Оптимизация вычислительных систем с объединением межсетевых экранов в отказоустойчивые кластеры Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

тов (в формате STEP) используется метод экструзии, который заключается в формировании габаритных моделей в виде параллелепипедов по заданной высоте компонента.

Jmmw iMtwi'l^MHi* J»»«

Рисунок. Трехмерная модель печатного узла

Единая среда разработки в трехмерных ECAD позволяет открывать все документы, которые обычно связаны единым проектом, в одном приложении, за счет чего имеется постоянная связанность между ними. При работе в трехмерных ECAD нет конвертации, т.е. нет потери и искажения данных, в отличие от процесса формирования 3D-модели печатного узла в MCAD. Процесс формирования комплекта конструкторской документации недостаточно функционален [2].

Метод формирования 3D-модели печатного узла в MCAD применяется при 2D-моделировании плат в таких САПР, как P-CAD, OrCAD, Mentor Graphics, и при формировании 3D-модели печатного узла в MCAD, таких как Solid Works, Pro/Engineer, T-FLEX CAD, САТУРН. Методы формирования 3D-модели печатного узла, такие как метод замены двумерных электронных компонентов на трехмерные компоненты и метод экструзии, применяются при моделировании плат в таких САПР, как Cadstar-3D и KiCad, Altium Designer.

1. Bagayev D.V., Firuman A.K. Complex process engineering of projection of electronic devices by means of automized system SATURN // Proceedings of IEEE East-West Design & Test Workshop (EWDTW 06), 1519 September, 2006, Sochi (Russia). - Kharkov: Kharkov National University of Radioelectronics, 2006. -Р. 247- 251.

2. Сабунин А. Altium Designer. Новые решения в проектировании электронных устройств // Системы проектирования. - М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2009. - С. 198-201.

Кузнецова Ольга Валерьевна - Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, студентка, [email protected]

Романова Ева Борисовна - Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, кандидат технических наук, доцент, [email protected]

УДК 681.3

ОПТИМИЗАЦИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ С ОБЪЕДИНЕНИЕМ

МЕЖСЕТЕВЫХ ЭКРАНОВ В ОТКАЗОУСТОЙЧИВЫЕ КЛАСТЕРЫ В.А. Богатырев, М.В Попова, С.В. Богатырев, В.Ю. Кудрявцева, С.Б. Фокин

Рассмотрена оптимизация многоуровневой вычислительной системы при объединении межсетевых экранов в отказоустойчивые кластеры.

Ключевые слова: отказоустойчивость, кластер, межсетевой экран, оптимизация, сервер.

Центры хранения и обработки данных при их высокой производительности и отказоустойчивости должны обладать низкой стоимостью, что обусловливает необходимость их оптимизации.

В качестве объекта оптимизации выберем многоуровневые вычислительные системы, содержащие n кластерных групп серверов с разделением прав доступа, при объединении межсетевых экранов в отказоустойчивые кластеры, что позволяет существенно повысить надежность и производительность контура обеспечения безопасности и вычислительной системы в целом [1-3].

Для вычислительных систем с выделением n групп серверов, каждая из которых из соображений информационной безопасности доступна для определенного типа запросов (например, исходя из адреса источника запросов), рассмотрим два варианта объединения резервированных межсетевых экранов в кластеры:

A. межсетевые экраны объединяются в единый кластер для всех групп серверов;

B. межсетевые экраны объединяются в кластер для каждой группы серверов отдельно.

При оптимизации для вариантов А и В требуется найти кратность резервирования узлов, при котором достигается минимум среднего времени пребывания запросов при ограничении стоимости реализации системы С0. Для вариантов А и В средние времена пребывания запросов в системе и затраты на их реализацию равны

Ta =

Tb =

1 "Vo/«o 1 "Vl/nl

—Vo—+I bt

1 -VoM) ~o

-I b i=0

1 - bfKov2Mi 1 - b-XoV-M V, Vi

1 - biXoVJri 1 - biXoVi/Mi 1 - biXoVi/mi

С A = noco + n1c1 +I (c2Mi лсътг + Cc

i=o

n

CB = noco +1 (ric1 +c2M + c3mi + ca i=o

no(1 + П1) + IM- (П1 + m-)

i=o

no +I (nori + Mi (ri + mi)

i=o

где Уо,V!,\2 - среднее время обслуживания в коммутаторах уровня доступа, межсетевых экранах и внутренних коммутаторах серверных групп; V - среднее время выполнения запросов в серверах /-ой группы; Х0 - интенсивность потока запросов; Ь, - вероятность запроса к серверам /-ой группы, число коммутаторов в которой равно М, а число серверов т ; п0 - число коммутаторов уровня доступа; п -число межсетевых экранов в объединенном кластере для варианта А, а г, - их число в каждой кластерной группе экранов для варианта В. Стоимости сетевых адаптеров равны са , коммутаторов уровня доступа -с0, межсетевых экранов - С1 , коммутаторов внутри серверных групп - с2 , а стоимость сервера равна с3.

