CC BY
58
УДК 681.324
РОЗВИТОК ГЕТЕРОГЕННИХ КОМП’ЮТЕРНИХ МЕРЕЖ У ВНЗ ТРАНСПОРТНОГО ПРОФІЛЮ
В.О. Алексієв, доцент, к.т.н., ст. наук.співроб., Є.П. Логачов, студент, ХНАДУ
Анотація. Розглядаються загальні проблеми розвитку гетерогенних комп ’ю-терних мереж за аналогією до існування живих біологічних популяцій.
Ключові слова: комп ’ютерні системи, мережеві технології, популяція.
Вступ
Історично склалося, що великі обчислювальні мережі будь-яких стабільно існуючих підприємств, організацій, ВНЗ різного профілю будувалися у міру фінансування та удосконалення технічних можливостей комп’ютерних ресурсів. Поступово такі мережі перетворювалися із порівняно простих обчислювальних комплексів на взаємно-пов’язані системи корпоративного рівня. Розглянемо вирішення проблеми теоретичного обґрунтування шляхів розвитку цих систем, що перш за все має велике значення для розвитку транспортної інфраструктури міст та регіонів. У Харківському національному автомобільно-дорожньому університеті виконувалися ці дослідження на замовлення МОН України науково-технічної роботи «Методологія застосування GRID-технологій для проведення наукових досліджень у транспортному ВНЗ» (фінансування за рахунок бюджетних коштів).
Мета та постановка задачі
Подальший розвиток існуючих обчислювальних комплексів великих розмірів (100 -1000 та більше комп’ютерів) залежить від логічного сполучення різних за своїми технічними характеристиками, особливостями застосування та терміном існування підсистем та ланок, складених із різних комп’ютерів та мережевих додатків. Розглянемо новий підхід до удосконалення таких гетерогенних систем, виходячи з аналогії до розвитку живих організмів та популяцій, використання новітніх тенденцій становлення
теорії і практики комп’ютингу, застосування синергетичного підходу до організації розподілених обчислень.
Розвиток гетерогенних комп’ютерних ресурсів не можна аналізувати та планувати без визначення чисельності комп’ютерів, одиниць мережевої апаратури, серверних додатків на близьке й подальше майбутнє. У цьому випадку прогнозування простежується аналогія удосконалювання складної технічної системи та динаміки біологічної популяції (співтовариство особин одного виду). Для відповідної інтерпретації задачі, що розглядається, використаємо спрощену відому модель динаміки такої популяції у термінах організаційно-технічної комп’ютерної системи.
Концептуальне обґрунтування
В основі вирішення визначеної проблеми маємо аналіз трьох процесів, які відповідають «природнім народжуваності, смерті та видовій конкуренції»: придбання нового обладнання; фізичне старіння; моральне старіння. Однак тільки визначення кількісних характеристик комп’ютерних ресурсів вирішує проблему їх розвитку лише частково.
Важливим є завдання ефективного сполучення апаратних та програмних складових системи, визначення топології відповідної мережі та особливості роботи програмного забезпечення, операційних систем, серверних додатків, концептуальних проблем сполучення програмно-апаратних засобів та логіки організації прикладних обчислювальних процесів [1, 2]. Завдання упорядкування та
узагальненого комп’ютерного простору ви- Прийнявши, а - в = k, k >0, у>0, At ^ 0,
значено у GRID технологіях [3] та у концеп- x(t0)= x0 отримаємо такі співвідношення
туальному обґрунтуванні їх застосувань [4].
Розглянемо у цьому сенсі постановку задачі на застосування синергетичного підходу на основі фундаментальних досліджень [5 - 7] з урахуванням самоорганізації такої складної системи, а не простого отримання додаткового ефекту від відповідного об’єднання гетерогенних комп’ютерних ресурсів.
