Descrierea problemei şi a metodelor de rezolvare utilizate

Procesul de optimizare în proiectare se consideră că un serviciu oferit cu ajutorul unor instrumente numerice independente (coduri de optimizare) accesate cu ajutorul unei interfeţe standard. Intrucat acestea sunt proiectate ca servicii Grid, procesul global de optimizare se desfaşoară ca o succesiune de procese de baza bazate pe mesaje XML standard, care sunt independente faţă de procese similare. Astfel devine posibil sa fie integrate coduri numerice de optimizare numerica în sisteme hibride independente.

Clientul realizează integrarea aplicaţiei în mediul Grid utilizând 4 funcţiuni de bază oferite de către serviciile implementate. Aceste funcţiuni sunt realizate prin utilizarea GridRPC, ceea ce permite în final clientului să soluţioneze o problemă de optimizare în conformitate cu viitorul standard GridRPC.

Date de intrare şi ieşire

La modul general, ca date de intrare sunt vizate următoarele:

• Exprimarea funcţiei cost în funcţie de parametrii de bază, în forma specifică aplicaţiilor inginereşti;
• Impunerea unui set complet de condiţii şi/sau restricţii, exprimabile în forma specifică inginerească;
• Definirea unui set complet de cerinţe referitoare la soluţia de optim cautată, precum şi încadrarea acesteia în raport cu punctul de start;
• Alegerea algoritmului de optimizare funcţie de tipul problemei, cu indicaţii privind performanţa acestuia.

In urma procesului de optimizare, rezultă următoarele date de ieşire:

• Date specifice procesului de optimizare pentru funcţia cost considerată
• Alocarea resurselor Grid în conformitate cu solicitările procesului de optimizare ;
• Maparea solicitărilor de resurse cu disponibilitatea acestora la momentul intrării în execuţie ;
• Monitorizarea execuţiei procesului, cu mesaje explicite privind starea procesului ;
• Raport privind eventualele avarii în disponibilitatea resurselor

Implementarea în mediul Grid

Justificare

Problemele de optimizare (în sensul MDO) sunt cele mai mari consumatoare de resurse. Complexitatea unei probleme constă în multitudinea de modele şi complexitatea acestora, cuplată cu necesitatea de a utiliza un mare număr de variabile pentru o funcţie cost dată. Reducerea timplului de calcul este importantă, precum şi accesul la modele/servicii speciale existente ca resurse în Grid.

De asemenea, prin capacitatea de a integra resurse distribuite la nivel internaţional, migrarea către mediul Grid reprezintă un salt evolutiv deosebit de important. Este de aşteptat ca în mediul Grid să poată fi soluţionate probleme de modelare care nu au putut fi înca abordate din lipsa de resurse sau raţiuni economice.

Soluţia de implementare

La momentul actual (Etapa 5 a proiectului GridMOSI), implementarea pe site-ul RO-05-INCAS conţine în prezent următoarele componente de bază:

1. Componenta „Client” – Această componentă permite formularea şi implementarea aplicaţiei de optimizare în mediul Grid precum şi obţinerea rezultatelor procesului de optimizare.
2. Componenta „Serviciu” – Fiecare serviciu implementat permite apelarea şi managementul unei aplicaţii. De remarcat că accesul la aceste aplicaţii este posibil în condiţiile în care dezvoltatorul aplicaţiei a definit modul de acces (precum eventuale restricţii). De asemenea, fiecare serviciu oferă 4 funcţiuni de bază ce permit integrarea aplicaţiei prin administrare descentralizată în cadrul listei globale de servicii.
3. Componente „Agent” – Agenţii permit colectarea şi centralizarea informaţiilor obţinute în baza serviciilor precum şi propagarea solicitărilor clienţilor în sistemul de optimizare.

