Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Совершенствование глобальных компьютерных сетей на базе нейросетевых, мульти-агентных и GRID-технологий






13.1. Эволюция глобальной телекоммуникационной сети первого поколения “Internet-1”

Сегодня самой крупной и мощной глобальной ТКС в мире является сеть Internet. Её прообраз в виде сети ARPAnet был создан в начале 60-ых годов ХХ века как результат академических исследований и разработок по заказу агенства по передовым исследованиям (Advanced Research Projects Agency, ARPA) министерства обороны США. Затем в 1986 году по заказу Национального научного фонда (National Science Foundation, NSF) была создана первая очередь сети NSFnet, которая использовалась и развивалась прежде всего в интересах университетов и научных учреждений США [1, 4].

В дальнейшем по мере интеграции и коммерциализации распределённых ТКС разного масштаба и назначения появилась международная сеть первого поколения “Internet-1” как глобальная “сеть для каждого” (Anybodysnet). В последние годы эта глобальная ТКС стала доступной любому пользователю, который может оплатить адресное пространство и сетевые услуги “Internet-1”.

Однако стандартизация и коммерциализация сети “Internet-1” стали своеобразным тормозом на пути её дальнейшего развития и интеллектуализации. В самом деле сегодня новые методы интеллектуализации и перспективные технологии развития глобальных ТКС не могут сразу же внедряться в международную “коммерческую ” сеть “Internet-1”. Сначала они должны быть теоретически обоснованы и всесторонне исследованы с помощью математического, компьютерного и имитационного моделирования. После этого новые модели и технологии нужно тщательно проверить в реальных условиях на специальных ТКС, предназначенных для тестирования, натурных испытаний и отладки.

13.2. Проекты глобальных сетей второго поколения “Internet-2” и “Abilene”

В 1996 году по инициативе 34 университетов США была создана университетская корпорация для разработки перспективной сети Internet (University Corporation for Advanced Internet Development, UCAID), аннонсировавшая проект “Internet-2” (www.internet2.edu). Этот проект направлен на создание глобальной сети Internet второго поколения.

Основные цели проекта “Internet-2” имеют амбициозный характер и заключаются в следующем:

- сохранить лидирующие позиции США в развитии, внедрении и эксплуатации глобальных ТКС второго поколения – “Internet-2”;

- обеспечить наиболее благоприятные условия для предоставления перспективных сетевых услуг и информационных приложений университетам и научным учреждениям США;

- усовершенствовать (а не заменить) сеть Internet-1 эволюционным путём, т.е. путём использования новых сетевых архитектур и технологий, разработанных в рамках проекта “Internet2”.

Сегодня разработкой проекта “Internet-2” занимается 160 университетов и 50 фирм США, которые входят в корпорацию UCAID. Этот проект активно финансируется NSF и другими фондами и федеральными агентствами США.

По инициативе UCAID ведутся также исследования по проекту “Abilene” [4], направленного на создание “отладочной” ТКС для проекта “Internet-2”. Первая очередь этой высокоскоростной TKC (до 2, 5 Гбит/c) была запущена при участии фирмы “Cisco Systems” и других корпораций. Она предназначена для отладки методов многоадресной маршрутизации, оценки критериев обслуживания (QoS) и Internet-протоколов версии 6 (IPvG).

13.3. Программа создания нового поколения Internet “NGI”

C 1997 года правительство США начало финансировать федеральную программу “Internet следующего поколения” (Next Generation Internet, NGI). Эта государственная программа направлена на разработку перспективных сетевых архитектур и технологий для сети Internet нового поколения и их практическую проверку на специальных «отладочных» ТКС двух типов: “100X” и “1000X” (www.ngi.gov).

Реализация и финансирование программы “NGI” осуществляется крупнейшими государственными учреждениями США, среди которых отметим следующие [4]:

- Оборонное агенство передовых технологий (DARPA);

- Национальное аэрокосмическое агенство (NASA);

- Министерство энергетики (DoE);

- Национальный институт стандартов и технологий (NIST);

- Национальный научный фонд (NSF).

Координацию научных исследований и технологических разработок по программе “NGI” осуществляет подкомитет по компьютеризации, информации и связи (SubCommtitee on Computing, Information and Communications, CIC R& D) национального совета по науке и технологиям США.

Основными целями программы “NGI”является решение следующих научно-технических задач (НТЗ):

НТЗ-1. Разработка методов и сетевых технологий, обеспечивающих:

-комплексность сетевого управления (включая выделение и распределение полосы пропускания ТКС, адаптацию к сетевым перегрузкам и т.п.);

- высокое качество и дифференциацию обслуживания (включая многоадресную передачу, обмен видеоинформацией и т.п.);

- повышенную сетевую безопасность и надёжность.

