izvestswsuИзвестия Юго-Западного государственного университетаProceedings of the Southwest State University2223-15602686-6757ЮЗГУ10.21869/2223-1560-2022-26-1-148-171izvestswsu-978Research ArticleИнформатика, вычислительная техника и управлениеComputer science, computer engineering and IT managmentРеализация агентно-базированных метакомпьютерных систем и приложенийImplementation of Agent-Based Metacomputersystems and ApplicationsКарамышеваН. С.KaramyshevaN. S.

Карамышева Надежда Сергеевна, кандидат технических наук, доцент

д. 40, ул. Красная, г. Пенза 440026

Nadezhda S. Karamysheva, Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor

40 Krasnaya str., Penza 440026

karamyshevans@yandex.ruСвищевД. С.SvishchevD. S.

Свищев Данил Сергеевич, магистрант

д. 40, ул. Красная, г. Пенза 440026

Danil S. Svishchev, Master Student

40 Krasnaya str., Penza 440026

vt@pnzgu.ruПоповК. В.PopovK. V.

Попов Константин Владимирович, кандидат технических наук, доцент

д. 40, ул. Красная, г. Пенза 440026

Konstantin V. Popov, Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor

40 Krasnaya str., Penza 440026

vt@pnzgu.ruЗинкинС. А.ZinkinS. A.

Зинкин Сергей Александрович, доктор технических наук, профессор

д. 40, ул. Красная, г. Пенза 440026

Sergey A. Zinkin, Dr. of Sci. (Engineering), Professor

40 Krasnaya str., Penza 440026

zsa49@yandex.ruПензенский государственный университетPenza State University202228062022261148171Copyright © Карамышева Н.С., Свищев Д.С., Попов К.В., Зинкин С.А., 20222022Карамышева Н.С., Свищев Д.С., Попов К.В., Зинкин С.А.Karamysheva N.S., Svishchev D.S., Popov K.V., Zinkin S.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestswsu.elpub.ru/jour/article/view/978

Цель исследования. Создание методики проектирования прототипа метакомпьютерной распределенной вычислительной системы с учетом современного этапа эволюции аппаратного и облачносетевого программного обеспечения для предоставления пользователям средства создания приложений, обладающих межпрограммным параллелизмом и возможностью совместной работы компонент.Методы. Логические модели искусственного интеллекта - концептуальные графы, агентно-базированная технология программирования, виртуализация сетевых ресурсов. Метод проведения натурного эксперимента заключался в том, что при запуске приложения на выполнение в виртуальном агентно-базированном метакомпьютере была использована сетевая инфраструктура с удаленным доступом к лабораторной сети Fast Ethernet через Интернет и затем проводилось измерение временных характеристик.Результаты. Предложена методика проектирования облачно-сетевых метакомпьютерных систем и приложений, создано прототипное программное обеспечение промежуточного уровня middleware на базе мультиагентной технологии. Поставленная цель достигнута, так как разработанная агентно-базированная среда позволяет реализовывать универсальные управляющие конструкции программирования – переход по одному или нескольким условиям, цикл, последовательность, распараллеливание, для которых введены исполнимые концептуальные спецификации.Заключение. Предложен подход к реализации распределенного метакомпьютерного приложения в среде компьютерной сети на основе использования предметно-ориентированной мультиагентной системы и концепции агентно-ориентированного программирования на основе концептуальных графов, описывающих обмен сообщениями и обработку данных программными агентами. В агентно-базированной среде эффективно реализуются межузловые взаимодействия по типу пиринговых; возможна организация параллельной обработки данных как несколькими, так и одним агентом. Предлагаемые методы решения задач позволяют оперативно создавать распределенные приложения, работающие в облачно-сетевой среде; время разработки и отладки при этом сокращается примерно на порядок.

