Архитектура роевого интеллекта

адаптивное управление гетерогенной распределенной инфраструктурой.

Эволюция архитектурной парадигмы "роевого интеллекта" началась с введения термина Херардо Бени и Ван Цзином в 1989 году в контексте клеточных роботов. За более чем три десятилетия концепция получила существенное развитие. Даже Голливуд в 2008 году представил своё видение проблем, связанных с роевым искусственным интеллектом в фильме "День, когда Земля остановилась". Сегодня для задач управления сложными распределенными системами с высокой степенью гетерогенности и переменными требованиями к детерминизму пришла пора вновь примерить идею роя, критически переосмыслив исходную гипотезу о единой динамической топологии. Была предложена концепция адаптивных доменов (Adaptive Domains), основанная на стратификации системы по признаку достижимой степени интеграции и открытости интерфейсов. Однако роевые алгоритмы типа Ant Colony Optimization дают экспоненциальный рост сообщений при N > 300 узлов (Birattari et al., 2022). Поэтому практическая реализация требует ограничивать количество узлов, а для больших систем вводить многоуровневую схему взаимодействия. Модель, далее рассматриваемая в статье, явным образом исключает сферы с полностью закрытыми проприетарными контурами управления, фокусируясь на объектах, где возможна модернизация подсистем мониторинга и координации. Архитектурным стержнем является многоуровневый протокол с дифференцированными гарантиями, где каждый домен обладает своим профилем консенсуса, безопасности и объяснимости. Дорожная карта построена по принципу «интеграция через интерфейс», минимизирующему вмешательство в унаследованные (legacy) технологические процессы.

Уточнение области определения и границ применимости:

Предыдущие итерации модели справедливо критиковались за включение в концепцию объектов, для которых внедрение роевого интеллекта в ближайшей и среднесрочной перспективе является методологической ошибкой. К таковым относятся сегменты критической инфраструктуры, функционирующие на полностью изолированных, верифицированных и часто аналоговых или специализированных цифровых системах (например, активные зоны реакторов, системы управления летательными аппаратами). Их ключевой признак — замкнутый контур управления с нулевой толерантностью к недетерминизму внешних координирующих сигналов. Таким образом, предметом данной работы являются те ее распределенные подсистемы, где существует объективная потребность и техническая возможность в координации между множеством географически разнесенных точек принятия решений при сохранении их локальной автономии. Примеры: сфера дорожного обслуживания и строительства, управление нагрузкой в распределенных энергосетях среднего и низкого напряжения, логистика в сетях водо- и теплоснабжения, координация работы очистных сооружений и мусороперерабатывающих комплексов в рамках агломерации, динамическое управление транспортными потоками на основе данных с тысяч датчиков и камер.

1. Стратификация по доменам интеграции: от изолированных систем к скоординированному рою.

Вместо разделения по абстрактной «критичности» вводится стратификация по достижимому уровню интеграции (Integration Level, IL).
· Домен 0: Изолированные верифицированные системы (IL-0). Формально не входят в архитектуру роевого ИИ. Могут быть подключены к системе мониторинга через односторонние защищенные шлюзы (data diode), передающие данные только на чтение. Любое управляющее воздействие извне исключено. В контексте статьи упоминаются только для обозначения границ системы.
· Домен 1: Системы с детерминированным интерфейсом (IL-1). Объекты с жесткими внутренними контурами управления, но имеющие стандартизированные программно-аппаратные интерфейсы для внешнего мониторинга и приема ограниченного набора высокоуровневых команд (например, «снизить нагрузку на X%», «переключиться на резервную линию»). Пример: крупная распределенная электрическая подстанция. В архитектуре роя агенты Домена 1 участвуют в обмене данными и могут исполнять верифицированные сценарии, но не делегируют внутреннее управление роевому алгоритму.
· Домен 2: Системы с адаптивным интерфейсом (IL-2). Объекты, изначально спроектированные или модернизированные для работы в координированной среде. Способны принимать и исполнять параметризованные политики (например, «оптимизировать энергопотребление в рамках заданных границ температуры»), предоставлять детальные метрики и допускают миграцию вычислительных задач. Пример: современные котельные, насосные станции с ЧРП, умные трансформаторные подстанции. Являются основной средой для развертывания механизмов BFT-консенсуса, федеративного обучения и управляемой адаптивности.
· Домен 3: Сенсорно-исполнительная периферия (IL-3). Множество датчиков, камер, простых исполнительных механизмов (задвижки, светофоры, системы освещения). Формируют динамический, потенциально нестабильный слой. Участвуют в рое через упрощенные протоколы (epidemic gossip, геометрическое хэширование), их основная задача — сбор данных и выполнение команд от агентов Домена 2.

