Научная статья на тему 'The newest grid-technology to solve the tasks of investigating mechatronic systems in automobile and highway higher school'

The newest grid-technology to solve the tasks of investigating mechatronic systems in automobile and highway higher school Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

CC BY
61
41
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
мехатроніка / автомобільний транспорт / дорожньо-будівельне виробництво / обчислювальний експеримент
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Problem formulation and complishing resource-intensive calculations through realization of distributed network of mixed computer systems in Automobile and Highway University for calculating experiments with mechatronic systems has been considered

Текст научной работы на тему «The newest grid-technology to solve the tasks of investigating mechatronic systems in automobile and highway higher school»

УДК 656.13

НОВ1ТНЯ ОМБ-ТЕХНОЛОГШ ДЛЯ ВИР1ШЕННЯ ЗАДАЧ ДОСЛ1ДЖЕННЯ МЕХАТРОННИХ СИСТЕМ У АВТОМОБ1ЛЬНО-ДОРОЖНЬОМУ ВНЗ

В.О. Алекс1ев, доцент, к.т.н., ХНАДУ

Анотаця. Розглянуто постановку задач1 виконання ресурсоемних обчислю-вань завдяки реал^зацИ розподыеног мереж1 р1знор1дних комп'ютерних систем в автомобыьно-дорожньому университет! для проведення обчислюваль-них експериментгв з мехатронними системами.

Ключов1 слова: мехатрошка, автомобыьний транспорт, дорожньо-буд1-вельне виробництво, обчислювальний експеримент.

Вступ

Сьогодш використання новГГШх шформацш-них та штелектуальних технологш у дорож-ньо-будiвельному виробництвi, удоскона-лення дорожшх машин та комплексне вирiшення питання розвитку автотранспорту нерозривно пов'язанi з мехатрошкою, ство-ренням нових комп'ютерних технологш та мереж.

Спочатку 2000-х роюв найбшьш привабли-вим е застосування GRID-систем. Вона за-безпечуе надiйний, стiйкий, незалежний вiд мюця та недорогий доступ до продуктивних комп'ютерних ресурсiв за аналогiею штки (GRID) - електромереж.

За короткий перюд часу ця технологiя набула широке впровадження у наукових та комер-цiйних проектах. Саме тлумачення GRID на-було бiльш широкого змюту, та передбачае надання обчислювальних ресурсiв за замов-ленням, де GRID-мережа будуеться на базi рiзнорiдних систем iз децентралiзованим управлiнням (завдяки цьому GRID-рiшення вiдрiзняються вiд кластерiв однотипних комп'ютерiв). Основа GRID - база вщкритих мережевих технологiй та протоколiв. Розгля-немо напрям нового дослщження, що спря-мовано на застосування таких GRID-систем для реал1зацл складних мехатронних проек-тiв на прикладi автомобiльно-дорожнього унiверситету та визначимо вимоги до його проведення, а саме у ХНАДУ.

Стан проблеми та аналiз публжацш

Зараз е багато реалiзацiй GRID-npoeKTÍB, на-приклад, системи EGEE (Enabling GRID-s for EsciencE) - втшення европейсько1' науково1 iнфраструктури. Така мережа надае можли-boctí виконувати обробку наукових даних, що практично неможливо здiйснити на одному комп'ютерь EGEE GRID- складаеться з бiльш нiж 20 000 процесорiв, якi доступнi цшодобово та порядка 5 Peta байт (5 million Giga байт) для збереження даних. G Амери-кансью комерцiйнi та вiдкритi розробки по-дiбних систем. Фахiвцi Росiï й Украши також приймають участь у GRID-проектах. Напри-клад, вiддiл космiчних iнформацiйних техно-логiй та систем 1нституту космiчних досл> джень НАНУ НКАУ координуе виконання спiльного мiжнародного гранту Украïнського науково технологiчного центру та Нащона-льноï академiï наук Украши «Розробка ефек-тивних GRID-технологш екологiчного мош-торингу на основi супутникових даних».

