автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.11, диссертация на тему:Сервисно ориентированный подход к использованию систем инженерного проектирования и анализа в распределенных вычислительных средах

На правах рукописи

РАДЧЕНКО Глеб Игоревич

/м-

Ю

СЕРВИСНО ОРИЕНТИРОВАННЫЙ ПОДХОД К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ СИСТЕМ ИНЖЕНЕРНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ И АНАЛИЗА В РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СРЕДАХ

05.13.11 - математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей

АВТОРЕФЕРАТ

ии^47Э12В

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва-2009

003479126

Работа выполнена на кафедре системного программирования Южно-Уральского государственного университета.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор

СОКОЛИНСКИЙ Леонид Борисович.

Официальные оппоненты: член-корр. РАН, доктор технических наук,

профессор РЯБОВ Геннадий Георгиевич;

Защита состоится 23 октября 2009 года в 16 часов на заседании диссертационного совета Д 501.002.09 при Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119992, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 4, НИВЦ МГУ, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИВЦ МГУ.

Автореферат разослан 16 сентября 2009 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета Суворов В.В.

доктор физико-математических наук, профессор АФАНАСЬЕВ Александр Петрович.

Ведущая организация: Санкт-Петербургский

государственный университет информационных технологий, механики и оптики.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Системы компьютерного проектирования (CAE -Computer Aided Engineering), ориентированные на разработку сложных технологических процессов, конструкций, и материалов, являются сегодня одним из ключевых факторов обеспечения конкурентоспособности любого высокотехнологического производства. Использование таких систем дает возможность проводить виртуальные эксперименты, которые в реальности выполнить затруднительно или невозможно. Это позволяет значительно повысить точность анализа вариантов проектных решений и в десятки раз сократить путь от генерации идеи до ее воплощения в реальном промышленном производстве.

Точность результатов компьютерного моделирования во многом зависит от степени детализации сеток, используемых для проведения вычислительных экспериментов. На сегодняшний день, постоянно возрастает вычислительная сложность задач инженерного проектирования, и требуются значительные вычислительные ресурсы для выполнения инженерного моделирования. Решение этой проблемы заключается в использовании многопроцессорных систем.

Процесс решения задач инженерного проектирования с использованием суперкомпьютерных ресурсов для рядового пользователя сопряжен с определенными трудностями. С одной стороны, от него требуется наличие специфических знаний, умений и навыков в области высокопроизводительных вычислений. С другой стороны, для решения задач инженерного проектирования пользователю требуется изучить интерфейс и особенности работы всех программных компонентов, входящих в технологический цикл решения задачи. Все эти факторы затрудняют широкое внедрение систем компьютерного инженерного проектирования в практику НИОКР.

Рациональной альтернативой созданию собственного суперкомпьютерного центра является аренда вычислительных и программных ресурсов в режиме удаленного доступа у центров коллективного пользования, функционирующих при крупных университетах, академических институтах и других организациях. Однако при этом возникает целый комплекс проблем, связанных с обеспечением безопасности вычислительных систем и данных. Указанный комплекс проблем можно решить посредством применения концепции грид вычислений (Grid Computing) и родственной ей концепции облачных вычислений (Cloud Computing) в соответствие с которыми, пользователю предоставляется конечный проблемно-ориентированный сервис, обеспечивающий решение задач на базе ресурсов распределенных вычислительных систем. В соответствии с этим актуальной является задача разработки сервисно ориентированных методов использования систем инженерного проектирования и анализа в распределенных вычислительных средах. В настоящее время эффективные комплексные решения в этой области отсутствуют. г^

■j ' riJ

J '/Л

W

Цель и задачи исследования. Цель данной работы: на основе концепции облачных вычислений разработать методы и алгоритмы, обеспечивающие автоматизированную генерацию проблемно-ориентированных грид-сервисов, позволяющих использовать программные системы для инженерного проектирования и анализа в распределенных вычислительных средах. Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:

1) разработать модель проблемно-ориентированного сервиса для решения задач инженерного проектирования и анализа в грид в виде РаВИС (Распределенного Виртуального Испытательного Стенда);

2) разработать архитектуру и принципы структурной организации РаВИС;

3) разработать методы и алгоритмы автоматизированного построения РаВИС и реализовать их в виде программной системы САЕВеат, обеспечивающей создание и использование РаВИС;

4) провести испытания системы САЕВеат путем создания и внедрения РаВИС на промышленном предприятии.

Методы исследования. В исследованиях, проводимых в диссертационной работе, используются методы объектно-ориентированного программирования. Для проектирования систем и алгоритмов применяется аппарат

имь.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1) предложен комплексный подход к интеграции ресурсов современных систем инженерного проектирования и анализа в распределенные вычислительные среды, обеспечивающий высокую степень автоматизации разработки и исполнения распределенных виртуальных испытательных стендов на базе концепции облачных вычислений;

2) разработана модель проблемно-ориентированного сервиса для решения задач инженерного проектирования и анализа;

3) предложена концепция распределенного виртуального испытательного стенда, обеспечивающая прозрачность предоставления конечному пользователю ресурсов инженерных систем на базе распределенных вычислительных сред;

4) разработана программная система САЕВеат для автоматизированного создания и исполнения распределенных виртуальных испытательных стендов.

Теоретическая ценность работы состоит в том, что в ней предложена концептуальная модель распределенного виртуального испытательного стенда, и на ее основе предложен комплекс методов и алгоритмов для представления ресурсов систем инженерного проектирования и анализа в виде грид-сервисов. Практическая ценность работы заключается в том, что программный комплекс САЕВеаш, представленный в данной работе, может быть использован для автоматизированного создания и исполнения распределенных виртуальных испытательных стендов, обеспечивающих решение различных классов задач инженерного моделирования посредством вычислительных ресурсов, предоставляемых вычислительными грид-сетями.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы, разработанные модели, методы, алгоритмы и результаты вычислительных экспериментов докладывались автором на следующих международных и всероссийских научных конференциях:

- на VI Всероссийской межвузовской конференции молодых ученых (14 -17 апреля 2009г., Санкт-Петербург);

- на V Всероссийской межвузовской конференции молодых ученых (15 -18 апреля 2008 г., Санкт-Петербург);

- на Международной научной конференции «Параллельные вычислительные технологии» (30 марта — 3 апреля 2009 г., Нижний Новгород);

- на Международной научной конференции «Параллельные вычислительные технологии» (29 января — 2 февраля 2007 г., Челябинск);

- на Всероссийской научной конференции «Научный сервис в сети Интернет: технологии параллельного программирования» (24-29 сентября 2007 г., Новороссийск).

Публикации. Основные научные результаты диссертации опубликованы в 10 печатных работах, приведенных в конце автореферата. Работы [1,2] опубликованы в журналах, включенных ВАК в перечень журналов, в которых должны быть опубликованы основные результаты диссертаций на соискание ученой степени доктора наук. В работах [2, 7] Л.Б. Соколинскому принадлежит постановка задачи; Г.И. Радченко принадлежат все полученные результаты. В работе [4] Г.И. Радченко принадлежат разделы 1-3 (стр. 194197). В работе [6] Г.И. Радченко принадлежат разделы 2 и 3 (стр. 439-441).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографии. Объем диссертации составляет 124 страницы, объем библиографии - 125 наименований.

Содержание работы

Во введении приводится обоснование актуальности темы, формулируются цели работы, ее новизна и практическая значимость; кратко излагается содержание диссертации.

Первая глава, «Инженерное проектирование в распределенных вычислительных средах», посвящена исследованию технологий создания распределенных вычислительных сред и выполняется анализ их применимости к задачам инженерного проектирования в качестве базовой технологии.

В первой части дается обзор современных технологий распределенных вычислений. До середины 70-х годов прошлого века по причине высокой стоимости телекоммуникационного оборудования и относительно слабой мощности вычислительных систем доминировала централизованная модель вычислений. В конце 70-х годов появление систем разделения времени и удаленных терминалов, явилось предпосылкой возникновения клиент-серверной архитектуры, обеспечивающей предоставление ресурсов мейн-фреймов конечным пользователям посредством удаленного соединения.

Развитие клиент-серверной архитектуры в начале 1990-х годов привело к формированию объектно-ориентированной концепции распределенных систем, ориентированной на инкапсуляцию механизма распределенных взаимодействий и уменьшение сложности разработки распределенных приложений посредством методов объектно-ориентированной разработки и удаленных вызовов методов объектов.