НТЗ-2. Исследование методов распределённых вычислений и сетевых технологий коллективного использования сетевых и информационных ресурсов в различных сферах деятельности (наука, образование, автоматизированное производство, экология, охрана здоровья и т.п.);

НТЗ-3. Создание “отладочных” ТКС типа “100Х” и “1000Х” для практической проверки новых перспективных методов, средств и технологий, разработанных в процессе решения задач НТЗ-1 и НТЗ-2.

На заключительном этапе программы “NGI” важную роль будет играть тестирование новых сетевых архитектур и технологий на двух “отладочных” ТКС.

Первая ТКС –“100Х” объединяет около 100 узлов, установленных в университетах и научных институтах. Она обеспечит передачу потоков данных со скоростью, превышающей среднюю скорость обмена информацией в Internet-1 в 100 раз.

Вторая ТКС – «1000Х» будет построена на базе сети DARPA’s Super Net. Она объединит 10 узлов с пропускной способностью, превышающей среднюю скорость передачи данных в Internet-1 в 1000 раз.

13.4. Проблемы и трудности управления мировой сетью Internet

13.4.1. Сравнительный анализ и противоречивость определений понятия “Internet”

Сегодня не существует единого и общепринятого определения понятия “Internet”. Поэтому приходится констатировать, что этот популярный термин не имеет единого толкования и нуждается в уточнении.

Рассмотрим и сопоставим различные определения понятия “Internet”. Сначала приведём короткие, но нечёткие определения–метафоры, раскрывающие сущность этого термина с разных точек зрения, а именно:

– “супермагистраль” и “электронная нервная система ” (Б.Гейтс),

– “коллективный разум” (Н.Н.Моисеев),

– “всемирная информационная система” (А.Д.Сахаров),

– “информационная и вычислительная экология” (К.Майнцер),

– “совокупность электронных сетей, создаваемых и используемых глобальным сообществом свободных людей в целях всестороннего обмена социальной информацией” (Б.Докторов).

Недостатком этих определений является субъективный и односторонний характер рассмотрения глобальной сети Internet.

Более профессиональный взгляд на термин “Internet” отражают следующие определения разработчиков и экспертов в области глобальных инфотелекоммуникаций.

Согласно документу “FNC Resolution: Definition of “Internet” (http: //www.webplan.ru/hold/ r15–4.shtml) сеть Internet первого поколения – это глобальная информационная система, которая:

А. Логически взаимосвязана пространством глобальных уникальных адресов, основанных на Internet-Протоколе (IP) или на последующих расширениях или преемниках IP;

В. Способна поддерживать коммуникации с использованием семейства Протокола управления передачей/ Internet-Протокола (ТСР/IP) или его последующих расширений, преемников и (или) других IP-совместимых протоколов;

С. Обеспечивает, использует или делает доступными высокоуровневые сервисы, надстроенные над коммуникационной или иной связанной с ней инфраструктурой.

Другая группа специалистов “Internet Engineering Task Force (IETF)” в своей рекомендации rfc2418 предлагает следующее определение:

“Internet – это свободно организованное международное объединение автономных, взаимосвязанных сетей, которые поддерживают межкомпьютерное взаимодействие в силу строго добровольного соблюдения открытых протоколов и процедур, называемых Internet-Стандартами”.

Согласно этой рекомендации сеть Internet представляет собой средство массовой коммуникации, основанное на гипертекстовой системе World Wide Web (WWW) и позволяющее осуществить доступ к компьютерным ресурсам по всему миру в интерактивном режиме в целях всестороннего разнообразного обмена информацией и установления необходимых коммуникаций.

В проекте Федерального закона “О государственной политике Российской Федерации по развитию и использованию сети Интернет” эта глобальная сеть определяется как “совокупность общедоступных информационно-телекоммуникационных сетей, взаимодействие между которыми обеспечивается применением межсетевого протокола с одноимённым названием”.

13.4.2. Социально-психологические проблемы использования сети Internet

Поскольку открытая сеть Internet предоставляет миллионам пользователей доступ к мировым информационным и вычислительным ресурсам и открывает практически неограниченную среду виртуального общения людей, очень важны социальные и психологические аспекты использования и развития этой глобальной сети [29].

С одной стороны, глобальная сеть Internet кардинально изменяет образ мышления и жизнь людей, предоставляя им принципиально новое средство удалённого общения и сотрудничества. С другой стороны, неконтролируемое общение и безбрежность “океана” информации, доступной с помощью сети Internet, делает её в ряде случаев социально опасным средством массовой коммуникации и информации. В частности, сеть Internet делает доступной много ненужной, вредной, некачественной и устаревшей информации. В тоже время полезная информация может не предоставляться пользователю сети Internet (например, по коммерческим или конфиденциальным соображениям).