2. Многоуровневый протокол с семантической маршрутизацией.

Коммуникационная модель отказывается от единого BFT-консенсуса для всей системы в пользу доменно-специфичных протоколов.
· Семантическая маршрутизация сообщений. Каждое сообщение в рое содержит в метаданных теги домена-отправителя (IL-Src), домена-получателя (IL-Dst) и класс критичности операции (мониторинг, конфигурация, управление в реальном времени). Маршрутизаторы на стыках доменов фильтруют и трансформируют трафик на основе правил. Например, сообщение класса «управление» из Домена 2 в Домен 1 проходит обязательную проверку на соответствие белому списку разрешенных команд и снабжается цифровой подписью регулятора.
· Дифференцированные протоколы консенсуса.
  · Для координации внутри Домена 2 используется аудитируемый BFT-протокол с генерацией логического следа, как описано ранее.
  · Для взаимодействия между Доменами 1 и 2 применяется протокол «запрос-верификация-исполнение». Агент Домена 2 формирует запрос, который валидируется не другим агентом, а верификационным микросервисом, развернутым на границе Домена 1. Этот сервис проверяет запрос на соответствие формату, безопасным пределам и политикам. Только после его криптографически подписанного «одобрения» команда поступает на исполнение.
  · Для Домена 3 используется протокол направленного предположения с подтверждением от шлюзового агента Домена 2.

3. Упреждающая безопасность и операционная метрика: развитие концепции.
· Принцип минимальной достаточной интеграции. Для каждого объекта определяется не «вес критичности», а профиль интеграции (IL-Profile) — точный перечень данных для публикации и команд для принятия извне. Этот профиль является частью его цифрового паспорта в распределенном реестре и неизменяем без физической переверификации объекта.
· Расширенный набор операционных метрик.
  · Индекс качества координации (Coordination Quality Index, CQI): Для Домена 2 оценивает, насколько решения роя улучшили целевые показатели (КПД, потери, время реакции) по сравнению с изолированным режимом работы.
  · Латентность кросс-доменного взаимодействия (Cross-Domain Latency, CDL): Время от формирования запроса в Домене 2 до получения подтверждения исполнения от Домена 1. Ключевой метрика для оценки практической полезности архитектуры.
  · Коэффициент устойчивости к дезинтеграции (Disintegration Resilience Coefficient, DRC): Способность домена сохранять работоспособность при потере связи с другими доменами. Домен 1 должен иметь DRC = 1 (полная автономия), Домен 2 может иметь DRC < 1.

Предложенная архитектура решает ключевое методологическое противоречие, исключив из рассмотрения неприменимые сферы и сместив фокус на практическую задачу постепенной координации гетерогенной, но потенциально открытой инфраструктуры. Научная ценность модели заключается в отказе от поиска универсального «роевого» решения в пользу теории адаптивных доменов, где свойства каждого слоя (детерминизм, открытость, адаптивность) определяют допустимые протоколы взаимодействия.
Основное улучшение — переход от дискуссии о «надежности» к инженерии безопасной интеграции, где гарантии обеспечиваются не сложностью единого алгоритма, а стратификацией системы и четким разделением ответственности между доменами. Это соответствует современному тренду в кибербезопасности критической инфраструктуры (Zero Trust Architecture), где неявное доверие заменяется постоянной верификацией.