Purpose of research. Creation of a methodology for designing a prototype of a metacomputer distributed computing system, taking into account the current stage of the evolution of hardware and cloud-network software to provide users with the means to create applications with inter-program parallelism and the ability of components to work together.Methods. Logical models of artificial intelligence, semantic networks and conceptual graphs, agent-based technology, virtualization of network resources. The method of conducting a full-scale experiment was that when the application was launched for execution in a virtual agent-based metacomputer, a network infrastructure was used with remote access to the Fast Ethernet laboratory network via the Internet, and then time characteristics were measured.Results. A technique for designing cloud-network metacomputer systems and applications is proposed, and prototype middleware software based on multi-agent technology is created. The goal of the study has been achieved, since the developed agent-based environment allows the implementation of universal programming control structures - transition by one or more conditions, cycle, sequence, parallelization, for which executable conceptual specifications have been introduced.Conclusion. An approach to the implementation of a distributed metacomputer application in a computer network environment based on conceptual graphs describing the exchange of messages and data processing by software agents is proposed. The performance of the application under conditions of extraneous load on the network was demonstrated.

метакомпьютерные системыконцептуальные графымультиагентные системытехнологии виртуализациисетевые технологииmetacomputer systemslogical models4 conceptual graphs4 multiagent systems4 virtualization technologiesnetwork technologiestechnology integrationReferencesCohen-almagor R. The Future of the Internet. Academia Letters, 2021. P. 1-5. https://doi.org/10.20935/AL1962.Cohen-almagor R. The Future of the Internet. Academia Letters, 2021. P. 1-5. https://doi.org/10.20935/AL1962.Digital economy report 2021. Cross-border data flows and development: for whom the data flow. Geneva, United Nations, 2021. 238 p.Digital economy report 2021. Cross-border data flows and development: for whom the data flow. Geneva, United Nations, 2021. 238 p.Что такое метакомпьютинг (краткий обзор технологий организации gраспределенных вычислений в Интернете). URL: https://parallel.ru/computers/reviews/metacomputing.html. [Электронный ресурс]. Вид с экрана. Метод доступа свободный.Chto takoe metakomp'yuting (kratkii obzor tekhnologii organizatsii graspredelennykh vychislenii v Internete) [What is metacomputing (a brief overview of distributed computing technologies on the Internet)]. URL: https://parallel.ru/computers/reviews/metacomputing.html. [Elektronnyi resurs]. Vid s ekrana. Metod dostupa svobodnyi.World Community Grid: Request for Proposal (RFP). 2020. P. 1–4. URL: https://www.worldcommunitygrid.org/bg/rfp.pdf. [Electronic resource]. Blank from the screen.World Community Grid: Request for Proposal (RFP). 2020, pp. 1–4. URL: https://www.worldcommunitygrid.org/bg/rfp.pdf. [Electronic resource]. Blank from the screen.A New Massively Parallel And Distributed Virtual Machine Model Using Mobile Agents / M. Youssfi, O. Bouattane, J. Bakkoury, M. Bensalah // Conference: IEEE Conference: 4th International Conference on Multimedia Computing and Systems April 14-16, 2014 Marrakech - MOROCCO MSTI Mediterranean Space of Technology and Innovation. Morocco Chapter. April 14-16, 2014. P. 407-414. Marrakech, Morocco. https://doi.org/10.1109/ICMCS.2014.6911306.Youssfi M., Bouattane O., Bakkoury J., Bensalah M. A New Massively Parallel And Distributed