Глобальная сеть Internet представляет собой одновременно средство и среду общения людей и их взаимодействия с удалёнными компьютерами и компьютерными сетями как распределёнными хранилищами данных и знаний. Пользователи этой сети имеют дело не с реальными объектами, а с их сетевыми адресами, информационными потоками и образами. Поскольку эти потоки и образы фактически замещают реальные объекты и явления, то глобальная сеть Internet является своего рода средством доступа к распределённой по всему миру виртуальной реальности.

13.4.3. Системный взгляд на сеть Internet

Таким образом, в настоящее время существует много точек зрения на мировую сеть Internet, которые отражены в различных (как очень узких, так и весьма широких) определениях этого термина. Однако сегодня представляется принципиально важным определить это понятие с позиций системного анализа и современной теории управления, обработки и передачи информации.

С этой точки зрения сеть Internet представляет собой открытую развивающуюся глобальную ТКС мирового масштаба, которая обеспечивает зарегистрированным пользователям с уникальными сетевыми адресами удалённый доступ к распределённым информационным и вычислительным ресурсам, извлекаемым из взаимосвязанных компьютерных сетей с помощью стандартных человеко-машинных интерфейсов множественного доступа и сетевых средств управления и передачи информационных потоков (ТСР/IP, сетевые операторы и администраторы и т.п.). Эта сеть состоит из разнородных распределённых, но взаимосвязанных подсистем и служит для управляемой передачи и адресации гетерогенного трафика по запросам пользователей в целях их информационного обслуживания.

Развитие глобальной сети Internet направлено на то, чтобы сделать телекоммуникации более оперативными, адресными и способными на смысловую фильтрацию и понимание сути запросов. Иначе говоря, Internet как глобальная ТКС должна быстро и качественно передавать необходимую информацию в соответствии с интересами и потребностями пользователей по их запросам.

13.4.4. Проблемы глобального управления сетью Internet

В настоящее время развитие мировой сети Internet привело к сложной и отчасти конфликтной ситуации, связанной с проблемами глобального управления Internet (Internet Governance). Суть этой проблемы отражена в докладе Генерального секретаря ООН Кофи Аннана на Всемирном форуме по управлению сетью Internet (март 2004 г., Нью-Йорк), который подчеркнул, что необходимость международного регулирования процессов в глобальной сети Internet представляется очевидной, но “это не означает, что можно управлять традиционными методами чем-то совершенно особенным”.

Этот по настоящему глубокий вывод фокусирует внимание учёных на том, что международная сеть Internet не только недостаточно изучена как объект управления с непредсказуемо изменяющейся динамикой, но и тем более не исследованы вопросы научно-обоснованного управления информационными потоками в этой мировой сети [29].

Сегодня в корпоративных, региональных и государственных сегментах (автономных подсетях) мировой сети Internet используются “традиционные методы” управления, основанные в значительной степени на опыте и интуиции сетевых операторов и администраторов, субъективно оперирующих сетевыми адресами, доменными именами и т.п. Разного рода технические усовершенствования (новое коммуникационное оборудование, сетевые протоколы и т.д.) не могут кардинально изменить сложившуюся ситуацию с “традиционными методами” управления глобальной сетью Internet в целом.

Важно отметить, что обсуждение глобальных (в том числе политических) аспектов, использование и развитие информационно-телекоммуникационных технологий (ICT) было инициировано в 2000 году Всемирным Экономическим Форумом (World Economic Forum – WEF). Этот международный форум учредил рабочую группу WEF ICT Taskforce, которая подготовила начальные материалы, ставшие основой Окинавской Хартии Глобального Информационного Общества (OC GIS) и утверждённый на встрече государственных лидеров “Большой восьмёрки”.

В результате этих мероприятий был учреждён международный экспертный совет (Digital Opportunity Taskforce – DOT), которому поручено сформировать международный пакет действий в области развития глобальной Internet-среды на международном уровне. Этот проект под названием Генеральный план действий (General Plan of Action – GPA) был представлен и утверждён на Генуэзской встрече в 2001 году “Большой восьмёрки”. Одновременно соответствующий мандат G& DOT Force был продлён на год до следующей встречи лидеров стран “Большой восьмёрки”.

Более профессиональное обсуждение проблем развития глобальных ТКС и совершенствования управления информационными потоками в сети Internet было иниционировано Международным союзом телекоммуникаций (Internet Telecommunication Union – ITU) в рамках Всемирного саммита по информационному обществу (World Summit on Information Society – WSIS). Было запланировано дальнейшее обсуждение этих актуальных проблем на WSIS в Женеве (декабрь 2003 г.) и в Тунисе (ноябрь 2005 г.).