Слiд вiдмiтити, що на сьогодш недостатньо публшацш з ujeï тематики. Виконуючи дане дослщження, автор використав матерiали вiдповiдних Internet сайпв та особистий дос-вщ роботи зi створення мехатронних систем. У дослщженнях [1, 2, 3] розглянуто задачi створення на автотранспорт^ у дорожньо-будiвельному виробництвi сучасних дорож-нiх систем, що мають своeрiдний iнтелект та можуть бути прототипом штелектуальних мехатронних машин та комплекшв. ïх створення базувалося на досвiдi вирiшення проблем розробки Smart (думаючих) дорожнiх

машин та автомобшьних дор^ у далекому зарубiжжi [4, 5]. У робот [6] розглянуто до-свiд попереднього дослщження, що спрямо-вано на досягнення аналогiчного ефекту па-ралельних обчислювань у спецiальному процесорi. У звт [7] - досвiд постановки задач на створення мехатронних систем на транспорт i дорожнiй галузi. Загальш про-блеми застосування GRID у свт та на Укра-1Ш розглянутi у електронному виданнi [8].

Створення GRID-систем у ВНЗ автомобшьно-дорожнього профiлю

GRID-системи подiляють на три типу: обчи-слювальнi (розподш обчислювань мiж бага-тьма гетерогенними процесорними системами для ршення складних задач), збереження даних (накопичення даних у розподiленiй системi рiзнорiдних систем управлiння да-ними) та мережевi (розподiлення мережевих каналiв передачi даних). У бiльшостi GRID-систем присутш всi три складов^ Для транспортних додаткiв, що передбачено у якосп предмету цього дослщження, слiд видiлити обчислювальнi GRID, на базi яких можна виконувати як потужнi розрахунки, так i отримати продуктивну платформу для CAD/CAM додаткiв. Для освiтнiх додатюв та наукових дослiджень привабливими е GRID-системи збереження даних, яю надають доступ та стають своерiдним контейнером для накопичення результат експериментальних дослiджень можуть застосовуватися у дис-танцiйному навчаннi та шформацшних тех-нологiях в освiтi (e-Leaming).

G можливiсть на базi програмно-апаратних ресурсiв ХНАДУ здiйснити моделювання роботи GRID-системи та виконати досл> дження щодо можливостi реалiзацil на базi тако! системи рiшень задач автотранспортно! галузi. Комп'ютерна мережа ХНАДУ склада-еться з бiльш нiж 1 тис. комп'ютерiв рiзноl конфшураци. Обчислювальш ресурси ВНЗ розподiленi територiально: головний корпус, корпус факультету Мехатрошки транспортних засобiв, корпусiв Механiчного та Еко-номiчного факультетiв, а також гуртожитки. Вс територiально розподiленi комп'ютерш мережi об'еднано у вiртуальну окрему мережу (VPN) за допомогою комушкацшним ка-налiв рiзного типу: видшена ланка 2 Мбiт, радюканал по технологи WiFi, е точка доступу до волоконне оптично! мережi УРАН. Зараз ведуться роботи по прокладанню воло-

конне оптично! лши зв'язку мiж головним корпусом та корпусом факультетом Мехатрошки. Студенти, викладачi i науковi сшвро-бiтники отримують можливостi доступу до локальних ресурсiв та Internet. Таким чином, враховуючи рiзнорiдну архiтектуру

комп'ютерiв i мережевих iнтерфейсiв, що !х об'еднуе, визначена структура дозволяе екс-периментально впровадити GRID до практики рiзнорiдних обчислювань у ВНЗ.

У ХНАДУ на кафедрi Мехатрошки транспортних засобiв ведуться розробки мобшьних дослiдних лабораторiй для мошторингу стану дорожнього покриття, а також роботи по вдосконаленню систем диспетчерського управлшня громадським пасажирським транспортом. На прикладi вирiшення таких задач плануеться визначити можливост та методо-логiчнi аспекти застосування GRID-рiшень. Особливiстю вирiшення цих задач е викорис-тання телематичних технологiй, що повиннi iнтегруватися до GRID-системи.

Апаратною платформою само! GRID-мереж плануеться використати комп'ютернi класи, де проходять заняття по дисциплiнам факультету Мехатрошки транспортних засобiв. Таким чином буде поеднано технологи наукових дослщжень iз учбовим процесом. Передбачаеться використання ресурсiв комп'ютерного класу не в час «простою», а безпосередньо в процес занять.

Дослщження базуеться на гшотез^ що GRID-оргашзащя обчислювальних ресурсiв дозволить максимально використати наявш комп'ютернi ресурси оргашзаци, що впрова-джуе таку технолопю. Завдяки такому впро-вадженню ця органiзацiя (на прикладi ВНЗ) отримуе додатковi ресурси. Або у разi пов-но! вiддачi ресуршв комп'ютерних систем, що мають участь у GRID-проекп - ця оргаш-зацiя отримуе певний аналог супер-комп'ютеру для вирiшення складних задач. Це особливо актуально в умовах обмеження шформацшних ресурсiв ВНЗ.

