Artificial intelligence (AI) in its various forms finds more and more its way into complex distributed systems. For instance, it is used locally, as part of a sensor system, on the edge for low-latency high-performance inference, or in the cloud, e.g. for data mining. Modern complex systems, such as connected vehicles, are often part of an Internet of Things (IoT). To manage complexity, architectures are described with architecture frameworks, which are composed of a number of architectural views connected through correspondence rules. Despite some attempts, the definition of a mathematical foundation for architecture frameworks that are suitable for the development of distributed AI systems still requires investigation and study. In this paper, we propose to extend the state of the art on architecture framework by providing a mathematical model for system architectures, which is scalable and supports co-evolution of different aspects for example of an AI system. Based on Design Science Research, this study starts by identifying the challenges with architectural frameworks. Then, we derive from the identified challenges four rules and we formulate them by exploiting concepts from category theory. We show how compositional thinking can provide rules for the creation and management of architectural frameworks for complex systems, for example distributed systems with AI. The aim of the paper is not to provide viewpoints or architecture models specific to AI systems, but instead to provide guidelines based on a mathematical formulation on how a consistent framework can be built up with existing, or newly created, viewpoints. To put in practice and test the approach, the identified and formulated rules are applied to derive an architectural framework for the EU Horizon 2020 project ``Very efficient deep learning in the IoT" (VEDLIoT) in the form of a case study.


翻译:人工智能(AI) 以不同形式呈现的人工智能(AI) 在复杂的分布式系统中发现越来越多的方式。 例如,它在当地作为传感器系统的一部分,在低纬度高性能推断的边缘使用,或者在云中使用,例如数据挖掘; 现代复杂系统,例如连接的车辆,往往是物联网(IoT)的一部分。 管理复杂程度时,用建筑框架来描述结构结构框架,这些结构框架由通过通信规则连接的若干建筑观点组成。 尽管有些尝试,但对于适合开发分布式AI系统的建筑框架的深层次基础定义仍然需要调查和研究。 在本文中,我们提议通过为系统结构结构提供数学模型的数学模型,扩大建筑框架的艺术状态,这种模型可缩放,支持不同方面的共同演进(Io)。 在设计科学研究中,这一研究从确定的挑战中可以提出四项规则,我们通过利用分类理论来制定这些框架。 我们指出,在结构框架中如何提供结构应用的规则,而从结构的视角可以推导出,在建筑系统中则以新的结构框架为基础, 。

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