Однако практическая реализация этих запланированных WSIS-мероприятий натолкнулась на различные трудности и затянулась. На первом подготовительном совещании (Prep Com1) WSIS в Женеве (июнь 2002 г.) проблема управления сетью Internet фактически не рассматривалась. Затем на совещании PrepCom2 в Женеве (февраль 2003 г.) эта проблема обсуждалась как ключевая. Тем не менее даже после проведения ряда региональных совещаний (Бамако, май 2002 г., Бейрут, февраль 2003 г. и др.) эта проблема не была урегулирована на последующих международных совещаниях PrepCom3 (сентябрь 2003 г.) и PrepCom3bis (ноябрь 2003 г.) в Женеве.

Поэтому непосредственно перед началом WSIS было проведено дополнительное совещание PrepCom3bis+ в Женеве (декабрь 2003 г.). Однако и оно не привело к согласию участников, что отразилось в решении “agreed to disagreed” и в WSIS-обращении к Генеральному Секретарю ООН с просьбой создать международную рабочую группу по вопросам глобального управления сетью Internet (Internet Governance – IC) при ООН [29].

Основными задачами этой группы является следующее [41]:

– сформулировать рабочее определение понятия “управление Internet (IC) ”,

– поставить ключевые проблемы международной политики в отношении сети Internet,

– определить роль и ответственность правительственных и международных организаций, а также частного сектора в вопросах использования мировой сети Internet.

Первое совещание международной группы экспертов по глобальному управлению Internet при ООН состоялось в сентябре 2004 г. в Женеве. Однако при этом обнаружился острый конфликт интересов, отражающий различные позиции стран и корпораций в отношении глобального управления и использования мировой сети Internet.

С одной стороны, США и развитые страны ЕС при поддержке крупных частных корпораций заняли консервативную позицию. Сущность этой позиции заключается в том, что ничего не менять, т.е. по прежнему сохранить центральную роль в управлении глобальной сетью Internet за частной компанией ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers). Это означает, что ICANN должна обеспечить техническую модернизацию сети Internet и продолжить сложившуюся практику её международной эксплуатации.

С другой стороны, по инициативе Китая страны “Группы 20” (Индия, Бразилия, Южная Африка и др.) заняли существенно иную позицию. Фактически они предложили передать функции глобального контроля и управления Internet одной из межправительственных организаций под эгидой ООН (например, ITU). Эта организация должна установить международную цензуру в сети Internet с целью организованной борьбы с незаконным контентом, спамом и т.п.

Альтернативная позиция была сформулирована другими странами-участниками WSIS в сентябре 2004 г. в Женеве. Её суть заключается в создании децентрализованного механизма управления Internet с распределением соответствующих обязанностей и ответственности между различными организациями.

Россия не определила свою позицию в отношении глобального управления и контроля сети Internet. При этом она не поддержала в споре ни одну из сторон. Однако российская сторона согласилась с основными документами первого WSIS на высшем уровне – “Планом действий” и “Декларацией принципов построения информационного общества: глобальный вызов в новом тысячелетии” (https://erussia.prime_tass.ru/news/73/20040217/402875.shtm). Согласно этим документам планируется всестороннее развитие национальной, региональной и международной инфраструктуры Internet для предоставления населению множественного доступа к информационным и телекоммуникационным ресурсам.

Таким образом, казалось бы частный вопрос управления мировой сетью Internet и контроля за использованием мировых информационных ресурсов на самом деле отражает глобальный конфликт информационно-телекомуникационных интересов разных стран, который до последнего времени не удалось разрешить в рамках ООН и существующей системы международных отношений.

Фактическая неразрешённость (а, может быть, и неразрешимость) этого конфликта является серьёзным препятствием на пути перехода от старого индустриального общества к новому информационному обществу в условиях, когда ещё не все страны завершили свою индустриализацию и только начинают использовать современные информационные и телекоммуникационные технологии.

Одним из эффективных путей выхода из этой конфликтной ситуации может стать создание закрытых глобальных ТКС нового поколения, ориентированных на высокопроизводительную GRID-инфраструктуру предоставления вычислительных и информационных ресурсов заинтересованным пользователям. В этом случае важную роль будут играть адаптивное управление и мульти-агентная обработка информационных потоков в глобальных ТКС с развивающейся переменной структурой и непредсказуемо изменяющимся гетерогенным трафиком.