Також слщ урахувати, що поряд з балансова-ним навантаженням навчальним процесом шформацшних ресурсiв ВНЗ науковi досл> дження потребують порiвняно стохастичний обсяг обчислень. На шх шдставах визначимо основнi вимоги до реалiзацi! GRID-проекту.

Основш вимоги до виконання GRID-дослщження

Дослщження, що пропонуеться, повинно на-дати рекомендацп про використання ycix на-явних комп'ютерних ресуршв оргашзаци, яка впроваджуе GRID-технологiю.

Слiд урахувати, що поряд з детермшованим навантаженням обчислювальних ресyрсiв задачами, якi вирiшyються у навчальному процесс наyковi дослiдження обумовлюють стохастичний характер навантаження.

Вiдповiднi наyковi рiшення повиннi вщпов> дати вимогам реалiзyемостi, керованостi, технологiчностi та стати теоретичними засадами застосування нових шформацшних, мережевих та iнтелектyальних технологш в оргашзаци обчислювальних процесiв ВНЗ.

При проведенш дослiдження бажано використання тшьки вiльного програмного забезпе-чення. Перевагу слiд надавати системам iз вiдкритим кодом, якi можуть далi дозволити !х полiпшити та адаптувати для визначено! сфери застосування у ВНЗ.

Висновки та рекомендацп щодо застосування результа^в

Втiлення GRTO-технологш надае можливостi оргашзаци обчислень, що були рашше дос-тyпнi тшьки для суперкомп'ютерних рiшень на базi розподшено! мережi рiзнотипних комп'ютерiв з порiвняно невеликою продук-тивнiстю. Це дозволить отримати науковим установам порiвняно дешевий аналог потуж-но! системи, надасть посилання для створен-ня ново! послуги обчислювальних ресyрсiв за замовленням (on demand computing).

Дослщження також надасть передумови для створення методичних матерiалiв щодо вт> лення GRID у навчальний процес як нов№ нього напряму у застосуванш сучасних шфо-рмацiйних технологiй на автотранспорт^ що покращить рiвень спещатспв та магiстрiв. Слiд вiдмiтити, що результати розробки бу-дуть привабливi для застосування бiльш нiж у 10-ти ВНЗ вщповщного профiлю в умовах Укра!ни.

Зиск вiд паралельного виршення поряд з по-рiвняно простимi навчальними завданнями складних задач ощнки стану транспортних систем буде рiвноцiнний приблизно 10% зб> льшенню вiдповiдного обчислювального ресурсу або витратам на придбання додаткових сyперкомп'ютерiв на 200 тис. грн. для ВНЗ з 1000 комп'ютерами мереж.

Л^ература

1. Алексiев В.О., Волков В.П., Калмиков В.1.

Мехатронiка транспортних засобiв та систем. - Харкiв: ХНАДУ, 2004. - 176 с.

2. Алексеев В.О. Интеллектуальный монито-

ринг дорожных машин // Вестник ХНАДУ. - Харьков: ХНАДУ. - 2004. -Вып. 27. - С. 201-203.

3. Але^ев В. О. Технолопя X-by-Wire та

мехатрошзащя транспортних засобiв // Автомобшьний транспорт - Харюв: ХНАДУ. -2006. - Вип. 32. - С.120-132.

4. Horowitz R. Automated Highway systems //

Transportation systems, IFAC Symposium, Chania, Greece, 1997. - P. 452-463.

5. Varaiya, Pravin. Smart cars on smart roads:

problems of control // IEEE Transactions on Automatic Control, 1993, AC-38 (2), рр.195-207.

6. Благодарный Н.П. Модель запаса рекон-

фигуропригодности матричных спецпроцессоров реального времени в условиях кластеризации отказов // Системы обработки информации. - 2000. - Вып. 4(10). - С. 104-106

7. 1нформацшний аналiз та синтез автомоб>

льних мехатронних систем / договiр №Ф8/337-2004 з МОН Укра!ни № держ-реестраци 0105U002175, 2005 р.

8. Петренко Анатолий. Grid как четвертый

этап развития информатизации // Киев, електронное издание: Зеркало недели (http://www.zn.ua/3000/3100/55982/) № 8 (637) 2007.

Рецензент: О.В. Бажинов, професор, д.т.н., ХНАДУ.

Стаття надшшла до редакци 10 липня 2007 р.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.