Разработанная в конце 1990-х концепция грид ориентирована на стандартизованное совместное использование автономных географически-распределенных компьютерных ресурсов в зависимости от их доступности, производительности, цены и иных характеристик, важных для конечного пользователя. Грид-системы ориентированы на формирование виртуального пространства для прозрачного совместного использования распределенных ресурсов в рамках виртуальных организаций. Виртуальная организация - это ряд людей и/или организаций, объединенных общими правилами коллективного доступа к определенным вычислительным ресурсам.

В 2000-2005 гг. произошло смещение тренда разработки распределенных приложений на сервисно ориентированную парадигму. Сервисами называются открытые, самоопределяющиеся программные компоненты, обеспечивающие прозрачную сетевую адресацию и поддерживающие быстрое построение распределенных приложений. В последствие сервисно ориентированный подход был принят разработчиками грид-систем и реализован в виде архитектуры OGSA (Open Grid Service Architecture).

В начале 2000 г., с появлением систем Napster и gnutella, получила развитие концепция Р2Р-сетей (от англ. peer-to-peer - равный-к-равному), обеспечивающая формирование сетей на базе принципов децентрализации. В результате анализа выявлено, что одноранговые сети не ориентированы на безопасное, стандартизованное предоставление вычислительных ресурсов крупных организаций и сообществ.

В 2008 г. сформировалась новая концепция предоставления вычислительных ресурсов, названная «облачными вычислениями». Облаком называется пул виртуальных ресурсов (таких как аппаратное обеспечение, платформы разработки или сервисы), для которых обеспечены легкий доступ и простота использования.

Во второй части первой главы дается описание современного состояния и тенденций в разработке распределенных систем совместного проектирования. Интеграция систем инженерного проектирования в распределенные вычислительные среды посредством сервисно ориентированной концепции, в настоящее время является одним из основных направления развития отрасли инженерного анализа. В мировом научном сообществе считается перспективным направление, связанное с применением грид-технологий для решения ресурсоемких задач инженерного анализа. В тоже время наблюдается тенденция перехода от разработки специализированных грид-ориентированных систем инженерного проектирования к интеграции существующих классических CAE-систем в сервисно ориентированные грид-

среды. Дается описание грид-сервисов, обеспечивающих проведение численной оптимизации параметров инженерных систем на базе ресурсов, предоставляемых гетерогенными распределенными вычислительными сетями. Приводится обзор методов внедрения систем инженерного проектирования на базе потоков задач. Далее производится обзор методов внедрения инженерных систем в распределенные вычислительные среды. Приводятся системы, реализованные на базе технологий CORBA, Java RMI, Р2Р, Грид.

В заключении делается вывод, что на сегодняшний день отсутствуют универсальные системы, обеспечивающие прозрачное внедрение ресурсов систем инженерного проектирования в распределенные вычислительные среды.

Во второй главе, «Технология CAEBeans» производится описание технологии CAEBeans, представляющей собой комплекс моделей, методов и алгоритмов, направленных на автоматизированное создание иерархий распределенных проблемно-ориентированных оболочек (Beans) над инженерными (CAE) пакетами на основе сервисно ориентированного подхода и концепции облачных вычислений.

Задача инженерного моделирования включает в себя:

- геометрическую модель объекта исследования и (или) вычислительную сетку, разбивающую моделируемую область на дискретные подобласти;

- граничные условия, физические характеристики и параметры взаимодействия отдельных компонентов исследуемой области;

- описание неизвестных величин, значения которых требуется получить в результате решения задачи;

- требования к аппаратным и программным ресурсам, обеспечивающим процесс моделирования.

Полным дескриптором задачи назовем множество параметров, однозначно описывающих задачу инженерного моделирования.

Логическим планом решения задачи инженерного моделирования назовем ориентированный граф, в вершинах которого могут находиться узлы двух типов:

- действия, выполняемые отдельными инженерными пакетами;

- узлы управления потоком решения задачи.

Определим класс задач инженерного моделирования как множество задач, у которых совпадает структура полного дескриптора задачи и для которых можно описать единый логический план, приводящий к решению.

Внедрение ресурсов CAE-пакетов в распределенные вычислительные среды основывается на концепции распределенного виртуального испытательного стенда Распределенный виртуальный испытательный стенд (РаВИС) - это программно-аппаратный комплекс, обеспечивающий проведение работ инженерного моделирования в распределенной вычислительной среде в рамках определенного класса задач.

РаВИС включает в себя:

- интерфейс, обеспечивающий постановку определенного класса задач инженерного моделирования;

- драйвер: набор программных средств, обеспечивающих использование сервисов распределенной вычислительной среды для проведения виртуального эксперимента;

- сервисы распределенной вычислительной среды: множество вычислительных систем, входящих в распределенную вычислительную среду, в совокупности с установленными на них программными компонентами, обеспечивающими решение задач инженерного моделирования и поддерживающими безопасные стандартизованные методы удаленного взаимодействия.

Процессы разработки и функционирования РаВИС определяются технологией САЕВеапБ. Технология САЕВеат — это совокупность теории и практической техники, на которые опирается процесс создания и использования распределенных виртуальных испытательных стендов. Технология САЕВеапз включает в себя:

1) концептуальные средства, которые определяют методы разработки и структуру РаВИС;

2) организационные средства, которые определяют форму труда и распределение обязанностей в команде разработчиков и пользователей РаВИС;

3) программные средства разработки и среду исполнения РаВИС.

Оболочка САЕВеап - это основная структурная единица, формирующая РаВИС. В соответствии с технологией САЕВеапз выделяются четыре слоя структуры РаВИС, каждый из которых представляется своим типом оболочек САЕВеаш (см. рис. 1):

1) концептуальный слой (проблемный САЕВеап);

2) логический слой (потоковый САЕВеап);

3) физический слой (компонентный САЕВеап);

4) системный слой (системный САЕВеап).

Концептуальный слой РаВИС формируется на основе оболочек САЕВеапБ, которые мы будем называть проблемными. Пользовательский интерфейс, предоставляемый проблемным САЕВеап, является основным средством взаимодействия пользователя с системой САЕВеапз. Посредством проблемного САЕВеап, ориентированного на решение конкретного класса задач инженерного моделирования, пользователь может произвести постановку задачи; проследить за ходом решения поставленной задачи; получить результаты решения. Технология САЕВеапз предусматривает возможность формирования дерева проблемных САЕВеат. Она позволяет адаптировать проблемно-ориентированный интерфейс конкретного класса задач инженерного моделирования под нужды определенной категории пользователей. Дочерние проблемные оболочки могут конкретизировать класс задач, решаемых родительской оболочкой, путем выделения и инкапсуляции групп проблемных параметров, значения которых определяются на данном уровне абстракции.

А К Проблемный YV САЕВеап

Ut JL -__ЧЯ -

ф С еомстрия {—^ Сетка j

Ко > i nci гг>'а, i ы i ы и ели»

1

Геометрия ЗоШ'Л'огкз

Уточнение сетки

Сетка МсэЬег

рГ»чесг»осстк'н н«¥ доалсгвор I (тел мое]

* [К*чвство сетки уловлстюр1гтельнле]

Физика СРХ Рге

Физика ЛошУгаоп

Расчет CFX Solver

Расчет ЬЛоч'УЫоп

Визуализация CFX Post

Визуализация Пом^УЫоп

Системные САЕВеат Рис. 1. Обобщенная схема слоев РаВИС.

J

Рис. 2. Пример логического плана решения задачи инженерного моделирования.

Логический слой РаВИС представлен потоковым САЕВеап, реализующим логический план решения определенного класса задач компьютерного моделирования (см рис. 2). Для формирования логического плана используются элементы нотации диаграммы деятельности стандарта иМЬ 2.0. Узел действия логического плана реализует определенное действие инженерного моделирования. При исполнении узла действия, потоковый САЕВеап обеспечивает взаимодействие с дескриптором задачи: получение значений входных параметров для инициации работы действия и запись значений выходных параметров, вычисленных в результате исполнения действия. Действие реализуется соответствующим компонентным САЕВеап, находящимся на физическом слое РаВИС.