 

13.5. Состояние и перспективы развития GRID-технологий

13.5.1. Разработка GRID-систем в США и странах ЕС

В современных проектах глобальных ТКС и компьютерных сетей большое внимание уделяется радикальному увеличению их производительности, отказоустойчивости и вычислительной мощности. Так, например, в результате реализации в 1985–1997 годах в США суперкомпьютерной программы ASCI были созданы компьютерные системы с очень высокой производительностью, порядка десятков терафлоп (1012 операций в секунду).

После завершения этой программы в США в 1997 году началась новая национальная программа PACI (Partnership for Advanced Computational Infrastructure). Эта программа поддерживается научными фондами и агентствами NSF, DAPRA, NASA с объёмом ежегодного финансирования порядка 0, 5 млрд. долларов США.

Основной целью программы PACI является создание национальной инфотелекоммуникационной сети, которая способна обеспечить пользователям с их рабочих мест быстрый и прозрачный доступ к удалённым информационным и вычислительным ресурсам, распределённым в этой сети. Такую инфраструктуру и телеинформационную технологию принято называть GRID.

Термин GRID в переводе на русский язык означает “решётка” или “сетка”. В компьютерных узлах GRID-системы сосредоточены информационные и вычислительные ресурсы большой мощности и различного назначения, доступные пользователям через глобальную TKC.

Основными требованиями к GRID-системе является:

– сверхвысокая производительность, повышенная отказоустойчивость,

– интеграция и доступность необходимых информационно-вычислительных ресурсов.

Инструментальные средства для создания GRID-системы разрабатываются в рамках программы Globus Toolkit и метакомпьютерных проектов США, а именно: проект Globus Арагонской национальной лаборатории и проекты Legion и Condor университетов штатов Вирджиния и Висконсин. Тесно связаны с ними проект создания в США крупнейшего распределённого суперкомпьютера Tora GRID и проекты GriPhym, iVDGL и PPDG.

Аналогичная GRID-система и телеинформационная технология создаётся в странах ЕС на базе европейской инфраструктуры GEANT в рамках проектов EU–Data GRID, Euro GRID, CrossGRID и DataTag.

В настоящее время все эти проекты направлены в первую очередь на научно-технические приложения. Однако в дальнейшем планируется на этой базе адаптировать GRID-технологии для Е-бизнеса и промышленности.

GRID-технологии призваны создать условия и обеспечить научно-технический прорыв к инфотелекоммуникационным сетям нового поколения.

Для выполнения GRID-программ необходимо прежде всего создать магистральную инфраструктуру со скоростями передачи данных не менее 1–10 Гигабит в секунду, а также провести фундаментальные и прикладные исследования и разработать принципиально новые инфотелекоммуникационные технологии для эффективного использования GRID- среды.

В США в рамках проектов, финансируемых NSF, активно ведутся теоретические и экспериментальные исследования по созданию магистральных инфраструктур нового поколения на базе полигонов Abeline и vBNS.

Аналогичные исследования проводятся в ведущих странах ЕС на базе полигона GEANT.

Эти исследования на физическом уровне связаны с новыми DWDW-средствами передачи данных, основанными на разделении каналов связи по длинам волн. Что же касается канального и сетевого уровней, то они базируются на так называемой l-коммутации и технологии GMLS (Generalized Multiprotocol Label Switching). Именно эти средства и технологии планируется использовать для создания суперскоростных магистральных SH (Super–Highways)-сетей и международных сетей “США-Европа” и “США-Китай”. Кроме того, возможно, будет создана магистральная SH-сеть “Европа–Китай через Россию”, которая замкнёт “мировое кольцо” телеинформационных связей.

Важную роль играет также разработка новых методов программных комплексов и протоколов управляемой передачи потоков данных, ориентированных на глобальные ТКС нового поколения и GRID-среды. Исследования в этой области финансируются NSF США и международными программами ЕС в форме открытых научно-технических проектов, каждый из которых направлен на свою предметную область (физика высоких энергий, астрофизика, генетика, экология, телемедицина и т.п.) Сегодня многие из этих проектов базируются на инструментальных средствах Globus, разработанных в США.

13.5.2. Концепции GRID-технологий и сетей

GRID-технологии и среды поддерживают скоординированное индивидуальное и коллективное использование разнородных информационных и вычислительных ресурсов, распределённых в компьютерах, компьютерных сетях и суперкомпьютерных центрах различных организаций. Взаимосвязь и доступность этих информационных и вычислительных ресурсов на требуемом уровне коммуникационных услуг обеспечивается глобальными ТКС соответствующего масштаба. Поэтому GRID-технологии основываются на специализированном алгоритмическом и программном обеспечении (GRID-обеспечении) и на сетевых стандартах и протоколах (ТСР/IP и т.п.), используемых в глобальных ТКС.

