачного» провайдера; недостаточность профессионалов в области «облачных вычислений»; пока еще отсутствие надежных центров обработки данных и другие.
Рисунок 1 - Информационная сеть предприятия
Рассмотрим информационную сеть с элементами искусственного интеллекта, использующую «облачные вычисления», как информационную сеть банка.
В статье определено достижение цели путем формирования методики обоснования требований к построению информационной сети с использованием модели «облачной» структуры.
Под «облачными» вычислениями мы понимаем программно-аппаратное обеспечение, доступное пользователю через сеть Интернет в виде сервиса, позволяющего использовать удобный интерфейс для удаленного доступа к выделенным ресурсам (вычислительным ресурсам, программам и данным). На данный момент большинство «облачных» инфраструктур используют технологии виртуализации Дата -центров, что фактически позволяет любому пользовательскому приложению использовать вычислительные мощности, совершенно не задумываясь о технологических аспектах. Поэтому будем понимать «облако» как единый доступ к информации со стороны предприятия.
С технологией «облачных» вычислений часто связывают такие сервис- функции, как:
- сервис инфраструктуры;
- сервисная платформа;
- сервис программного обеспечения.
Рассмотрим каждую из этих сервисов подробнее.
Сервис инфраструктуры - это предоставление компьютерной инфраструктуры как услуги на основе технологии «облачных» вычислений (ТоВ).
Сервис инфраструктуры состоит из трех основных компонентов:
1. Аппаратные средства (серверы, системы хранения данных, клиентские системы, сетевое оборудование).
2. Операционные системы и системное программное обеспечение (средства виртуализации, автоматизации, основные средства управления ресурсами).
3. Связующее ПО (например, для управления системами).
Технология [1-5] «облачных» вычислений (ТОВ) основана на технологии виртуализации, позволяющей при использовании оборудования делить его на части, которые соответствуют текущим потребностям бизнеса, тем самым увеличивая эффективность
использования имеющихся вычислительных мощностей и создавая возможность внедрения ЭИИ. предприятие (компания или разработчик ПО) должен будет оплачивать всего лишь реально необходимые ему для работы серверное время, дисковое пространство, сетевую пропускную способность и другие ресурсы. Кроме того, «облачная» технология предоставляет в распоряжение клиента весь набор функций управления на одной интегрированной платформе.
Технология [1-5] «облачных» вычислений избавляет предприятие от необходимости поддержки сложных инфраструктур центров обработки данных, клиентских и сетевых инфраструктур, а также позволяет уменьшить связанные с этим затраты и текущие расходы.
Веб-интерфейс сервиса ТОВ позволяет получить доступ к вычислительным мощностям и настроить с минимальными затратами ресурсы. Он предоставляет пользователям полный контроль над вычислительными ресурсами, а также доступную среду для работы. Сервис сокращает время, необходимое для получения и загрузки нового сервера. Технология Amazon Simple Storage Service (Amazon S3) - онлайновая веб-служба, предлагаемая Amazon Web Services, предоставляющая возможность для хранения и получения любого объема данных, в любое время из любой точки сети, так называемый файловый хостинг. До сих пор с помощью Amazon S3 достигается высокая масштабируемость, надежность, высокая скорость и недорогая инфраструктура хранения данных.
Сервис как платформа - это предоставление интегрированной платформы для разработки, тестирования, развертывания и поддержки веб-приложений как услуги. Для разворачивания веб-приложений разработчику не нужно приобретать оборудование и программное обеспечение, нет необходимости организовывать их поддержку. Такой подход имеет следующие достоинства: масштабируемость, отказоустойчивость, виртуализация, безопасность.
Здесь масштабируемость предполагает автоматическое выделение и освобождение необходимых ресурсов в зависимости от количества обслуживаемых приложением пользователей.