Компонентные САЕВеат, представляющие физический слой РаВИС, отвечают за процесс постановки и решения отдельных действий инженерного моделирования средствами конкретных инженерных пакетов. Основная функция компонентного САЕВеап — преобразование проблемно-ориентированного описания действия инженерного моделирования в компонентно-ориентированную форму. По окончании процесса решения, компонентный САЕВеап обеспечивает преобразование компонентно-ориентированных результатов решения задачи в проблемно-ориентированные. Компонентный САЕВеап задает абстрактное действие, которое не может быть реализовано само по себе, так как не обеспечено реальными программными, аппаратными и лицензионными ресурсами. В процессе исполнения, каждому компонентному САЕВеап должен быть найден и предоставлен физический ресурс, отвечающий всем требованиям, необходимым для реализации специфицированной в нем деятельности. В рамках сис-

темы САЕВсапэ, физические ресурсы реализуются посредством системных САЕВеапБ.

Системным САЕВеап называется оболочка системного слоя РаВИС, предоставляющая функциональные возможности физического ресурса в распределенной вычислительной среде и обеспечивающая сервисно ориентированный подход к постановке задач и получению результатов. Системный САЕВеап обеспечивает изолированное рабочее пространство для исполнения каждого действия инженерного моделирования; предоставляет программный интерфейс для загрузки исходных данных, удаленного запуска действия инженерного моделирования и передачи результатов решения.

Далее приводится краткое описание основных программных средств, обеспечивающих поддержку разработки и исполнения РаВИС. Программные средства САЕВеап5 можно разбить на два типа: средства исполнения и средства разработки РаВИС. Разработка проблемно-ориентированной части распределенного виртуального испытательного стенда ведется в системе Конструктор. Посредством Конструктора прикладной программист формирует оболочки концептуального, логического и физического слоя РаВИС, отвечающие за решение конкретного класса задач инженерного моделирования.

В соответствии с технологией САЕВеапв работа РаВИС осуществляется с помощью следующих четырех программных систем:

1) клиент;

2) сервер;

3) брокер ресурсов;

4) набор целевых систем.

Клиент предоставляет унифицированный интерфейс конкретного РаВИС. Сервер отвечает за хранение и исполнение РаВИС. Брокер ресурсов - это автоматизированная система регистрации, анализа и предоставления ресурсов распределенной вычислительной среды. Целевая система - это совокупность грид-сервисов, которые имеют доступ к пространству программных, аппаратных и лицензионных ресурсов некоторого узла грид, и поддерживает аутентификацию и авторизацию пользователей.

Далее, приводится описание основных ролей в разработке и использовании РаВИС:

1) инженер - это пользователь системы САЕВеапБ, решающий задачу инженерного моделирования на основе созданного для этой цели распределенного виртуального испытательного стенда;

2) прикладной программист - это специалист в области разработки РаВИС посредством технологии САЕВеап;

3) системный программист - это специалист в области информационных технологий, отвечающий за формирование распределенной вычислительной среды для исполнения РаВИС;

Далее, приводится анализ параметрических моделей производительности Грид. Принцип работы и функциональность грид приложений значительно отличаются от обычных последовательных и параллельных систем. Основное отличие - это возможность агрегирования и совместного исполь-

зования больших наборов гетерогенных ресурсов, распределенных между географичсски-разделенными областями.

Предположим, что в грид-среде существует система распределения заданий г, обеспечивающая распределение поставленных задач j £ т на доступные ресурсы. В рамках данной системы, каждое задание может быть разбито на действия к е j. Количество заданий в системе |т|; количество действий в задаче |/|.

Предположим, что в результате финального распределения S, каждое действие к 6 у будет исполнено за время Ck(S). Таким образом, задача j может быть решена не раньше, чем за время

С: (S) = max Ck(S).

J kej

В качестве наиболее важной метрики, применительно к особенностям задач, решаемых посредством системы CAEBeans, была выбрана метрика среднего времени ответа (Average Response Time -ART).

J6T

При использовании моделей производительности в грид для базовых вычислительных приложений применительно к проектируемой системе CAEBeans необходимо учитывать нюансы функционирования грид-сервисов данной системы. Потоковый САЕВеап, в соответствии с логическим планом решения поставленной задачи, производит последовательную реализацию действий посредством соответствующих компонентных оболочек CAEBeans. Следовательно, обращение к потоковой оболочке инициирует формирование задачи инженерного моделирования, которая разбивается на атомарные действия, соответствующие компонентным САЕВеап, участвующим в решении задачи.

Предположив, что последовательные участки логического плана являются доминирующими при решении задачи инженерного моделирования, показатель ART можно расписать следующим образом:

ART = -т—г'У (EndTimei — SubmitTime,) = -Д-r-'V I SolveTimek ),

м к Mfevfe )

где SolveTimek - это, суммарные временные затраты на реализацию действия к.

Цдя оценки приемлемых величин параметра ART был произведен анализ текущих задач, решаемых суперкомпьютерным центром ЮУрГУ. В результате, исходя из статистики использования вычислительных ресурсов суперкомпьютерного центра за последние 6 месяцев, были получены значения, по которым можно вычислить составляющие SolveTime и получить следующую оценку параметра ART:

ART = 4 • ^t3an + 2 • ¿передачи + Yqq^ ^ ^ ' ^ ^передачи ^реш) —

= 4 -(2+ 2- 2 +15)+ 1-(2+ 2- 2 + 150) = 84 + 156 = 240 (мин).

11

Прикладной программист

CAEBeans Constructor

Грид V ресурс

' м V Л. ресурс

Рис. 3. Общая схема взаимодействия компонентов системы САЕВеам

Полученная оценка позволяет определить потенциальные возможности повышения эффективности использования разрабатываемой системы посредством кэширования результатов предыдущих этапов вычислений для их возможного повторного использования на последующих этапах моделирования определенных классов задач и повышения степени параллельности реализуемых действий.

В третьей главе, «Система CAEBeans», рассматривается архитектура программного комплекса обеспечивающего разработку и исполнение распределенных виртуальных испытательных стендов. Рассматривается структура системы CAEBeans, дается описание базовых сущностей, на основе которых производится взаимодействие программных компонентов системы CAEBeans. Раскрываются сущности САЕ-проекта, CAE-параметра, Проблемного САЕВеап, Потокового САЕВеап, Компонентного САЕВеап, САЕ-задант.

Далее, рассматриваются программные компоненты, составляющие систему CAEBeans (см. рис. 2):

1. CAEBeans Constructor - интегрированная среда разработки проблемно-ориентированных оболочек для грид;

2. CAEBeans Portal — это веб-приложение, обеспечивающее выбор, загрузку, запуск и получение результатов моделирования САЕ-задач;

3. CAEBeans Server - хранилище и интерпретатор САЕ-проектов;

4. CAEBeans Broker - автоматизированная система регистрации, анализа и предоставления САЕ-ресурсов;

5. CAE-ресурсы - грид-сервисы, обеспечивающие удаленную постановку и решение задач средствами некоторого инженерного пакета на базе конкретной целевой системы.

CAEBeans Constructor - это интегрированная среда разработки РаВИС на основе CAE-проектов. CAEBeans Constructor предоставляет прикладному программисту пользовательский интерфейс для разработки оболочек CAEBeans концептуального, логического и физического слоев. В соответствии с этим, пользовательский интерфейс, обеспечивающий разработку

12

CAE-проектов в среде CAEBeans Constructor, разделен на 3 секции, обеспечивающих разработку проблемных, логических и физических оболочек САЕВеап соответственно.

CAEBeans Portal - это веб-приложение, доступное через интернет, обеспечивающее пользовательский интерфейс для постановки и решения задач инженерного моделирования средствами системы CAEBeans. Встроенный генератор веб-форм обеспечивает автоматическую генерацию пользовательского интерфейса для постановки задач инженерного моделирования, на основе описания параметров соответствующего проблемного САЕВеап.

CAEBeans Server - это грид-сервис, обеспечивающий хранение и интерпретацию CAE-проектов. Процесс исполнения логического плана поддерживается посредством монитора логического плана. Он постоянно производит проверку состояния всех узлов логического плана. Готовность узла к исполнению зависит от наличия маркеров управления в потоках управления, входящих в узел. В зависимости от типа узлов, может требоваться наличие одного или нескольких маркеров управления на входных потоках управления. Алгоритм работы монитора логического плана приведен на рисунке 4.

// пока происходит исполнение логического плана while (running) {

II цикл по всем узлам логического плана foreach (AbstractWorkflowNode node in workflow) {

if node.ready()( //Если узел готов к исполнению

node.reset(); //сброс информации о поступивших

//маркерах управления new Thread(node).start(); //Исполнение узла ) //if //в отдельном потоке

}//foreach

)//while__

Рис. 4. Алгоритм работы монитора потокового САЕВеап.