Рассмотрим цели и задачи создания и развития GRID-инфраструктуры на примере научно-технических проектов Европейского Союза, в которых участвует и Россия.

Первый такой проект под названием “European Data Grid (EDG)” с общим бюджетом около 10 млн. Евро выполнялся 21 организациями из Европы в течение трёх лет и завершился 31 марта 2004 года. Его основной целью было концептуальное проектирование и создание экспериментальной GRID-среды, способной предоставить европейскому научному сообществу возможность индивидуального или коллективного (совместного) использования доступных информационных и вычислительных ресурсов.

В результате выполнения этого проекта были созданы программное обеспечение и специализированные GRID-средства в трёх областях науки, а именно:

– физика высоких энергий (см., например, https://lcg.web.com.cern.ch/LG/default.htm);

– биомедицинские исследования;

– науки о Земле.

Параллельно с этим выполнялись следующие проекты стран-участников ЕС:

– Gross Grid (https://www.osp.ru/os/2003/01/016.htm),

– GEAHT (https://www.dante.net/server/show/nav.007),

– Data TAG (https://datatag.web.cern.ch/datatag/),

– Nordu Grid (https://www.nordugrid.org/).

C 1 апреля 2004 года появился новый проект стран-участников ЕС с участием России с общим бюджетом 32 миллиона Евро на два года. Этот проект под названием “Enabilding Grids for E-Science in Europe” (EGEE) основан на достижениях и развитии проекта EDG и направлен на создание научной GRID-инфраструктуры на базе национальных, региональных и тематических информационно-вычислительных ресурсов, которая будет доступна круглосуточно всем европейским странам-участницам проекта, согласным с принципом общего добровольного доступа к своим и чужим информационным и вычислительным ресурсам.

Этот проект финансово поддерживают не только страны ЕС, но и США и Россия. В результате выполнения проекта, охватывающего “12 федераций и 70 институтов-участников”, будут поддерживаться следующие инфотелекоммуникационные функции международного масштаба:

Упрощённый профессиональный доступ, означающий, что пользователи смогут объединиться в виртуальные группы или организации “по интересам” с телекоммуникационным доступом к европейской GRID-инфраструктуре, содержащей интересные каждому пользователю информационные и вычислительные ресурсы;

Географически распределённый доступ, означающий, что GRID-инфраструктурa будет доступна удалённым пользователям из любых рабочих мест, охваченных глобальной ТКС;

Быстрое выполнение вычислений по требованию, означающее, что GRID-среда, эффективно распределяя вычислительные ресурсы, сокращает время обращения к ним за счёт параллелизма ссответствующих операций;

Исключительно большой объём ресурсов, означающий, что пользователям, охваченным проектом EGEE, будут доступны распределённые информационно-вычислительные ресурсы, которые не может предоставить ни один компьютерный центр или локальная сеть в отдельности;

Совместное использование программного обеспечения и баз данных, означающее, что в рамках EGEE-проекта будет предоставлена возможность совместного (коллективного) использования и развития имеющегося программного обеспечения и распределённых баз данных и знаний;

Высокий уровень поддержки приложений, означающий, что все участники проекта EGEE способны обеспечить всестороннюю поддержку основных приложений.

Для полноправного участия в европейском проекте EGEE в России был создан консорциум Russian Data Intensive GRID (RDIG), который входит в проект наравне с восемью национальными и региональными консорциумами из Франции, Италии, Англии/Ирландии, Германии/Швейцарии, Скандинавских стран, Центрально-Европейских стран, Юго-Восточной Азии и Юго-Западной Европы. Координатором этого проекта является CERN – Европейская лаборатория по физике частиц.

В Российский консорциум RDIG входят следующие организации:

– Институт физики высоких энергий (ИФВЭ, Протвино);

– Объединённый институт ядерных исследований (ОИЯИ, Дубна);

– Петербургский институт ядерной физики (ПИЯФ, Гатчина);

– Институт теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ);

– Институт атомной энергии (ИАЭ);

– Научно-исследовательский институт ядерной физики МГУ (НИИЯФ МГУ).

Участие Российского консорциума RDIG направлено на реализацию программы проекта EGEE и создание в России базовой научной GRID-инфраструктуры, которая в последующем должна служить образцом для создания аналогичных GRID-сред в различных областях науки, образования и промышленности РФ.

Целями исследований и разработок Российского консорциума RDIG, в частности, является решение следующих задач:

– эффективное участие в пилотных EGEE-проектах в области физики высоких энергий и биомедицины,

– создание Российского центра базовой GRID-инфраструктуры EGEE (CIC),

– создание распределённого регионального оперативного центра (ROC),

– подготовка специалистов и пропаганда GRID-технологий для их внедрения в новых областях науки и экономики РФ.

