Iнфраструктура потокiв задач на основi композицiї грiд-сервiсiв для автоматизованого схемотехнiчного проектування : Инфраструктура потоков задач на основе композиции грiд-сервисов для автоматизированного схемотехнического проектирования

Краткое описание

МIНIСТЕРСТВО ОСВIТИ I НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦIОНАЛЬНИЙ ТЕХНIЧНИЙ УНIВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ
“КИЇВСЬКИЙ ПОЛIТЕХНIЧНИЙ IНСТИТУТ”
На правах рукопису
Булах Богдан Вiкторович
УДК 621.38; 681.5.01; 004.75
Iнфраструктура потокiв задач на основi композицiї грiд-сервiсiв для
автоматизованого схемотехнiчного проектування
05.13.12
Системи автоматизацiї проектувальних робiт
Дисертацiя на здобуття наукового ступеня
кандидата технiчних наук
Науковий керiвник
Петренко Анатолiй Iванович
д.т.н., проф.
Київ - 2013

Змiст
ПЕРЕЛIК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
ВСТУП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Роздiл I Органiзацiя обчислень в комплексах схемотехнiчного проекту-
вання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.1 Розвиток архiтектури КСП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.2 Маршрут проектування . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.3 Вимоги до сучасних комплексiв проектування . . . . . . . . . . . 20
1.4 Грiд-обчислення . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.5 Системи керування потоками задач . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.5.1 Вiзуальне програмування . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.5.2 Локальнi чи клiєнт-сервернi АСНД . . . . . . . . . . . . . 25
1.5.3 Сервiсно-орiєнтованi СКП . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.5.4 Високопродуктивнi та розподiленi обчислення . . . . . . . 33
1.5.5 Застосування в iнженерiї та проектуваннi . . . . . . . . . 35
1.6 Висновки по роздiлу . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Роздiл II Сервiсно-орiєнтований КСП з пiдтримкою грiд-обчислень . . . 39
2.1 Iнтеграцiя СКП в архiтектуру КСП . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.1.1 Життєвий цикл потоку задач . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.1.2 Керування потоками задач у КСП . . . . . . . . . . . . . 43
2.2 Потоки грiд-задач . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.3 Грiд-сервiси . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.3.1 Грiд-сервiси як пiдклас веб-сервiсiв . . . . . . . . . . . . . 52
2.3.2 Потоки задач з веб- та грiд-сервiсiв . . . . . . . . . . . . . 63
2.3.3 Узгодження з iнфраструктурою безпеки грiд . . . . . . . . 70
2.4 Архiтектура сервiсно-орiєнтованого грiд-КСП . . . . . . . . . . . 75
2.4.1 Рiвень доступу . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
2.4.2 Рiвень виконання потокiв задач . . . . . . . . . . . . . . . 83
2.4.3 Сервiсний та ресурсний рiвнi . . . . . . . . . . . . . . . . 83
2.5 Висновки по роздiлу . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
Роздiл III Маршрут проектування як потiк задач . . . . . . . . . . . . . 86
3.1 Використання моделей потоку задач у СКП . . . . . . . . . . . . 87
2
3.2 Моделювання маршруту проектування . . . . . . . . . . . . . . . 87
3.2.1 Час виконання потоку задач . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
3.2.2 Час виконання операцiї потоку задач . . . . . . . . . . . . 96
3.2.3 Аналiз властивостей потоку задач . . . . . . . . . . . . . 97
3.3 Пiдходи до реалiзацiї операцiй у СКП . . . . . . . . . . . . . . . 100
3.4 Органiзацiя взаємодiї операцiй у СКП . . . . . . . . . . . . . . . 104
3.5 Рiвнi виконання потокiв задач . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
3.6 Специфiка реалiзацiї СКП для КСП . . . . . . . . . . . . . . . . 110
3.7 Рiвнi представлення потокiв задач . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
3.7.1 Узагальнений механiзм роботи з маршрутом проектування
як потоком задач . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
3.8 Висновки по роздiлу . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
Роздiл IV Реалiзацiя системи виконання маршрутiв проектування . . . . 122
4.1 Особливостi реалiзацiї та розгортання складових . . . . . . . . . 122
4.2 Формат опису потокiв задач . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
4.3 Застосування BPEL-серверу для виконання обчислень . . . . . . 129
4.4 Паралельне виконання оптимiзацiйних задач . . . . . . . . . . . . 131
4.5 Висновки по роздiлу . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
Висновки по роботi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
Додаток А . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
Додаток Б . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
Додаток В . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
Додаток Г . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
Додаток Д . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
Список використаних джерел. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

ПЕРЕЛIК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ
BPEL Business Process Execution Language —
мова опису виконання бiзнес-процесiв
BPMN Business Process Modeling Notation —
графiчна нотацiя для опису (моделювання) бiзнес-процесiв
BPMS,
СКБП
Business Process Management System —
система керування бiзнес-процесами
CORBA Common Object Request Broker Architecture —
загальна архiтектура брокера об’єктних запитiв
(D)COM (Distributed) Component Object Model —