CAE-ресурсом является экземпляр системного САЕВеап, предоставляющий ресурсы некоторого инженерного пакета на базе конкретной целевой системы. CAE-ресурс обеспечивает:

- получение данных для решения задачи средствами базового инженерного пакета из CAEBeans Server или внешнего источника данных;

- запуск и автоматизированное решение задачи инженерного моделирования;

- передачу результатов решения CAEBeans Server или во внешнее хранилище данных.

CAEBeans Broker обеспечивает автоматизированную регистрацию, поиск и выделение CAE-ресурсов для реализации действий инженерного проектирования. CAEBeans Broker обеспечивает распределение действий инженерного моделирования по виртуальным CAE-ресурсам. Структура очередей брокера ресурсов представлена на рис. 5.

CAEBeans Broker

CAEBeans Server

\l~v

inputQueue

T,

КХЕШ

. . 9i. ,_

-2к

-2к

I I I I

ЧИП

2к

Каталог ресурсов

"ТЕ

waitOueue

\t?\T6 I

■///;//////.

У//1//////;',

Ti

Чг- '///M/////,

т,

V//W///A

Л

Г< ШШ/л

Рис. 5. Структура очередей CAEBeans Broker.

В заключение третьей главы подробно описаны алгоритмы и методы взаимодействия компонентов системы CAEBeans в процессе постановки и решения задач инженерного моделирования.

В четвертой главе, «Испытания системы CAEBeans», приводится описание испытательных задач, на основе которых производились исследования возможности применения системы CAEBeans для решения реальных задач инженерного моделирования на базе различных инженерных пакетов. Для проверки возможностей, предоставляемых системой CAEBeans в области создания и исполнения виртуальных испытательных стендов, был разработан набор РаВИС, обеспечивающих решение различных задач инженерного моделирования средствами различных CAE-пакетов. Были произведены исследования методов взаимодействия с современными инженерными пакетами, и проанализированы API, предоставляющие методы автоматизированного решения задач инженерного моделирования. Для испытания системы CAEBeans были разработаны оболочки для решения задач средствами наиболее распространенных пакетов инженерного моделирования: ANSYS CFX, ANSYS Mechanical, ABAQUS, DEFORM.

В качестве основной испытательной задачи выбрана задача моделирования процесса закалки и охлаждения труб и анализа влияния различных аспектов процесса закалки на качество производимой продукции («Распределенный виртуальный испытательный стенд «Термообработка»), решаемая по заказу ОАО «Челябинский трубопрокатный завод».

В заключении суммируются основные результаты диссертационной работы, выносимые на защиту, приводятся данные о публикациях и апробациях автора по теме диссертации, и рассматриваются направления дальнейших исследований в данной области.

Основные результаты диссертационной работы

На защиту выносятся следующие новые научные результаты.

1. Разработана модель проблемно-ориентированного сервиса для решения задач инженерного проектирования и анализа в распределенных вычислительных средах.

2. Разработаны архитектура и принципы структурной организации распределенного виртуального испытательного стенда (РаВИС), предоставляющего сервис для решения задач инженерного анализа на основе грид-технологий.

3. Разработан комплекс методов и алгоритмов, позволяющих автоматизировать процесс построения специализированных РаВИС для решения прикладных задач с использованием различных САЕ-пакетов.

4. Разработан прототип программной системы CAEBeans, включающий в себя средства автоматического создания и исполнения РаВИС. Произведены испытания системы CAEBeans путем создания РаВИС на базе инженерных пакетов ANSYS CFX, ANSYS Mechanical, ABAQUS, DEFORM. Распределенный виртуальный испытательный стенд «Термообработка», внедрен в опытную эксплуатацию на предприятии ОАО «Челябинский трубопрокатный завод».

Публикации по теме диссертации

Статьи, опубликованные в научных журналах из списка ВАК

1. Радченко Г.И. Технология построения проблемно-ориентированных иерархических оболочек над инженерными пакетами в грид-средах // Системы управления и информационные технологии. № 4(34). 2008.

С. 57-61.

2. Радченко Г.И., Соколинский Л.Б. Технология построения виртуальных испытательных стендов в распределенных вычислительных средах // Науч.-техн. вест. СПбГУ ИТМО. № 54. 2008. С. 134-139.

Другие публика1\ии

3. Радченко Г.И. Методы организации грид-оболочек системного слоя в технологии CAEBeans // Вестник ЮУрГУ. Серия "Математическое моделирование и программирование" № 15 (115). Вып. 1. 2008. С. 69-78.

4. Радченко Г.И. Грид-система CAEBeans: интеграция ресурсов инженерных пакетов в распределенные вычислительные среды // Параллельные вычислительные технологии (ПаВТ'2009): Тр. междунар. науч. конф. (Н.Н., 30 марта-3 апреля 2009 г.). Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2009. С. 281-292.

\

5. Радченко Г.И., Дорохов В.А., Насибулина P.C., Соколинский Л.Б., Ша-макина A.B. Технология создания виртуальных испытательных стендов в грид-средах // Вторая Международная научная конференция "Суперком-пыотерные системы и их применение" (SSA'2008): доклады конференции (27-29 октября 2008 года, Минск) Минск: ОИПИ HAH Беларуси, 2008.

С. 194-198.

6. Радченко Г.И., Соколинский Л.Б., Шамакина A.B. Разработка компонентно-ориентированных САЕВеап-оболочек для пакета ANSYS CFX // Параллельные вычислительные технологии (ПаВТ'2008): Труды международной научной конференции (28 января -1 февраля 2008 г., г. Санкт-Петербург). Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2008. С. 438-443.

7. Радченко Г.И., Соколинский Л.Б. CAEBeans: иерархические системы структурированных проблемно-ориентированных оболочек над инженерными пакетами // Научный сервис в сети Интернет: многоядерный компьютерный мир. 15 лет РФФИ: Тр. Всеросс. науч. конф. (24-29 сентября 2007 г., г. Новороссийск). М.: Изд-во МГУ. 2007. С. 54-57.

Свидетельства о pezucmpaifuu программ

8. Свидетельство Роспатента об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2008612879. «CAEBeans Toolbox: программная среда для разработки проблемно-ориентированных оболочек для грид» / Юрков В.В., Дорохов В. А., Радченко Г.И., Насибулина P.C., Шамакина А.В;

Заяв. 03.10.2008.

9. Свидетельство Роспатента об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2008614998. «CAEBeans Sphere: программное средство для поддержки распределенных вычислительных сред на базе платформы Microsoft.NET» / Юрков В.В., Дорохов В.А., Радченко Г.И., Насибулина P.C., Шамакина A.B.; Заяв. 03.10.2008.

10. Свидетельство Роспатента об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2008612879. «Пакет проблемно-ориентированных оболочек CAEBeans для решения типовых инженерных задач» / Радченко Г.И., Насибулина P.C., Шамакина A.B., Юрков В.В., Федянин О.Н., Дорохов В.А.; Заяв. 04.05.2008.

Подписано в печать 14.09.2009 Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1.2. Тираж 100 экз. Заказ № 01085.

Типография ООО «Фотохудожник» 4541 И, г. Челябинск, ул. Свободы, 155/1

Введение.

Глава 1. Инженерное проектирование в распределенных вычислительных средах.

1.1. Технологии распределенных вычислений.

1.1.1. CORBА.

1.1.2. JavaRMI.

1.1.3. OGSA.

1.1.4. Р2Р-технологии (одноранговые сети).

1.2. Системы совместного проектирования.

1.2.1. Распределенная оптимизация инженерных систем.

1.2.2. Потоки задач в инженерном проектировании.

1.2.3. Внедрение инженерных систем в распределенные среды.

1.3. Выводы по главе 1.

Глава 2. Технология CAEBeans.

2.1. Основные концепции технологии CAEBeans.

2.1.1. Задача инженерного моделирования.

2.1.2. Распределенный виртуальный испытательный стенд.

2.2. Архитектура CAEBeans.

2.2.1. Концептуальный слой.

2.2.2. Логический слой.

2.2.3. Физический слой.

2.2.4. Системный слой.

2.2.5. Взаимодействие слоев РаВИС.

2.3. Программные средства CAEBeans.

