[00980866]动态智能化系统调控技术

针对大型复杂软硬件系统调控技术的研究属于软件工程领域。随着信息网络技术的渗透式发展，该类系统已在工业制造、航空航天等关键领域占据支撑性、基础性地位。该类系统普遍运行在动态开放的环境中，拥有成千上万分布式部署的嵌入式设备、异构计算资源与多类软件实体，需通过大量软硬件实体协同协作，以完成计算、决策、分析、通信等功能。而运行环境的动态性、实体协作的复杂性、资源状态的多变性均会引入非预期的缺陷或异常，且对该类系统实施停机维护所造成的延误代价、人工成本与调控误差过高。因此，在线、自主、可靠地管理并调控该类系统，从而保证其能够修正缺陷而稳定运转，是软件工程领域所面临的重大挑战。与传统自主调控技术针对的一般软件不同，该类系统的设备资源多重异构、实体行为动态多变、运行环境高度分布，面向同质化软硬件资源的异常感知方法、实时性较差的静态决策技术、或集中统一的控制机制等已不再适用。因此，为特别建立面向大型复杂软硬件系统的自主调控技术，重点在于如何快速感知异构资源与多变环境并分析出异常、如何实时产生系统调控策略以精准控制资源、如何提升系统自主控制能力实现快速柔性调整以攻克集中控制缺陷。 针对上述问题，该项目以《新一代人工智能发展规划》中提升大型复杂软硬件系统调控能力的政策为导向，以自主计算与机器学习理论为基础，在国家自然科学基金面上项目(61173026和61373045)的资助下，重点攻关了针对大型复杂软硬件系统的动态智能化调控技术，在复杂环境感知与分析、在线决策与资源精准控制、系统快速柔性调整方面取得重大突破。具体技术发明与创新性如下： (1)发明了多源数据在线感知分析技术，解决了对复杂环境实现快速感知与准确分析的难题。在异常在线感知方面，提出了基于本体的系统环境感知方法，建模并获取覆盖大型复杂软硬件系统中各类感知对象的数据，创新性地实现对感知对象的针对性遴选与感知周期的动态调整，并采用模糊理论消除感知数据冗余与噪声，使得感知数据更加准确。在系统状态的准确性分析方面，该项目提出了基于故障树和条件随机场的多源数据分析技术。其中，利用故障树方法有效建模了系统故障模型，并通过挖掘系统运行日志修正该模型；利用条件随机场建模系统环境，使用多种表征方法降低数据维度；最后通过基于双向推理的事件多角度分析方法综合判断系统状态并识别异常事件，实现了对大型复杂系统的变化的高效感知、智能分析。 (2)发明了智能决策与资源精准控制技术，解决了静态决策实时性差、资源控制准确性难以保障等难题。该项目提出了基于群体智能的并行决策技术，定量计算系统各功能与非功能指标，以群体智能优化方法在线生成调整策略，并通过多机多线程方式加速策略生成过程，避免了现有方法需预先建立系统静态模型或离线产生策略的缺陷，同时将系统平均调整策略生成时间降低了39％，达到在1秒内生成业务流程调整策略的优异效果。为实现对资源的精准控制，该项目建立了基于消息传递接口和共享内存编程模型的并行计算框架、及多核处理器的网络数据包处理技术，支持处理器快速、有效、准确地接收和分发网络数据包，并在节点内利用自重构技术实现任务的动态加载，将资源平均时分复用效率提高了2.44倍，攻克了实时性差等问题。 (3)发明了系统自主调控技术，解决了集中控制效率较低的问题。针对单一资源或软件实体异常，提出了基于强化学习的自主调控技术，通过智能体以强化学习方式，综合评判软硬件实体环境信息，并联合共享学习机制，在线对实体进行自主调整。从发生异常到实现调整，平均调控时间在秒级。针对软件整体功能异常，提出了基于黑板通信和改进合同网的协作调控技术，通过多智能体采用熟人优先协议进行协作协商，实现对系统整体业务流程或对外功能的动态变更，在50余个智能体实现协作调整时，平均调控时间在秒级。 该项目知识产权成果丰富。已获国家授权发明专利26项，软件著作权34项，出版专著3项，已获陕西省科学进步奖1项，并在计算机领域国际知名期刊，中国科学、软件学报等国内一级学报，计算机领域国际主流会议发表SCI和EI检索论文70余篇，单篇文章引用量达到58次，获中国科学院院士陆建华教授与高温教授、IEEE Fellow M.N.S.Swamy教授与M.Omair Ahmad教授等国内外众多知名学者的高度评价，认为该项目工作具有一定的先进性和典型性。 该项目成果应用广泛。自2015年3月起已在武警、公安、民政等行业的多家单位实现推广应用，极大促进了领域系统自主化、智能化发展的进程，并带来了较高的经济效益。其中，在西安启望计算机系统工程有限贵任公司、大唐联诚信息系统技术有限公司、北京创鑫汇智有限责任公司、上海吉旦信息科技有限公司等单位应用该项目技术后，近三年共累计新增销售额21151.55万元，累计新增利润6574.75万元。 该项目社会效益与影响力显著。1)应用于宝鸡市公安局等众多公安、武警行业的公安实战应用平台与嵌入式智能监控设备，为维护该省公共安全做出了突出贡献。2)依托该项目研发的陕西省安监局综合政务办公系统、扶贫开发管理信息系统、陕西省社区服务信息网络平台，为该省推进政务信息化、精准扶贫等政策做出重要贡献。3)部署于新疆乌鲁木齐市公安局的视频云平台，为维护中国新疆地区的稳定做出贡献。4)应用于中国电子科技集团公司第二十八研究所的系统自适应控制平台，为维护指挥控制系统不间断运行提供了有力支撑。5)依托国家863计划重大项目“开放式临床诊疗智能决策支持系统的研究与开发”(2012AA02A603)，该项目技术应用于临床诊疗决策支持系统的在线运行与维护过程中，并在延安市人民医院等多家医院进行试用和推广，进一步提高中国数字化医疗水平，带来显著的社会效益。 综上，该项目立足产业发展前沿，注重原始创新，相关成果大幅度提升了面向复杂大型系统的自主调控能力，并已取得了较大的经济价值的社会效益，具有广泛的应用前景，切实推动了该省在智能化软件系统、智能制造系统研究领域方面的技术发展。