(розподiлена) об’єктна модель компонентiв
HTTP(S) HyperText Transfer Protocol (Secure) —
протокол передачi гiпертексту (захищений)
EMI European Middleware Initiative — європейська
iнiцiатива з промiжного програмного забезпечення грiд
EJB Enterprise Java Beans —
сервiснi Java-компоненти бiзнес-логiки
ESB Enterprise Service Busсе — сервiсна шина пiдприємства
FBP Flow-Based Programming —
потоково-орiєнтоване програмування
LRMS,
ЛСКР
Local Resource Management System —
локальна система керування ресурсами
OGSA Open Grid Service Architecture —
вiдкрита архiтектура грiд-сервiсiв
OGSI Open Grid Service Infrastructure —
вiдкрита iнфраструктура грiд-сервiсiв
4
RIA Rich Internet Application —
розвинений iнтернет-додаток
RMI Remote Method Invocation —
вiддалений виклик методiв
RPC Remote Procedure Call —
вiддалений виклик процедур
SOA, СОА Service-Oriented Architecture —
сервiсно-орiєнтована архiтектура
SOAP Simple Object Access Protocol —
простий протокол доступу до об’єктiв
SWfS Scientific Workflow System —
система керування потоками задач для наукових застосувань
UDDI Universal Description Discovery and Integration —
унiверсальний опис, пошук та iнтеграцiя:
iнструмент для публiкацiї описiв веб-сервiсiв
USDL Unified Service Description Language —
унiфiкована мова опису сервiсiв, що спрямована на опис бiзнес-
аспектiв взаємодiї iз сервiсами
WfMS,
СКП
Workflow Management System —
система керування потоками задач
WSDL Web Service Definition/Description Language —
стандартна мова опису веб-сервiсiв
WSRF Web Service Resource Framework —
платформа ресурсiв веб-сервiсiв (набiр специфiкацiй)
XML eXtensible Markup Language —
розширювана мова розмiтки
5
АСНД автоматизована система наукових дослiджень
КСП комплекс схемотехнiчного проектування
(П)ЕОМ (персональна) електронно-обчислювальна машина
ПЗ програмнi засоби або програмне забезпечення
ПЗПР,
M/W
програмне забезпечення промiжного рiвня у грiд
(middleware)
ЦП, CPU центральний процесор
(central processing unit)

ВСТУП
Актуальнiсть теми дисертацiї. Сучасний темп розвитку iнформацiйних
технологiй забезпечує перманентне зростання можливостей прикладних про-
грамних систем рiзного призначення. Вiдповiдно, зважаючи на рiст потужностi
сучасної обчислювальної технiки, зростають вимоги i до систем автоматизова-
ного проектування: вимоги до швидкодiї, розмiрностi та складностi моделей,
кола вирiшуваних задач, способiв органiзацiї роботи користувача та iн. Для за-
безпечення цих вимог на якiсно новому рiвнi необхiднi iнновацiї в архiтектурi
систем автоматизованого проектування, що дозволили б органiчно iнтегрувати
новiтнi технологiї у комплекси схемотехнiчного проектування (КСП).
Значний внесок розробку теоретичних основ архiтектури САПР та перспе-
ктивних напрямкiв її розвитку, зробили Норенков I.П. [17, 18], Петренко А.I.
[21, 22, 20], Лобур М.В. [15], Теслюк В.М. [33], питання розробки архiтектури
складних програмних систем, до яких повноправно вiдносяться САПР, також
висвiтлено у роботах Петрова Е.Г. [30], Харченка О.Г. [36] та iн.
Екстенсивна експлуатацiя зростаючих потужностей персональних комп’ю-
терiв не здатна принести якiсно нових зрушень у процес проектування з ви-
користанням КСП. Принципове подолання апаратних обмежень, що лiмiтують
розмiрнiсть та деталiзацiю моделей об’єктiв дослiдження, скасування терито-
рiальних обмежень при роботi як поодиноких користувачiв, так i колективiв
iнженерiв, спрощення розробки, розгортання, супроводу мiждисциплiнарних
комплексiв проектування, надання користувачам ширших творчих можливо-
стей стане можливим при комплексному залученнi здобуткiв з рiзних областей
iнформацiйних технологiй, зокрема досягнень в розробцi мережевих систем,
веб-додаткiв, технологiй органiзацiї розподiлених обчислень та масового спiль-
ного доступу до ресурсiв та багато iнших.
З-помiж iнших, можна виокремити наступнi аспекти, що потребують уваги
при проектуваннi архiтектури сучасних КСП:
∙ Пiдвищення складностi вирiшуваних задач при проектуваннi сучасних ви-
сокотехнологiчних виробiв передбачає потребу в значних обчислюваль-
них потужностях, що обумовлює необхiднiсть використання розподiлених
обчислень iз залученням вiддалених високопродуктивних обчислюваль-
7
них ресурсiв та вiдповiдних технологiй доступу до них, таких як грiд-
обчислення.
∙ Розширення областi застосування КСП при переходi до мiждисциплiнар-
них комплексiв пов’язане з проблемою забезпечення сумiсностi ПЗ (на
рiвнi форматiв даних, протоколiв та програмних iнтерфейсiв взаємодiї)
вiд рiзних груп розробникiв при їх iнтеграцiї в об’єднану систему.
∙ Розширення можливостей користувача з органiзацiї обчислень в рамках
маршруту проектування при автоматизованому виконаннi проектних про-
цедур, необхiднiсть якого постає у випадку розширення функцiональних
можливостей КСП як мiждисциплiнарного комплексу та необхiдностi вза-
ємодiяти з множиною вiддалених апаратних та програмних ресурсiв, ви-
магає переходу вiд моделi єдиного фiксованого маршруту проектування,
на який орiєнтувались розробники конкретного КСП, до моделi редагова-
них маршрутiв, що динамiчно складаються самими користувачами вiдпо-
вiдно до їх поточних потреб та наявних засобiв.
∙ Вiртуалiзацiя середовища проектування, що є актуальним трендом у ство-
реннi сучасних мережевих програмних комплексiв проектування, передба-
чає необхiднiсть вирiшення задач органiзацiї вiддаленої роботи користу-
вачiв, в тому числi — забезпечення колективної вiддаленої роботи груп
iнженерiв.
