Проектирование и разработка программного обеспечения динамически компонуемой инфраструктуры интеллектуальной распределенной гетерогенной вычислительной среды
ВВЕДЕНИЕ 10
1 ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 12
2 ОБЗОР И АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ КОНЦЕПЦИЙ В СБОРЕ, СИСТЕМАТИЗАЦИИ И
ХРАНЕНИИ ДАННЫХ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ 13
2.1 Термины и определения в метеорологии 13
2.2 Кластерные вычислительные системы 20
2.3 Grid-системы 21
3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СОДЕРЖАНИЯ ОСНОВНЫХ КЛАССОВ
ИНФРАСТРУКТУРЫ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ 25
3.1 Обоснование построения предварительной структуры среды 25
3.2 Структура метеорологических параметров с ультразвуковых
термоанемометров 27
3.3. Описание разработанных классов 30
4 РАЗРАБОТКА ОСНОВНЫХ КОМПОНЕНТОВ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ 35
4.1 Центр управления 35
4.1.1. Начало работы 36
4.1.2. Создание вычислительной задачи 38
4.1.3. Запуск выполнения задачи 40
4.2. Клиентское приложение 42
4.2.1. Начало работы 42
4.2.2. Выполнение задачи 43
5 РЕЗУЛЬТАТЫ ОЦЕНКИ СРЕДНИХ И ДИСПЕРСИЙ ДЛЯ ЗНАЧЕНИЙ
МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН И ПАРАМЕТРОВ АТМОСФЕРНОЙ ТУРБУЛЕНТНОСТИ 45
5.1 Модуль формирования метеорологических параметров с заданным интервалом
представления их мгновенных значений и визуализация данных с графическим представлением 45
5.2. Выборка по сроку наблюдения и интервалу усреднения 49
5.3 Математическая обработка 52
5.3.1 Этап 1 52
5.3.2 Этап 2 55
6 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ 63
6.1 Организация и планирование работы 63
6.2 Продолжительность этапов работ 64
6.3. Расчеты 67
6.3.1 Расчет накопления готовности проекта 67
6.3.2 Расчет сметы затрат на выполнение проекта 68
6.3.3 Расчет заработной платы 69
6.3.4 Расчет затрат на социальный налог 70
6.3.5 Расчет затрат на электроэнергию 70
6.3.6 Расчет амортизационных расходов 72
6.3.7 Расчет прочих расходов 73
6.3.8 Расчет общей себестоимости разработки 73
6.3.9 Расчет прибыли 74
6.3.10 Расчет НДС 74
6.3.11 Цена разработки НИР 74
6.4 Оценка экономической эффективности проекта 75
6.5 Оценка научно-технического уровня НИР 76
7 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ 80
7.1 Введение 80
7.2 Производственная безопасность 80
7.2.1 Вредные производственные факторы 81
7.2.2 Опасные производственные факторы 86
7.2.3 Мероприятия и рекомендации по устранению и минимизации 88
7.3 Экологическая безопасность 90
7.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 91
7.5 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 93
7.5.1 Правовые нормы трудового законодательства для рабочей зоны оператора
ПЭВМ 93
7.5.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны 95
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 96
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ СТУДЕНТА 96
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 98
ПРИЛОЖЕНИЕ А 102
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 110
В последние годы в научных исследованиях и образовании усиливается внимание к использованию высокопроизводительной вычислительной техники. Во многих областях знаний фундаментальные научные исследования связаны с необходимостью проведения масштабных численных экспериментов. Общепризнанным является класс фундаментальных научных и инженерных проблем Grand challenges , эффективное решение которых возможно только с использованием мощных вычислительных ресурсов с производительностью сотен Гфлопс (~10 операций в секунду) и выше.
Единственным способом достижения требуемой производительности в настоящее время является использование многопроцессорных вычислительных систем с применением параллельных вычислений.
Идея распараллеливания вычислений основана на том, что большинство задач может быть разделено на набор меньших задач, которые могут быть решены одновременно. Основная цель параллельных вычислений - уменьшение времени решения задачи. Для решения трудоемких задач такие вычисления могут быть запущены, например, на супер компьютерах, вычислительных кластерах или грид-системах.