Virtual Machine Model Using Mobile Agents. Conference: IEEE Conference: 4th International Conference on Multimedia Computing and Systems April 14-16, 2014 Marrakech - MOROCCO MSTI Mediterranean Space of Technology and Innovation. Morocco Chapter. April 14-16, 2014. pp. 407-414. Marrakech, Morocco. https://doi.org/10.1109/ICMCS.2014.6911306.Youssfi M., Bouattane O., Bensalah M. A Parallel Computational Model Based on Mobile Agents for High Performance Computing // Contemporary Engineering Sciences, 2015. Vol. 8, No. 15. P. 677-698. http://dx.doi.org/10.12988/ces.2015.55153.Youssfi M., Bouattane O., Bensalah M. A Parallel Computational Model Based on Mobile Agents for High Performance Computing. Contemporary Engineering Sciences, 2015, vol. 8, no. 15, pp. 677-698. http://dx.doi.org/10.12988/ces.2015.55153.Agent-oriented model-driven development for JADE with the JADEL programming language / F. Bergenti, E. Iotti, S. Monica, A. Poggi // Comput. Lang. Syst. Struct. 2017. Vol. 50. P. 142–158. https://doi.org/10.1007/978-3-319-93581-2_9.Bergenti F., Iotti E., Monica S., Poggi A. Agent-oriented model-driven development for JADE with the JADEL programming language. Comput. Lang. Syst. Struct., 2017, vol. 50. pp. 142–158. https://doi.org/10.1007/978-3-319-93581-2_9.Development of Mobile Agents With Aglets (A Java Based Tool) / M. Yadav, P. Sethi, D. Juneja, N. Chauhan // International Journal of Innovations & Advancement in Computer Science (IJIACS), Vol. 4, Special Issue, May 2015. P. 245-251.Yadav M., Sethi P., Juneja D., Chauhan N. Development of Mobile Agents With Aglets (A Java Based Tool). International Journal of Innovations & Advancement in Computer Science (IJIACS), may 2015, vol. 4, Special Issue, pp. 245-251.Kravari K., Bassiliades N. A Survey of Agent Platforms // Journal of Artificial Societies and Social Simulation. 2015. Vol. 18 (1), No. 11. P. 1-18.Kravari K., Bassiliades N. A Survey of Agent Platforms. Journal of Artificial Societies and Social Simulation, 2015, vol. 18 (1), no. 11, pp. 1-18.Cynthia N., Gregory M. Tools of the Trade: A Survey of Various Agent Based Modeling Platforms // Journal of Artificial Societies and Social Simulation. 2009. Vol. 12, № 2. URL: http://jasss.soc.surrey.ac.uk/12/2/2.html. [Electronic resource]. Blank from the screen.Cynthia N., Gregory M. Tools of the Trade: A Survey of Various Agent Based Modeling Platforms. Journal of Artificial Societies and Social Simulation, 2009, vol. 12, no. 2. URL: http://jasss.soc.surrey.ac.uk/12/2/2.html. [Electronic resource]. Blank from the screen.Survey: Agent-based Software Technology Under the Eyes of Cyber Security, Security Controls, Attacks and Challenges / B. Alluhaybi1, M. S. Alrahhal, A. Alzhrani, V. A. Thayananthan // International Journal of Advanced Computer Science and Applications (IJACSA), King Abdulaziz University (KAU), Jeddah, Saudi Arabia. 2019. Vol. 10, No. 8. P. 211-230.Alluhaybi1 B., Alrahhal M. S., Alzhrani A., Thayananthan V. A Survey: Agentbased Software Technology Under the Eyes of Cyber Security, Security Controls, Attacks and Challenges. International Journal of Advanced Computer Science and Applications (IJACSA), King Abdulaziz University (KAU), Jeddah, Saudi Arabia, 2019, vol. 10, no. 8. P. 211-230.Silva L., Meneguzzi F., Logan B. BDI Agent Architectures: A Survey // Proceedings of the Twenty-Ninth International Joint Conference on Artificial Intelligence. Survey track. – 2020. P. 4914-4921. DOI: https://doi.org/10.24963/ijcai.2020/684.Silva L., Meneguzzi F., Logan B. BDI Agent Architectures: A Survey. Proceedings of the Twenty-Ninth International Joint Conference on Artificial Intelligence. Survey track, 2020, pp. 4914-4921. https://doi.org/10.24963/ijcai.2020/684.Faastlane: Accelerating Function-as-a-Service Workflows / S. Kotni, A. Nayak, V. Ganapathy, A. Basu // Proceedings of the 2021 USENIX Annual Technical Conference. July 14–16. 