Для информационной поддержки и координации исследований в России и Северо-Западном регионе по проекту EGEE служат web-портал https://www/egee-rdig.ru и https://egee.pn.pnpi.nw.ru.

13.5.3. Разработка GRID-технологий в России

Россия включилась в мировое информационное и телекоммуникационное пространство позже США и стран ЕС, хотя в советский период она имела передовые достижения в области оборудования для ТКС. Однако за последние 5–7 лет темпы роста национального сегмента глобальной сети Internet значительно возросли.

По оценкам экспертов, сегодня количество сетевых компьютеров в России приближается к миллиону, а число пользователей сети Internet составляет несколько миллионов. Для обмена IP-трафиком сформирована магистральная (опорная) сетевая инфраструктура национального масштаба, поддерживающая сотни поставщиков (провайдеров) сетевого IP-сервиса на коммерческой основе.

В 2002 году в России завершилась федеральная программа развития Национальной сети компьютерных телекоммуникаций для науки и высшей школы (НСКТ НВШ). В результате была создана российская НСКТ НВШ и магистральная инфраструктура RBnet (Russian Backbone network).

Параллельно с этим в 1998–2001 годах в рамках международного проекта Mir–Net, финансировавшегося Министерством промышленности, науки и технологии РФ и NSF США, был создан экспериментальный полигон для разработки и исследования новых телеинформационных технологий. Кроме того, Россия получила доступ к глобальным ТКС в США и ЕС, что позволило реализовать несколько десятков международных сетевых проектов.

В 1999 году разработчики глобальной сети нового поколения “Internet-2” из США пригласили российских специалистов принять участие в российско-американской телевидеоконференции, посвящённой обсуждению первых результатов и перспектив развития GRID-технологий. Сегодня российско-американское сотрудничество в области инфотелекоммуникационных сетей продолжается в рамках нового проекта Fast Net.

Параллельно с развитием глобальных ТКС в 1999–2002 годах была реализована федеральная программа создания сети суперкомпьютерных центров на базе первого российского вычислительного комплекса МВС–1000М с терафлоптной производительностью. Ведутся разработки по включению этого комплекса в НСКТ НВШ, а также в европейскую сеть Eu–Data GRID.

Перечисленные достижения свидетельствуют о том, что в последние годы в России сложились научно-технические предпосылки и реальные условия, необходимые для создания национальной глобальной ТКС нового поколения, разработки перспективных GRID-технологий и их интеграции с мировой инфотелекоммуникационной инфраструктурой, охватывающей США, страны ЕС, Китай и другие экономически развитые страны.

На основе имеющегося научно-технического задела в области инфотелекоммуникационных систем нового поколения, накопленного в США, ЕС, России и Китае, а также с учётом объективно сложившихся тенденций его интеграции в единую мировую инфраструктуру на базе национальных и транснациональных GRID-систем сегодня в России возникает острая потребность в создании Национальной высокопроизводительной информационно-вычислительной среды, ориентированной на GRID-технологии и глобальные ТКС нового поколения.

Эта GRID-среда в сочетании с глобальной ТКС нового поколения в ближайшие годы будет необходима и стратегически значима для развития важнейших отраслей российской экономики.

13.5.4. Программа Президиума РАН в области GRID-технологий и сетей

Для теоретического обоснования и технологического развития российской высокопроизводительной GRID-среды Президиум РАН сформулировал и утвердил Программу “Разработка фундаментальных основ создания научной распределённой информационно-вычислительной среды GRID”, реализация которой осуществлена в 2003-2006 годах. В рамках этой Программы важную роль играет правильный выбор приоритетных направлений фундаментальных исследований и разработка новых инфотелекоммуникационных технологий.

Основными целями Программы являются поэтапное решение следующих проблем:

1) Создание Национальной распределенной информационно-вычисли­тельной среды на базе современных компьютеров и суперкомпьютерных центров с использованием высокой и сверхвысокой производительности новых физических и структурных решений в инфотелекоммуникациях;

2) Проведение фундаментальных исследований, направленных на разработку теоретических основ GRID-технологий и интеграция отдельных, скоординированных друг с другом проектов прикладного характера в рамках единой программы создания Национальной среды GRID.

3) Реализация научно-исследовательских и прикладных проектов, направленных на решение задач формирования национальной GRID-среды, разработки и внедрения GRID-технологий в стратегически важные сферы развития российской науки и экономики.