Одной из областей, где возникают фундаментальные научные или инженерные задачи с широкой областью применения, эффективное решение которых возможно только с использованием мощных (супер компьютерных) вычислительных ресурсов является предсказание погоды, климата и глобальных изменений в атмосфере. Примером такой задачи, в частности, является проектирование программного обеспечения позволяющего решить задачу усреднения месячной температуры полученной с частотой 80Гц ультразвуковым анемометром, а также решению задачи оценки средних и дисперсий для случайного процесса значений метеорологических величин и вычисления параметров атмосферной турбулентности.
В данном случае, необходимость реализации возможности параллельных вычислений обусловлена огромным количеством данных. Время, необходимое для анализа такого большого объема данных может доходить до нескольких дней, что подчеркивает необходимость и важность параллельных вычислений для данной задачи.
Данная работа посвящена проектированию и разработке программного обеспечения динамически компонуемой инфраструктуры интеллектуальной распределенной гетерогенной вычислительной среды.
В результате выполнения выпускной квалификационной работы был проведен сравнительный обзор и анализ основных концепций в сборе, систематизации и хранении данных метеорологических наблюдений. Основное внимание было уделено терминам и определениям в метеорологии, кластерным вычислительным системам и Grid-системам.
Были получены данные с ультразвукового анемометра. Была спроектирована структура и содержание основных классов инфраструктуры распределенной вычислительной среды. Были разработаны основные компоненты распределенной вычислительной системы. Было спроектировано программное обеспечение позволяющее решить задачу усреднения месячной температуры полученной с частотой 80Гц ультразвуковым анемометром, а также решена задача оценки средних и дисперсий для случайного процесса значений метеорологических величин и вычисления параметров атмосферной турбулентности.
В связи с полученным программным комплексом, исследователи будут иметь колоссальные преимущества:
- Повышение производительности математических вычислений метеорологических данных, что позволит метеорологу быстрее получать запрашиваемые данные.
- Сокращение умственных и зрительных нагрузок метеоролога за счет автоматизации анализа данных.
Кроме того, в выпускной квалификационной работе рассмотрены вопросы финансового менеджмента, ресурсоэффективности и ресурсосбережения, а также идентифицированы основные опасные и вредные производственные факторы, мероприятия по их устранению, и правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности.
1) Метеорология // http://studopedia.org/ URL: http://studopedia.org/9- 57941.html (дата обращения: 03.06.2016).
2) Метеорология это // http://dic.academic.ru/ URL: http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/Метеорология (дата обращения: 03.06.2016).
3) Кастер // https://ru.wikipedia.org URL:
https://ru.wikipedia.org/wiki/Кластер (дата обращения: 03.06.2016).
4) Разработка многомодульных программных комплексов //
http://cognitive.ru URL:
http://cognitive.ru/assets/docs/scienwork/sbornic1/khlebut.doc (дата обращения:
03.06.2016) .
5) Метеорология // http://www.booksite.ru/ URL:
http://www.booksite.ru/fulltext/1/001/008/075/990.htm (дата обращения:
03.06.2016) .
6) JFreeChart // JpGraph URL:
http://jpgraph.ru/index.php?sel=charts&id=7 (дата обращения: 03.06.2016).
7) Охрана труда. Основы безопасности жизнедеятельности // www.Grandars.ru. 2016. URL: http://www.grandars.ru/shkola/bezopasnost- zhiznedeyatelnosti/ohrana-truda.html (дата обращения: 22.04.2016).
8) ГОСТ 12.0.003-74. Система стандартов безопасности труда. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация // Библиотека ГОСТов. 2016. URL: http://vsegost.com/Catalog/41/41131.shtml (дата обращения: 22.04.2016).
9) Ефремова О. С. Требования охраны труда при работе на персональных электронно-вычислительных машинах. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Издательство «Альфа-Пресс», 2008. - 176 с.
10) Назаренко О. Б. Безопасность жизнедеятельности: учебное пособие / О. Б. Назаренко, Ю. А. Амелькович; Томский политехнический университет. - 3-е изд., перераб. и доп. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2013. - 178 с.