В основу відповідного дослідження покладемо формалізацію цієї проблеми, згідно прикладу [8]. Покладемо у відповідність складності великої обчислювальної системи кількість одиниць комп’ютерного обладнання в момент часу t через x(t). У початковий момент відповідна кількість є відомою: X(t0) = x0. Припустимо, що придбання нового обладнання за проміжок часу від t до t+At пропорційне величині At і числу комп’ютерних одиниць обладнання в момент часу t, загалом число B(t, t+ At) відповідає кількості придбаного обладнання за проміжок часу (t, t+ At) таким чином, що B(t, t+A t) = =a x(t)-At, де a - коефіцієнт пропорційності. Фізичне старіння обладнання за проміжок часу від t до t+At також пропорційне величині At і кількості одиниць обладнання в момент t, тобто число M(t, t+ At) фізично застарілих одиниць за проміжок часу (t, t+At) дорівнює M(t, t+At) = Px(t)-At, де в - коефіцієнт пропорційності фізичного старіння.
Аналітичне моделювання
x(t + At) - x(t) At
= k ■ x(t) - yx2 (t);
— = kx -yx2(t); dt
dx
kx-yx
(1)
У результаті простих перетворень одержано такий результат
x(t) =
kx0e
k - Yxo(1 - e )
(2)
Таким чином, можна визначити складність обчислювальної системи х(0 у будь-який час у майбутньому з урахуванням умови, що відповідні коефіцієнти а, в, k, у мають не постійне значення, а є динамічними функціями на відповідному інтервалі часу. Відповідне ускладнення, збільшення масштабів та логічний розвиток комп’ютерної мережі є результатом логічного розвитку, синергетичної самоорганізації комп’ютерних ресурсів, що відповідає допущенному припущенню про аналогію та відповідність процесу гетерогенних комп’ютерних ресурсів динаміці біологічних популяцій.
Так, у табл. 1 приведено дані розвитку гетерогенних комп’ютерних ресурсів з 1996 по 2008 рік та надано розрахункові дані на роки з 2000 до 2010.
Припустимо, що моральне старіння веде до додаткового фізичного старіння та вилучення відповідних одиниць обладнання з мережі. Дати формалізований опис цьому процесу, з урахуванням вищезазначеної аналогії, можна безліччю способів. Наприклад, згідно запропонованої моделі динаміки популяцій приймемо, що моральне старіння та вилучення відповідних одиниць обладнання з мережі за проміжок часу від t до ґ+Аґ визначається формулою
М1(ґ, ґ+ Аґ) = у(х(0)2-Аґ,
де у - коефіцієнт пропорційності морального старіння. Для визначених у постановці задачі трьох процесів розвитку гетерогенних комп’ютерних ресурсів можна сформулювати: х(ґ + Аґ) = х(ґ) + ах(()-Аґ - Рх(()-Аґ - у(х(0)2-Аґ.
Обробка даних за співвідношенням (1) показала, що для розрахунку кількості комп’ютерів на будь-який рік необхідні дані за два (чотири, як за таблицею) попередні роки. Наприклад, якщо ми бажаємо виконати розрахунок кількості комп’ютерів на 2010 рік, необхідно взяти повні дані за 2006 рік та загальну кількість у 2008 році. Розрахунок кількості виконується за формулою (1). Попередньо ми отримали такі проміжні співвідношення
k = a - в;
a = -
в=—; x
у = -
^0
У
a
x
o
GRID t 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010
Кількість вузлів LAN (ПК) Хо 50 120 300 700 900 1050 1400 -
Списання в 10 25 30 40 50 50 50 -
Моральне старіння Y 4 10 60 110 110 140 160 -
Придбання нових а 70 150 440 270 250 400 - -
Помилка e - - -61 -280 -108 +30 -39 -
Прогноз x(t) - - 239 420 792 1080 1361 1880
2000
1800
1600
1400
1200
Б 1000
DQ
Л
5 800
л Е
і*:
600
400
200
Реальні дані
Прогноз
■Кількість вузлів LAN Прогноз
1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010
Роки, t
0
Рис. 1. Графік розвитку гетерогенних комп’ютерних систем
де а - це кількість придбання нових комп’ютерів; Ь - кількість списаних вузлів LAN; у - кількість вузлів LAN, які морально устаріли; х0 - загальна кількість вузлів LAN за поточний рік; хі - загальна кількість вузлів LAN за наступний рік; ґ - інтервал часу між наступним та поточним роками, у місяцях.
