Найти

Результаты поиска

• ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕТЕРОГЕННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ УЗЛОВ В ГРИД-СИСТЕМАХ ПРИ РЕШЕНИИ КОМБИНАТОРНЫХ ЗАДАЧ

  А.М. Альбертьян , И. И. Курочкин , Э.И. Ватутин

  142-153

  2021-10-05

  Аннотация ▼

  В настоящее время для решения больших вычислительных задач используются не только многопроцессорные вычислительные системы, но и различные виды распределенных систем. Распределенные вычислительные системы имеют ряд особенностей: возможное наличие отказов узлов и каналов связи, непостоянное время работы узлов, возможные ошибки в расчетах, гетерогенность вычислительных узлов. Под гетерогенностью вычислительных узлов будем понимать не только различную вычислительную способность и различные архитектуры центральных процессоров, но и наличие на узле других компонентов, способных проводить вычисления. К таким компонентам можно отнести видеокарты и математические сопроцессоры. Узел распределенной вычислительной системы будем называть гетеро-генным, если помимо одного или нескольких центральных процессоров в его составе есть дополнительные вычислительные устройства. При решении вычислительной задачи на распределенной системе необходимо максимизировать использование всех доступных вычисли-тельных ресурсов. Для этого необходимо не только распределить вычислительные подзадачи на узлы в соответствии с их вычислительной способностью, но и учесть особенности дополнительных вычислительных устройств. Исследованию методов максимизации использования ресурсов на гетерогенных узлах распределенной вычислительной системы посвящена эта работа. Основной целью данной работы является создание переносимого приложения, произ-водящего параллельные вычисления с использованием многопоточной модели выполнения. При разработке приложения акцент делается на наиболее полном использовании доступных аппаратных ресурсов. Одним из основных требований к реализации является оптимизация про-изводительности приложения для различных компьютерных архитектур, а также возможность параллельного выполнения приложения на разнородных вычислительных устройствах, входящих в состав гетерогенного вычислительного комплекса. Была исследована возможность применения ряда методов программно-алгоритмической оптимизации для многопроцессорных архитектур различных поколений. А также была проведена оценка эффективности их использования для высоконагруженных многопоточных приложений. Представлено решение проблемы квазиоптимального динамического распределения вычислительных заданий между всеми доступными на данный момент вычислительными устройствами гетеро-генного вычислительного комплекса.

• ОЦЕНКА ВЕРОЯТНОСТИ ОБНАРУЖЕНИЯ ЛОЖНОГО РЕЗУЛЬТАТА РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ ВЫПОЛНЯЕМЫХ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОЙ МНОГОАГЕНТНОЙ СИСТЕМОЙ

  В.А. Литвиненко , С.А. Ховансков , В.С. Хованскова

  2021-11-14

  Аннотация ▼

  Рассматриваются вопросы защиты распределённых вычислений организованных на ос-
  нове многоагентной системе для решения задач многовариантного моделирования.
  При моделировании выбор одного из многих вариантов может потребовать перебора огром-
  ного множества параметров недоступного для быстродействующей ЭВМ. Для сокращения
  времени решения таких задач используют распределенные вычисления. Существует множе-
  ство различных подходов для организации распределенных вычислений в компьютерной сети
  – технология grid, metacomputing (BOINC, PVM и другие). Все они предназначены для создания
  централизованных систем распределенных вычислений. Распределенные вычисления организуются на основе многоагентной системы на вычислительных узлах любой компьютерной
  сети. При использовании в качестве вычислительной среды компьютерную сеть большого
  масштаба могут возникнуть угрозы безопасности распределенных вычислений. Одной из
  таких угроз является получение в процессе вычислений ложного результата от злоумышлен-
  ников. Ложный результат может привести в процессе моделирования к принятию не опти-
  мального, либо неправильного решения. Управляющие агенты централизованной системы
  распределенных вычислений, кроме управления распределенной системой, вынуждены выпол-
  нять обнаружение ложных результатов процесса вычислений. Разработана методика рас-
  чета вероятности обнаружения ложного результата в зависимости от общего количества
  агентов многоагентной системы и количества управляющих агентов. Приведены примеры
  расчёта количество управляющих агентов, обеспечивающих в многоагентной системе тре-
  буемую вероятность обнаружения ложных результатов.

• АЛГОРИТМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ КОНФИДЕНЦИАЛЬНЫХ ДАННЫХ МЕДИЦИНСКОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ХРАНЕНИЯ И ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ОБСЛЕДОВАНИЙ

  Л. К. Бабенко, А. С. Шумилин , Д. М. Алексеев

  2021-01-19

  Аннотация ▼

  Цели исследования состоят в разработке и оценке эффективности структуры облачной
  платформы хранения, обработки и систематизации медицинских данных, определении метода
  защиты, в частности, обеспечения конфиденциальности при передаче и хранении результатов
  обследований. Для достижения поставленной цели решаются задачи анализа существующих
  моделей информационных процессов и структур в предметной области, особенности средств
  накопления и обработки медицинских данных, хранящихся в электронных информационных сис-
  темах учёта пациентов, разрабатывается архитектура облачной платформы распределенного
  хранения данных и алгоритм обеспечения безопасности медицинских данных, хранимых в облач-
  ной платформе в электронном виде в форме исходных физиологических сигналов (ЭЭГ, ЭКГ,
  ЭМГ, ЭОГ и т.д.), регистрируемых при проведении обследований пациентов; создается интегри-
  руемая облачная платформа распределенного хранения, анализа и систематизации медицинских
  данных и система обеспечения безопасности с использованием разработанного метода защиты;
  анализируется эффективность предложенного алгоритма защиты конфиденциальной медицин-
  ской информации в условиях интеграции в разработанную облачную платформу. Предлагаемый
  способ защиты медицинской информационной системы подразумевает использование исходного
  файла формата DICOM и впоследствии преобразованного изображения в формате PNG, кото-
  рое подвергается алгоритму шифрования пикселей. Для шифрования изображения применяется
  алгоритм на основе теории хаоса. Возможности систем хаоса позволяют значительно повы-
  сить производительность. Иерархичное разделение потоков данных на уровни и стандартиза-
  ция протоколов передачи данных, а также форматов их хранения позволяют сформировать
  универсальную, гибкую и надежную медицинскую информационную систему. Предлагаемая ар-
  хитектура имеет возможность интеграции в существующие медицинские системы. В ходе
  работы установлено, что рассматриваемый метод защиты является эффективным способом
  обеспечения конфиденциальности данных медицинской системы

• ЭКВИВАЛЕНТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НЕКОТОРЫХ ВИДОВ РЕКУРСИВНЫХ НЕЛИНЕЙНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СТРУКТУР ДЛЯ ЭФФЕКТИВНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ НА РЕКОНФИГУРИРУЕМЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ

  С. А. Дудко

  2021-02-25

  Аннотация ▼

  Рассматриваются методы информационно-эквивалентных преобразований некото-
  рых видов нелинейных вычислительных структур с обратными связями: квадратичных,
  дробных и условных. Наличие обратных связей в конвейерной вычислительной структуре,
  решаемых на реконфигурируемых вычислительных системах прикладных задач, приводит к
  замедлению скорости формирования данных, так как для вычисления очередного значения
  требуется дождаться результата по обратной связи. При этом замедление происходит
  не только на участке с обратной связью, но и во всей вычислительной структуре, что
  приводит к увеличению времени, за которое данная задача может быть решена. Преды-
  дущие фрагменты вынуждены задерживать свои данные перед подачей в обратную связь,
  а последующие вынуждены простаивать, ожидая данные на выходе обратной связи. На
  сегодняшний день не существует средств автоматического проектирования прикладных
  задач для реконфигурируемых вычислительных систем, которые оптимизировали бы та-
  кие вычислительные структуры в автоматическом режиме. Поэтому пользователь вы-
  нужден самостоятельно изучать текст исходной программы и искать в нем выражения,
  содержащие обратные связи, а затем оптимизировать их. Это приводит к увеличению
  времени, требующегося для создания эффективных прикладных программ. Предложенные
  методы преобразований позволяют сократить интервал обработки данных (в лучшем
  случае до единицы) при решении прикладных задач на реконфигурируемых вычислительных
  системах. Для реализации информационно-эквивалентных преобразований необходимо,
  чтобы в вычислительной системе имелся дополнительный аппаратный ресурс. Реализация
  данных преобразований в оптимизирующем синтезаторе схемотехнических решений по-
  зволяет проводить оптимизацию вычислительной структуры с обратными связями авто-
  матически. Это позволяет сократить время разработки эффективных прикладных про-
  грамм, содержащих обратные связи, с нескольких дней до нескольких минут.

• ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ГРАФОВ С МНОЖЕСТВЕННЫМИ РАЗНОТИПНЫМИ СВЯЗЯМИ

  Е.Р. Мунтян , Э.В. Мельник

  2021-08-11

  Аннотация ▼

  В статье рассмотрены вопросы построения отказоустойчивых вычислительных
  систем, в части структуры и резервирования. При проектировании распределенных вычис-
  лительных систем (ВС) возникает необходимость учета большого количества факторов,
  влияющих на производительность, надежность и отказоустойчивость. Для распределен-
  ных ВС к таким факторам относятся, в том числе структурные характеристики. В ра-
  боте представлены графики зависимости вероятности безотказной работы ПУ распреде-
  ленной вычислительной системы от характеристик ее структуры. Применение перспек-
  тивных способов резервирования, таких как резервирование производительности, сущест-
  венно повышает сложность задачи проектирования структуры. При резервировании про-
  изводительности взамен ввода в систему специальных резервных узлов предполагается
  использование избыточных вычислительных ресурсов внутри задействованных процессор-
  ных узлов (ПУ). В случае отказа узла его задачи перераспределяются на свободный резерв
  работоспособных узлов. Для реализации такого способа резервирования системы требует-
  ся организация многопрограммного режима работы, когда на каждом узле могут одно-
  временно выполняться несколько задач. Необходимость обеспечения мультипрограммного
  режима работы приводит к увеличению количества конфигураций системы, подлежащих
  анализу на этапе проектирования и в случае реконфигурации при отказе. Для снижения
  трудоемкости анализа отдельно взятой конфигурации предложен подход на основе графов
  с множественными и разнотипными связями. Использование моделей на основе таких гра-
  фов позволяет представить структуру вычислительной системы с учетом мультипро-
  граммной обработки информации и при этом существенно сократить время вычисления
  базовых характеристик за счет применения связей в виде вектора, позволяющих объеди-
  нить несколько разнотипных связей.

• АЛГОРИТМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЗАЩИТЫ КОНФИДЕНЦИАЛЬНЫХ ДАННЫХ ОБЛАЧНОЙ МЕДИЦИНСКОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

  Л.К. Бабенко , А.С. Шумилин , Д.М. Алексеев

  2021-12-24

  Аннотация ▼

  Целью работы является разработка и реализация архитектуры облачной системы
  хранения, систематизации и обработки результатов обследований (на примере ЭЭГ) и
  алгоритма обеспечения защиты конфиденциальных данных на основе полностью гомо-
  морфной криптосистемы. Объектом исследования являются технологии хранения, переда-
  чи, обработки и защиты конфиденциальной информации в распределенных медицинских
  информационных системах. Разработана архитектура облачной платформы распределен-
  ного хранения, обработки, систематизации и защиты конфиденциальных данных (резуль-
  татов медицинских обследований), позволяющая взаимодействовать с различными меди-
  цинскими информационными системами и аппаратными средствами диагностики с целью
  формирования больших данных. Разработан алгоритм обеспечения безопасности медицин-
  ских данных, хранимых в облачной платформе в электронном виде, регистрируемых при
  проведении обследований пациентов с целью расчета среднего значения для каждого из
  ритмов мозговой активности (по результатам серии обследований за длительный период
  времени) с использованием алгоритма полностью гомоморфного шифрования. На основе
  результатов тестирования (анализ времени выполнения таких операций, как: шифрование,
  дешифрование, сложение, умножение, отношение сигнал шум зашифрованного текста к
  открытому тексту) из двух потенциальных претендентов на использование в качестве
  алгоритмов полностью гомоморфного шифрования (схемы BFV и CKKS) выбран опти-
  мальный алгоритм. В результате показано, что схема полностью гомоморфного шифро-
  вания CKKS наиболее эффективна, особенно в условиях критичности требований к высо-
  кому уровню безопасности конфиденциальных данных, чем обусловлен выбор данной схемы
  для реализации предложенного в настоящей работе алгоритма.

• РЕАЛИЗАЦИЯ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ НА ОТЕЧЕСТВЕННЫХ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ УСТРОЙСТВАХ