2021. P. 957-971.Kotni S., Nayak A., Ganapathy V., Basu A. Faastlane: Accelerating Function-as-a- Service Workflows. Proceedings of the 2021 USENIX Annual Technical Conference. July 14–16, 2021, pp. 957-971.Faas orchestration of parallel workloads / D. Barcelona-Pons, P. Garcia-Lopez, A. Ruiz, A. Gomez-Gomez, G. Paris, M. Sanchez-Artigas // Proceedings of the 5th International Workshop on Serverless Computing. 2019. P. 25-30. https://doi.org/10.1145/3366623.3368137.Barcelona-Pons D., Garcia-Lopez P., Ruiz A., Gomez-Gomez A., Paris G., Sanchez- Artigas M. Faas orchestration of parallel workloads. Proceedings of the 5th International Workshop on Serverless Computing, 2019, pp. 25-30. https://doi.org/10.1145/3366623.3368137.On the FaaS Track: Building stateful distributed applications with serverless architectures / D. Barcelona-Pons, M. Sanchez-Artigas, G. Paris, P. Sutra, P. Garcia-Lopez // ACM Middleware Conference. 2019. P. 41-54. https://doi.org/10.1145/3361525.3361535.Barcelona-Pons D., Sanchez-Artigas M., Paris G., Sutra P., Garcia-Lopez P. On the FaaS Track: Building stateful distributed applications with serverless architectures. ACM Middleware Conference, 2019, pp. 41-54. https://doi.org/10.1145/3361525.3361535.Волчихин В. И., Зинкин С. А., Карамышева Н. С. Организация функционирования облачно-сетевых распределенных вычислительных систем с архитектурой «агенты как сервисы» // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2019. № 4. С. 27–50. https://doi.org/10.21685/2072-3059-2019-4-3.Volchikhin V. I., Zinkin S. A., Karamysheva N. S. Organizatsiya funktsionirovaniya oblachno-setevykh raspredelennykh vychislitel'nykh sistem s arkhitekturoi «agenty kak servisy» [Organization of functioning of cloud-network distributed computing systems with the architecture "agents as services"]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Povolzhskii region. Tekhnicheskie nauki = Izvestiya vyshev uchebnykh zavedeniy. Volga region. Technical sciences, 2019. no. 4, pp. 27–50. https://doi.org/10.21685/2072-3059-2019-4-3Разработка сетевых агентно-базированных приложений на основе метакомпьютерной технологии / В. И. Волчихин, Н. С. Карамышева, А. В. Горынина, С. А. Зинкин // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2021. № 4. С. 3–25. https://doi.org/10.21685/2072-3059-2021-4-1.Volchikhin V. I., Karamysheva N. S., Gorynina A. V., Zinkin S. A. Razrabotka setevykh agentno-bazirovannykh prilozhenii na osnove metakomp'yuternoi tekhnologii [Development of network agent-based applications based on metacomputer technology]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Povolzhskii region. Tekhnicheskie nauki = Izvestia of higher educational institutions. Volga region. Technical Sciences. 2021, no. 4, pp. 3–25. https://doi.org/10.21685/2072-3059-2021-4-1.Synthesis of the Functional Architecture of Agent-based Computing Systems when Using Conceptual Models of Artificial Intelligence / S. A. Zinkin, V. I. Volchihin, N. S. Karamysheva, M. S. Jaafar // 2021 International Conference on Engineering Management of Communication and Technology, EMCTECH 2021. Proceedings, Austria, Vienna, 2021. P. 1-6. https://doi.org/10.1109/EMCTECH53459.2021.9619174.Zinkin S. A., Volchihin V. I., Karamysheva N. S., Jaafar M. S. Synthesis of the Functional Architecture of Agent-based Computing Systems when Using Conceptual Models of Artificial Intelligence. 