Cerinţe privind infrastructura Grid

Infrastructura hardware necesară este de tip hibrid, unde preponderente sunt maşini de tip PC. Practic acest optimizer trebuie să fie independent de o arhitectură hardware, atât în prezent cât şi în viitor. La nivelul proiectului GridMOSI este prevăzut ca mediu de dezvoltare o maşina de tip PC cu sistem de operare Linux, capabilă a fi integrată în forma unui CE, sau mai general, tip WN. Nu există solicitări specifice referitoare la memoria necesară, precum nici referitoare la o limită pentru reţeaua LAN/WAN. Securizarea sistemului nu reprezintă o prioritate la momentul actual, iar în viitor nu există indicaţii că o astfel de opţiune ar constitui o problemă.

Interfaţa de utilizare

In cadrul proiectului se va finaliza o interfaţă-utilizator capabila de a realiza cel puţin următoarele funcţiuni:

• Exprimarea funcţiei cost în funcţie de parametrii de bază, în forma specifică aplicaţiilor inginereşti;
• Impunerea unui set complet de condiţii şi/sau restricţii, exprimabile în forma specifică inginerească;
• Definirea unui set complet de cerinţe referitoare la soluţia de optim căutată, precum şi încadrarea acesteia în raport cu punctul de start ;
• Alegerea algoritmului de optimizare funcţie de tipul problemei, cu indicaţii privind performanţa acestuia ;
• Generarea unui script care să definească problema în mod complet, la nivelul generic de solicitare a resurselor, independent de o arhitectură a sistemului Grid ;
• Evaluarea resurselor în tehnologie Grid disponibile
• Alocarea resurselor Grid în conformitate cu solicitările procesului de optimizare ;
• Maparea solicitărilor de resurse cu disponibilitatea acestora la momentul intrării în execuţie ;
• Monitorizarea execuţiei procesului, cu mesaje explicite privind starea procesului ;
• Semnalizarea eventualelor avarii în disponibilitatea resurselor

Interfaţa este în curs de finalizare la INCAS.

Avantaje

Principalele avantaje oferite de implementarea în mediul Grid sunt următoarele:

• Posibilitatea de utilizare a resurselor Grid pentru evaluarea de funcţii cost complexe exprimate cu ajutorul unor parametrii ce sunt evaluaţi cu aplicaţii ce solicită resurse de calcul de înaltă performanţă
• Flexibilitate în alegerea componentelor „analizor” pe baza resurselor disponibile în Grid;
• Posibilitatea corelării rezultatelor analizei cu necesităţi de post-procesare specifice aplicaţiei considerate
• Capacitatea de a aborda probleme cu înalt grad de solicitare de resurse (CPU şi/sau stocare) în condiţii de maximă eficientă

Potenţialul de utilizare

Descrierea rezultatelor

Rezultatele vizează în mod preponderent aplicaţii în domeniul ingineresc, unde formularea unei probleme de optimizare are la bază evaluarea unei funcţii cost ce depinde de parametrii calculaţi utilizând aplicaţii complexe. Rezultatule de bază se referă la obţinerea unei soluţii de optim a problemei formulate. Atingerea optimului este caracterizată în conformitate cu modelul ales şi istoria algoritmului. Ca rezultate asociate pot fi considerate prezenţa informaţiilor referitoare la alocarea şi utilizarea de resurse în soluţionarea problemei, precum şi eventuale informaţii referitoare la starea sistemului şi a resurselor Grid disponibile.

Evaluarea impactului ştiinţific şi social

Soluţia GridMOSI prezentată permite trecerea de la abordarea unor probleme de optimizare în forma simplificată către probleme cu grad sport de complexitate din perspectiva evaluării componentelor funcţiei cost analizate. Din perspectiva utilizării resurselor Grid pentru HPC, componenta dezvoltată permite obţinerea de rezultate complexe în timp relativ scurt, ceea ce deschide calea pentru noi abordări în probleme de simulare a proceselor industriale complexe şi design. In implementare Grid, aplicaţia permite accesul comunităţilor de utilizatori din mediul academic şi de cercetare, avănd şi posibilitatea de a fi accesată ca serviciu în tehnologie Grid pentru o largă categorie de utilizatori.