Таким чином, задача розробки КСП, яка б використала досягнення веб-
технологiй та грiд-технологiй для надання iнженеру-дослiднику якiсно нових
можливостей порiвняно з iснуючими системами, розрахованими на локальну
роботу одного користувача та споживання ресурсiв його персонального ком-
п’ютера, є досить актуальною.
Для вирiшення поставленої задачi дослiдження мають бути проведенi за
наступними основними напрямками:
∙ аналiз iснуючих архiтектурних рiшень побудови мережевих розподiлених
систем та грiд-систем, способiв їх застосування в архiтектурi КСП, ви-
значення критерiїв вибору ефективних варiантiв реалiзацiї складових цiєї
архiтектури та її синтез з найбiльш доцiльних, за даними критерiями,
рiшень;
∙ розробка нових або вдосконалення та адаптацiя iснуючих способiв орга-
8
нiзацiї роботи користувача з КСП для максимального використання мо-
жливостей розподiленої грiд-системи автоматизованого проектування.
Зв’язок з роботи з науковими програмами, планами, темами. Ди-
сертацiйна робота виконана на кафедрi системного проектування навчально-
наукового комплексу “Iнститут прикладного системного аналiзу” Нацiонального
технiчного унiверситету України “Київський полiтехнiчний iнститут” в рамках
виконання проекту “Мiждисциплiнарний комплекс оптимального математично-
го моделювання в грiд-середовищi з автоматичним формуванням i вирiшенням
рiвнянь вiдповiдних математичних моделей” за договором № ДП / 310 – 2011 вiд
26 липня 2011 р. (номер державної реєстрацiї 0111U005434) та проекту “Створе-
ння семантичного Web-порталу знань i засобiв iнтелектуального аналiзу даних
для нацiональної GRID-iнфраструктури” за договором № IТ / 558 - 2009.
Мета i задачi дослiдження. Метою дисертацiйної роботи є дослiдження
засобiв керування обчислювальними потоками задач в сервiсно-орiєнтованих
комплексах схемотехнiчного проектування з можливiстю переносу обчислень
на грiд-ресурси та розробка архiтектури таких комплексiв i методiв аналiзу та
виконання маршрутiв проектування як потокiв задач.
Для досягнення вказаної мети поставлено такi основнi задачi:
∙ дослiдити сучасний стан i тенденцiї використання систем керування пото-
ками задач у наукових та iнженерних дослiдженнях;
∙ розробити загальну архiтектуру сервiсно-орiєнтованого комплексу схемо-
технiчного проектування, заснованого на виконаннi потокiв задач (вклю-
чаючи грiд-задачi);
∙ розробити метод формування потокiв задач для автоматичного виконання
маршрутiв схемотехнiчного проектування;
∙ розробити метод оцiнки часу виконання потокiв задач для маршрутiв схе-
мотехнiчного проектування;
∙ реалiзувати розробленi методи у складi пiдсистеми керування виконанням
обчислень комплексу математичного моделювання та експериментально
оцiнити їх адекватнiсть та ефективнiсть.
Об’єкт дослiдження — потоки обчислювальних задач в розподiлених об-
числювальних середовищах та грiд-системах.
Предмет дослiдження — застосування потокiв задач в сервiсно-орiєнтованому
9
комплексi схемотехнiчного проектування з пiдтримкою грiд-обчислень.
Методи дослiдження. Для вирiшення задачi органiзацiї автоматично-
го виконання обчислень у складi маршрутiв проектування як потокiв задач
застосовувались елементи теорiї графiв, теорiї множин, математичного моде-
лювання. При розробцi архiтектурної будови сервiсно-орiєнтованого комплексу
проектування застосовувались методи теорiї складних систем, паралельних об-
числень. Пiд час експериментальних дослiджень розроблених рiшень викори-
стовувались методи математичного моделювання та оптимiзацiї.
Наукова новизна одержаних результатiв. У дисертацiї запропоновано
методи реалiзацiї сервiсно-орiєнтованих комплексiв схемотехнiчного проектува-
ння iз залученням грiд-обчислень, що дозволяють при цьому гнучке планува-
ння виконання обчислювальних операцiй маршрутiв проектування як потокiв
задач, редагованих користувачем. А саме:
1. Вперше розроблено та обгрунтовано архiтектуру сервiсно-орiєнтованих
комплексiв схемотехнiчного проектування з використанням механiзму ди-
намiчного поєднання вiддалених веб-сервiсiв та грiд-сервiсiв на основi веб-
стандартiв для планування та автоматичного виконання складних послi-
довностей проектних процедур в межах маршруту проектування у виглядi
потокiв задач.
2. Запропоновано метод органiзацiї обчислень у комплексах схемотехнiчного
проектування, що полягає у представленнi структури маршруту проекту-
вання у виглядi багаторiвневих неоднорiдних потокiв задач, складених з
викликiв операцiй як веб-сервiсiв, так i грiд-сервiсiв, та виконуваних на
вiддалених високопродуктивних ресурсах.
3. Розроблено метод оцiнки часу виконання багаторiвневих потокiв обчислю-
вальних задач, складених з викликiв операцiй веб-сервiсiв та грiд-сервiсiв.
Практичне значення одержаних результатiв.
1. На основi запропонованих пiдходiв розроблено та реалiзовано загальну
архiтектуру сервiсно-орiєнтованого комплексу схемотехнiчного проекту-
вання iз залученням грiд-обчислень, яка може бути використана для по-
будови спецiалiзованих або мiждисциплiнарних середовищ iнженерного
моделювання та проектування iз можливiстю розгортання на ресурсах
української грiд-iнфраструктури.
