Onderzoekers van de Universiteit van Boekarest hebben onlangs een compositiemodel ontwikkeld voor complexe hardware-softwarebinding. hun voorbeeld, geschetst in een paper dat vooraf is gepubliceerd op arXiv, introduceert het idee van een "virtueel organisme" (VO) dat ergens tussen enigszins herconfigureerbare hardware-agents en abstracte, intelligente en adaptieve softwareagenten.

De relatie tussen een structuur en de functie die het uitvoert, is een onderwerp van belang op verschillende gebieden, inclusief informatica (hardware vs software), biologie (organen vs functie) en psychologie (lichaam vs geest). Ciprian Paduraru en Gheorghe Stefanescu, de twee onderzoekers die de recente studie hebben uitgevoerd, om de relatie tussen hardware en software in de informatica te onderzoeken, vooral in de context van robotica, AI-hardware, IoT en andere recente technologische ontwikkelingen.

"Acties van een sequentiële berekening kunnen gemakkelijk worden gecontroleerd, maar zijn vaak moeilijk te vergelijken, terwijl een native gedistribueerde, parallelle toepassing is meestal moeilijk te controleren, Stefanescu vertelde TechXplore. "Om een ​​robuuste, gemengde instelling, we hebben eerder een op ruimte-tijd dualiteit gebaseerd model (rv-IS) en een gestructureerde DSL-programmeertaal (Agapia) geïntroduceerd."

Agapia is een domeinspecifieke taal (DSL) die wordt gebruikt voor het programmeren van interactieve systemen, waar dataflow- en controlflowstructuren vrij kunnen worden gemengd. De compiler kan momenteel HPC-runs (high performance computing) produceren, binnen MPI- of OpenMP-omgevingen.

De operationele semantiek van Agapia wordt beschreven door 2D-structuren, met één dimensie voor tijd en één dimensie voor ruimte. Om effectief om te gaan met ruimte-tijdbeperkingen, Paduraru en Stefanescu bedachten een nieuwe manier om regelmatige 2D-patronen te definiëren boven willekeurige vormwoorden. Hierdoor konden ze hun model uitbreiden, waardoor het meer afmetingen krijgt voor de ruimte.

"Toen ik het model in de zomer van 2015 presenteerde aan Gul Agha van de Urbana Champaign van de Universiteit van Illinois, en vroeg hem of hij het een goed model voor agenten vond, hij wees op een ontbrekend kenmerk:aanpassing, ' zei Stefanescu. 'Later, we realiseerden ons dat structurele aanpassing gemakkelijk kan worden opgenomen, waardoor het systeem kan veranderen, tijdens runtime, zijn structuur naar een andere structuur van een klasse van toegestane patronen."

Stefanescu en Paduraru hopen dat eens voltooid, hun model zal een nieuw type "assemblagetaal" mogelijk maken die gedistribueerde software- en hardwaretoepassingen overbrugt. Een van de belangrijkste bijdragen van hun onderzoek is dat het het concept van "virtuele organismen, " die een structuur hebben die hardwaremogelijkheden weerspiegelt en low-level-functies uitvoeren, implementeren van de softwarevereisten.

"Een klasse van 2D virtuele organismen (VO's) wordt gedefinieerd door een combinatie van structurele en functionele specificaties, Stefanescu zei. "De structurele informatie wordt geleverd door een regelmatig 2D-patroon, het beschrijven van de toegestane structuren voor de plaatsing van rekenknooppunten. De aangrenzende knooppunten communiceren via hun gedeelde interfaces. De knooppunten met interfaces op de externe VO's grens zorgen voor de interactie met de omgeving. Bovendien, de knooppunten aan de buitengrens spelen een sleutelrol bij het beheersen van de ruimtelijke samenstelling van VO's, waardoor de virtuele organismen kunnen aggregeren tot grotere organismen."

Naarmate een VO evolueert, het kan zijn structuur veranderen, knooppunten toevoegen of verwijderen via herconfiguratie, op voorwaarde dat de nieuwe structuur zich in dezelfde klasse bevindt als de huidige. Expliciete operators voor het maken en verwijderen kunnen ook worden opgegeven. De basisfunctionaliteiten die door een specifieke klasse van VO's worden ondersteund, worden geïmplementeerd door het VO-netwerk van computerknooppunten. Deze omvatten functies die worden ondersteund door de knooppunten en de communicatie die mogelijk wordt gemaakt door de structuur van de VO.

"Een beheerprogramma regelt welke functies worden uitgevoerd, waar en hoe ze interfereren, " legde Stefanescu uit. "Van de ondersteunde basisfunctionaliteiten, er zijn speciale gewijd aan aanpassing:zij beslissen of herconfiguratie, toevoeging of verwijdering van knooppunten zijn noodzakelijk, evenals wanneer en hoe ze worden uitgevoerd. Gebruikelijke compositie-operators, aanwezig in het beheerprogramma, specificeer met name hoe nieuwe functionaliteiten moeten worden toegevoegd, of verwijder oude."

Wanneer VO's worden ingezet op fysieke systemen, er kunnen meer virtuele knooppunten worden toegewezen aan hetzelfde fysieke knooppunt. Dit zorgt voor extra peer-to-peer (P2P) communicatie tussen de VO-knooppunten. Sommige bestaande of nieuwe functionaliteiten zouden effectiever kunnen worden geïmplementeerd door gebruik te maken van deze directe communicatie tussen virtuele knooppunten, toegewezen op hetzelfde fysieke knooppunt.

"Ik denk dat een van de belangrijkste aspecten van ons onderzoek is hoe we de structuur van een systeem en zijn functionele kant verbinden, " Paduraru vertelde TechXplore. "Dit kan in de toekomst worden toegepast voor veel categorieën problemen, zowel voor degenen die onderlinge verbinding van fysieke agenten nodig hebben (bijv. Robots die samenwerken om een ​​pad te maken), en softwareagenten (bijvoorbeeld het verbinden van stukjes software in de cloud)."

In hun krant Paduraru en Stefanescu illustreerden hun ideeën specifiek aan de hand van drie voorbeelden van VO's voor stroombeheer:een boomverzamelaarorganisme, een voedend celorganisme en een organisme bestaande uit een verzameling aaneengesloten voedende celorganismen. Vervolgens gebruikten ze een simulator voor boomverzamelaars (TC) -organismen om de voordelen van herconfiguratie te evalueren.

Hun bevindingen suggereren dat in dynamisch veranderende omgevingen, herconfigureerbare structuren zijn efficiënter dan vaste structuren. De onderzoekers toonden ook aan hoe hun DSL-taal, Agapia, kan worden gebruikt om snelle implementaties in VO-simulaties te bereiken.

"We zijn nu van plan meer te investeren in ondersteuning voor het programmeren van dergelijke modellen, meer out-of-the-box-testomgevingen creëren, combineer verschillende technieken zoals versterkend leren om optimalisatiebeleid te creëren zonder menselijke inspanning, en ten slotte de virtuele organismen in te zetten in toepassingen in de echte wereld, ' zei Paduraru.

© 2019 Wetenschap X Netwerk