CC BY
40
Назаров Д.А.
Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН
КОНЦЕПЦИЯ ОБЛАЧНЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ СИСТЕМЫ ПОСТРОЕНИЯ ОБЛАСТЕЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ
Задача построения областей работоспособности (ОР) связана с проектированием сложных технических систем и возникает на этапе параметрического синтеза. Под параметрическим синтезом понимается процедура выбора номинальных значений параметров с целью обеспечения заданного качества функционирования системы с учетом дрейфа значений параметров под воздействием факторов различной природы [1].
Решение задачи построения ОР в большинстве случаев связано с большими вычислительными затратами. Сократитьвремя вычислений прирешении этой задачисостоит в использовании технологии параллельных и распределенных вычислений, что требует современной аппаратной базы и специализированных программных решений [2].
1. Задача построения ОР
В рамках задачи построения ОР объектом исследования является модель проектируемой системы, связывающая вектор:
У = (Уі, У2, ■ ■■, Ут) , (1)
выражающий выходные характеристики, которые интересуют потребителя, с вектором параметров составляющих ее элементов:
X = (Хі, Х2, ■■■, x„) . (2)
Модель системы отражает зависимость вектора (1) от вектора (2)
У = У (X), "i = 1,2,:; т , (3)
которая обычно задается алгоритмически в виде численного решения системы дифференциальных уравнений или имитационной модели и реализует концепцию «черного ящика».
На выходные характеристики (1), как правило, налагаются определенные в техническом задании требования
Уліп < y(х) < Утък , (4)
которые называются условиями работоспособности (УР).
Ограничения (4) определяют в пространстве параметров элементов область
Dx = {X є R n І Утіп < У(х) < Углах} , (5)
которая называется областью работоспособности[1,2].
Мотивацией к построению области Dxявляется решение ряда задач проектирования, связанных с исследованием пространства значений параметров, в частности, осуществлением выбораих номиналов и назначениемдопусков. Проблема построения ОР, главным образом, состоит в возможности только поточечного исследования пространства параметрови его большая размерность [3].
Решение задачи построения ОР требует достаточно мощных вычислительных ресурсов. В качестве таких ресурсов может быть кластер из пользовательских компьютеров, объединенных сетью общего назначения, в том числе и сетью Интернет, специализированный высокопроизводительный вычислительный кластер, либо суперкомпьютер.В любом из указанных случаев установка и настройка программной системы для построения и анализа ОР потребует определенных усилий, при этом не исключены разного рода программные несоответствия и конфликты, различия операционных систем. Кроме этого, установленная система требует определенной доли ресурсов. Учитывая эти и другие негативные факторы развертывания сложных вычислительных программных систем, а также последние тенденции развития Интернет-технологий, предлагается решение в виде организации общего доступа из сети (локальной или глобальной) к системе построения ОР, развернутой на вычислительном кластере.
2. Облачная модель системы построения ОР
В течение последних пяти летотмечается повышенный интерес к концепции так называемой «облачной» модели организации доступа к информационно-вычислительным ресурсам. Наиболее распространенными типами таких ресурсов являются вычислительные и средства хранения данных. Услуги предоставления таких ресурсов обеспечиваются, как правило, сторонними организациями и могут иметь характер публичного доступа или закрытого корпоративного доступа. Несмотря на риски возможной утечки информации или иных сбоев, облачная концепция организации информационной инфраструктурыкомпании в некоторых случаях позволяет сократить расходы на содержание собственного оборудования и обслуживающего персонала[4].
В рамках реализации системы построения ОР облачная модель позволяет избежать трудностей при ее установке и настройке, а также обеспечит более удобное взаимодействие многих пользователей с этой системой в случае ее развертывания на высокопроизводительном многопроцессорном вычислительном оборудовании. Общий вид архитектуры облачной системы построения ОР проиллюстрирован на рис.1.
Рис.1. Общий вид облачной модели системы построения ОР
Основная идея организации общего доступа к системе построения ОР состоит в управлении параметрами задач, очередями задач и результатами выполнения задач посредством веб-сайта в рамках имеющихся пользовательских полномочий.
Согласно приведенной на рис. 1. схеме, основными доступными задачами для запуска с веб-сайта
являются:
Построение ОР Анализ ОР.
Построение ОР подразумевает решение задачи аппроксимации ОР дискретным множеством элементарных параллелепипедов на основе регулярной сетки [2] . В связи с этим, выбор этой задачи требует ввода следующих параметров:
Модель системы в виде (3). На данном этапе разработки предполагается выбор модели из имеющегося банка моделей или загрузку описания электрической цепи в формате SPICE.
Выходные параметры (1). Для модели из банка они жестко прописываются.
УР (4) для выходных параметров.
Варьируемые параметры элементов (2). На усмотрение пользователя некоторые параметры могут быть зафиксированы.
Допуски на варьируемые параметры. Для определения границ описанного параллелепипедавозможно выполнение специальной задачи на основе метода Монте-Карло при условии задания всех четырех предыдущих параметров [5] .
После выполнения задачи построения ОР пользователь на свое усмотрение может добавить ее в общий банк ОР, привязанных к соответствующим моделям. В противном случае данные ОР сохраняются в пользовательской учетной записи.
Задача анализа выполняется только для построенной ОР, которую можно выбрать из банка общедоступных ОР, либо из собственной учетной записи. Выбор ОР выполняется по следующим характеристикам:
Название и описание модели.
Выходные параметры и УР.
Варьируемые параметры, их допуски и количество шагов сетки.
Если пользователя не удовлетворяют какие-либо характеристики имеющихся в банке ОР, то он может построить ОР с нужными ему характеристиками.
Анализ ОР представлен следующими задачами:
Визуализация двух- или одномерных сечений ОР. Параметры задачи:
Свободные координаты для построения сечения.
Указание значений квантов фиксированных параметров.
Поиск вектора оптимальных значений параметров с использованием детерминированного критерия. Решение этой задачи выполняется по алгоритму построения вписанного в ОР куба, имеющего максимальный объем [2] .
Каждой запускаемой пользователем задаче присваивается уникальный номер с целью последующего мониторинга процесса выполнения и ограничения количества запускаемых задач.
Работа выполнена при частичной финансовой поддержке грантов ДВО РАН 12-ІІІ-В-03-023 и 12-I-ОЭММПУ-01 в рамках Программы фундаментальных исследований ОЭММПУ РАН № 14 «Анализ и оптимизация функционирования систем многоуровневого, интеллектуального и децентрализованного управления в условиях неопределенности».
ЛИТЕРАТУРА
1. Абрамов О.В. Параметрический синтез стохастических систем с учетом требований надежности. -М.: Наука. 1992, 176 с.
2. Назаров Д.А. Использование областей работоспособности для оптимального выбора номиналов параметров. Информатика и системы управления, 2011, №2(28),С. 59 - 69.
3. G. Stehr,"On the Performance Space Exploration of Analog Integrated Circuits". Ph.D. Thesis. - Verlag Dr. Hut, Munich, 2005.
4. N. Antonopoulos, L. Gillam, "Cloud Computing: Principles, Systems and Applications". -
Springer, 2010, 379 p.
5. КатуеваЯ.В., НазаровД.А.
Аппроксимацияипостроениеобластейработоспособностивзадачепараметрическогосинтеза.Международныйсимп озиум «Надежностьикачество». - Пенза: ПГУ. 2005, С. 130 - 134.