10
2. Розроблено пiдсистему керування виконанням потокiв задач для маршру-
тiв схемотехнiчного проектування на основi поточних стандартiв на ком-
позицiю веб-сервiсiв (WSDL 1.1, WS-BPEL 2.0), здатну забезпечити авто-
матичне виконання гетерогенних обчислювальних сценарiїв, складених як
з веб-сервiсiв, так i грiд-сервiсiв, що дозволяє залучати в процес обчислень
програмнi засоби вiд рiзних постачальникiв, в т.ч. доступнi вiддалено, ви-
сокопродуктивнi обчислювальнi ресурси, грiд-ресурси та хмарнi ресурси.
3. Продемонстровано iнтеграцiю iснуючого функцiоналу в запропоновану
архiтектуру програмного комплексу на прикладi реалiзацiї грiд-сервiсiв
для задач оптимального мiждисциплiнарного моделювання з використа-
нням функцiоналу комплексу GridALLTED, що дозволило органiзувати
вiддалене виконання обчислень у грiд-середовищi.
Реалiзацiя та впровадження результатiв роботи. Практичнi реалiза-
цiї результатiв роботи розгорнуто на ресурсах Центру суперкомп’ютерних обчи-
слень НТУУ “КПI” згiдно проекту “Мiждисциплiнарний комплекс оптимально-
го математичного моделювання в грiд-середовищi з автоматичним формуван-
ням i вирiшенням рiвнянь вiдповiдних математичних моделей” за договором №
ДП / 310 – 2011 вiд 26 липня 2011 р. (номер державної реєстрацiї 0111U005434).
Результати роботи можуть бути рекомендованi до використання в установах та
на пiдприємствах України, що займаються як автоматизованим проектуванням,
так i розробкою самих САПР або їх складових, а також у навчальному процесi
вищих навчальних закладiв вiдповiдної спецiалiзацiї.
Особистий внесок здобувача. Автору належать основнi науковi резуль-
тати теоретичних i практичних дослiджень, викладенi в дисертацiї, а саме:
проведено аналiз iснуючих систем керування потоками задач, аналiз спосо-
бiв залучення грiд-обчислень до систем керування потоками задач з метою
подолання ресурсних обмежень [24, 25, 2, 3, 4]; виконано опис архiтектури
сервiсно-орiєнтованого комплексу схемотехнiчного проектування з використан-
ням механiзму динамiчної композицiї вiддалених веб- та грiд-сервiсiв на основi
вiдкритих стандартiв для планування та автоматичного виконання послiдов-
ностей проектних процедур маршруту проектування у виглядi потокiв задач
[26, 28, 71, 86, 6]; розроблено метод органiзацiї обчислень у комплексах схемо-
технiчного проектування на основi представлення маршруту проектування як
11
неоднорiдних потокiв задач, складених з викликiв як веб-сервiсiв, так i грiд-
сервiсiв [42, 25, 26, 2, 4, 5]; розроблено метод оцiнки часу виконання складних
потокiв обчислювальних задач, складених з викликiв операцiй як веб-сервiсiв,
так i грiд-сервiсiв [42, 26]; реалiзовано пiдсистему керування виконанням по-
токiв задач для маршрутiв схемотехнiчного проектування на основi вiдкритих
стандартiв та специфiкацiй на опис та композицiю веб-сервiсiв (WSDL 1.1, WSBPEL
2.0) [60]; iнтегровано розроблену пiдсистему керування виконанням пото-
кiв задач в архiтектуру комплексу математичного моделювання GridALLTED,
розгорнутого на ресурсах Центру суперкомп’ютерних обчислень НТУУ “КПI”
[87, 72, 58, 60].
Апробацiя результатiв дисертацiї. Основнi положення роботи були
представленi, повiдомленi i одержали схвалення на наукових семiнарах кафедри
СП у 2009-2013 рр., мiжнародних науково-практичних конференцiях: 21-й мiж-
народнiй конференцiї “CODATA” (м. Київ, 5-8 жовтня 2008 р.), мiжнародних
науково-технiчних конференцiях “Системний аналiз та iнформацiйнi технологiї”
(САIТ-2010, м. Київ, 25-29 травня 2010 р.; САIТ-2011,м. Київ, 23-29 травня 2011
р.; САIТ-2012, м. Київ, 24 квiтня 2012 р.), IХ мiжнароднiй науково-технiчнiй
конференцiї “Новiтнi комп‘ютернi технологiї в будiвництвi” (NOCOTE’2011, с.
Берегове, АР Крим, 13-16 вересня 2011 р.), VIII мiжнароднiй конференцiї “Пер-
спективнi технологiї та методи у проектуваннi МЕМС” (Perspective technologies
and methods in MEMS design, MEMSTECH 2012, с. Поляна, Закарпатська обл.,
18-21 квiтня 2012 р.), 10-му мiжнародному симпозiумi “IEEE East-West Design
and Test Symposium” (EWDTS 2012, м. Харкiв, 14-17 вересня 2012 р.), мiжна-
роднiй конференцiї “Cracow Grid Workshop” (CGW’12, м. Кракiв, 22-24 жовтня
2012 р.), 12-й мiжнароднiй конференцiї “Досвiд проектування та застосування
САПР в мiкроелектронiцi” (The experience of designing and application of CAD
systems in microelectronics, CADSM 2013, с. Поляна, Закарпатська обл., 19-23
лютого 2013 р.).
Публiкацiї. За результатами дослiджень, якi викладенi в дисертацiї, опу-
блiковано 17 наукових праць, з них 5 в провiдних фахових виданнях.
Структура i обсяг роботи. Дисертацiя складається зi вступу, чотирьох
роздiлiв, висновкiв, списку використаних джерел. Загальний обсяг дисертацiї
155 сторiнок, в тому числi 120 сторiнок основного тексту, 119 бiблiографiчних
12
найменувань на 13 сторiнках, 26 рисункiв (з них 7 на окремих листах), 12 та-
блиць (з них 2 на окремих листах), 5 додаткiв.
