ЛАБОРАТОРИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

ГОДОВОЙ ОТЧЕТ ЛВТА

1998 год

В 1998 г. научная деятельность лаборатории была связана с двумя темами первого и двумя темами второго приоритета "Проблемно-тематического плана научно-исследовательских работ и международного сотрудничества ОИЯИ”. Главная цель Лаборатории состоит в получении новых результатов в областях "Развитие и сопровождение сетевой и информационно-вычислительной инфраструктуры ОИЯИ (проект CONET)"( руководители темы Р.Позе и В.В.Кореньков) и "Нелинейные проблемы вычислительной и математической физики: исследования, математическое и программное обеспечение" (руководитель темы И.В.Пузынин).

Главные задачи, решаемые в проекте CONET - это развитие:

Высокий уровень исследований, проводимых в отделе вычислительной физики лаборатории, позволил организовать в 1998 г. первую международную конференцию "Актуальные проблемы вычислительной физики", программа которой охватывала различные вопросы вычислительных методов, математического моделирования, численных методов и алгоритмов, методов компьютерной алгебры, создания программного обеспечения для физических экспериментов и т.д.

   СОДЕРЖАНИЕ

СЕТЕВАЯ И ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ИНФРАСТРУКТУРА ОИЯИ

ЛОКАЛЬНАЯ СЕТЬ ОИЯИ

В 1998 г. в трех лабораториях ОИЯИ (ЛВТА, ЛНФ и ЛЯП) было запущено сетевое оборудование для высокоскоростной опорной сети Института, основанной на ATM-технологии. Таким образом была реализована первая стадия проекта ATM. Сегмент центральных серверов ОИЯИ был также обеспечен связью от 100 до 155 Мбит/с.

На рис.1 схематически представлена компьютерно-сетевая инфраструктура ОИЯИ по состоянию на конец 1998 года.

Инфраструктура

Рис.1

Систематическая работа по управлению и контролю за сетью выполнялась центром оперативного управления сетью (NOC)(http://noc.jinr.ru/). Для возможностей оперативного мониторирования сети и автоматической DNS-регистрации была создана база данных для регистрации IP- адресов (http://noc.jinr.ru/bin/restricted/ip.cgi).

СИСТЕМЫ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

Начиная с 1997 г. ОИЯИ является узлом сети RBNet. Для подключения к сети Интернет были использованы два провайдера: компания ДЕМОС и RADIO-MSU. Финансовая ситуация и проблемы с RADIO-MSU наряду с возросшим числом компьютеров и серверов, включенных в локальную сеть ОИЯИ, являются главными причинами, которые ведут к неудовлетворительной работе внешних каналов связей. Основная задача, которая решалась в 1998 г. и будет находиться в центре внимания лаборатории постоянно, состоит в увеличении пропускной способности и производительности внешних телекоммуникаций с использованием новых провайдеров в рамках программы "Создание национальной сети телекоммуникаций для науки и высшей школы" и других.

Для оперативного контроля за потоками данных в сети в ЛВТА была организована специальная служба. Эта служба обеспечивает ежедневный контроль за потоками информации от каждого компьютера, включенного в сеть ОИЯИ (рис.2).

Статистика по каналам связи

Рис.2. Использование внешних каналов связи с 22 ноября по 9 декабря 1998г. Всего=75666,18 Мбайт

    СИСТЕМЫ ВЫЧИСЛЕНИЙ

В 1998 г. в ЛВТА введен в строй целый ряд высокопроизводительных вычислительных систем и систем массовой памяти. К ним относятся:

Перечисленное выше оборудование стало основой центра высокопроизводительных вычислений (HPCC), презентация которого состоялась во время проведения 84-ой сессии Ученого совета ОИЯИ [1]. Локальная компьютерная сеть соединяет в единый комплекс массивно-параллельную вычислительную систему HP Exemplar SPP2000, векторно-параллельную систему С3840 и систему массовой памяти ATL2640, управляемую файловым сервером D370/1. Для создания системы хранения и миграции файлов разработаны две технологические схемы управления данными на базе специализированных пакетов программ HP OpenView OmniBackup и HP OpenView OmniStorage. Для обеспечения надежного хранения используется резервное копирование. Выполняется оно с помощью программы Omniback, которая предназначена для автоматического создания резервных копий файлов в библиотеке ATL 2640 и работает на сервере D370/1. Это позволяет выполнять копирование содержания любого сервера, связанного с локальной сетью, и восстановление его по резервной копии из библиотечного хранилища в случае отказа сервера. Программное обеспечение OpenView OmniStorage предназначено для организации расширенной миграционной файловой системы. Теперь пользователи отдаленных автоматизированных рабочих мест, PC и X-терминалов могут иметь очень большие виртуальные рабочие директории.