2.3.1. Разработка РаВИС.

2.3.2. Исполнение РаВИС.

2.4. Организация работ в системе CAEBeans.

2.4.1. Инженер.

2.4.2. Прикладной программист.

2.4.3. Системный программист.

2.5. Параметрические модели производительности Грид.

2.5.1. Метрики, зависящие от времени.

2.5.2. Метрики, зависящие от объема работы.

2.5.3. Адаптация моделей производительности.

2.5.4. Оценка производительности технологии CAEBeans.

2.6. Выводы по главе 2.

Глава 3. Система CAEBeans.

3.1. Структура системы CAEBeans.

3.1.1. Состав системы CAEBeans.

3.1.2. CAE-проект.

3.1.3. CAE-параметр.

3.1.4. Проблемный САЕВеап.

3.1.5. Потоковый САЕВеап.

3.1.6. Компонентный САЕВеап.

3.1.7. Интерфейс системного САЕВеап.

3.1.8. CAE-задание.

3.2. Конструктор.

3.3. Клиент.

3.4. Сервер.

3.5. CAE-ресурс.

3.6. Брокер.

3.7. Взаимодействие компонентов системы CAEBeans.

3.8. Выводы по главе 3.

Глава 4. Испытания системы CAEBeans.

4.1. Испытание системы CAEBeans на базе DEFORM.

4.2. Испытание системы CAEBeans на базе ANSYS Mechanical.

4.3. Испытание системы CAEBeans на базе Abaqus.

4.4. Испытание системы CAEBeans на базе ANSYS CFX.

4.5. Выводы по главе 4.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

Системы компьютерного проектирования (CAE - Computer Aided Engineering), ориентированные на разработку сложных технологических процессов, конструкций, и материалов, являются- сегодня одним из ключевых факторов обеспечения конкурентоспособности любого высокотехнологического производства. Использование таких систем дает возможность проводить виртуальные эксперименты, которые в реальности выполнить затруднительно или невозможно. Это позволяет значительно повысить точность анализа вариантов1 проектных решений и* в десятки раз сократить путь от генерации идеи до ее воплощения в реальном промышленном производстве [102].

Точность результатовг компьютерного моделирования во многом зависит от степени детализации сеток, используемых для проведения вычислительных экспериментов. На- сегодняшний день размер сеток, используемых в задачах инженерного анализа, может составлять десятки миллионов-элементов [1]. В связи с этим постоянно^возрастает вычислительная сложность задач, и требуются значительные вычислительные ресурсы для выполнения инженерного моделирования. Решение этой проблемы заключается в использовании многопроцессорных систем. Практически все современные CAE-пакеты имеют параллельные реализации для многопроцессорных систем, в том числе и для систем с кластерной архитектурой.

На сегодняшний день процесс решения задач инженерного проектирования. с использованием суперкомпьютерных ресурсов для рядового пользователя, сопряжен- с определенными трудностями. С одной стороны, от него требуется наличие специфических знаний, умений и навыков в области высокопроизводительных вычислений, таких как: архитектура суперкомпьютеров, навыки работы в Unix-подобных операционных системах, настройка и администрирование удаленного доступа, умение работать с очередями приложений и др. С другой стороны, современные системы инженерного проектирования представляют собой многофункциональные программные комплексы, состоящие из множества отдельных программных подсистем со сложным пользовательским интерфейсом [32, 36]. Для решения задач инженерного проектирования пользователю требуется-изучить интерфейс и особенности работы всех программных компонентов, входящих в технологический цикл решения задачи- (формирование геометрии задачи, генерация, вычислительной сетки, определение граничных условий, проведение'компьютерного моделирования, визуализация и анализ результатов,решения). Проблема сопряжения компонент существенно усложняется при использовании одновременно двух и более различных инженерных пакетов-для решения одной задачи. Все эти факторы,затрудняют широкое внедрение систем компьютерного инженерного проектирования в-практику НИОКР.

Еще одним важным фактором, препятствующим быстрому внедрению систем инженерного проектирования на промышленных предприятиях, является высокая^ стоимость приобретения, владения и- поддержки суперкомпьютерных систем. Для создания суперкомпьютерного центра по инженерному проектированию необходимо:

1) подготовить помещение и инфраструктуру для суперкомпьютерной5 системы; '

2) подготовить персонал для поддержки и администрирования суперкомпьютерной системы;

3) приобрести суперкомпьютер, на базе которого будет производиться моделированием анализ продукции;

4) приобрести лицензии на пакеты инженерного проектирования;

5) обучить пользователей работе с суперкомпьютером и инженерными пакетами.

Каждый этап данного процесса требует значительных материальных и людских ресурсов. По этой причине руководители предприятий часто ставят под сомнение целесообразность внедрения систем инженерного проектирования в заводских лабораториях.

Рациональной альтернативой созданию собственного суперкомпьютерного центра является аренда вычислительных и программных ресурсов в режиме удаленного доступа у центров коллективного пользования, функционирующих при крупных университетах, академических институтах и других организациях. Однако при этом возникает целый комплекс проблем, связанных с обеспечением безопасности вычислительных систем и данных.

Указанный комплекс проблем можно решить посредством применения концепции грид вычислений (Grid Computing) [60] и родственной ей концепции.облачных вычислений (Cloud Computing) [69; 123] в соответствии с которыми, пользователю предоставляется конечный проблемно-ориентированный сервис, обеспечивающий решение задач на базе ресурсов распределенных вычислительных систем.

В соответствии с этим актуальной является задача разработки сервисно ориентированных методов использования систем инженерного проектирования и анализа в распределенных вычислительных средах. В настоящее время эффективные комплексные решения в этой области отсутствуют.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Цель данной работы: на основе концепции облачных вычислений разработать методы и алгоритмы, обеспечивающие автоматизированную генерацию, проблемно-ориентированных грид-сервисов, позволяющих использовать программные системы, для инженерного проектирования и анализа в распределенных вычислительных средах. Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:

1) разработать модель проблемно-ориентированного сервиса для решения задач инженерного проектирования и анализа в грид в виде РаВИС (Распределенного Виртуального Испытательного Стенда);

2) разработать архитектуру и принципы структурной организации РаВИС;

3) разработать методы и алгоритмы автоматизированного построения РаВИС и реализовать их в виде программной системы CAEBeans, обеспечивающей создание и использование РаВИС;

4) провести испытания системы CAEBeans путем создания и внедрения РаВИС на промышленном предприятии.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В исследованиях, проводимых в диссертационной работе, используются методы объектно-ориентированного программирования. Для проектирования систем и алгоритмов применяется аппарат UML.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

Научная новизна работы заключается в следующем:

1) предложен комплексный подход к интеграции ресурсов современных систем инженерного проектирования и анализа в распределенные вычислительные среды, обеспечивающий высокую степень автоматизации разработки и исполнения распределенных виртуальных испытательных стендов на базе концепции облачных вычислений;

2) разработана модель проблемно-ориентированного сервиса для решения задач инженерного проектирования и анализа;

3) предложена концепция распределенного виртуального испытательного стенда, обеспечивающая прозрачность предоставления конечному пользователю ресурсов инженерных систем на базе распределенных вычислительных сред;

4) разработана программная система CAEBeans для автоматизированного создания' и-исполнения.распределенных виртуальных испытательных стендов;

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ

Теоретическая г{енностъ работы, состоит в том, что в ней предложена концептуальная- модель распределенного виртуального« испытательного стенда, и на ее основе предложен комплекс методов и алгоритмов для предг ставления-ресурсов-систем инженерного, проектирования-и анализа в виде грид-сервисов: Практическая ценность работы.заключается ^ том, чтопро-граммный комплекс CAEBeans, представленный в данной работе, может быть использования автоматизированного создания и исполнения распределенных виртуальных испытательных стендов; обеспечивающих решение различных классов задач инженерного моделирования-посредством вычислительных ресурсов, предоставляемых вычислительными грид-сетями.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ

Диссертация» состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографии. Объем диссертации составляет 124 страницы, объем библиографии - 125 наименований.

Основные результаты диссертации полностью опубликованы в следующих работах автора;

1. Радченко Г.И. Технология построения проблемно-ориентированных иерархических оболочек над инженерными пакетами в 1рид-средах // Системы управления и информационные технологии. № 4(34). 2008. С. 57-61.

2. Радченко Г.И., Соколинский Л.Б. Технология построения виртуальных испытательных стендов в распределенных вычислительных средах // Науч.-техн. вест. СПбГУ ИТМО. № 54. 2008. С. 134-139.