У наведених розрахунках було обрано діапазон змінної, що дорівнює 24 місяцям. Дані, як видно з табл. 1, аналізувалися з шагом 2 роки.
X - характеризує, у скільки разів кількість вузлів LAN у «розрахунковому» році більше,
ніж у поточному. Для переводу цього числа у кількість вузлів LAN (RES) необхідно помножити його на загальну кількість вузлів LAN за поточний рік, тобто
RES = X • x0, (4)
де RES - прогнозована кількість вузлів LAN.
Проведений статистичний кількісний аналіз обчислювальних мереж транспортних ВНЗ (на прикладі ХНАДУ) показав адекватність висловлених припущень розглянутої моделі, відповідності основному принципу синергетики - самоорганізації.
Будь-які комп’ютерні ресурси організацій та підприємств, що мають стабільні тенденції до розвитку, мають і тенденції до розвитку комп’ютерних ресурсів. У ролі їх обчислювального середовища, можливості координації використання таких гетерогенних розподілених ресурсів покладають на GRID-технології. Вони надають можливості застосування різноманітних ресурсів: обчислювальних, накопичення даних та комунікаційних. Розвиток топології обчислювальних мереж практично проходить три рівні: Intragrid (внутрішні Grid), Extragrid (зовнішні Grid, що об’єднують вже декілька організацій); Intergrid (глобальні системи, які об’єднують вже багато організацій, партнерів, кластерних рішень).
Звичайно таке об’єднання координується GRID -системою, а відповідна віртуальна мережа дозволяє технічно об’єднати розрізнені внутрішні GRID та кластери в єдиний інформаційний простір, що координується вже єдиною GRID-системою, яка надається користувачу як єдина віртуальна платформа.
Висновки
Розвиток гетерогенних комп’ютерних ресурсів передбачає принцип конкуренції, що забезпечує «виживання» найбільш ефективних зв’язків, згідно властивості самоорганізації. Можлива поява нового об’єднання комп’ютерів та інший розподіл завдань між окремими комп’ютерами. Особливо це важливо для вирішення проблем комп’ютерного забезпечення розвитку транспортної інфраструктури міст та регіонів. Саме комп’ютерні ресурси у транспортних системах мають гетерогенний характер та потребують застосування GRID-технологій.
Застосування GRID-технологій у таких існуючих комп’ютерних системах будь-якої об-
числювальної мережі потребує розвитку топології та засобів моніторингу серверних додатків для раціональної маршрутизації завдань. Результат - доступ споживачів до додаткових комп’ютерних ресурсів.
Література
1. Таненбаум. Э. Компьютерные сети. - 4-е
изд. - СПб.: Питер, 2003. - 992 с.
2. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные
сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. - 3-е изд. -СПб.: Питер, 2006. - 958 с.
3. Буров Є. Комп’ютерні мережі. - 2-е осно-
вне і доповн. вид. - Львів: Бак, 2003. -548 с.
4. Валецька Т.М. Комп’ютерні мережі. Апа-
ратні засоби. - К.: Центр навчальної літератури, 2002. - 208 с.
5. Таненбаум Э., ван Стеен. М. Распределен-
ные системы. Принципы и парадигмы. -СПб.: Питер, 2003. - 877 с.
6. Топорков В.В. Модели распределенных
вычислений. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. - 320 с.
7. IBM Corp. (2005) Introduction to Grid Com-
puting. SG24-6778-00. http:// bm.comredbooks
8. Алексієв В.О. Новітня GRID-технологія
для вирішення задач дослідження меха-ронних систем у автомобільно - дорожньому ВНЗ // Вестник ХНАДУ: Сб. научн. тр. - Харьков: ХНАДУ. - 2007. -Вып. 38. - С. 111 - 113.
9. Алексієв В.О. Застосування GRID-техно-
логії у транспортному ВНЗ: Навч-
метод. посібник. - Харків: ХНАДУ, 2008. - 208 с.
Рецензент: О.В. Бажинов, професор, д.т.н., ХНАДУ.
Стаття надійшла до редакції 2 грудня 2008 р.