На рис.3 приведена относительная загрузка вычислительных серверов SPP2000 и CONVEX лабораториями Института в течение последних 11 месяцев.

Данные загрузки выч. серверов

РАЗВИТИЕ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

Ввод в действие массивно-параллельной системы SPP2000 в 1998 году сопровождался разработкой и осуществлением следующих специальных мероприятий:

Продолжается развитие библиотеки JINRLIB, содержащей программы, разработанные в ОИЯИ. Ведется отладка основного ядра библиотеки (включающего 85 программ), его тестирование и сравнение на платформах IBM, VAX, SPP, CONVEX и PC. Все программы переведены на двойную точность и описания программ подготовлены в едином формате для представления их на WWW-сервере. Обеспечивалась поддержка библиотеки CERNLIB на компьютерных платформах ОИЯИ.

В 1998 г. в рамках адаптации к условиям ОИЯИ системы NICE95/NT:

Осуществлялась полномасштабная поддержка серверов NICE (NICE_LCTA1 Novell NetWare и NICE_LCTA0 – Windows NT) для пользователей ОИЯИ.

На базе WWW сервераhttp://linux4u.jinr.ru было создано специальное UNIX-окружение, содержащее:

Для обеспечения участия ОИЯИ в проекте CMS реализованы некоторые аппаратные и программные средства для создания условий работы специалистов ОИЯИ в эксперименте CMS. Функционирует кластер SUN-CMS аналогичный кластеру, созданному в ЦЕРН. ЛВТА продолжает информационную поддержку для эксперимента CMS на базе специального WWW-сервера (http://sunct2.jinr.dubna.su)[2].

В соответствии с планом работ по проекту системы триггирования и сбора данных T/DAQ детектора ATLAS, в 1998 году разработаны предложения по прототипу программного обеспечения Back-end для T/DAQ [3]. Разработан полный комплект программных средств для менеджера ресурсов. Работа выполнена в соответствии со стандартом PSS 05 с применением StP/OMT и полностью соответствует принятым в ЦЕРН стандартам и правилами объектно-ориентированного подхода к проектированию программного обеспечения.

Локальный кластер “РИСК” используется как инструментальное и эффективное целевое средство для решения задач, связанных с обработкой физической информации. Массовая обработка экспериментальных данных, полученных на установке EXCHARM [4] ведется на этом кластере по программе BISON. Кластер “РИСК” используется и для моделирования (обратная задача) экспериментов по исследованию процессов с очарованными и странными кварками на серпуховском ускорителе.

БАЗЫ  ДАННЫХ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

В рамках проекта CONET в 1998 году осуществлялись:

На рис.4 приведена общая технологическая схема разработки и использования баз данных в ОИЯИ.

Технологическая схема

Рис.4. Общая технологическая схема разработки и использования баз данных в ОИЯИ

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ФИЗИКА

В 1998 г. были успешно продолжены работы по развитию новых математических методов, основанных на клеточных автоматах, искусственных нейронных сетях, фракталах и wavelet-преобразовании, и их применению в экспериментах DISTO, ATLAS, CERES/NA-45, DIRAC, STAR и в других областях для решения проблем, возникающих в обработке данных [6]. В сотрудничестве с отделом INFN (Италия) в г. Торино начаты работы по обработке и статистическому анализу экспериментальных данных, полученных в эксперименте DISTO. Разработан эффективный алгоритм для распознавания траекторий заряженных частиц, основанный на применении сегментной модели Денби-Петерсона для полносвязной искусственной нейронной сети типа Хопфилда. Этот алгоритм применен для обработки данных в эксперименте EXCHARM [7].

Разработаны процедуры локального контроля точности вычисления пространственных магнитных полей с помощью метода конечных элементов. Предложенные алгоритмы использованы для расчета дипольных магнитов серии VULKAN для эксперимента ALICE[8]. Проведены расчеты магнитных полей для эксперимента EXCHARM и магнита для проекта эксперимента с поляризованной протонной мишенью на ускорителе ИТЭФ [9]. Рассмотрена задача синтеза пассивных фокусирующих магнитных каналов для системы вывода пучка из циклотрона У-400М ЛЯР ОИЯИ в области низких магнитных полей. Для широких диапазонов внешних магнитных полей и размеров ферромагнитных элементов предложена методика приближенного вычисления магнитного поля [10].

