РАЗРАБОТКА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ОСНОВ СОЗДАНИЯ НАУЧНОЙ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИЙ GRID

15. РАЗРАБОТКА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ОСНОВ СОЗДАНИЯ НАУЧНОЙ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИЙ GRID

Реализованы новые версии контейнера сервисов IARnet2 на языках Java и C++. Создана информационная служба IARnet2 для регистрации и поиска алгоритмических сервисов и сформулирован «функциональный» подход к интеграции научных алгоритмических ресурсов. Проведено исследование применимости современных Web-технологий для организации удаленного доступа к алгоритмическим ресурсам в рамках Grid-систем второго поколения. Разработаны XML-форматы для хранения различной информации, связанной с процессом решения задач моделирования устойчивых конфигураций молекулярных кластеров, так называемых конформеров, в среде BNB-Grid. Форматы представлены в виде XML-схем. А также разработаны форматы для описания метода решения задачи и состояния процесса вычислений.

Разработано коммуникационное ядро системы BNB-Grid с использованием промежуточного программного обеспечения Ice. Продолжено численное исследование последовательных алгоритмов. В рамках разработанной математической модели последовательные алгоритмы заполнения сетей были проанализированы на сетях типа «связанные кластеры». Исследован дополнительный алгоритм заполнения сети – дуговой субоптимальный алгоритм.

Разработана математическая модель и проведен обширный численный эксперимент по «динамическому» заполнению телекоммуникационных сетей каналами связи, т.е. в режиме, когда каналы связи имеют конечное «время жизни». Получено новое знание о предельной пропускной способности телекоммуникационных сетей и об эффективных способах ее достижения.

Существенно расширена проблемно-ориентированная составляющая системы BNB Grid. Экспериментально подтверждена гипотеза об оценке радиуса сходимости ряда Тейлора решения системы обыкновенных дифференциальных уравнений с полиномиальной правой частью. Создана лабораторная Grid-система символьных вычислений на основе свободных мощностей настольных многопроцессорных систем, а также распределенная система для моделирования и визуализации фрактальных множеств. Разработаны принципы построения математических моделей неравновесных состояний для макросистем с самовоспроизведением и распределением ресурсов. (ИСА РАН)

Разработаны методы адаптивного синтеза нейронных сетей для представления баз знаний (БЗ) по распределенным обучающим базам данным (БД) GRID-среды, передаваемых с помощью IP-протоколов. Разработана мультиагентная клиент-серверная архитектура телекоммуникационных систем (ТКС) для передачи БЗ и распределенных БД, обеспечивающая высококачественное обслуживание пользователей научной GRID-среды РАН с использованием нейросетевых и мультиагентных технологий. (СПИИ РАН)

Разработано магниточувствительное микроструктурное волокно с качественно новыми характеристиками по сравнению с известными, чувствительными к магнитному полю световодами. Впервые проведено прямое наблюдение эффекта Фарадея в микроструктурном световоде. Выявлено эффективное накопление фарадеевского фазового сдвига по длине световода. А также установлена независимость магнитооптической чувствительности от радиуса изгиба световода.

Разработан новый подход к фундаментальной проблеме обеспечения информационной безопасности при сверхвысокоскоростном беспроводном доступе к инфраструктуре GRID. Разработана новая концепция и принципиальные научные основы защиты информации особой важности на физическом уровне радиоинтерфейса GRID с использованием ПАВ технологии. Для эффективной обработки графической информации предложен метод представления контурных изображений на основе кодирования углового расположения соседних пикселей в скользящем измерительном окне.

Разработана методика обработки графической информации, позволяющая отображать графические объекты на комплексную плоскость в виде векторов, однозначно определяемых формой изображения и решать задачи распознавания: идентификацию объекта и определение ориентации фигуры на плоскости в присутствии шумов различной природы. На примере общей медицинской информации о состоянии пациента – первичная форма № 027/у, анамнез и состояние систем организма реализован формат медицинских сообщений для практического применения в медицинских ОКГО-системах. (ИРЭ РАН)

Впервые осуществлено формирование я-контактов нанометрового размера, которые являются главным элементом кубитов в квантовом компьютере на основе высокотемпературных сверхпроводников. Рассмотрена возможность реализации квантового регистра на основе природного антиферромагнетика, помещенного в неоднородное магнитное поле. Предложена организация взаимодействия между удаленными кубитами в массивах квантовых точек с помощью резонансных лазерных импульсов. Также предложен метод и структура для реализации измерения состояния ансамблевых спиновых кубитов, размещенных в канале полевого транзистора. (ФТИ РАН)

Проанализирована возможность использования топологии графа Кауца в коммуникационных системах вычислительных комплексов с несколькими тысячами процессорных узлов. Предложена программная модель контроллера, позволяющая нескольким вычислительным ядрам эффективно взаимодействовать с коммуникационной системой в качестве единого узла сети. Изложена модель коммуникационной системы на основе графов Кауца и полное описание вычислительной системы, основанной на графе Кауца. Предложена архитектура и программная модель механизма распределения информации между вычислительными ядрами. Помимо этого детально проработана архитектура и программная модель контроллера DMA для SIMD-процессора обработки сигналов.