У першому роздiлi проаналiзовано сучаснi тенденцiї розвитку програмних
архiтектур засобiв автоматизованого проектування та запропоновано вибiр на
користь архiтектури розподiлених компонентiв (мережевих сервiсiв) для КСП
як такої, що поєднує сильнi сторони модульних та мережевих рiшень. Дослi-
дженi шляхи залучення грiд-обчислень для подолання проблеми обмеженостi
обчислювальних ресурсiв при виконаннi довготривалих розрахункiв.
З метою реалiзацiї КСП iз гнучким, редагованим маршрутом проектування
дослiджено досвiд побудови АСНД, СКБП та iн. прикладних систем, що забез-
печують органiзацiю та керування виконанням обчислень як складних потокiв
задач. Запропоновано застосувати цей досвiд в архiтектурi КСП, основанiй на
виконаннi так званих “потокiв задач” — сценарiїв обчислень, складаних кори-
стувачами з готових “будiвельних блокiв” у виглядi обчислювальних процедур.
У другому роздiлi дослiджено питання синтезу архiтектури схемотехнiчної
САПР, що спирається на сервiсно-орiєнтований пiдхiд для органiзацiї доступу
до свого розподiленого функцiоналу, залучає грiд-обчислення для виконання
довготривалих задач та здатна автоматично виконувати складнi сценарiї обчи-
слень у формi потокiв задач, закладенi в маршрутах проектування, створених
користувачем.
Дослiджено способи органiзацiї виконання потокiв грiд-задач як синтезу
концепцiї “потокiв задач” з керування обчисленнями та грiд-технологiї для залу-
чення вiддалених стороннiх обчислювальних ресурсiв. Запропонована загальна
архiтектура комплексу автоматизованого схемотехнiчного проектування iз пiд-
системою виконання потокiв задач.
У третьому роздiлi дослiджено рiвнi та варiанти реалiзацiї окремих опера-
цiй потокiв задач, запропоновано метод представлення маршруту проектування
як неоднорiдного потоку задач на рiзних рiвнях абстракцiї, дослiджено питання
ефективностi виконання потокiв задач.
Запропоновано метод оцiнки часу виконання потокiв задач, складених як
з веб так i грiд-сервiсiв в рамках описаної архiтектури.
У четвертому роздiлi дослiджено питання реалiзацiї запропонованих рi-
шень у складi мiждисциплiнарного комплексу оптимального моделювання у
13
грiд-середовищi GridALLTED, наведено та проаналiзовано приклади виконан-
ня маршрутiв моделювання за допомогою цього комплексу.

Список литературы

Висновки по роботi
В дисертацiйнiй роботi дослiджено новий пiдхiд до створення сервiсно-орi-
єнтованих систем автоматизованого схемотехнiчного проектування, що поєднує
засоби веб та грiд-технологiй для виконання обчислень багатокрокових нелiнiй-
них маршрутiв проектування, та наведено деталi та результати його реалiзацiї.
Основнi результати, отриманi в дисертацiйнiй роботi:
1. Розроблено багаторiвневу архiтектуру комплексу схемотехнiчного прое-
ктування з гнучким редагованим маршрутом проектування, програмнi компо-
ненти якої максимально незалежнi та можуть бути розгорнутi на вiддалених
серверах, яку вiд iснуючих аналогiв вiдрiзняє: наявнiсть єдиної точки входу ко-
ристувачiв через веб-портал доступу, орiєнтацiя на загальноприйнятi стандарти
СОА, в тому числi — при виконаннi потокiв обчислювальних задач як компози-
цiї веб- та грiд-сервiсiв, можливiсть перенесення обчислень в грiд-iнфрастуктуру.
2. Розроблено метод формування потокiв задач для автоматичного викона-
ння маршрутiв схемотехнiчного проектування iз наданням користувачу можли-
востi його вiзуального створення та редагування, що, на вiдмiну вiд iснуючих,
дозволяє:
∙ розширити коло задач, що вирiшує система, спрощуючи таким чином пе-
рехiд до мiждисциплiнарних систем проектування;
∙ спростити iнтеграцiю з новоствореним та iснуючим програмним забезпе-
ченням при створеннi об’єднаних комплексiв проектування;
∙ спростити розгортання та масштабування таких систем; уможливити за-
лучення вiддалених обчислювальних ресурсiв для виконання довготрива-
лих та вибагливих до ресурсiв етапiв обчислень;
∙ розробляти ефективнiшi та надiйнiшi сценарiї обчислень самими користу-
вачами.
3. Запропоновано метод оцiнки часу виконання потокiв задач, складених з
викликiв операцiй веб та грiд-сервiсiв, що, на вiдмiну вiд iснуючих, враховує i
особливостi виклику операцiй веб-сервiсiв, i специфiку виконання грiд-задач.
4. Запропонованi пiдходи та архiтектурнi рiшення реалiзованi в “Мiжди-
сциплiнарному комплексi оптимального математичного моделювання в грiд-
середовищi з автоматичним формуванням i вирiшенням рiвнянь вiдповiдних
136
математичних моделей” GridALLTED розгорнутого на ресурсах Центру супер-
комп’ютерних обчислень НТУУ “КПI”.

Список використаних джерел
1. Булах Б.В. Модификация способа учета баланса загрузки при выполнении
параллельных программ на вычислительном кластере / Булах Б.В., Чека-
люк В.В., Ладогубец В.В., Финогенов А.Д. // Вiсник НТУУ «КПI»: Iнфор-
матика, управлiння та обчислювальна технiка: Зб. наук. пр. –– К.: Век+.