Для обеспечения теоретического обоснования эксперимента DIRAC в ЦЕРН выполнены аналитические и численные исследования по изучению влияния эффекта сильного взаимодействия на волновую функцию димезоатома на малых расстояниях [11].

Разработаны новые численные методы и вычислительные схемы, увеличивающие точность приближенного решения нестационарного уравнения Шредингера. Получены эффективные схемы высокого порядка точности[12].

Проведено исследование термоупругих процессов, происходящих в металлах и металлических сплавах под воздействием периодически меняющегося высокоэнергетичного электронного и ионного источников [13]. Выполнено численное исследование нелинейного уравнения теплопроводности для моделирования процесса эволюции температурных процессов, возникающих в образце металла при облучении сильноточным ионным пучком [14].

Продолжены расчеты и полумикроскопический анализ экспериментальных данных по квазиупругому рассеянию и полному сечению для большого количества систем с использованием плотностей, построенных в ядерно-структурных моделях, и эффективных нуклон-нуклонных сил[15].

Усовершенствована программа для построения (супер)алгебр Ли, превосходящая по своим параметрам другие аналогичные разработки [16]. Разработанные новые универсальные инволютивные алгоритмы для анализа и решения систем нелинейных алгебраических уравнений реализованы в системе "Математика" [17].

Путем математического моделирования показано, что использование в подкритических электроядерных установках протонных ускорителей с энергией 200 - 300 МэВ может оказаться более многообещающим по сравнению с выступающими сегодня в роли фаворитов более сложными и дорогими 1 ГэВ-ными машинами [18].

Разработан эластодинамический метод для полного учета упругих свойств макроскопического ядерного вещества, обнаруженных в данных как по коллективной ядерной динамике, так и по активности нейтронных звезд. Этот метод применяется для описания макроскопической динамики ядерного деления и для анализа гравитационно - упругой стабильности нейтронных звезд [19].

Пример




Разработаны новые алгоритмы для цифровой фильтрации изображений как со сглаженными, так и с резкими изменениями интенсивности. Первые результаты их применения (рис.5 ) к обработке изображений микроструктуры человеческой кожи, полученных методом когерентной оптической томографии, представлены на первой международной конференции "Актуальные проблемы вычислительной физики" [20].

Разработан метод контроля и исследования нестабильных динамических систем, основанный на вероятностном подходе к законам эволюции динамических систем. Метод апробирован при исследовании задачи логической карты хаоса и модели поведения взаимодействующих объектов. Были получены стабильные и контролируемые орбиты логической карты, разработан алгоритм устойчивого поведения объектов для задачи расположения объектов на плоскости [21].

Развит новый подход к восстановлению и предсказанию дискретных хаотических изображений. Он основан на передающей нейронной сети, которая осуществляет разложение анализируемого изображения по полиномам Чебышева. Показано, что чебышевская нейронная сеть значительно превышает традиционный многослойный перцептрон по результатам обучения и точности аппроксимации неизвестного изображения [22].
 

МЕЖДУНАРОДНОЕ СОТРУДНИЧЕСТВО

В 1998 г. в ЛВТА был выполнен ряд работ в рамках плана международного сотрудничества ОИЯИ. Так, по соглашению с ЦЕРН:

Начато сотрудничество с исследовательским центром в г.Карлсруэ (Германия) по теме "Современные системы контроля и визуализации для накопления данных в реальном масштабе времени". Разработаны прототипы для системы контроля и автоматической обработки данных (KaDub), и начато создание специального графического интерфейса.

В рамках соглашения с Исследовательским центром в г.Россендорфе проводились совместные работы по подготовке к внедрению там на базе операционной системы Windows NT программно-аппаратной среды, обеспечивающей единый подход в установке, сопровождении, развитии и использовании программного обеспечения персональных компьютеров.

По соглашению о сотрудничестве с Кейптаунским университетом (ЮАР) проведены исследования современных магнитных материалов для оптоволоконных линий связи[23].