Приведем результаты оптимизации при п=4; Ь=(0,1; 0,1; 0,1; 0,7), v0=0,1; VI =0,9; v2=0,1 с; У0=У\=У2=3 с; с0=1, С1=3, с2=1, с3=6, са=0,01 у.е. и ограничении средств на построение системы С0=300 у.е. Оптимизация проведена в системе компьютерной математики МаШСАЭ-15, при этом установлено, что для варианта структуры А при Х0=3,7 1/с оптимальное число коммутаторов доступа п0=3, число межсетевых экранов п1=17, число серверов в четырех группах равно соответственно 4, 4, 4, 29, а М=1. При тех же условиях оптимальная конфигурация варианта В предполагает число сетевых экранов в кластерных группах соответственно равном 2, 2, 2, 5, при том же количестве остального оборудования. Оптимальная структура по варианту А обеспечивает среднее время пребывания запросов в системе Та =5,382 с, а по варианту В - ТЬ=5,743 с, т.е. объединение сетевых экранов по варианту А оказывается предпочтительней.

2 ..

1

^ 1'с

о

Рисунок. Среднее время пребывания в оптимальных вариантах структур: А (кривая 1) и В (кривая 2)

Зависимость среднего времени пребывания запросов в системе от интенсивности их поступления Xo для вариантов объединения экранов А и B, формируемых в результате оптимизации, представлена кривыми 1 и 2 на рисунке.

Таким образом, рассмотрена оптимизация многоуровневых вычислительных систем с объединением межсетевых экранов в отказоустойчивые кластеры. При потоке запросов с разделением доступа к различным группам серверов показана предпочтительность объединения всех межсетевых экранов в единый кластер (вариант А), причем эта эффективность возрастает с ростом загрузки системы. При низкой загрузке возможна предпочтительность варианта В, так как в этом случае затраты на сетевые адаптеры меньше.

1. Романов М. Отказоустойчивая безопасность // Storage News. - 2oo7. - № 2 (31). - С. 2o-24.

2. Богатырев В.А. Динамическое распределение запросов с управляемой функциональной доступностью // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2oo1. - № 6. - С. 35-39.

3. Богатырев В.А. К Распределению функциональных ресурсов в отказоустойчивых многомашинных вычислительных системах // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2oo1. - № 12. - С. 1-5.

V

V

V

o

1

2

V

1

Богатырев Владимир Анатольевич - Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, доктор технических наук, профессор, [email protected] Попова Марина Викторовна - Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, студент, [email protected] Богатырев Станислав Владимирович - EMC2, ст. инженер, [email protected]

Кудрявцева Вероника Юрьевна Викторовна - Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, студент, [email protected]

Фокин Андрей Борисович - Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, аспирант, [email protected]

УДК 62-83:501.1

БЕСКОНТАКТНАЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ ВРАЩАЮЩИХСЯ МАШИН А.Е. Сеферян, А.Ю. Топчий, А.В. Нестеров

Предложен метод параметрической идентификации математической модели ротора двигателя бесконтактным способом, основанный на акустических измерениях. Экспериментально показано, что точность предложенного метода является приемлемой для инженерной практики.

Ключевые слова: идентификация, MATLAB, шум, выбег ротора двигателя, момент инерции, постоянная времени.

В современной технике известны три способа определения момента инерции ротора двигателя: метод маятниковых колебаний раскачивания ротора двигателя; метод падающего груза; метод свободного выбега с записью осциллограммы скорости при самоторможении. Названые методы сложны в подготовке и проведении измерений [1]. Авторами предложен усовершенствованный метод свободного выбега, в основе которого лежит запись и последующая обработка звука выбегающего ротора. Метод реализован на программно-аппаратном комплексе, состоящем из персонального компьютера (ПК) го звуковой картой и динамического микрофона. Математическая обработка сигналов проведена с использованием пакета MATLAB с пакетами расширения Control System Toolbox, Signal Processing Toolbox и Statistics Toolbox.

Свободный выбег двигателя в соответствии с [2] можно описать дифференциальным уравнением

0 = k ■ w + jdw, где k - коэффициент сопротивления вращению; j - момент инерции ротора. Этому dt

K j

уравнению соответствует передаточная функция W (s) =-, где T =--постоянная времени; s -

Ts +1 к

оператор Лапласа; K = — - статический коэффициент передачи.

к

Определение этих параметров проводилось экспериментально на стенде, состоящем из двигателя постоянного тока с контрольным тахогенератором и динамического микрофона. Выходной сигнал тахо-генератора через делитель напряжения подавался на первый канал звуковой карты, выходной сигнал микрофона - на второй канал звуковой карты [3]. Одновременно фиксировались угловая скорость и амплитуда звука (громкость). Найденная таким образом зависимость между угловой скоростью и амплитудой звука при выбеге ротора двигателя позволяет определить постоянную времени по звуку выбегающего ротора. При выбеге двигателя сигнал со звуковой карты записывался командой WAVRECORD [4]. На рис. 1 представлены полученные сигналы.

ТЗ 2 15 3

а б

Рис. 1. Сигналы со звуковой карты: выход первого канала (а); выход второго канала (б)

В результате регрессионного анализа установлено, что огибающая временной зависимости сигнала с тахогенератора является экспоненциальной (рис. 2) и описывается уравнением V = к ■ ехр / Т).

Огибающая временной зависимости сигнала микрофона - линейная (рис. 3), описывается уравнением А = -Ъ ■ t + а , где А - звуковое давление (дБ); Ъ - коэффициент изменения звукового давления с течением времени; а - начальное звуковое давление. Адекватность регрессионных моделей проверена по критерию Фишера.