Разработан и реализован протокол удаленного вызова функций библиотеки обработки сигналов на спецпроцессоре. Реализован универсальный высокоуровневый прикладной интерфейс программирования спецпроцессора. Реализован эмулятор вычислительного узла на базе универсального процессора и спецпроцессора обработки сигналов. Кроме этого разработана методика и инструментальные программные средства для совместного использования универсальных процессоров и спецпроцессоров. (НИИСИ РАН)

Проведены исследования алгоритмов сбора и обработки данных в сенсорной сети и протоколов передачи информации в РСС. Разработана экспериментальная сенсорная сеть и исследована возможность применения РСС для мониторинга экологической обстановки региона. (ИПЛИТ РАН)

Проведен анализ концепции распределенного нейросервера, имеющего параллельную архитектуру, специализированную под структуру нейронной сети и основанную на объектно-ориентированном представлении формального нейрона. Рассмотрен подход к распараллеливанию нейросетевых архитектур и различных алгоритмов их обучения, положенный в основу параллельной версии программно-аппаратного комплекса Nimfa, и проведены расчеты по этой программе модельных и реальных нейросетевых задач на многопроцессорных рабочих станциях и в сети персональных ЭВМ. (ИСА РАН)

Разработан набор программных средств, который позволяет организовать высокоэффективную распределенную среду для исполнения WEB-приложений, в которой обеспечивается автоматическая балансировка нагрузки на вычислительных узлах, возможность подключения различных систем управления базами данных (СУБД) для приложений, работающих с базами данных, а также предоставляется пользовательский интерфейс для работы с приложениями.

Создан набор программных средств для параллельной обработки и эффективного хранения больших объемов данных в соответствии с идеологией активных хранилищ, когда обработка данных происходит на тех же узлах, где они хранятся. (ИПС РАН)

Разработана детализированная программная структура комплекса средств защиты (КСЗ) от несанкционированного доступа (НСД) для вычислительных систем, управляемых операционной системой реального времени. Определены состав программных модулей КСЗ и описание программных интерфейсов, потоков информационных и управляющих данных для комплекса средств защиты. Разработан программный интерфейс к системе криптографирования. (НИИСИ РАН)

Разработаны методы построения приложений реального времени под управлением операционной системой (ОС) Багет 2.0, позволяющие использовать известные алгоритмы для оценки производительности приложений. Определены функциональные характеристики сервисов ОС Багет 2.0, влияющие на возможности оценки производительности многопоточных программных приложений реального времени (многопоточных СРВ). (СПИИ РАН)

Разработана новая версия типового профиля безопасности распределенной среды открытой системы для научных исследований, актуализированная за счет введения новых 20 стандартов GRID. Показана необходимость обеспечения интероперабельности в GRID-системах c использованием многоуровневой модели интероперабельности. (ИРЭ РАН)

Разработана программная система для обработки и анализа вариаций в потоке сейсмических и акустических событий. Программный продукт предусматривает формирование и работу с каталогами двух типов: каталогом сейсмических событий и списком событий акустической эмиссии. Реализованные в программе алгоритмы обработки и анализа экспериментальных данных обеспечивают фильтрацию каталога, предоставление общей статистической информации по каталогу, набор расчетов с использованием различных статистических методов, сохранение и визуализацию выходных таблиц и графиков. (Научная станция РАН в г. Бишкек)

Предложен континуальный стохастический подход для расчета показателей качества функционирования живучих вычислительных систем (ВС) в переходном и стационарном режимах. Создан нетрудоемкий и адекватный математический аппарат для расчета этих показателей. Предложен подход на основе вероятностных процессов теории массового обслуживания к расчету показателей осуществимости решения задач. Получены формулы для оценки функции осуществимости решения задач в режимах мультипрограммирования (потока и набора) на распределенных вычислительных системах. Формулы позволяют провести анализ функционирования ВС в режиме обработки набора задач с учетом их дисперсии. (НИИСИ РАН)

Разработано программное обеспечение (ПО) «VxOware» (Виртуальная обсерватория), которое позволяет создавать WEB-приложения для хранения разнородных метаданных и создавать запросы к распределенным источникам данных в GRID-инфраструктуре. ПО является самостоятельной интеграционной средой для сбора, хранения метаданных и доступа к данным, на основе которой совместно с НОАА и НАСА США была создана Виртуальная обсерватория по радиационным поясам. На основе «VxOware» созданы хранилища метаданных в распределенных информационных системах СКИФ-GRID в России, Compre-hensive Large Array Stewardship System (CLASS) НОАА и Space Physics Interactive Data Resource (SPIDR) в США. (ИПС РАН)

