[論文レビュー] Organic Computing in the Spotlight

Sven Tomforde, Bernhard Sick+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 27, 2017

Advanced Software Engineering Methodologies参考文献 11被引用数 10

ひとこと要約

本稿は、自己-*特性（自己組織化、自己回復、自己最適化など）を通じて動的環境への自律的適応を可能にし、技術的システムの頑健性を向上させる、システム工学的パラダイムとしてのオーガニックコンピューティング（OC）を再定義する。これは、センサー・アクチュエータを装備し、内在的な適応メカニズムを持つ動的適応型システムとしての有機的システムの形式的定義を提示し、性能の向上よりも耐障害性を重視する。

ABSTRACT

Organic Computing is an initiative in the field of systems engineering that proposed to make use of concepts such as self-adaptation and self-organisation to increase the robustness of technical systems. Based on the observation that traditional design and operation concepts reach their limits, transferring more autonomy to the systems themselves should result in a reduction of complexity for users, administrators, and developers. However, there seems to be a need for an updated definition of the term "Organic Computing", of desired properties of technical, organic systems, and the objectives of the Organic Computing initiative. With this article, we will address these points.

研究の動機と目的

• 文献における「オーガニックコンピューティング」の明確で広く受け入れられた定義の欠如に応えること。
• 自己適応性や自己組織化が目的そのものではなく、障害に対する耐障害性を高めることが真の目的であることを明確にすること。
• 自律性、適応性、耐障害性を含む、有機的システムが有する望ましい特性を形式化すること。
• 設計段階での意思決定を実行時へ移行させることで、設計パラダイムを再定式化し、ユーザーおよび開発者の負荷を軽減すること。
• ランタイム最適化、社会的OC、システムの統合など、OC分野における今後の主要な研究課題を特定し、概説すること。

提案手法

• センサー、アクチュエータ、および自己-*メカニズムによる自律的適応を有する技術的システムとしてのオーガニックコンピューティングシステムの形式的定義を提示する。
• コア機能と適応的行動の2つのコンponentから成る二重構造アーキテクチャを導入し、実行時における自己組織化を可能にする。
• 未知かつ予期しない環境的状態に対処する基盤として、機械学習技術の活用を強調する。
• ハロオン（全体でもあり部分でもあるシステム）の概念を導入し、システムの集合体における階層的およびピアツーピアの関係をモデル化する。
• ランタイムでの構成空間探索、ブラックボックス最適化、オープンで動的かつエージェント集団における信頼・評判といった社会的メカニズムを含む開発方向性を提示する。
• 事前学習や継続的なユーザーフィードバックなしに学習が行われる自律的学習をコア要件として提案する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 自己適応的または自己組織化的システムとは明確に区別できる、正確で普遍的に受け入れられる「オーガニックコンピューティング」の定義は何か？
• RQ2 自己-*特性は、最終的な目的たる耐障害性を達成するためにどのように構造化されるべきか？性能向上のためではなく、耐障害性のためのものである。
• RQ3 複雑なシステムにおいて設計段階の意思決定を実行時へ移行させるために、どのような技術的およびアーキテクチャ的要件が必要か？
• RQ4 オープンで動的かつ変化し続ける環境において、自律的かつ潜在的に不正な振る舞いを示すエージェントが存在する状況でも、OCシステムが信頼性と制御性を維持できるか？
• RQ5 異種の事前に存在するサブシステムから構成されるシステムにおいて、効果的な統合と実行時適応を可能にするメカニズムは何か？

主な発見

• オーガニックコンピューティングとは、有機的素材でシステムを構築することではなく、耐障害性、柔軟性、頑健性といった生命に似た性質を技術的システムに与えることである。
• OCの核心的目標は、処理速度の向上や意思決定の質の向上ではなく、障害発生後に速やかに許容可能な性能水準へ回復すること、すなわち耐障害性を高めることにある。
• 自己-*メカニズムは、耐障害性を達成するための手段にすぎず、目的そのものではない。真の目的は、不確実性と変化に直面してもシステムの耐障害性を維持することである。
• 設計段階の意思決定を実行時へ移行させるには、モデリング、検証、検査の観点から、従来のシステム開発プロセスを根本的に再考する必要がある。
• システムの集合体とハロニックアーキテクチャは、目的-応答関係を介して、異種で自律的なサブシステムの実行時統合を可能にする有望なフレームワークを提供する。
• OCシステムにおける自律的学習は、事前学習やユーザーフィードバックなしに動作しなければならず、リアルタイムかつ自己指向の適応に適した、新しい機械学習アプローチの開発が不可欠である。