Динамическая система - любой объект или процесс, в котором происходят однозначно определенные целенаправленные процессы изменения состояния, которые рассматриваются как изменение совокупных величин в данный момент времени, что сопровождается изменением параметров, состояний в течение определенного времени, для которых задан закон, описывающий изменение начального состояния с течением времени [3]. К сложным динамическим системам можно отнести технологические установки, линии, автоматизированные технические объекты, электростанции, термодинамические параметры, сети трубопроводов и т.д.
Компьютерное моделирование сложных динамических систем (ДС) в настоящее время является одним из наиболее эффективных инструментов прогнозирования и анализа в различных областях человеческой деятельности. Моделирование позволяет предвидеть последствия внесения изменений в систему и проводить оптимизацию ее параметров в соответствии с различными критериями, тем самым повышая эффективность принимаемых решений и снижая вероятность ошибок, что особенно важно в критических по безопасности технологиях, в частности, в химической промышленности. С ростом объема и сложности моделей систем, а также - с появлением специфических требований к самим моделей и процесса моделирования, повышаются требования к функциональным возможностям соответствующих сред моделирования.
Становление систем управления базами данных (СУБД) совпало по времени со значительными успехами в развитии технологий распределенных вычислений и параллельной обработки. В результате возникли подсистемы управления базами данных, в составе параллельных систем. Именно эти системы становятся доминирующими инструментами для создания приложений интенсивной обработки данных.
Благодаря интеграции рабочих станций в распределенную среду становится возможным более эффективное распределение функций в ней, когда прикладные программы выполняются на рабочих станциях, называемых серверами приложений, а базы данных обслуживаются выделенными компьютерами, называемыми серверами баз данных. Это служит источником развития таких распределенных архитектур, где в роли узлов выступают не просто компьютеры общего назначения, а специализированные серверы. В соответствии с вышесказанным является актуальной задача разработки новой архитектуры системы базы данных, которая в большей степени отвечала бы требованиям производительности, защищенности и доступности данных в сравнении с существующими архитектурами.
Целью данной магистерской работы является проектирование оптимальной подсистемы баз данных в распределенной параллельной моделирующей среде.
Для достижения этой цели необходимо выполнить следующие задачи:
В результате предполагается разработка приемлемой подсистемы баз данных по разработанным критериям и удобного интерфейса с другими подсистемами. Ожидается, что данная подсистема минимизирует затраты на обработку информации.
Научная новизна данной работы состоит в том, что в результате разработки будет получена оптимальная структура базы данных, соответствующая разработанным критериям.
Основную концепцию РПМС для сложных динамических систем было предложено в 1992 году в рамках научного сотрудничества факультета ВТИ (ныне КНТ) Донецкого национального технического университета (ДонНТУ) и Института параллельных и распределенных систем (IPVS) Штуттгартского университета (Германия). Эта концепция была более детализировано изложена в докладе на ASIM-симпозиуме в 1994 году [2] и была дальше развита в работах, таких научных деятелей, как Аноприенко А.Я., Фельдман Л.П., Святный В.А., Braunl T., Reuter A., Zeitz M. [1, 3] и других.
Данной проблематикой занимались также Молдованова О.В., Солонин А.М., Надеев Д.В.. В их работах раскрываются особенности паралельныных моделирующих сред.
Разработками в этом направлении также занимались магистры ДонНТУ: Шило А.В., Навоев А.С., Меренков А.В., Войтов А.В., Войтенко А.В., Степанов И.С., Скворцов П.В., Назаренко К.С., Зима К.М., Ронсаль Е.Е.
Меренков А.В. в своей магистерской работе определяет основную концепцию функциональности баз данных в составе РПМС и ее инфологическую структуру.
Шило А.В. в своей работе предлагает новый подход к структуризации данных в базе и использованию современных нереляционных СУБД.
В работе Ронсаль Е.Е. расмотрен методологический подход к распределенным данным.
Работы Войтова А.В., Войтенко А.В., Степанова И.С., Скворцова П.В., Назаренко К.С., Зимы К.М. посвящены последующему развитию концепции параллельной моделиющей среды.
При поиске разработок по данной теме на национальном уровне были найдены следующие авторы:
Томашевский В.Н., Жданова Е.Г., Жолдаков А.А., которые в рамках своего исследования рассматривают практические задачи компьютерного моделирования (в т.ч. СДС) и особенности имитационного моделирования.
На мировом уровне найдены следующие авторы:
Фельдман Л.П., Святный В.А., Реш М. (нем. M. Resch), Цайтц М. (нем. M.Zeitz), К. Дж. Дейт, Rajive Bagrodia, Richard Meyer, Mineo Takai, Yu-an Chen, Xiang Zeng, Jay Martin. Эти авторы выпустили ряд публикаций, касающихся непосредственно аспектов развития параллельного моделирования и распределенных моделирующих систем. Также в их работах описываются новые подходы к моделированию в рамках данной проблематики.
В контексте данной работы распределенная моделирующая среда (РМС) определяется как комплекс аппаратных, программных и информационных средств, состоящий, во-первых, из некоторого количества сосредоточенных локальных подсистем, во-вторых - из некоторого количества средств, обеспечивающих соединение и взаимодействие таких территориально разделенных модулей с целью обеспечения дружественной пользовательской поддержки всех этапов разработки, настройки и исследования моделей динамических систем любой сложности.
Концепция распределенного параллельного моделирующей среды (РПМС) для сложных динамических систем с сосредоточенными и распределенными параметрами предложена в 1992 г. в рамках научного сотрудничества факультета КНТ(ВТИ) ДонНТУ и института параллельных и распределенных систем (IPVS) Штутгартского университета (Германия). Согласно этим исследованиям РПМС был назван такую системную организацию совместного функционирования параллельных аппаратных ресурсов, системного и моделирующего программного обеспечения, которая поддерживает все этапы разработки, реализации и применения параллельных моделей СДС соответствии с требованиями.
РПМС разделяют на 10 основных подсистем:
В данной работе рассматривается подсистема баз данных. Эта подсистема является одной из важнейших в составе РПМС. Она должна содержать всю возможную информацию, которая связана с РПМС.
Разработки подсистем баз данных не являются новыми, поскольку уже существуют функционирующие проекты для проблемно-ориентированной среды моделирования [13]. В указанной работе эта подсистема рассматривается как сервисная. Она была реализована и протестирована, но комплексное исследование и описание не были проведены. Но этот опыт может быть полезным для дальнейшего исследования этого вопроса.
Декомпозиция РПМС. Анимация состоит из 11 кадров с задержкой в 80 мс между кадрами; количество циклов отображения ограничено 5-ю.
Предложенная концепция распределенной параллельной моделирующей среды как формы системной организации средств моделирования ДСЗП и ДСРП открывает положительные перспективы эффективного использования имеющихся современных параллельных вычислительных ресурсов и комплексного решения проблемы [4].
Важную роль в комплексном функционировании РПМС играет подсистема баз данных, так как она оперирует всеми данными системы, которые необходимо обрабатывать или анализировать. Таким образом, исследование и разработка этой подсистемы - это еще один шаг постоянного развития РПМС и систем моделирования вцелом.
Работа еще находится в стадии разработки, исследования будут продолжены, с их результатами можно будет ознакомиться в декабре 2012 года.