2021 International Conference on Engineering Management of Communication and Technology, EMCTECH 2021. Proceedings, Austria, Vienna, 2021, pp. 1-6. https://doi.org/10.1109/EMCTECH53459.2021.9619174.Dynamic Topology Transformation of Cloud-Network Computer Systems: Conceptual Level / S. A. Zinkin, V. I. Volchihin, N. S. Karamysheva, M. S. Jaafar // 2020 International Conference on Engineering Management of Communication and Technology, EMCTECH 2020. Proceedings, Austria, Vienna, 2020. P. 1-10. https://doi.org/10.1109/EMCTECH49634.2020.9261554.Zinkin S. A., Volchihin V. I., Karamysheva N. S., Jaafar M. S. Dynamic Topology Transformation of Cloud-Network Computer Systems: Conceptual Level. 2020 International Conference on Engineering Management of Communication and Technology, EMCTECH 2020. Proceedings, Austria, Vienna, 2020, pp. 1-10. https://doi.org/10.1109/EMCTECH49634.2020.9261554.Зинкин С. А., Джафар М. С. Развитие информационно-коммуникационных инфраструктур распределенных вычислительных систем на основе концепции «Сеть – это компьютер» // Известия Юго-Западного государственного университета. 2018. Т. 22. №4 (79). С. 75-93.Zinkin S. A., Dzhafar M. S. Razvitie informatsionno-kommunikatsionnykh infrastruktur raspredelennykh vychislitel'nykh sistem na osnove kontseptsii «Set' – eto komp'yuter» [Development of information and communication infrastructure of distributed computing systems based on the concept "Network is a computer"]. Izvestiya Yugo- Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta = Proceedings of the Southwest State University, 2018, vol. 22, no. (79), pp. 75-93.Зинкин С. А., Джафар М. С., Карамышева Н. С. Организация функционирования распределенных вычислительных систем с переменной архитектурой в виде облачного сервиса, формируемого по запросу клиента (реализация изменяемой системной архитектуры) // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2018. Т. 7. № 4 (44). С. 54-60.Zinkin S. A., Dzhafar M. S., Karamysheva N. S. Organizatsiya funktsionirovaniya raspredelennykh vychislitel'nykh sistem s peremennoi arkhitekturoi v vide oblachnogo servisa, formiruemogo po zaprosu klienta (realizatsiya izmenyaemoi sistemnoi arkhitektury) [Organization of the functioning of distributed computing systems with variable architecture in the form of a cloud service formed at the request of the client (implementation of a changeable system architecture)]. XXI vek: itogi proshlogo i problemy nastoyashchego plyus = XXI century: the results of the past and the problems of the present plus, 2018, vol. 7, no. 4 (44), pp. 54-60.Зинкин С. А., Джафар М. С., Карамышева Н. С. Организация функционирования распределенных вычислительных систем с переменной архитектурой в виде облачного сервиса, формируемого по запросу клиента (концептуальные графы распределенных алгоритмов // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2018. Т. 7. № 4 (44). С. 136-146.Zinkin S. A., Dzhafar M. S., Karamysheva N. S. Organizatsiya funktsionirovaniya raspredelennykh vychislitel'nykh sistem s peremennoi arkhitekturoi v vide oblachnogo servisa, formiruemogo po zaprosu klienta (kontseptual'nye grafy raspredelennykh algoritmov [Organization of functioning of distributed computing systems with variable architecture in the form of a cloud service formed at the request of the client (conceptual graphs of distributed algorithms]. XXI vek: itogi proshlogo i problemy nastoyashchego plyus = XXI century: results of the past and problems of the present plus. 2018, vol. 7, no. 4 (44), pp. 136-146.Bellifemine F. L., Caire G., Greenwood D. Developing multi-agent systems with JADE. Wiley, 2007. 300 p.Bellifemine F. L., Caire G., Greenwood D. Developing multi-agent systems with JADE. Wiley, 2007, 300 p.Java Agent Development Environment (JADE). URL: http://jade.tilab.com/. [Electronic resource]. Blank from the screen.Java Agent Development Environment (JADE). URL: http://jade.tilab.com/. Blankfrom the screen.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.