Автоматизированная система интеграции открытых виртуальных лабораторных комплексов

И.Н. Ефимов, С.Ж. Козлова, С.А. Жукова, Н.А. Парамонова
Чайковский технологический институт (филиал) Ижевского государственного технического университета,
г. Чайковский


Открытый виртуальный лабораторный комплекс (ОВЛК) представляет собой систему интеллектуальных, организационных и вычислительных ресурсов, построенную в соответствии с принципами технологии открытых систем, и предназначенную для проведения исследований в области образования, науки и бизнеса.

Анализ подходов к построению модели ОВЛК [1,2] позволил выделить следующие классы информационных процессов: постановка задачи, подготовка к формализации, формализация, построения алгоритма, разработка динамической модели или решение задачи с применением программно-аппаратного комплекса, проведение эксперимента с виртуальной моделью объекта, анализ полученных результатов и поиск знаний (таблица 1).

Таблица 1.

Основные классы информационных процессов.

Информационный

процесс

Результат

1

постановка задачи

проблемы в сферах науки, образования и бизнеса в вербальной постановке.

2

подготовка к формализации

данные о природе объекта, законы его функционирования, фундаментальные и прикладные разделы науки

3

формализация

математическая модель объекта исследования

4

построение алгоритма

алгоритмы

5

решение задач с применением ПАК

компьютерная модель с применением языковых средств

6

проведение эксперимента

эксперимент с объектом или моделью объекта

7

анализ и поиск знаний

базы знаний, новые знания

Для поддержки информационных процессов требуется определенный набор информационных, организационных и вычислительных ресурсов [3].

Рис. 1. Схема структуры информационного пространства

В составе информационного ресурса ОВЛК выделим ресурсы, поддерживающие процессы интеллектуальной деятельности исследователя. Введем понятие интеллектуального ресурса ОВЛК, под которым и понимаем модели исследуемых объектов, методы, алгоритмы и результаты исследования.

Организационные ресурсы объединяют правила и методы доступа к информационным и вычислительным ресурсам, регламентированными конкретным предприятием, организацией, учреждением.

Вычислительные лабораторные ресурсы или ресурсы обработки данных объединяют программно-аппаратные ресурсы, обеспечивающие функционирование ОВЛК.

Интеграция виртуальных лабораторных комплексов для проведения дистанционных экспериментов с компьютерными моделями и управление ими осуществляется с помощью автоматизированной системы (АС). Автоматизированная система ОВЛК представляет собой совокупность средств, методов и пользователей для хранения, обработки и представления информации.

Система имеет архитектуру распределенных объектов и предназначена для настройки виртуальных лабораторных комплексов с целью их включения в информационное пространство: накопление, хранение, обработка и защита сведений, тестирование свойств открытости, настройка интерфейса взаимодействия с пользователем, обеспечение доступа к сервисам лабораторных комплексов [4].

Для достижения этой цели на основании характеристик модели ОВЛК необходимо задать состав технических устройств, описать информационное и программное обеспечение, определить структуру и организацию вычислительной сети и системы в целом.

Автоматизированная система интеграции открытых виртуальных лабораторных комплексов, как сложная информационная система, должна удовлетворять следующим требованиям:

- расширяемость параметров модели: увеличение объемов обрабатываемых данных, увеличение числа пользователей, расширение спектра решаемых задач, изменение характера решаемых задач;

- качество программной среды: надежность хранения данных, точность передаваемых данных, защита данных при сбое программного обеспечения, остановках и конфликтных ситуациях;

- надежность работы аппаратного обеспечения: надежность передачи и обработки данных, защита данных при сбое аппаратуры, остановке и отказах аппаратуры;

- высокая пропускная способность системы: увеличение доли выполненных экспериментов за промежуток времени, доли выполненных экспериментов за промежуток времени с учетом значимости эксперимента, уменьшение среднего времени ожидания пользователя, среднего время обработки эксперимента, оптимизация загрузки вычислительной сети;

- способность к взаимодействию с другими системами: поддержка процессов загрузки/выгрузки в системы моделирования, загрузки/выгрузки в открытый формат структурированных данных, включения/выключения новых узлов вычислительной сети.