—- 2012. –– № 57. –– C.56-59.
2. Булах Б.В. ВPEL-орiєнтована система управлiння iнженерними та науко-
вими обчислювальними сценарiями / Булах Б.В., Петренко А.I. // Вiсник
унiверситету «Україна»: Iнформатика, обчислювальна технiка та кiберне-
тика. — К.:Унiверситет «Україна».— 2011.— № 2. –– С.90-100.
3. Булах Б.В. Workflow-сценарiї для сервiсно-орiєнтованих систем моделюван-
ня // Вiсник унiверситету «Україна» : Iнформатика, обчислювальна технiка
та кiбернетика. –– К. : Унiверситет «Україна». — 2011. –– № 2. –– С. 273–278.
4. Булах Б.В. Композицiя веб- та грiд-сервiсiв для рiшення прикладних за-
дач // Системний аналiз та iнформацiйнi технологiї: матерiали мiжнаро-
дної науково-технiчної конференцiї SAIT 2011, Київ, 23-28 травня 2011 р. —
К.: ННК "IПСА"НТУУ "КПI". — 2011. — с.360
5. Булах Б. Workflow–сценарiї для сервiсно-орiєнтованих систем моделюван-
ня // Комп’ютернi технологiї: наука i освiта : 4-та Всеукраїнська науково-
практична конференцiя: тези доповiдей. К. : Унiверситиет «Україна», 2012.
—- С. 42–44.
6. Булах Б.В. Сервiсно-орiєнтована система комп’ютерного проектування iз
залученням грiд-обчислень // Системний аналiз та iнформацiйнi технологiї:
матерiали 14-ї мiжнародної науково-технiчної конференцiї «САIТ-2012», 24
квiтня 2012, Київ. —- К. : ННК "IПСА"НТУУ "КПI".— 2012. –– с. 268.
7. Величкевич С. Использование Грид-технологий для построения распре-
деленных САПР / Величкевич С., Демченко Ю. // RELARN-2005: Ма-
териалы двенадцатой конференции представителей региональных научно-
образовательных сетей. —- Нижний Новгород, 2005.—- с. 221-224.
143
8. Величкевич С.В. Распределенная, интегрированная вычислительная среда
Grid / Величкевич С.В., Петренко А.И. // Электроника и связь. –– 2003.
—- Т. 19. -— с.36-42.
9. Волков О. Стандарты и методологии моделирования бизнес-процессов //
Корпоративное издание Связьинвест. М.: ЗАО "Мир связи КОННЕКТ!".
–– 2005. –– № 7. — с. 20-24.
10. Глазман И.М. Основы сетевого планирования и управления / Глазман И.М.,
Новиков В.Г. — Харьков : Изд-во Харьк. ун-таю — 1966. — 96 с.
11. Демичев А. Принципы построения грид с использованием restful-веб-
сервисов / Демичев А., Крюков А., Шамардин Л. // Программные про-
дукты и системы. — 2009. — № 4 — с. 172-176.
12. Зимаев И.В. О возможности автоматической трансляции UML диаграмм
деятельности в сети Петри // Сб. науч. тр. НГТУ. — 2010. — №1 (59). — с.
149-156.
13. Котов В.Е. Сети Петри. — М.: Наука. Главная редакция физико-
математической литературы. — 1984. – 161 c.
14. Ладогубець В.В. Особливостi реалiзацiї мереженої взаємодiї в комплексi схе-
мотехнiчного проектування ALLTED / Ладогубець В.В., Воєвода О.О. //
Комп’ютернi системи проектування. Теорiя i практика : вiсник НУ «Львiв-
ська полiтехнiка». —- 2004. –– № 501. —- с. 27–31.
15. Лобур М.В. Управлiнням процесом проектування в середовищi розподiле-
них САПР / Лобур М.В., Лебедєва О.О., Матвiйкiв О.М. // Вiсник НУ
«Львiвська полiтехнiка»: Комп’ютернi системи проектування. Теорiя i пра-
ктика. —- 2007. —- № 591. –– с. 16-21.
16. Новицкий И. И. Сетевое планирование и управление производством: Учеб.-
практ. пособие. — М.: Новое знание. — 2004. — 159 с.
17. Норенков И.П. Автоматизированное проектирование. — М.: МГТУ им. Н.
Э. Баумана. — 2000. — 188 с.
144
18. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования. — М.: МГТУ
им. Н. Э. Баумана. — 2002. — 336 с. — ISBN 5-7038-2090-1
19. Палагiн О.В. Мiждисциплiнарнi науковi дослiдження: оптимiзацiя
системно-iнформацiйної пiдтримки / Палагiн О.В., Кургаєв О.П. //
Вiсник НАН України. — 2009. — № 3. — с. 14-25.
20. Петренко А.I. Архiтектура мереженого комплексу схемотехнiчного проекту-
вання ALLTED / Петренко А.I., Ладогубець В.В., Воєвода О.О. // Ком-
п’ютернi системи проектування. Теорiя i практика : вiсник НУ «Львiвська
полiтехнiка». – 2005. – № 522. – С. 30–33.
21. Петренко А.И. Основы автоматизации проектирования. – К.: Техника, 1982.
–– 295 с.
22. Петренко А.I. Принципи побудови мереженого комплексу схемотехнiчного
проектування ALLTED / Петренко А.I., Ладогубець В.В., Воєвода О.О. //
К.: Электроника и связь. —- 2002. —- № 17. –– с. 56–58.
23. Петренко А.I. Семантичний Грiд для iнтелектуального оброблення даних
// Комп’ютернi технологiї: наука i освiта : 5-а Всеукраїнська науково-
практична конференцiя : тези доп. —- Київ, 2010. — с. 169–172.
