Автореферат (1090593), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Разработать метод и алгоритм балансировки внешней загрузки узловРВК с учетом их внутренней загрузки, а также разнородности компонентов,входящих в их состав.5.ПроизвестиразработаннымкомпьютерноеалгоритмоммоделированиебалансировкинагрузкиработыдляРВКоценкисегопроизводительности при использовании в существующих распределённыхкомплексах.6. Разработать, отладить и внедрить в конкретных техническихразработках программное обеспечение балансировки нагрузки для РВК.7Методологическая, теоретическая и эмпирическая база исследованияВ данном диссертационном исследовании, методологической основойработы являются как общенаучные и философские методы: системный подход,так и методы фундаментальных и прикладных наук: методы анализа, методыматематической статистики, имитационного моделирования.

Теоретическойбазой данной диссертационной работы являются исследования отечественных изарубежных специалистов, занимающихся проблемами повышения скоростиработы распределённых вычислительных комплексов, за счёт развития методови алгоритмов балансировки вычислительной нагрузки, применяемых в данныхкомплексах. Информация, используемая в диссертационном исследовании,получена в ходе изучения основных публикаций по теме исследования иданных, полученных в ходе проведённого эксперимента по определениюпроизводительности работы разработанного алгоритма и выявлению степенивлияния основных системных параметров РВК на его производительность.Научную новизну работы составляют:1. Кусочно-стационарная модель загрузки узлов, идентифицируемая наосновании экспериментальных данных и обеспечивающая адекватную оценкувычислительной нагрузки на глубину прогноза.2.Методбалансировкивычислительнойнагрузкиузловвраспределённых вычислительных комплексах с гетерогенной структурой,построенных по принципу грид-систем, заключающийся в использованиипрогнозных оценок внутренней загрузки узлов, что позволит оперативноуправлять возникающей нагрузкой, и, следовательно, повысить уровеньадаптации комплекса к изменяющимся условиям, за счёт учёта параметровмодели нагрузки.3.

Метод прогнозирования внутренней загрузки узлов РВК на основеметода квазилинеаризации, с использованием в качестве начальных условийрезультатов, полученных на основе известных решений других авторов,который учитывает динамику нагрузки и обладает лучшими показателями8прогнозирования, что позволить уменьшить вероятность срывов обработкивычислительных задач узлами комплекса и, следовательно,понизитьпоследующую флуктуацию нагрузки.Теоретическая и практическая значимость работы.Теоретическая значимость работы определяется применением методаквазилинеаризации для реализации прогностического подхода к балансировкевычислительной нагрузки, позволяющей свестизадачукпоследовательностирешенийнелинейную стационарнуюлинейныхдифференциальныхуравнений.Практическаяценностьдиссертациизаключаетсявснижениивероятности срывов выполнения заданий узлами РВК, что с учетом большогоколичества узлов в таких вычислительных комплексах может привести ксущественному снижению времени выполнения задания в целом и повышениюскорости работы вычислительного комплекса.

Соответственно, основнаяпрактическая значимость определяется:1. Разработанным адаптивным алгоритмом балансировки нагрузки в РВК,на основе данных прогноза будущих внутренних загрузок узлов.2. Разработанной методикой расчёта таких параметров, как индексбезразмерной ошибки, коэффициент вариации и интервальная оценка дляисследуемого прогнозного параметра, которые позволяют оценить точностьпрогнозированияпредложенногометодаистепеньвычислительногодисбаланса в системе.3. Исследованием влияния основных системных параметров РВК(организацияфайловойсистемы,протоколпередачиданных)напроизводительность алгоритмов балансировки нагрузки и рекомендациями поее повышению.4. Разработанными программными средствами балансировки нагрузкидля РВК, позволяющими адаптивно управлять вычислительной нагрузкой.9Реализация результатов.Разработанныеметоды,алгоритмыипрограммноеобеспечениебалансировки вычислительной нагрузки внедрены:-вучебномматематическогопроцессеобеспечениякафедрыаппаратного,вычислительныхпрограммногосистемиМосковскоготехнологического университета (МТУ) при реализации образовательныхпрограмм по дисциплинам «Методы моделирования вычислительных систем» и«Высоконагруженные системы»;- на отечественных предприятиях ООО «Нанотехгрупп» и ООО «Истар» при совершенствовании системы программной балансировки нагрузки дляотказоустойчивых РВК, что позволило повысить производительность инадёжность распределённых вычислительных комплексов, используемых винтеграционных проектах компаний, что дало значительный экономическийэффект для предприятий партнёров и заказчиков.Достоверностьрекомендацийполученныхподтвержденанаучныхрезультатов,согласованностьювыводовполученныхвиходеэкспериментальных проверок результатов, полученных в работе, с ужесуществующимив отечественной и зарубежнойлитературе данными;положительными рецензиями, полученных при соответствующих публикацияхв журналах, рекомендованных ВАК, для публикации основных результатовдиссертаций на соискание ученой степени кандидата наук;разработкойдействующего программного обеспечения, подтверждённой соответствующимиактами внедрения и свидетельством о регистрации программы в ФИПС.Теоретические результаты диссертационного исследования коррелируют ссовременными результатами зарубежных и отечественных исследований поданной тематике.Публикации и апробация работы.Основные результаты были представлены в 8 печатных публикациях.