3: Радченко Г.И. Методы организации грид-оболочек системного слоя в технологии CAEBeans // Вестник ЮУрГУ. Серия "Математическое моделирование и программирование" № 15 (115). Вып. 1. 2008. С. 69-78.

4. Радченко Г.И. Грид-система CAEBeans: интеграция ресурсов, инженерных пакетов в распределенные вычислительные среды // Параллельные вычислительные технологии (ПаВТ'2009): Тр. междунар. науч. конф. (Н.Н., 30 марта —3 апреля.2009 г.). Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2009. С. 281-292:

5. Радченко Г.И., Дорохов В.А., Насибулина Р.С., Соколинский Л.Б., Шамакина А.В. Технология.создания виртуальных испытательных стендов в грид-средах // Вторая Международная научная конференция "Суперкомпьютерные системы и их применение" (SSA'2008): доклады конференции (27-29 октября 2008 года, Минск) Минск: ОИПИ НАЛ Беларуси, 2008: С. 194-198.

6. Радченко Г.И., Соколинский Л.Б., Шамакина А.В. Разработка компонентно-ориентированных САЕВеап-оболочек для пакета ANSYS CFX // Параллельные вычислительные технологии-(ПаВТ'2008): Труды международной научной конференции (28 января - 1 февраля 2008 г., г. Санкт-Петербург). Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2008. С. 438-443.

7. РадченкоГ.И., Соколинский Л.Б., Кутепов И.С. BeanShells: интеграция CAE-пакетов в GPE // Параллельные вычислительные технологии (ПаВТ'2007): Труды международной научной конференции (Челябинск, 29 января — 2 февраля.2007 г.). Челябинск:.

Изд. ЮУрРУ, 2007. Т.2., С. 15 i

8. Свидетельство Роспатента об-официальной регистрации программы для ЭВМ № 2008612879. «CAEBeans Toolbox: программная:среда для разработки проблемно-ориентированных,оболочек;для грид>> / Юрков?В;В;,, Дорохов©;А;, Радченко'Б.И1, Насибулина'Р^С., Шамакина А.В' Заяв: 03; 10:2008:

9. Свидетельство Роспатента об официальной регистрации программы. для ЭВМ № 2008614998. «CAEBeans Sphere: программное средство, для поддержки распределенных вычислительных сред на базе платформы Microsoft:NET» / Юрков В;В., Дорохов В.А., Радченко КИ!, Насибулина P.G., Шамакина А;В;;Заяв. 03.10.2008.

10: Свидетельство Роспатента5 об официальной регистрации*программы^ для ЭВМ № 2008612879. «Пакет проблемно-ориентированных оболочек CAEBeans для решения типовых.инженерных задач» / Радченко Т.И., Ыасибулина Р.С., Шамакина А.В., Юрков В.В., ФедянинО.Н:, Дорохов В^А.;:Заяв.04105;2008;

Работы 1, 2 опубликованы в журналах, включенных ВАК в перечень" журналов, в которых должны быть опубликованы, основные результаты диссертаций- на; соискание ученой степени доктора? наук.

АПРОБАЩШРАБОТЫ!

Основные; положения диссертационной (работы; разработанные модели^ методы, алгоритмы и результаты вычислительных; экспериментов, докладывались автором наследующих международных и всероссийских научных конференциях:.

- на VI Всероссийской межвузовской конференции молодых ученых (14 - 17 апреля 2009г., Санкт-Петербург);

- на V Всероссийской межвузовской конференции молодых ученых (15 - 18 апреля 2008 г., Санкт-Петербург);

- на Международной научной конференции «Параллельные вычислительные технологии» (30 марта — 3 апреля 2009 г., Нижний Новгород);

- на Международной научной конференции «Параллельные вычислительные технологии» (29 января — 2 февраля 2007 г., Челябинск);

- на Всероссийской научной конференции «Научный сервис в сети Интернет: технологии параллельного программирования» (24-29 сентября 2007 г., Новороссийск).

НАПРАВЛЕНИЯ ДАЛЬНЕЙШИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Теоретические исследования и практические разработки, выполненные в рамках этой диссертационной работы, предполагается продолжить по следующим направлениям.

1. Исследование методов и алгоритмов внедрения систем многокритериальной оптимизации, обеспечивающих работу в грид, в архитектуру распределенного виртуального испытательного стенда.

2. Разработка методов и алгоритмов автоматической генерации исходных кодов РаВИС для определенных классов задач инженерного проектирования и анализа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе были рассмотрены вопросы, связанные с внедрением систем инженерного проектирования и анализа в распределенные вычислительные среды. Было произведено исследование современных подходов по организации распределенных вычислительных систем. Были исследованы основные аспекты внедрения систем инженерного проектирования и анализа в распределенную вычислительную среду. На основе проведенных исследований была предложена концепция распределенного виртуального испытательного стенда, обеспечивающая проблемно-ориентированный подход к решению- конкретных классов задач инженерного проектирования посредством ресурсов, предоставляемых вычислительными грид-средами. Была предложена технология CAEBeans, в соответствии с которой, выделяются четыре слоя архитектуры РаВИС, каждый из которых представляется- своей оболочкой CAEBeans: Концептуальный слой (проблемный CAEBean), Логический слой*(потоковый CAEBean),- Физический слой (компонентный. CAEBean), Системный слой, (системный CAEBean). Разработан прототип- комплекса программных средств «Система CAEBeans», обеспечивающий поддержку разработки и исполнения РаВИС. В состав системы входят компоненты: CAEBeans Constructor, CAEBeans Portal, CAEBeans Server, CAEBeans Broker, CAE-ресурсы. На основе разработанного прототипа произведено-испытание системы посредством разработки виртуальных испытательных стендов, ориентированных на задач инженерного моделирования-на базе ряда наиболее распространенных пакетов инженерного моделирования.

Работа выполнялась при поддержке Роснауки (гос. контракт 2007-4-1.4-20-01-026) и научно-технической программы Союзного государства Россия-Белоруссия "СКИФ-ГРИД" (контракты- 2007-СГ-04/4 и 2009-СГ-03).

В> заключение перечислим основные полученные результаты диссертационной работы, приведем данные о публикациях и апробациях, и рассмотрим направления дальнейших исследований в данной области.

1. Бурмакин Е.М., Tuominen J.O. Интеграция технологии CORBA и объектных баз данных // XXIX Неделя науки СПбГТУ. Материалы межвузовской научной конференции. 4.V. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2001.1. С. 62-63.

2. Буч Г., Рамбо Д., Якобсон И. Язык UML. Руководство пользователя. 2-е изд. М.: ДМК Пресс, 2007. 496 с.

3. Буч Г., Якобсон А., Рамбо Дж. UML. Классика CS. 2-е изд. Спб.: Питер, 2006. 736 с.

4. Радченко Г.И. Методы организации грид-оболочек системного слоя в технологии CAEBeans // Вестник ЮУрГУ. Серия "Математическое моделирование и программирование". 2008. № 15 (115). Вып. 1.1. С. 69-80.

5. Радченко Г.И. Технология построения проблемно-ориентированных иерархических оболочек над инженерными пакетами в грид-средах // Системы управления и информационные технологии. № 4(34). 2008. С. 57-61.

6. Рамбо Дж., Блаха М: UML 2.0. Объектно-ориентированное моделирование и разработка. 2-е изд. СПб.: Питер, 2007. 544 с.

7. Суперкомпьютерный центр Южно-Уральского государственного университета. URL: http://supercomputer.susu.ru/ (дата обращения: 19.05.2009)

8. Черняк JI. Web-сервисы, grid-сервисы и другие // Открытые системы. СУБД. №12. 2004. С. 20-27.

9. Шамакина А.В. Организация брокера ресурсов в системе CAEBEANS // Научный сервис в сети Интернет: решение больших задач: Труды Всероссийск. науч. конф. (22-27 сентября 2008 г., Новороссийск). М.: Изд-во МГУ, 2007. С. 326-327.

10. Шамакина А.В. Организация брокера ресурсов в системе CAEBeans // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия "Математическое моделирование и программирование". 2008.27(127). Вып. 2. С. 110-116.

11. Alhaisoni Mi, Liotta A. Characterization of signaling and'traffic in Joost // Peer-to-Peer Networking and Applications. 2008. Vol. 2, No. 1. P. 75-83.