24. Петренко А.I. Застосування workflow-систем для потреб сучасних науки
та iнженерiї / Петренко А.I., Булах Б.В. // Науковi вiстi НТУУ «КПI».-
К.:«Полiтехнiка».— 2011. — №5(79). — с.40-51.
25. Петренко А.I. Система керування потоками обчислень на основi стандарту
WS-BPEL для розв’язання iнженерних задач / Петренко А.I., Булах Б.В.
// Вiсник НУ «Львiвська полiтехнiка»: Комп’ютернi науки та iнформацiйнi
технологiї. –– 2012. –– № 732. —- с. 96-106.
26. Петренко А.I., Булах Б.В., Чекалюк В.В. Автоматизацiя виконання потокiв
робiт у грiдi iз залученням грiд-сервiсiв // Вiсник НТУУ «КПI»: Iнформа-
тика, управлiння та обчислювальна технiка. — 2012. — № 55. — с.70-76.
27. Петренко А.I. Дослiдження архiтектури комплексу схемотехнiчного моде-
лювання GridALLTED / Петренко А.I., Ладогубець В.В., Фiногенов О.Д.,
145
Булах Б.В. // Вiсник унiверситету «Україна» : Iнформатика, обчислюваль-
на технiка та кiбернетика. –– К. : Унiверситет «Україна». — 2011. —- № 2.
—- с. 65–70.
28. Петренко А.I. Дослiдження архiтектури комплексу схемотехнiчного моде-
лювання GridALLTED / Петренко А.I., Ладогубець В.В., Фiногенов О.Д.,
Булах Б.В. // Вiсник унiверситету «Україна» : Iнформатика, обчислюваль-
на технiка та кiбернетика. –– К. : Унiверситет «Україна». — 2011. – № 2. ––
с. 65–70.
29. Петренко А.I. Семантичний Грiд для науки i освiти / Петренко А.I., Булах
В.В., Хондар В.С. – К. : НТУУ «КПI», 2010. – 180 с.
30. Петров.Э.Г. Модели приближенного оценивания структурно-
топологических и параметрических характеристик территориально
распределенных систем обслуживания / Э.Петров, А.Х.Баддур // Вестник
Херсонского НТУ. –– 2011. –– Вып. 41. –– с. 328 – 334.
31. Питерсон Дж. Теория сетей Петри и моделирование систем: Пер. с англ.–—
М.: Мир. — 1984. — 264 с.
32. Скрипка М.Ю. Организацiя Web-доступу до САПР NetAllted / Скрипка
М.Ю., Ладогубець О.В. // I Наукова конференцiя «Прикладна математика
та комп’ютинг ПМК-2009», Київ, 15-17 квiтня 2009 р. : зб.тез / ред.кол. :
С.В. Сирота (гол. ред.) та iн. –– К. : НТУУ «КПI». — 2009. –– с. 266–269.
33. Теслюк В.М. Розробка моделей та структурної схеми для автоматизованого
багаторiвневого проектування МЕМС
Вiсник Нацiонального унiверситету "Львiвська полiтехнiка"№ 595 "Радiо-
електронiка та телекомунiкацiї Львiв. — 2007 р. — с.61 - 71.
34. Топорков В.В. Модели распределённых вычислений // М.: ФИЗМАТЛИТ.
— 2004. — 320 с.
35. Финогенов А.Д. Особенности реализации параллельных алгоритмов для
однопроцессорных пакетов / Финогенов А.Д., Ладогубец В.В. // Электро-
ника и связь. — 2005. — № 25. — С. 95–98.
146
36. Харченко О.Г. Моделi оптимiзацiї архiтектури програмних систем / О.Г.
Харченко, I.О. Боднарчук // матерiали 7-ї мiжнародної науково-практичної
конференцiї Математичне та iмiтацiйне моделювання систем (МОДС-2012),
25-28 червня 2012 р. — Чернiгiв-Жукин. — 2012. — с. 368 - 372.
37. van der Aalst W. M. P. Workflow patterns. Distrib. / van der Aalst W. M. P.,
Ter Hofstede A. H. M., Kiepuszewski B., and Barros A. P. // Parallel Databases.
— 14(1):5–51. — 2003.
38. van der Aalst W.M.P. Business Process Simulation / van der Aalst W.M.P. ,
Nakatumba J., Rozinat A.and Russel N. // In J. vom Brocke and M. Roseman
(eds.) Handbook on Business Process Management, International Handbooks
on Information Systems, Springer-Verlag, Berlin. — 2010. — p.313-338.
39. Asadzadeh P. Global Grids and Software Toolkits: A Study of Four Grid
Middleware Technologies // High Performance Computing: Paradigm and
Infrastructure. — Wiley Press, USA. — June, 2005
40. Atkinson M. / Web Service Grids: an evolutionary approach. / Atkinson M.,
DeRoure D., Dunlop A., Fox G., Henderson P., Hey T., Paton N., Newhouse,
S., Parastatidis, S., Trefethen, A., Watson P. and Webber J. // Concurrency
and Computation: Practice and Experience. – ho.17. — с. 377–389
41. Berman F., Hey A. and Fox G. Grid Computing —- Making the Global
Infrastructure a Reality. —-John Wiley and Sons, Ltd. — 2003. —- 1060 p.
42. Bulakh B. Аnalysis and implementation of computing workflows for serviceoriented
CAE/CAD software // Вiсник НУ «Львiвська полiтехнiка»: Ком-
п’ютернi системи проектування. Теорiя i практика. –– 2012. –– № 747. —- c.
39-44.