Отдельно рассмотрим функцию про-
граммного обеспечения. Как сервис, интегрированная платформа ТОВ подходит для разработки, тестирования, разворачивания и поддержки веб-приложений позволит весь перечень операций по разработке, тестированию и разворачиванию веб-приложений выполнять в одной интегрированной среде, исключая тем самым, затраты на поддержку отдельных сред для отдельных этапов. Сегодня высока конкуренция между средами, позволяет оперировать множеством программного обеспечения, требует от разработчика обязательного использования языков программирования. В системах веб-поиска и контекстной рекламы компании используется платформа, ориентированная на передачу больших объемов данных между сетевыми серверами. Еще одним ярким представителем являются продукты для нагрузочных веб-проектов с возможностью расширять базовые бесплатные возможности (трафик, хранилище данных, вычислительная мощность).
отдельно остановимся на моделях развертывания
1. Модель «Частное облако». Это облачная инфраструктура, подготовленная для эксклюзивного использования единой организацией, включающей несколько потребителей (например, бизнес-подразделения, либо входящие в состав единого холдинга организации). Такое облако может находиться в собственности, управлении и обслуживании самой организации, третьей стороны, или какой-либо комбинации из них, и находится как на территории организации, так и за ее пределами.
2. Модель «Облако сообщества». Это облачная инфраструктура, для эксклюзивного использования конкретного сообщества потребителей от организаций, имеющих общие проблемы (например, миссии, требования безопасности, политики, и общие требования). облако может находиться в собственности, управлении и обслуживании одного или более организаций в сообществе, третьей стороне, или комбинации из них, и находится как на территории организаций, так и за их пределами.
3. Модель «Общее облако». Здесь «облачная» инфраструктура, подготовленная для открытого использования широкой публикой. Оно может находиться в собственности,
управлении и обслуживании деловыми, научными и правительственными организациями, или какой-либо их комбинацией. Облако существует на территории облачного поставщика.
4. Модель «Гибридное облако». Это «облачная» инфраструктура, представляющая собой композицию из двух или более различных инфраструктур - облаков (частные, общественные или государственные), имеющих уникальные объекты. Они связаны между собой стандартизованными или собственными технологиями, позволяющими переносить данные или приложения между компонентами (например, для балансировки нагрузки между облаками).
Для решения описанного противоречия сформулируем следующую постановку задачи исследования, где из полного множества возможных параметров информационной сети выделим наиболее существенные с точки зрения целей и задач новой сети [1-7]. При этом необходимо учесть два важнейших фактора, отражающих современную специфику развития информационных систем. К ним относятся, во-первых, экономическая составляющая и, во-вторых, фактор времени. Действительно, создание подобной сети - это затратный и длительный процесс.
В связи с этим предлагается, затраты материальных средств и технических ресурсов, сократить за счет применения наиболее эффективных способов разработки элементов искусственного интеллекта с использованием технологий облачных структур. Для обеспечения выполнения требований по оперативности предоставления услуг в течение всего периода обращений, значительно возрастает потребность в разработке современных методик, позволяющих учесть топологию размещения устройств коммутации в структуре сети, при существенном сокращении длительности обслуживания клиентов.
Поэтому в качестве главных (основных) показателей сети должны быть принята целевая функция, включающая топологию облачной структуры БИКС - Q, а также минимальное время обслуживания клиентов в банке - Т. Таким образом, общая проблема создания облачной структуры информационной сети с ЭИИ должна включать в себя две области ее возможных решений. Первая из них охватывает круг задач, связан-
ных с обоснованием физической и топологической облачной структуры сети с ЭИИ, удовлетворяющих требованиям по их оптимальности (минимизации функционала - Q), вторая оптимизирует процедуру управления информационными процессами в облачной структуре сети с ЭИИ, обеспечивающих наименьшую длительность обслуживания клиентов Т.
Такой подход обеспечивает достаточно слабую корреляцию выбранных параметров системы ^,Т), а, следовательно, и независимость получаемых решений всего комплекса задач друг от друга. А это в свою очередь, со -храняет возможность получения оптимального решения задачи, поскольку частные показатели, в целом, отражают специфику процесса модернизации сети с ЭИИ, и, что особенно важно, их можно рассчитывать с помощью тех или иных известных аналитических методов.
И, наконец, предлагаемый подход позволяет перейти к следующему этапу - декомпозиции исходной задачи, на подмножество задач, совокупность которых и образует комплексную методику обоснования требований к построению облачной структуры сети с ЭИИ.