Для достижения этих целей предлагается сформировать в рамках Программы ряд “проектов, которые в теоретическом отношении, технологическом плане, по технической база и используемым приёмам близки к зарубежным аналогам”. Первоочередными задачами этих проектов является решение следующих проблем:

– освоение технологий микроэлектронного производства с целью создания на этой базе специальных микропроцессоров, интерфейсных и коммуникационных СБИС, процессорных узлов и коммуникационных устройств;

– разработка новых, более тонких механизмов операционных систем (ОС), удовлетворяющих повышенным требованиям к средствам вычислительной техники, которые они поддерживают, и обеспечивающих единую платформу для программ в среде GRID;

– создание методологии и инструментальных сред на ее основе для проектирования, построения и сопровождения информационно-безопасных сложных распределенных систем управления реального времени.

Основными требованиями, предъявляемыми к создаваемой GRID-среде, являются следующие положения:

– среда исходно должна располагать собственными механизмами, информационно-вычислительными ресурсами и аппаратно-программными средствами, которые для решения любой из задач (программ), могут задействовать не отдельный компьютер или кластер, а необходимый для этого ресурс из совокупного арсенала среды;

– информационно-вычислительные, коммуникационные ресурсы, другие аппаратные и программные средства GRID-среды в общем случае гетерогенны и могут динамически изменяться по разным причинам как внутренним, так и внешним по отношению к ней;

– информационно-вычислительные, коммуникационные ресурсы, другие аппаратные и программные средства GRID-среды, необходимые для решения задачи, могут определяться внутренними механизмами GRID-технологии с учётом системного анализа (в том числе в автоматическом режиме) задачи и фактического наличия ресурсов, необходимых для ее выполнения, причём балансировка загрузки выделяемых ресурсов и их взаимодействие обеспечивается внутренними механизмами GRID-среды;

– среда должна обладать инструментальными средствами для описания самой себя (среды исполнения) и для описания требований к прикладной программе, разрабатываемой для выполнения в такой GRID-среде;

– разработка программы для выполнения по технологии GRID автоматически обеспечивает ее высокую мобильность по отношению к среде исполнения (ресурсам GRID-среды, которые могут быть для этого задействованы).

В процессе реализации Программы решался ряд проблем в рамках следующих научных направлений:

1. Математика и прикладное программное обеспечение.

1.1. Модели инфраструктурных компонентов информационно-вычислительной среды на основе технологий GRID;

1.2. Теоретические основы технологий информационно-вычислительной GRID-среды;

1.3. Теоретические основы сопровождения приложений на информационно-вычислительной GRID-среде;

1.4. Поэтапная реализация и апробирование на практике различных архитектур распределенных систем с разной функциональностью, анализ опыта.

2. Системное программное обеспечение.

2.1. Разработка требований к механизмам ОС в условиях эксплуатации поддерживаемых ими вычислительных средств и коммуникационного оборудования на гетерогенной, распределенной сетевой среде;

2.2. Поэтапная разработка и реализация новых механизмов ОС, их апробирование на вновь построенных распределенных системах различных архитектур и назначения.

3. Перспективные информационные технологии и вычислительные системы.

3.1. Мобильные информационные и вычислительные ресурсы;

3.2. Новые физические и структурно-технологические решения в области телекоммуникаций;

3.3. Оптимизация вычислительных архитектур под конкретные классы задач и эффективное отображение задач на вычислительные платформы;

3.4. Организация вычислений с использованием новых физических принципов;

3.5 Информационная безопасность сетевых технологий.

В 2003–2006 годах были выполнены следующие этапы Программы:

1.Разработка фундаментальных основ (принципов, методов, моделей и т.п) проектирования, сопровождения и развития распределенных информационно-вычислительных сред высокой и сверхвысокой производительности.

2.Реализация прототипов отечественных GRID-полигонов различной прикладной направленности, тестирование разработанных инструментальных средств, анализ опыта.

3.Разработка и реализация механизмов операционных систем, ориентированных на поддержку GRID-инфраструктур, проверка их эффективности на полигонах для систем различной функциональности.

4.Анализ, апробирование перспективных физических и структурно-технологических решений, поддерживающих сверхскоростные режимы передачи и маршрутизации пакетов на экспериментальных GRID-полигонах, внедрение в практику.

5.Разработка подходов к созданию и построению высокоуровневых структур для эффективного программирования и сопровождения программ, эксплуатируемых на GRID-средах, их тестирование и совершенствование.

6.Выработка подходов к созданию распределенных архитектур вычислительных комплексов для эффективного решения и эффективного отображения классов задач на вычислительные платформы.

13.6. Развитие мульти-агентных и нейросетевых технологий в современных компьютерных сетях






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.