Изних 4 публикации в ведущих рецензируемых научных журналах в10соответствии с перечнем ВАК при Министерстве образования и наукиРоссийской Федерации (ВАК при Минобрнауки России).Наиболееважныерезультатыдокладывалисьиобсуждалисьнаследующих научных конференциях:III Международной научно-практической конференции «Современныетенденции развития науки и производства».

21 - 22 января 2016 г. организаторЗападно-Сибирский научный центр совместно с Кузбасским государственнымтехническим университетом имени Т.Ф. Горбачева; XXXIII Международная(заочная) научно-практическая конференция по всем наукам «Интеграционныепроцессы мировой науки в XXI веке». 27 февраля 2016 года. Казань.Организатор Общество Науки и Творчества (г. Казань), ХV Международнаянаучно-практическая конференция «Перспективы развития информационныхтехнологий».

Новосибирск: 2013 г.Также получено авторское свидетельство о регистрации программногосредства в Федеральной службе по интеллектуальной собственности –Роспатент.Личный вклад соискателя в получение результатов, изложенных вдиссертации.Все результаты, выносимые на защиту, получены авторомлично.Структура и объем работы.

Работа состоит из введения, 4 глав,заключения, списка литературы (115 наименований) и 3 приложений. Объемосновного текста составляет 122 страницы, 2 таблицы и 24 рисунка.Соответствие шифру специальности. Содержание диссертационнойработы соответствует специальности 05.13.11 «Математическое и программноеобеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей» понаправлению «Модели, методы, алгоритмы и программная инфраструктура дляорганизации глобально распределенной обработки данных».11СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо Введении обоснована актуальность выбранной темы диссертационнойработы, выделены объект и предмет исследования, рассмотрена степеньразработанности проблемы балансировки вычислительной нагрузки в РВК.Определены также теоретические и методологические основы исследования,цель и основные задачи, решаемые в работе, отмечена их практическая инаучная ценность, сформулированы основные положения, представляемые кзащите.В первой главе проведён комплексный анализ методов балансировкинагрузки в распределённых вычислительных комплексах, который выявилнизкую адаптивность к возникающей нагрузке существующих динамическихметодов балансировки в современных глобально-распределённых комплексах,построенных по принципу грид-технологий с гетерогенной структуройкомпонентов.

Показано, что существующие методы балансировки нагрузкиреагируют на уже возникшую нагрузку, что приводит к возможностивозникновения узлового и сетевого дисбаланса нагрузки.Результатыаналитическогообзорасистематизированыввидеобобщённой таксономии, основанной на известной классификации методов иалгоритмов балансировки нагрузки. Также рассмотрены основные программноаппаратныебалансировщикинагрузки,сцельювыявленияосновныхнаправлений для их улучшения на этапе проектирования и реализациипрограммных средств.Предложено использование концепции балансировки вычислительнойнагрузки на основе методов прогнозирования узловой и сетевой нагрузки.

Врезультатеанализамногочисленныхпубликаций,выявлено,чтопрогностические методы позволяют более эффективно производить процессбалансировки.В результате проведённого анализа методов балансировки выявленанеобходимость исследования в области прогностических методов балансировки12нагрузкивраспределённыхкомпьютерныхкомплексах.Выделяютсякритически обоснованные требования к методам балансировки нагрузки, вплане их надёжности и производительности.Во второй главе на основании результатов, полученных в первой главе, ипроведённогообзоралитературныхисточников,предложеныметодысовершенствования балансировки вычислительной нагрузки для РВК, которыеопределяют основную научную новизну работы.Предложенподходкпостроениюбалансировщиказаданий,учитывающего прогнозные оценки загруженности каждого узла РВК, которыйпоказан на рисунке 1.Рисунок 1 – Подход, основанный на использовании динамических моделейзагрузки узлов [3]В работе показано, что динамическая модель загрузки узла РВК должнабыть нелинейной нестационарной.

Стоит, однако, заметить, что при достаточнобольшом количестве узлов сети, и при достаточно большом количествепроцессов в каждом узле, можно предположить, что загрузка узла может бытьпредставлена нелинейной кусочно-стационарной моделью. Под кусочнойстационарностью здесь понимается модель, выходная переменная которойявляется стационарной на некоторых отрезках времени эксплуатации.

Кроме13того, все процессы, выполняемые в отдельных узлах сети, являютсянекоррелированными.Для полноты описания процессов в узле распределённого комплекса, вработе предложено использовать модель загрузки узла РВК на интервале [t1,t2] ввиде нелинейной системы, описываемой уравнениемx (t )  f [ x(t ), u(t ), q] ,гдеx(t ) – вектор состояния размерности n; для определенности будемu(t )qfсчитать, что наблюдаемой величиной – загрузкой узла РВКявляется первая компонента вектора x ,– вектор входных воздействий размерности m; под входнымивоздействиями модели понимаются внутренние задания,выполняемые узлом в данный момент времени,– вектор параметров системы размерности k,– гладкая вектор-функция размерности n.В работе показано, что модель загрузки может быть представленанелинейной кусочно-стационарной моделью.Основной сложностью при решении задачи предсказания нагрузки узлаРВК являетсянедостаточность (а, чаще всего, отсутствие) данных опараметрах модели, описывающих эту загрузку.

Характеристики

Список файлов диссертации