CC BY
40
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.