43. Clement L. UDDI Version 3.0.2. / Clement L., Hately A., Riegen C., and Rogers
T. // OASIS, Tech. Rep. — 2004.
44. Curcin V. Scientific workflow systems — can one size fit all? / Curcin V., Ghanem
M. // Proceedings of Biomedical Engineering Conference CIBEC 2008. — Cairo
International. — 2008. — p. 1-9.
147
45. Czajkowski K. The WS-Resource Framework / Czajkowski K., Ferguson D.,
Foster I., Frey J., Graham S., Sedukhin I., Snelling D., Tuecke S., and
Vambenepe W. // March 5. — 2004.
46. Dornemann T. Grid Workflow Modelling Using Grid-Specific BPEL Extensions
/ Dornemann T., Friese T., Herdt S., Juhnke E., Freisleben B. // In: Proceedings
of German e-Science Conference. — Baden-Baden. – 2007.
47. Draheim D. Business Process Technology: A Unified View on Business Processes,
Workflows and Enterprise Applications // Springer. — 2010. — p. 306.
48. Erl T. Service-Oriented Architecture: Concepts, Technology and Design. – New
York: Prentice Hall/PearsonPTR. —- 2005. –– 792 p.
49. Ezenwoye O. Grid service composition in BPEL for scientific applications /
Ezenwoye O., Masoud Sadjadi S., Carey A., and Robinson M. // In Proceedings
of the International Conference on Grid computing, high-performAnce and
Distributed Applications (GADA’07), Vilamoura, Algarve, Portugal. — 2007.
50. Fernandez J. Architectural support for system software on large-scale clusters. /
Fernandez J., Frachtenberg E., Petrini F. // Proceeding ICPP ’04 Proceedings
of the 2004 International Conference on Parallel Processing. — p. 519 - 528
51. Fleuren T. M¨uller P. BPEL Workflows Combining Standard OGC Web Services
and Grid-enabled OGC Web Services. // in Proceedings of the 34th Euromicro
Conference on Software Engineering and Advanced Applications, Parma, Italy.
— 2008.
52. Foster I. The Grid: Blueprint for a New Computing Infrastructure / Foster I.,
Kesselman C. // San Francisco, Calif.: Morgan Kaufmann. — 1999. –– 639 p.
53. Foster I. The Grid: Blueprint for a New Computing Infrastructure (2nd Edition)
/ Foster I., and Kesselman C. —- San Francisco, Calif.: Morgan Kaufmann. —
2004. –– 748 p.
54. Foster I. The Physiology of the Grid. An Open Grid Services Architecture for
distributed systems integration / Foster I., Kesselman C., Nick J.M., Tuecke S.
148
// Grid Computing: Making the Global Infrastructure a Reality. — New York:
Wiley and Sons. — 2003. — p. 217-250.
55. Foster I. What is the Grid? A Three Point Checklist // Argonne National
Laboratory, University of Chicago, Grid Today.—- 2002.—- Vol.1, № 6. –– p.32-
36.
56. Foster I. From Open Grid Services Infrastructure to WS-Resource Framework:
Refactoring and Evolution / Foster I., Tuecke S., Snelling D., Ferguson D.,
Frey J., Graham S., Maguire T., Czajkowski K. — 2004. — Режим досту-
пу: www.globustoolkit.org/wsrf/specs/ogsi_to_wsrf_1.0.pdf. — Дата доступу:
25.03.2013.
57. Harrer S. BPEL Conformance in Open Source Engines / Harrer S., Lenhard J.,
Wirtz G. // Proceedings of the 5th IEEE International Conference on Service-
Oriented Computing and Applications (SOCA’12), Taipei, Taiwan, December
17-19, 2012. — 2012. — p.1-8.
58. Kiselev G. Workflow Task Description Format for GridALLTED Complex /
Kiselev G., Bulakh B., Beznosyk O., Chekaliuk V. // The Experience of Designing
and Application of CAD Systems in Microelectronics : 12-th Intern. Conf.
«CADSM’2013», 19-23 February 2013, Polyana-Svalyava (Zakarpattya), Ukraine
: proc. —- Lviv, 2013. –– p. 425–426.
59. Krefting D. Enabling Grid Interoperability at Workflow Level / Krefting D.,
Glatard T., Korkhov V., Montagnat J., Olabarriaga S. // Grid Workflow
Workshop (GWW)’11, 3-4 March 2011, Cologne, Germany. CEUR workshop
proceedings. — Vol-826. — 2011. — ISSN 1613-0073. — Режим доступу:
http://ceur-ws.org/Vol-826/paper04.pdf — Дата доступу: 11.04.2013.
60. Ladogubets V. Employing BPEL Engines for Engineering Calculations /
Ladogubets V., Bulakh B., Chekaliuk V., Kramar O. // The Experience of
Designing and Application of CAD Systems in Microelectronics : 12-th Intern.
Conf. «CADSM’2013», 19-23 February 2013, Polyana-Svalyava (Zakarpattya),
Ukraine : proc. —- Lviv, 2013. –– p. 427–430.
149
61. Ludascher B. ScientificWorkflows: Business as Usual? / Ludascher B.,Weske M.,
McPhillips T.M., Bowers S. // Proceedings of the 7th International Conference
on Business Process Management BPM. —- Ulm, Germany. — 2009. — p. 31-47
62. McCabe T.J. A Complexity Measure // IEEE Transactions on Software Engineering.
— Volume:SE-2 , Issue: 4. — 1976. — p.308-320.
63. Medianero-Pasco X. Grid Portals: Frameworks, Middleware or Toolkit /
Medianero-Pasco X., Bonilla-Morales B., Vargas-Lombardo M. // International
Journal of Computer Science Issues. — Vol.7, Issue 3, No.4. — May 2010. —
p.6-11.
64. Milner R. Communicating and Mobile Systems: The