Эффективно развивалось сотрудничество с Международным Сольвеевским институтом физики и химии (Брюссель, Бельгия) в рамках проекта “Вычислительные средства и промышленное применение сложных систем”. Проект объединяет теоретические и численные исследования, имеющие технологические применения в промышленности. В рамках теоретических исследований разрабатываются аналитические и численные алгоритмы для изучения, предсказания поведения, построения и управления сложными системами различного типа. Ведутся разработки соответствующего программного обеспечения и внедрение этих исследований в промышленность. Наряду с ОИЯИ в проекте участвуют институты из Японии, Северной и Южной Америки, Европы и пять институтов из России. ЛВТА участвует в выполнении трех (из семи) подпроектов:

ЛИТЕРАТУРА

1. Korenkov V. - In: Proc. of the Ann.Conf. on High Perf.Computing on HP Systems "HIPER-98",1998, Zurich, pp.224.

2. Golutvin I., Korenkov V. et al. - JINR, D11-98-122, Dubna, 1998.

3. Kotov V. et al. - In: "CHEP-98" Proc., USA, 1998.

4. Алиев А.Н., ..., Иванченко И.М. и др. - ОИЯИ, Р13-98-286, Дубна, 1998; направлено в "ПТЭ".

5. Raportirenko A.M. Preparing of Digital Versions of Publications in the Publishing Department of JINR; Gromov V. JINR Photoarchive Database Creation; Filosova I. Digital Catalogue of Scientific and Technical Library of JINR. - In: Intern. Conf. "Digital libraries".

6. Baginyan S.A., Ososkov G.A. - Comp. Phys. Com., 1998, v.108, p.20;

IvanovV.V. Computational Methods and Tools for Simulation and Analysis of Discrete Processes. - Subm. to "Comp. Phys. Com.".

7. Ососков Г.А. и др. - Препринт ОИЯИ Р11-98-194, Дубна, 1998; направлено в журнал "Математическое моделирование".

8. Vodopianov A.S. et al. Computer Models of Dipole Magnets of a Series VULKAN. - In print.

9. Zhidkov E.P. et al. - JINR, E5-11-98-113, Dubna, 1998.

10. Айрян Э.А. и др. - ОИЯИ, Р9-98-210, Дубна, 1998.

11. Amirkhanov I.V. et al. - In: Proc. of the Int. Workshop "Hadronic Atoms and Positronium in the Standart Model", Dubna, May 26-31, 1998, E2-98-254, Dubna, 1998, p.135.

Amirkhanov I.V. et al. - hep-ph/9812293, subm. to "Comp. Phys. Com.".

12. Пузынин И.В. и др. - Препринт ОИЯИ Р11-98-44, Дубна, 1998; направлено в "Com. Phys. Com.".

13. Amirkhanov I.V. et al. - Presented at " EAMS'98".

14. Айрян Э.A. и др - Известия вузов. Физика . 1998, №12, c.13.

15. Knyaskov O.M. et al. - Nuclear Physics, 1998, v.61, p. 603, 827.

16. KornyakV.V. Computation of Cogomology of Lie Superalgebras of Vector Fields. - Subm. to "Comp. Phys. Com.".

17. GerdtV.P., Blinkov Yu.A. - MATCOM, 1998, v.45, p.519-560;

Gerdt V.P. et al. - In: Proc. of the 6th Rhein Workshop on Computer Algebra, J.Calmet (Ed.) GMD-SCAI, Sankt-Augustin, 1998, p. 74.

18. Barashenkov V.S.,Shelaev I.A. - JINR Preprint, E2-98-137, Dubna, 1998; subm. to "Atomic Energy ".

19. Bastrukov S.I. et al. - Physica A250, 1998, p.345; J.Phys. G24, 1998, L1; J.Phys. G25 (in print).

20. Akishin P.G. et al. Filtering Digital Images of Human Skin Micro-Structure. - Subm. to "Comp. Phys. Com.".

21. Antoniou I., Bosco F., Ivanov V.V. and Kisel I.V. Probabilistic Control and Design of Behavior in Unstable Dynamics. - Presented on "IFAC LSS'98", Large Scale Systems: Theory and Applications, 1998, Rio Patras, Greece, p.1100.

22. Antoniou I., Akritas P. and Ivanov V. Identification of Chaotic Dynamics Using a Chebyshev Neural Network. - Presented on "IFAC LSS'98", Large Scale Systems: Theory and Applications,1998, Rio Patras, Greece, p.945.

23. Barashenkov I.V., Pelinovsky D.E., Zemlyanaya E.V. - JINR, E5,11-98-113, Dubna, 1998.


© Лаборатория Информационных Технологий, ОИЯИ, Дубна, 1999