Факультет компьютерных наук и технологий
Специальность: Системное программирование
Актуальность
Наука и технологии не стоят на месте - они стремительно развиваются во всех областях человеческой деятельности. При этом почти любая разработка или исследование нуждаются в экспериментальном подтверждении своих результатов. Часто технически невозможно или не целесообразно проводить эксперименты. В этом случае необходимо построение модели и моделирование в определенной среде.
Многие области науки и техники достигли уже такого уровня развития, что обычные однопоточные моделирующие среды не могут справиться с временными или детализирующими требованиями моделирования. Таким образом - необходимо внедрение новых методов моделирования и построения моделирующих сред. Одной из систем, которая выполняет большинство технологических запросов, является - распределенная параллельная моделирующая среда (РПМС).
Одним из важных моментов при проведении численных экспериментов является визуализация полученных данных и взаимодействие с пользователем. Когда промежуточных результатов мало, например важно отобразить лишь факт окончания очередной итерации. Однако зачастую возникает необходимость визуализировать промежуточные результаты, полученные по окончании каждой отдельной итерации. Иногда полученная картинка может повлиять на решение о целесообразности дальнейшего счета. К примеру, если увиденная динамика процесса далека от ожидаемой, то это может свидетельствовать о возможных ошибках в численном алгоритме или неверных начальных и граничных условиях задачи.
Цели и задачи
Целью работы является разработка моделирующего программного обеспечения, которое реализует функции клиентского интерфейса подсистемы визуализации РПМС, которое позволит улучшить дружественность РПМС к пользователям и разработчикам моделей и расширить сферу применения средств параллельного моделирования в разных предметных областях.
Новыми задачами этой проблемы являются рассмотрение РПМС как объекта диалога пользователя и разработчика моделей (эксперта предметной области) с многоплановыми ресурсами среды, а также визуализация промежуточных и конечных результатов вычислений. Теоретическое обоснование и разработка средств эффективной поддержки этого диалога на всех этапах построения разноплановых моделей и визуализации результатов моделирования динамических систем.
Основные задачи, которые подлежат решению:
Предполагаемая научная новизна
Будут разработаны новые подходы к распараллеливанию, развита методика построения сложных динамических систем в рамках функций подсистемы, экспериментально подтверждена целесообразность декомпозиции РПМС на подсистемы и работоспособность моделирующего программного обеспечения.
Планируемые практические результаты
Планируется построение экспериментального образца системы, а также использование моделирующего программного обеспечения подсистемы в учебном процессе и в составе действующей РПМС.
Распределенная параллельная моделирующая среда (РПМС) является дружелюбной к пользователю моделирующей системной организацией параллельных аппаратных средств, архитектурно-зависимого программного обеспечения, в частности, специально разработанного моделирующего программного обеспечения, состоящего из моделирующих и системных подсистем, которая поддерживает все этапы параллельного моделирования сложных динамических систем с сосредоточенными (СДССП) и распределенными (СДСРП) параметрами с наиболее полным учетом современных требований.
Исходя из определения, РПМС состоит из специализированных подсистем, которые отвечают за определенные функции, реализующие все этапы параллельного моделирования. Подсистемы РПМС:
Такое разложение было предложено исходя из функций и требований к распределенной параллельной моделирующей среде, предъявляемых современными условиями моделирования различны процессов, а также целевой архитектурой.
Подсистема визуализации РПМС отвечает за все действия, связанные с отображением для пользователя необходимой ему информации. Отсюда следует, что основными функциями подсистемы являются:
Среди современных информационных технологий (ИТ) доминирует Интернет. Глобальный доступ, независимость от платформ, минимизация технического обслуживания, возможность повторного использования и функциональная совместимость - вот его основные аспекты и требования.
Интеграция веб-технологий и технологий моделирования обеспечивает новую методологию для решения проблем построения моделей с радикально сниженным объемом работ. Такой способ моделирования называется веб-базированным моделированием, которое представляет собой совмещение методологий компьютерного моделирования и приложений во "Всемирной Паутине" (World-Wide Web, WWW).
