Разработка методов и программных средств реализации компонентной вычислительной среды для параллельного и распределённого моделирования режимов систем газоснабжения

• Автор: Васильев, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 157 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Анализ проблем в области разработки и развития компьютерных программно-вычислительных комплексов моделирования систем газоснабжения
1.1. Общая характеристика автоматизированной системы диспетчерского управления единой системой газоснабжения России
1.2. Программно-вычислительные комплексы поддержки принятия
диспетчерских решений
1.3. Проблемы и задачи разработки и развития ПВК СППДР
Выводы
Глава 2. Разработка компонентной среды организации параллельного и распределённого вычислительного процесса решения расчётных задач СППДР
2.1. Сравнительный анализ и выбор технологий реализации вычислительной среды
2.2. Архитектура компонентной среды организации параллельного и распределённого вычислительного процесса решения расчётных задач СППДР
2.3. Проектирование, алгоритмическая и программная реализация
вычислительных сервисов
Выводы
Глава 3. Программная реализация сервисов моделирования систем газоснабжения на основе разработанной вычислительной среды
3.1. Программная реализация вычислительных сервисов
3.2. Проведение и анализ вычислительных экспериментов
3.3. Интеграция разработанных вычислительных сервисов с различными программно-вычислительными комплексами
Основные результаты и выводы
Список литературы
Приложение А. Программный код вычислительных сервисов

Введение
Актуальность темы исследования. Единая система газоснабжения (ЕСГ) России управляется распределённой иерархической Автоматизированной системой диспетчерского управления (АСДУ).
В работе диспетчерских служб (ДС) всех уровней активно применяются многочисленные программно-вычислительные комплексы (ПВК) систем поддержки принятия диспетчерских решений (СППДР), а также компьютерные диспетчерские тренажеры, основанные на моделировании стационарных и нестационарных режимов систем газоснабжения (СГ).
В настоящее время реализуется проект модернизации АСДУ ЕСГ России. Для информационного обеспечения всех подсистем АСДУ создаются централизованные источники актуализированных данных и распределённые средства доступа к ним - единое информационное пространство (ЕИП). Для вычислительного обеспечения потребностей АСДУ создан ряд мощных центров обработки данных (ЦОД).
Новые требования предъявляются и к ПВК СППДР:
- быстрое решение наиболее вычислительно-сложных задач моделирования СГ на основе параллельных и распределённых вычислений и с использованием всех доступных вычислительных ресурсов: от персональных компьютеров ДС до ЦОД;
- работа в многопользовательском, распределённом режиме, соответствующем иерархии АСДУ;
- интеграция с единым информационным пространством;
- обеспечение согласованности результатов работы различных ПВК, организация их взаимодействия на основе стандартных протоколов информационного обмена.
Реализацию перечисленных требований кардинально затрудняет ряд исторически сложившихся факторов:

- использование в каждом ПВК собственного расчётного модуля, взаимодействие с которым осуществляется по закрытому интерфейсу, затрудняет согласование результатов работы различных ПВК, их совместное использование, интеграцию с ЕИП;
- ориентация расчётных модулей на последовательную организацию вычислительных процессов, что не соответствует современным требованиям;
- монолитность архитектуры расчётных модулей - длительная разработка на основе процедурного подхода привела к высокой степени взаимопроникновения между их элементами, что крайне затрудняет осуществление модернизации.
Один из путей преодоления проблем, связанных с перечисленными факторами - разработка унифицированного обеспечения иерархической, распределённой СППДР программно-вычислительными ресурсами для решения задач ДС всех уровней на базе единой вычислительной среды - единого вычислительного пространства (ЕВП) АСДУ ЕСЕ.
В настоящей диссертации спроектирована и реализована такая вычислительная среда.
Степень разработанности темы исследования. В работе отмечен и проанализирован вклад в областях науки, связанных с темой диссертационного исследования, следующих отечественных и зарубежных учёных:
- Альтшуль А.Д., Берман Р.Я., Бобровский С.А., Вольский Э.Л., Галиуллин З.Т., Григорьев Л.И., Константинова И.М., Леонов Д.Г., Меренков А.Н., Митичкин С.К., Новицкий H.H., Сарданашвили С.А., Селезнев В.Е., Ставровский Е.Р., Сухарев М.Г., Чарный И.А., Хасилев В.Я., Швечков В.А., Юфин В.А., Яковлев Е.И. и др. в области математических методов, вычислительных алгоритмов моделирования и оптимизации режимов транспорта газа и их программной реализации в ГГВК СППДР;

• полная поддержка параллельных вычислений;
• полная поддержка распределённых вычислений;
• открытость: высокая способность к взаимодействию, использованию стандартных протоколов информационного взаимодействия;
• предоставление единых вычислительных сервисов для ПВК СППДР, работающих на всех уровнях АСДУ;
- сравнительный обзор современных информационных технологий реализации архитектурных решений вычислительной среды;
- программная реализация ядра этой среды;
- разработка методики создания вычислительных сервисов в этой среде;
- программная реализация вычислительных сервисов решения конкретных задач СППДР в этой среде;
- разработка методологии интеграции разработанных вычислительных сервисов с ПВК СППДР, осуществление тестовых интеграционных проектов;
- проведение вычислительных экспериментов с разработанными вычислительными сервисами в различных режимах: локальном, сетевом, распределённом.
Следующие главы диссертации посвящены решению указанных проблем.