Дробление в киберфизических системах: разработка самоорганизующейся логики, отделённой от развёртывания

Развивающиеся киберфизические системы, такие как рои роботов, коллективы людей с расширенными возможностями и умные города, требуют тщательно разработанного самоорганизующегося поведения для эффективного функционирования в динамических средах и условиях повсеместных возмущений. Однако инфраструктуры, предоставляющие сетевые и вычислительные сервисы для поддержки этих систем, становятся всё более сложными, многоуровневыми и гетерогенными — достаточно рассмотреть взаимодействие периферийных, туманных и облачных вычислений. Это обычно препятствует применению механизмов и шаблонов самоорганизации, которые часто разрабатываются для работы в плоских сетях. Для повышения повторного использования поведения и гибкости эксплуатации инфраструктуры мы утверждаем, что самоорганизующаяся логика должна быть в значительной степени независимой от конкретного развёртывания приложения. Мы показываем, что такого разделения ответственности можно достичь с помощью предложенного «подхода дробления»: глобальное поведение системы, реализуемое сервисами приложения, разбивается на более мелкие вычислительные компоненты, которые непрерывно выполняются на доступных узлах. Затем эта модель может быть реализована в рамках агрегатных вычислений, где самоорганизующееся поведение задаётся композиционно. Мы демонстрируем, как предложенный подход позволяет выражать логику приложения самоорганизующейся киберфизической системы независимо от её развёртывания, а также моделируем её развёртывание на нескольких гетерогенных инфраструктурах, включающих облачные и периферийные элементы, а также элементы сети LoRaWAN.