12. Architectural Overview of OGSA-BES Adoption in UNICORE 6 // For-schungszentrumJiilich, 2008. 18 p.

13. Bastide Remi et al. Formal specification of CORBA services: experience and lessons learned // Proceedings of the 15th ACM SIGPLAN conference on Object-oriented programming, systems, languages, and applications. New York: ACM. 2000. P. 105-117.

14. BitTorrent. URL: http://www.bittorrent.com/ (дата обращения: 19.05.2009).

15. BOINC Berkeley Open Infrastructure for Network Computing. URL: http://boinc.berkeley.edu/ (дата обращения: 19.05.2009).

16. Brebner P., Emmerich'W. Two Ways to Grid: The Contribution of Open Grid Services Architecture (OGSA) Mechanisms to Service-Centric and Resource-Centric Lifecycles // Journal of Grid Computing. Vol. 5, No. 1. 2006. P. 151-131.

17. Bucci G., Streeter D.N. A methodology for the design of distributed information systems // Communications of the ACM. Vol. 22, Issue 4. 1979. P. 233-245.

18. Business Process Execution Language for Web Services Version 1.1, URL: http://www-106.ibm.com/developerworks/webservices/library/ws-bpel (дата обращения: 19.05.2009)

19. Buriola T.M., Scheer S. CAD and CAE Integration Through Scientific Visualization Techniques for Illumination Design // Tsinghua Science & Technology. Vol. 13, No. 1. 2008. P. 26-33.

20. Buyya R., Abramson D., Venugopal S. The Grid Economy. Proceedings of the IEEE. Vol. 93, Issue 3. 2005 P. 698-714.

21. Buyya R. et al. Cloud computing and emerging IT platforms: Vision, hype, and reality for delivering computing as the 5th utility // Future Generation Computer Systems. 2009. № 25. P. 599-616.

22. Canevet С. et. al. Analysing UML 2.0 activity diagrams in the software performance engineering process // Proceedings of the 4th international workshop on Software and performance. New York: ACM, 2004. P. 74-78.

23. Chao K.-M., Younas M., Griffiths N. BPEL4WS-based<coordination of Grid Services in design // Computers in Industry. Vol. 57. 2006. P. 778-786.

24. Cheng Hl-C., Fen C.-S. A web-based distributed problem-solving environment for engineering applications // Advances in Engineering Software. Vol. 37, Issue 2. 2006. P. 112-128.

25. Chin R.S., Chanson S.T. Distributed, object-based programming systems // ACM Computing Surveys (CSUR). Vol. 23, Issue 1. 1991. P. 91-124.

26. CoattaT. Corba:,Gone but (Hopefully) Not Forgotten // Queue. Vol. 5, Is. sue 4. 2007. P. 3'.

27. Cols D.R. Business-structured client/server: an1 architecture for distributed applications // Proceedings of theT993 conference of the Centre fonAdvanced Studies on Collaborative research: software engineering. IBM Press,1993. Vol. l.Pl 41-53. * ■

28. Coulson G., Baichoo S. Implementing the CORBA GIOP in a high-performance object request broker environment // Distributed Computing. Vol. 14, No. 2. 200L P. 113-126.

29. Credle R. et al. SOA Approach to Enterprise Integration for Product Lifecycle Management. IBM, 2008. 506 pi

30. Dogac A., Dengi C., Oszu M.T. Distributed Object Computing Platforms // Communications of the ACM. Vol. 41, Issue 9. 1998. P. 95-103.

31. Domazet D. et al. An infrastructure for inter-organizational collaborative product development // Proceedings of the 33rd Annual Hawaii International Conference on System Sciences. 2000. 10 pp.

32. Ernemann C. et al. On advantages of grid computing for parallel job scheduling. // Proc. of the 2nd IEEE Int'l. Symp. on Cluster Computing and the Grid (CCGrid). Washington, DC: IEEE Computer Society, 2002.1. P 39-49.

33. Evaristo J.R., Desouza K.C., Hollister K. Centralization momentum: the pendulum swings back again // Communications of the ACM. Vol1. 48, Issue 2. 2005. P. 66-71.

34. Fan L.Q. et al. Development of a distributed collaborative design^ framework within peer-to-peer environment. // Computer-Aided Design. Vol.40. 2008. P. 891-9041

35. Foster I.T., Kesselman C., Nick J., Tuecke S^ The Physiology of the Grid:. An Open Grid* Service Architecture for Distributed Systems.Integration. / Global Grid Forum. 2002. URL: http://www.globus.org/ogsa/ (дата обращения: 14.05.2009).

36. Foster I.T. Service-Oriented Science // Science. 2005. Vol. 308, No. 5723. P. 814-817.

37. Foster I. et al. Grid Services for Distributed System Integration // Computer. Vol. 35, Issue 6. 2002. P. 37-46.

38. Foster I. et al. How Do I Model State? Let Me Count the Ways // Queue. Vol. 7, Issue 2. 2009. P. 54-64.

39. Foster I. et al. Modeling and Managing State in Distributed Systems: The Role of OGSI and WSRF // Proceedings of the IEEE. Vol. 93, Issue 3. 2005. P. 604-612.

40. Foster I. Globus Toolkit Version 4: Software for Service-Oriented Systems // IFIP International Conference on Network and Parallel Computing. Springer, 2005. P. 2-13.

41. Foster I., Frey J., Graham S. et al. Modeling Stateful Resources with Web Services / The Globus Project Whitepaper, 2004 URL: http://www.ibm.com/developerworks/library/ws-resource/ws-modelingresources.pdf (дата обращения: 16.05.2009).

42. Foster I., Iamnitchi A. On death, taxes, and the convergence of peer-to-peer and grid computing // In 2nd International Workshop on Peer-to-Peer Systems (IPTPS'03). Springer, 2003. P. 118-128.

43. Foster I., Kesselman C. Globus: A Metacomputing Infrastructure Toolkit // International Journal of Supercomputer Applications Vol. 11, Issue 2. 1997. P. 115-128.

44. Foster I., Kishimoto IT., Savva A. et al. The Open Grid Services Architecture. 2005. 62 p. URL: http://forge.gridforum.org/projects/ogsa-wg pdf (дата обращения: 16.05.2009).

45. Foster L What is the Grid? A Three Point Checklist. 2002. URL: http://www.fp.mcs.anl.gov/~foster/Articles/WhatIsTheGrid.pdf (дата обращения: 17.05.2009).65; Fox G. С., Gannon D. Workflow in Grid Systems // Concurrency and

46. Computation: Practice & Experience: Vol>18. No; 10. 2006. P. 1009-1019;

47. Gnutella. URL: http://www.gnutella.com/ (дата обращения: 25.05:2009)

48. Guha S., Daswani N., Jain R. An experimental study of the Skype peer-to-peer VoIP system. In: Proceedings; of the IPTPS'06 : Santa Barbara, CA, Feb: URL: http://iptps06.cs.ucsb.edu/talks/guha-skype-talk.pdf (дата обращения: 25Ю5:2009); •

49. Gray N.A.B. Comparison of:Web Services, Java-RMI, and CORBA service implementations // Australian SoftwareEngineering Conference (ASWEC . 2004). Melbourne, Australia (April 13 and 14, 2004). Melburne: Swinburne

50. Univercity Of Technology: 2004; P: 1-12.

51. Hayes В. Cloud computing // Communication of the ACM. Vol. 51. Issue 7. 2008. P. 9-11.

52. Haynos M. Perspectives on grid: Grid computing — Next-generationidistributed computing / IBM Whitepaper. 2004. lip. URL: http://www-128.ibm.com/developerworks/grid/library/gr-heritage/ (дата обращения: 19.06.2009).

53. Henning M. The Rise and Fall of GORBA // ACM Queue. Vol. 4, Num. 5. 2006. P. 28-34.

54. Henning M, Vinoski S. Advanced CORBA programming with С++. New York: Addison-Wesley, 1999. 1.120 p.

55. Hollingsworth J., Powell D. The Implementation of an Evolutionary-Based* Engineering Optimization Framework for, the Grid / Elon University. 2007. URL: http://www.cs.uncc.edu/~abwATCS4146S07/uncc.pdf (дата обращения: 19.05.2009).

56. Iosup A., Epema D. et al: On Grid Performance Evaluation using Synthetic Workloads // CoreGRID Technical Report Number TR-0039. 2006. 18 p.