При построении облачной структуры [1-6] первостепенной задачей является обоснование требований к построению облачной структуры сети с ЭИИ, в которых учитывается большая совокупность данных об офисе предприятия и его филиалов, включающая: место расположения; используемая модель сетевых технологий; задачи, решаемые подразделениями банка; информационные процессы происходящие в облачной структуре; объем и тип компьютерного оборудования, а также ряд других исходных данных. Основываясь на общей постановке задачи разработки требований для построения облачной структуры сети с ЭИИ, совокупность решаемых задач может быть представлена в следующем виде.
Формулирование математическая постановка задачи
Исходные данные:
Функционал облачной структуры банка: О = {V, Z, Щ
где V - данные о размещении подразделе -ний банка;
Z - задачи, решаемые подразделениями
банка при обмене информации и их характеристики;
W - модель сетевой технологии. Ограничения: время внедрения элементов облачной структуры: ТСР * Ттр
Перечень определяемых характеристик облачной структуры: Х = { N, C, S},
где N - объем узлового и абонентского оборудования облачной структуры;
C - обобщенные данные о размещении уз -лов коммутации облачной структуры;
S - топология построения облачной структуры банка.
Требуется: разработать методику, обеспечивающую определение характеристик облачной структуры Х*, при которых
Z (D, Х) = min Z (D, Х) (1.1)
X Хд
Т = Т (O, U, X) < Ттр, (1.2)
где Хд - множество допустимых значений характеристик облачной структуры БИКС;
U - характеристики процесса ввода облачной структуры сети с ЭИИ в эксплуатацию.
особенности задачи: высокая размерность, наличие переменных, имеющих различный физический смысл, отсутствие аналитических зависимостей (1.1), (1.2). Модель исследуемой структуры H = { N, C, S},
где N - множество элементов; C - пространственные отношения внутри облачной структуры сети с ЭИИ;
S - связи между элементами облачной структуры сети с ЭИИ. Порядок решения задачи:
1. Разработка алгоритма и частной методики определения состава и количества узлового и абонентского оборудования n без учета ограничений (1.2).
2. Построение алгоритма и частной методики определения координат узлов коммутации C без учета ограничений (1.2).
3. Разработка алгоритма и частной методики определения конфигурации сети с ЭИИ S без учета ограничений (1.2).
4. Предполагаемое определение варианта характеристик сети с ЭИИ Х*.
5. Построение алгоритма управления передачей информации в сети с ЭИИ Х*.
6. Определение минимального времени
передачи информации в управляющем модуле БИКС Х* :
Tm = T(O, U*, X*) = min T(O, ид, X*),
где U* - оптимальный процесс ввода , обе -спечивающий минимальное время ввода;
ид - допустимое множество вариантов процесса ввода.
7. Проверка условия Tm < Ттр: если условие выполняется, то принимаются требования Х*; в противном случае (по согласованию с заказчиком) следует корректировка данных D или увеличивается значение Ттр.
Таким образом, алгоритм комплексной методики обоснования требований к разработке информационной системы ЭИИ можно представить в следующем виде:
Задача построения «облачной» структуры сети может быть решена в виде совокупности задач, решаемых на основе разработанной комплексной методики [7]. В основе такой методики лежит алгоритмическая последовательность реализации. В ходе решения задачи будет представлен алгоритм комплексной методики.
В процессе реализации алгоритма решения обобщенной задачи будут решены частные задачи по разработке требований создания сети с ЭИИ с облачной структурой предприятия, включающие:
1. Формирование комплексной методики обоснования требований к сети с ЭИИ на основе технологий «облачной» технологии.
2. Разработку частной методики определения требований к построению структуры сети с ЭИИ.
3. Разработку частной методики определения требований к распределению информации в сети с ЭИИ.
4. Построение комплекса алгоритмов, позволяющих реализовать обобщенную методику создания сети с ЭИИ на основе облачной технологии.
5. Совместное решение комплекса взаимоувязанных между собой отдельных задач представляет собой законченную методику синтеза сети с ЭИИ с использованием рассмотренных показателей эффективности, а также известного математического аппарата, что позволит обеспечить необходимый уровень обоснования требований к разработке сети с ЭИИ.