АС ОВЛК включает возможности, отображенные в виде функций и декомпозированные в следующие подсистемы:

подсистема управления открытыми виртуальными лабораторными комплексами предназначена для выполнения функций, связанных с управлением открытым виртуальным лабораторным комплексом: регистрация ВЛ и прочих ЛР, поиск, тестирование, подключение к ИП, предоставление доступа к ЛР пользователей.

подсистема обмена информацией предназначена для обмена данными между участниками ОВЛК и публикации отчётностей.

подсистема управления экспериментами предназначена для управления экспериментами, формирование ВЛК по запросу пользователя, формирование данных для экспериментов и его выполнение, сохранение экспериментов, поиск знаний.

подсистема администрирования контента служит для обеспечения доступа к ресурсам ОВЛК, публикации информации о лабораторных ресурсах в области науки. Включает набор функций по наполнению, обслуживанию и публикации информационного портала.

подсистема хранения данных предназначена для сбора, систематизации и хранения данных о ВЛК и экспериментах.

На рисунке 2 представлено концептуальное представление АС ОВЛК.


Рис. 2. Концептуальное представление АС ОВЛК

На рисунке 3 показана модель размещения, которая представляет собой распределение компонентов системы между вычислительными узлами:

сервер приложений – ядро АС ОВЛК, программно-аппаратный комплекс, на котором размещены основные подсистемы. Сервер приложений управляет процессами выполнения необходимых расчётов для проведения исследований, вычислительными ресурсами, а так же обрабатывает заявки клиента.

веб-порталсервер, на котором установлено Web-приложение, обеспечивающее взаимодействие пользователя и АС ОВЛК, принимает запросы пользователя и возвращает результаты обработки запросов, на данном сервере размещена подсистема управления контентом.

вычислительный сервер – предназначен для выполнения расчётов, задание на проведение которых выдает сервер приложений.

информационное хранилище – сервер, предназначенный для хранения ресурсов ОВЛК (информационных, организационных)

интернет-шлюз – сервер доступа к Интернет

рабочее место – компьютер, инициирующий запросы на проведение экспериментов и получения результатов эксперимента.

Основные требования реализованы в архитектурных решениях автоматизированной системы управления открытыми виртуальными лабораторными комплексами [4].

Рис. 3. Модель размещения компонентов АС ОВЛК

Работа проведена в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 по теме «Разработка модели автоматизированной системы интеграции открытых виртуальных лабораторных комплексов» государственного контракта номер 02.740.11. 0658 от 29.03.2010.

Список литературы

1. Ефимов И.Н., Жевнерчук Д.В., Козлова С.Ж., Николаев А.В., Открытые виртуальные исследовательские пространства. Технология построения.- Нижний Новгород: Изд-во Нижегородского государственного университета имени Н.И.Лобачевского, 2008. – с.203.

2. Ефимов И.Н., Морозов Е.А. Каноническое интегрирование динамических систем. – Екатеринбург-Ижевск: Изд-во Института экономики УРО РАН, 2006. – с.199.

3. Разработка модели автоматизированной системы интеграции открытых виртуальных лабораторных комплексов. Этап 1: «Анализ и исследование» (промежуточный)» / Отчет о научно-исследовательской работе (промежуточный)/ Ижевский государственный технический университет; рук. И.Н.Ефимов. – Ижевск, 2010. – 199 с. – ГР № 01201001075.

4. Разработка модели автоматизированной системы интеграции открытых виртуальных лабораторных комплексов. Этап 2: «Построение концепции автоматизированной системы открытых виртуальных лабораторных комплексов» (промежуточный)» / Отчет о научно-исследовательской работе (промежуточный)/ Ижевский государственный технический университет; рук. И.Н.Ефимов. – Ижевск, 2010. – 207 с. – ГР № 01201001075. 


Назад к списку