57. Jagannathan V., Almasi G., Suvaiala-A. Collaborative infrastructures using the WWW and CORBA-based environments // Proceedings of the IEEE Workshops on Enabling Technologies Infrastructure for Collaborative Enterprises (WETICE'96). 1996. P. 292-297.

58. Jalonski S., Bussker C. Workflow management: modeling concepts, architecture and implementation. London: International1 Thomson Computer Press, 1996.351 p.

59. Kamel M., Leue S. Formalization and validation of the General Inter-ORB Protocol (GIOP) using PROMELA and SPIN // International Journal on Software Tools for Technology Transfer (STTT). Vol. 2, No. 4. 2000.1. P. 394-409.

60. Kim J.-H. et al. A Problem Solving Environment Portal for Multidiscipli-nary Design Optimization. // Advances in Engineering Software. Vol. 40. Issue 8. 2009. P. 623-629.

61. King J.L. Centralized versus decentralized computing: organizational considerations andmanagement options // ACM'Computing Surveys. Vol. 15, Issue 4. 1983. P. 319-349.

62. Kruger M. Grid Computing & UNICORE. 2006. URL: http://www.be.itu.edu.tr/news/gridatolye/UNICOREIntroduction.pdf (дата обращения: 16.05.2009).

63. Leach P., Mealling M., Salz R. A Universally Unique IDentifier (UUID) URN Namespace. RFC 4122: July 2005.

64. Lee B.-E., Suh S.-H. An architecture for ubiquitous product life cycle support system and its extension to machine tools with product data model // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. Vol. 1.2009.-P. 15.

65. Lee H.-J., Lee J.-W., Lee J.-O. Development of Web services-based Multidisciplinary Design Optimization framework. // Advances in Engineering Software. Vol. 40. No. 3. 2009. P. 176-183.

66. Li J. On peer-to-peer (P2P) content delivery // Peer-to-Peer Networking and Applications. 2008. Vol. 1, No. 1. P. 45-63.

67. Li Z. et al. Architecture of collaborative design grid and its application based on LAN // Advances in Engineering Software. Vol. 38, № 2. 2007. P. 121-132.

68. Li Z. et al. Conception and implementation of a collaborative manufacturing grid I I The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. Vol. 34, № 11-12. 2007. P. 1224-1235.

69. Milojicic D: S~. et al. Peer-to-Peer Computing, Hewlett-Packard, Tech. Rep. HPL-2002-57R1. 2003. URL: http://www.hpl.hp.com/techreports/ 2002/HPL-2002-57R1 .html (датаюбращения: 19.05.2009).

70. Milojicic D. Cloud computing: Interview with Russ Daniels and Franco Travostino // IEEE Internet Computing. Vol. 15, Issue 5. 2008. P. 7-9.

71. Munoz C., Zalewski J. Architecture and Performance of Java-Based Distributed Object Models: CORBA vs RMI // Real-Time-Systems. Vol. 21, No. 1-2. 2001. P. 43-75.

72. Nolan R.L. Managing the computer resource: a stage hypothesis // Communications of the ACM. Vol. 16, Issue 7. 1973. P. 399-405.

73. Object Management Group (OMG), The Common Object Request Broker Architecture (CORBA). URL: http://www.corba.org (дата обращения: 19105.2009).

74. Olson M.H. Remote office work: changing work patterns in space and time // Communications of the ACM. Vol. 26, Issue 3. 1983. P. 182-187.

75. Papazoglou M.P., Georgakopoulos D. Service-OrientedComputing // Communications of the ACM. Vol. 46, No. 10. 2003. P. 25-28.

76. Peer-to-peer Working Group: URL: http://www.p2pwg.org (дата обращения: 19.05.2009).

77. Prodan R., Fahringer T. From Web Services to OGSA: Experiences in Implementing an OGSA-based Grid Application // Proceedings of the 4th International Workshop on Grid Computing. Washington, DC: IEEE Computer Society, 2003. P. 2-10.

78. Python Programming Language Official Website. URL: www.python.org (дата обращения: 19.05.2009)

79. Raphael В., Smith I.F.C. Fundamentals of computer aided engineering. John Wiley, 2003. 306 p.

80. Riedel M., Mallmann. D. Standardization Processes of the UNICORE Grid-System // Proceedings of 1st Austrian Grid Symposium 2005, Schloss Ha-genberg, Austria. Austrian Computer Society, 2005. P: 191-203.

81. Russell N. et. al. On the suitability of UML 2.0 activity diagrams for business process modelling // Proceedings of the 3rd Asia-Pacific conference on Conceptual modelling. Hobart: Australian,Computer Society, Inc, 2006. Vol. 53. P. 95-104.

82. Schnekenburger T. Load Balancing in CORBA: A Survey of Concepts, Patterns, and Techniques // The Journal of Supercomputing. Vol. 15, No. 2. 2000. P. 141-161.

83. Service Oriented Architecture (SOA) Reference Model Public Review Draft 1.0 (Feb) / Organization for the Advancement of Structured Information Standards (OASIS), 2006. 28 p.

84. Shan H., Oliker L., Biswas R. Job superscheduler architecture and performance in computational grid environments // Proceedings of the ACM/IEEE conference on Supercomputing. Washington, DC: IEEE Computer. Society, 2003. P: 44-54.

85. Silva V.T., Noya R.C., Lucena C.J.P. Using the UML 2.0 activity diagram to model agent plans and actions // Proceedings of the fourth international joint conference on Autonomous agents and multiagent systems.

86. New York: ACM, 2005. P. 594-600.

87. Sinha A. Client-server computing // Communications of the ACM. Vol. 35,. Issue 7. 1992. P. 77-98.

88. Skype. URL: http://www.skype.com (дата обращения: 02.06.2009).

89. Sotomayor B. The Globus Toolkit 4 Programmer's Tutorial / University of Chicago, Department of Computer Science, 2005. URL: http://gdp.globus.Org/gt4-tutorial/download/progtutorial-pdf0.2.l.tar.gz (дата обращения: 02.06.2009).

90. Stevens R. et. al. From,the I-WAY to the National Technology Grid // Communications of the ACM. Vol. 40, Issue 11. 1997. P. 50-60.

91. Stockinger H. Defining the Grid: A Snapshot on the Current View // The Journal of Super-computing. 2007. № 42(1). P: 3-17.

92. A. Streit. UNICORE: Getting to the heart of Grid technologies // eStrate-gies. Vol: 3. 2009. P. 8-9.

93. A. Streit UNICORE What lies beneath Grid functionality? // eStrategies. Vol. 7. 2008. P. 38-39.

94. Sundaram B. Understanding WSRF, Part 1: Using WS-ResourceProperties. 2005. URL: http://www.ibm.com/developerworks/edu/gr-dw-gr-wsrfl-i.html (дата обращения: 02.06.2009).

95. Taylor I., Harrison A. From P2P and Grids to Services on the Web. Springer. 2008. 462 p.

96. Twenty-One Experts Define Cloud Computing. URL: http://cloudcomputing.sys-con.eom/read/612375p.htm (дата обращения: 18.05.2009).

97. Vaquero L. M. et al. A break in the clouds: towards a cloud definition. ACM SIGCOMM Computer Communication Review. Vol. 39, Issue 1. 2009. P. 50-55.

98. Vogels W. Web Services Are Not Distributed Objects // IEEE Internet Computing. Vol. 7, No. 6. 2003. P. 59-66.

99. Yin J.W., Zhang W.Y., Li Y., Chen H.W. A peer-to-peer-based multi-agent framework for decentralized grid workflow management in collaborative design. // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. Vol. 41, № 3-4. 2009. P. 407-420.

100. Wasson G., Humphrey M. Policy and Enforcement in Virtual Organizations // Proceedings of the 4th International Workshop on Grid Computing. Washington, DC: IEEE Computer Society, 2003. P. 125-133.

101. Weiss A. Computing in the Clouds // netWorker. № 11(4). 2007. P. 16-25.

102. Xue G., Song W., Cox S.J., Keane An. Numerical Optimisation as Grid Services for Engineering Design // Journal of Grid Computing. 2004. Vol. 2. P. 223-238.

103. Zalila В., Hugues J., Pautet L. An improved IDL compiler for optimizing CORBA applications // Proceedings of the 2006 annual ACM SIGAda international conference on Ada. Albuquerque, New Mexico, USA. New York: ACM, 2006. P. 21-28.