В результате проведенного анализа и постановки задачи исследования можно сделать следующие выводы:
1. Проведен анализ особенностей построения сети с ЭИИ. При этом было установлено, что большая часть существующих информационных сетей предприятия, их информационная и техническая разнородность и несовместимость между собой, не соответствует современному уровню предоставления услуг населению и развития технологий по обработке потоков информации.
2. Расширение возможностей по предоставлению клиентских услуг для предприятий является очень привлекательным аспектом и программой активных действий по модернизации своих информационных систем. В данном случае облачные технологии позволяют аккумулировать в себе совокупность всех возможностей информационной системы центрального офиса предприятия и его филиалов.
3. Сформулированы основные направления совершенствования информационных сети с ЭИИ, среди которых главным является внедрение современных технологий и методов в процессы передачи и обработки информации. Предлагается общая стратегия развития сети с ЭИИ, которая заключается в переходе к построению перспективных сетей, построенных на принципах информационных сетей с элементами искусственного интеллекта и «облачных» технологий.
4. Установлено, что создание сетей с ЭИИ является длительным и затратным процессом. Его сложность заключается, прежде всего, в необходимости проведения коренных структурных и функциональных преобразований для существующих в настоящее время информационных сетей предприятий предоставляющего услуги.
5. Сформулирована и поставлена общая задача исследований. Для решения поставленной задачи используется метод декомпозиции исходной задачи на подмножество частных задач. В качестве частных показателей используются ряд показателей, включающие затраты на создание сети с ЭИИ, среднее время распределения информации по сети и потери на ожидание клиента в очереди на обслуживание.
6. Совместное решение комплекса задач представляет собой методический аппарат синтеза сети с ЭИИ и использованием математического аппарата, а также рассмо-
тренных показателей эффективности, что обоснования требований к разработке сети с позволит обеспечить необходимый уровень ЭИИ.
Описок источников
1. Проблемы безопасности облачных вычислений. URL: http://www.itbestsellers.ru/experts/ detail.php?ID =16970 (дата обращения: 01.02.2024).
2. Преимущества облачных технологий. URL: капоЬи.ги>Блоги> (дата обращения: 01.02.2024).
3. URL: http://www.macdigger.ru/macall/istoriya-poyavleniya-logotipa-apple.html (дата обращения: 01.02.2024).
4. URL: http://rus-uk.livejournal.com/34550.html (дата обращения: 01.02.2024).
5. URL: IT.sander.su>cloud_distributed.php (дата обращения: 01.02.2024).
6. Сахнюк П. А. Лекции. Основы облачных технологий. М., 2023.
7. Поспелов Г С., Поспелов Д. А. Искусственный интеллект - прикладные системы. М.: Знание, 1985.
References
1. Cloud computing security issues. URL: http://www.itbestsellers.ru/experts/detail.php?ID=16970 (accessed: 02/01/2024).
2. Advantages of cloud technologies. URL: kanobu.ru>Blogs" (accessed: 02/01/2024).
3. URL: http://www.macdigger.ru/macall/istoriya-poyavleniya-logotipa-apple.html (date of access: 02/01/2024).
4. URL: http://rus-uk.livejournal.com/34550.html (date of access: 02/01/2024).
5. URL: IT.sander.su "cloud_distributed.php (date of reference: 02/01/2024).
6. Sakhnyuk P. A. Lectures. Fundamentals of cloud technologies. Moscow, 2023.
7. Pospelov G. S., Pospelov D. A. Artificial intelligence - applied systems. Moscow: Znanie Publ., 1985.
Сведения об авторах
НОВИКОВ О. П. - доктор технических наук, профессор, Российский государственный университет имени А. Н. Косыгина, Москва, Россия, [email protected] НОВИКОВ М. О. - кандидат технических наук, ООО Вектра, [email protected]
Information about the authors
NOVIKOV О. P. - Doctor of Technical Sciences, Professor, A. N. Kosygin Russian State University, Moscow, Russia, [email protected]
NOVIKOV M. O. - Candidate of Technical Sciences, Vectra LLC, [email protected]