11) СанПиН 2.2.4.548-96. Санитарные правила и нормы.
Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений // Библиотека гостов и нормативов. 2016. URL:
http://ohranatruda.rU/ot_biblio/normativ/data_normativ/5/5225/ (дата обращения:
23.04.2016) .
12) Белов С. В. Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды (техносферная безопасность): учебник / С. В. Белов. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Издательство Юрайт, 2011. - 680 с.
13) СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03. Санитарно-эпидемиологические
правила и нормы. Гигиенические требования к персональным электронновычислительным машинам и организации работы // Библиотека гостов и нормативов. 2016. URL:
http://www.ohranatruda.ru/ot_biblio/normativ/data_normativ/39/39082/#i72870 (дата обращения: 23.04.2016).
14) СП 52.13330.2011. Естественное и искусственное освещение. Актуализированная редакция СНиП 23-05-95 // Докипедия. 2016. URL: http://dokipedia.ru/document/5147250 (дата обращения: 23.04.2016).
15) ГОСТ Р 12.1.019-2009 ССБТ. Электробезопасность. Общие
требования и номенклатура видов защиты // Электронный фонд правовой и нормативно-технической документации. 2010. URL:
http://docs.cntd.ru/document/gost-r-12-1-019-2009-ssbt (дата обращения:
24.04.2016) .
16) СНиП 21-01-97. Пожарная безопасность зданий и сооружений //
Библиотека гостов и нормативов. 2016. URL:
http://www.ohranatruda.ru/ot_biblio/normativ/data_normativ/2/2107/ (дата
обращения: 24.04.2016).
17) СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и других объектов // Библиотека
гостов и нормативов. 2016. URL:
99
http ://ohranatruda.ru/ot_biblio/normativ/data_normativ/11/11774/ (дата
обращения: 24.04.2016).
18) СанПиН 2.1.7.1322-03. Санитарно-эпидемиологические правила и
нормативы. Гигиенические требования к размещению и обезвреживанию отходов производства и потребления. 2.1.7. Почва, очистка населённых мест, бытовые и промышленные отходы, санитарная охрана почвы // Библиотека гостов и нормативов. 2016. URL:
http ://ohranatruda.ru/ot_biblio/normativ/data_normativ/11/11774/ (дата
обращения: 02.05.2016).
19) Постановление Правительства РФ от 03.09.2010 N 681 (ред. от
01.10.2013) "Об утверждении Правил обращения с отходами производства и потребления в части осветительных устройств, электрических ламп, ненадлежащие сбор, накопление, использование, обезвреживание, транспортирование и размещение которых может повлечь причинение вреда жизни, здоровью граждан, вреда животным, растениям и окружающей среде // Консультант Плюс. 2015. URL:
http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_104420/e1b31c36ed1083efeb 6cd9c63ed12f99e2ca77ed/#dst100007 (дата обращения: 02.05.2016).
20) Энергосбережение в компьютерном мире // HWP. 2008. URL: http://www.hwp.ru/articles/Energosberezhenie_v_kompyuternom_mire_CHast_1_ osnovnie_tendentsii/?SHOWALL_1=1 (дата обращения: 24.04.2016).
21) НПБ 105-03 Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности // Электронный фонд правовой и нормативно-технической документации. 2016. URL: http://docs.cntd.ru/document/1200032102 (дата обращения: 24.04.2016).
22) ППБ 01-03. Правила пожарной" безопасности в Российской
Федерации. - М.: Министерство Российской Федерации по делам
гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий, 2003.
23) Трудовой кодекс Российской Федерации" от 30.12.2001 N 197-ФЗ (ред. от 30.12.2015) // Консультант Плюс. 2015. URL:
http://www.consultant.ru/document/cons_doc_law_34683/7utm_campaign4aw_do c&utm_source=google.adwords&utm_medium=cpc&=utm_content=Labor%20Co de&gclid=CjwKEAjwgPe4BRCB66GG8PO69QkSJAC4EhHhU- 5yAFZCJfmzkTLNGnrpgHHAYFPhhPzRo-sZGWmqnBoCPynw_wcB (дата
обращения: 25.04.2016).