Пользователю необходимо установить клиентское приложение, которое будет соединятся с веб-сервером, который является точкой входа на супер-ЭВМ. Затем веб-сервер, получив заявку от пользователя, обработает ее на кластере и передаст необходимые данные клиентскому компьютеру, на котором собственно и будет производиться визуализация полученных данных. Данные могут меняться непрерывно с задержкой только на выполнение модели и на время передачи данных по Интернет. Обобщенная схема представлена на рис. 1.
Рисунок 1 - Удаленное моделирование и передача данных (Анимация: размер - 131 Кб, кол. кадров - 5, задержка между кадрами - 0,9 с)
Из функций видно, что подсистема визуализации тесно взаимодействует с подсистемой ИT-поддержки. Но на самом деле посредством ИT-поддержки подсистема визуализации взаимодействует практически со всеми подсистемами РПМС. Взаимодействие подсистемы визуализации с другими подсистемами изображено на рис. 2.
Рисунок 2 - Взаимодействие с другими подсистемами
В современном мире к перспективным аппаратно-программным средствам и языкам моделирования предъявляются следующие требования:
Анализ этих требований позволяет заключить, что имеется необходимость в разработке проблемно-ориентированной параллельной моделирующей среды (ПОПМС). Проблемная ориентация среды должна заключаться в дружественном для пользователя описании объекта моделирования и задач, которые решаются, в специфическом представлении результатов моделирования, а также в общем составлении интерфейса пользователя. Будучи новой формой системной организации работы параллельных вычислительных ресурсов, ПОПМС является актуальным объектом исследований и разработок в современном моделировании.
Исследования по теме "Распределенной параллельной моделирующей среды" в ДонНТУ ведутся давно и благодаря этому были достигнуты хорошие результаты. В данном направлении занимались многие преподаватели, магистры, аспиранты и студенты. В числе вышеперечисленных такие преподаватели как Фельдман Л.П., Святный В.А., Аноприенко А.Я., Молдованова О.В., Солонин А.М., Надеев Д.В., Бондарева Е.С., Гусева А.Б., а также магистры Степанов И.С., Стародубцев Д.Н., Меренков А.В., Дудин Т.С., Войтенко А.В., Войтов А.В. и другие.
Благодаря диссертациям, магистерским и статьям, написанным этими людьми, были получены новые решения актуальных проблем в области параллельного моделирования.
В Украине данная тема не нова, этим направлением занимаются такие университеты как Донецкий национальный технический университет, Киевский политехнический институт и другие. В частности такие авторы как Томашевский В.Н., Жданова Е.Г., Жолдаков А.А., которые в своих работах рассматривают практические задачи компьютерного моделирования (в т.ч. СДС).
Тема параллельного моделирования очень актуальна сейчас в мире, так как все больше и больше исследований и экспериментов невозможно без предварительного моделирования и вообще без него. Ведущими странами по развитию параллельного моделирования и разработке моделирующих систем являются Соединенные Штаты Америки, Великобритания, Германия и Украина. Также в последнее время этому вопросу стали больше уделять внимание и остальные развитые страны.
В работе был проведен комплексный анализ функциональности подсистемы визуализации (ПВ) распределенной параллельной моделирующей среды. В качестве теоретической части, предложена структура ПВ РПМС, обеспечивающая системную организацию средств моделирования РПМС и их взаимодействие при выполнении всех этапов построения и исследования моделей ДС, а также при наблюдении и управлении реальными объектами. Разработана общая концепция и наборы основных функций ПВ.
Предложенная концепция подсистемы визуализации распределенной параллельной моделирующей среды как формы системной организации средств моделирования ДССП и ДСРП открывает позитивные перспективы эффективного использования имеющихся современных параллельных вычислительных ресурсов и комплексного решения проблемы.
Подсистема визуализации играет немаловажную роль в комплексном функционировании РПМС, так как она реализует диалог с пользователем и отображает данные, которые необходимо обрабатывать, или анализировать. Таким образом, исследование и разработка этой подсистемы - это еще один шаг постоянного развития РПМС и систем моделирования в целом.
При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: декабрь 2011 г. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.