Разработаны принципы формирования и алгоритмы функционирования научной распределенной информационно-вычислительной среды на основе технологий GRID для решения задач обработки изображений и компьютерной оптики, в частности, предложен новый подход к формированию распределенного изображения на основе декомпозиции в виде перекрывающихся фрагментов, использующий рекурсивное представление изображений и иерархические методы компрессии. Предложенный подход решает проблему сбалансированности загрузки компьютеров при последующей обработке и обеспечивает отказоустойчивость распределенного хранения фрагментов изображений. Разработанные методы и алгоритмы на его основе внедрены в ИСОИ РАН и Самарском государственном аэрокосмическом университете для решения задач компьютерной оптики и обработки крупноформатных изображений. (ИСОИ РАН)

Выполнен, не имеющий аналогов, комплекс работ по направлению «Электронная Земля». Главной целью проекта была разработка принципов и методов перехода на качественно новый уровень моделирования решений комплексных информационно-аналитических задач в области наук о Земле, а в конечном итоге, обоснование необходимых шагов на пути создания единого информационного поля для РАН и России в целом.

В процессе исследований cформированы новые интегральные информационные ресурсы, связанные с результатами исследования глубинного строения и геодинамики Земли, взаимодействия внутренних и внешних геосфер и их влиянием на окружающую среду, сейсмической безопасности, водных ресурсов и водообеспечения, минеральных ресурсов и полезных ископаемых, а также с мониторингом и прогнозом состояния криосферы и многими другими актуальными проблемами. (ВИНИТИ, ИФЗ РАН, ГЦ РАН, ГГМ РАН, ИНОЗ РАН, ИВП РАН, ИГ РАН)

Введен в эксплуатацию высокопроизводительный вычислительный кластер для решения сложных задач геофизики, сейсмотектоники и нейронного анализа больших массивов информации. Разработаны простые интерактивные методы использования ресурсов кластера в режиме онлайн в распределенной интеграль-ной среде «Электронная Земля». (ВИНИТИ, ГЦ РАН, ИФЗ РАН, ИСА РАН)

Разработаны новые аналитические методы, принципы и программно-технологические средства комплексного пространственно-временного научного анализа и прогноза. Все эти средства доступны через сеть Интернет для использования широкими кругами ученых и специалистов в области наук о Земле в повседневных исследованиях. (ИППИ РАН)

Создан один из крупнейших в мире суперкомпьютеров МВС100К (35 место в рейтинге TOP500), производительность которого составляет 95.04 триллионов операций в секунду. Суперкомпьютер составляет ядро распределенной многоуровневой системы поддержки суперкомпьютерных вычислений в России. Разработанная на основе GRID-технологий и стандартов специализированная система обеспечивает унифицированный доступ не только к суперкомпьютеру МВС100К, распределенному кластеру МВС15BM (расположен в шести городах страны) и суперкомпьютеру МВС6000IM, но и позволяет, используя возможности Московского узла европейской сети науки и образования GEANT, интегрировать академические суперкомпьютерные ресурсы в общеевропейскую инфраструктуру суперкомпьютерных центров.

Разработана модель хранения данных для высокопроизводительной системы МВС-100К общей емкостью 100 ТБайт и производительностью до 3.2 Гбайт /сек. Проведена опытная эксплуатация систем ввода-вывода и хранения информации вычислительных комплексов МВС-15000ВМ, МВС-6000IM, МВС-100К. Разработаны средства поддержки параллельных задач вычислительных GRID-систем. Опытная эксплуатация проводится на территориально распределенном вычислительном комплексе MBC-15000BMD. (МСЦ РАН)

Создан информационный ресурс – Общероссийский математический портал «Math-Net.Ru» (http://www.mathnet.ru). Math-Net.Ru – современная информацион-ная система, обеспечивающая доступ российского и международного математи-ческого сообщества к российским источникам интересующей их информации через всемирную сеть Интернет.

Ключевым компонентом портала стал раздел «Журналы», собравший ведущие российские математические журналы в единую систему. Информация о статье включает в себя библиографическое описание, аннотацию, список цитируемой литературы, а также pdf-файл с полным текстом статьи. Каждая публикация снабжается ссылками на основные международные реферативные базы данных (MathSciNet, Zentralblatt Math), а также на страницу англоязычной версии. Кроме того, имеется список цитирующих данную статью публикаций. Политика доступа к полным текстам статей определяется издателем.

Разработана система электронного документооборота для редакций и редколлегий журналов, включающая: подачу/получение статей через Интернет, взаимодействие сотрудников редакций с авторами, рецензентами и переводчиками, автоматизацию делопроизводства в редакциях. В настоящее время системой уже пользуются редакции шести журналов.

Большая часть информации представлена как на русском, так и на английском языке, Общероссийский математический портал вышел за рамки российской аудитории и стал частью международной научной информационной системы. (МИАН)