  И. А. Шипов

  2022-04-21

  Аннотация ▼

  Целью работы – это создание производительного вычислительного устройства для
  бесплатформенной инерциальной навигационной системы (БИНС) наземного робототехни-
  ческого комплекса (РТК) на отечественной элементной базе. Дано формальное описание
  типовых достаточных функций, выполняемых БИНС и описаны основные принципы алго-
  ритмов с точки зрения требования к вычислительным ресурсам. Приведено описание имею-
  щихся на рынке отечественных микроконтроллеров и сравнение с ближайшим зарубежным
  аналогом. Результаты проведенного макетирования показали принципиальную возможность,
  но невысокую перспективность создания вычислительных устройств на одном микрокон-
  троллере. В связи с этим были выработаны и реализованы технические предложения по уве-
  личению вычислительной мощности по средствам построения архитектуры многопроцес-
  сорного вычислителя. Как следствие потребовалась выработка особых подходов к проекти-
  рованию алгоритмов и программного обеспечения. Организация распределенных вычислений
  является одним из наиболее оптимальных методов обеспечения расчета алгоритмов функ-
  ционирования. Введение в контур вычислителя дополнительных микропроцессоров позволило
  не только увеличить вычислительную мощность, но и ввести дополнительные интерфейсы
  взаимодействия как с потребителем, так и с датчиками первичной информации. Предло-
  женный вариант распределения алгоритмов функционирования БИНС позволил обеспечить
  создание задела на перспективы развития и масштабируемость системы. Наиболее ресурсо-
  емким алгоритмом является расчет инерциальных координат, реализованный в виде итера-
  тивного расчета определения широтной составляющей местоположения. Также запас про-
  изводительности может позволить реализовать дополнительные адаптивные алгоритмы
  фильтрации и обработки данных по результатам испытаний и эксплуатации наземного под-
  вижного объекта. Обоснован выбор интерфейса внутриплатного обмена между контролле-
  рами и описано его практическое применение. Создание замкнутого контура обмена инфор-
  мацией позволило реализовать дополнительные параллельные вычисления вторичной инфор-
  мации и выполнить расчет автономного счисления координат местоположения объекта.
  Описанные технические решения могут быть использованы при проектировании встраивае-
  мых вычислителей для объектов различного назначения функционирующих на базе жесткой
  логики. В качестве основного недостатка представленного подхода к проектированию вы-
  числителя можно обозначить ограниченный функционал при работе с постоянно запоми-
  нающими устройствами.

• БИОИНСПИРИРОВАННЫЙ МЕТОД ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ДИСПЕТЧЕРИЗАЦИИ ПОТОКОВ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ЗАЯВОК В GRID- СИСТЕМАХ

  Д. Ю. Кравченко, Ю. А. Кравченко, В. В. Курейчик, А.Э. Саак

  2020-07-20

  Аннотация ▼

  Статья посвящена решению задачи диспетчеризации потоков параллельных заявок в
  пространственно-распределённых вычислительных системах. Актуальность задачи обос-
  нована значительным ростом востребованности парадигмы распределенных вычислений в
  условиях информационного переполнения и неопределенности. В статье рассмотрены про-
  блемы диспетчирования заявок пользователей, требующих для своего обслуживания не-
  сколько процессоров одновременно, что выходит за рамки классической теории расписа-
  ний. Проанализированы аспекты эффективности применения эвристических алгоритмов
  диспетчирования планарными ресурсами. Определены причины их недостаточности как по
  результативности, так и по эмпиричности подходов. Предложено решать задачу диспет-
  черизации параллельных заявок на основе комплексного применения коалиции интеллекту-
  альных агентов и событийной имитационной модели. Классификацию поступающих на
  вход заявок предлагается проводить на основе применения модифицированного биоинспи-
  рированного метода оптимизации поиском кукушки. Совместное использование коалиции
  интеллектуальных агентов и биоинспирированного метода позволит обеспечить беспреце-
  дентный параллелизм вычислений, а последующее определение путей обработки классифи-
  цированных заявок на основе имитационной модели сформирует наборы альтернативных
  решений, позволяющих ускорить решение задач и оптимизировать распределение имею-
  щихся вычислительных ресурсов в зависимости от наборов поступающих заявок. Для оцен-
  ки эффективности предложенного подхода разработан программный продукт и проведе-
  ны эксперименты с разным количеством поступающих на вход заявок. Каждая поступаю-
  щая на вход заявка имеет определенный набор атрибутов, являющийся вектором призна-
  ков заявки. Степень сходства вектора признаков заявки и эталонного вектора признаков
  вершины в распределяющей имитационной модели является критерием классификации
  заявки. Для повышения качества процесса диспетчеризации введены новые процедуры дуб-
  лирования неклассифицированных заявок, позволяющие интенсифицировать поиск совпаде-
  ний в векторах признаков. Также предусмотрены резервные траектории диспетчеризации
  необходимые для обработки прецедентов появления на входах заявок с абсолютным при-
  оритетом. Полученные количественные оценки демонстрируют экономию времени при
  решении задач относительно большой размерности (от 500000 вершин) не менее 10 %.
  Временная сложность в рассмотренных примерах составила . Описанные исследова-
  ния имеют высокий уровень теоретической и практической значимости и напрямую связа-
  ны с решением классических задач искусственного интеллекта, направленных на поиск
  скрытых зависимостей и закономерностей на множестве больших данных.

• МЕТОД ГЕНЕРАЦИИ ТОПОЛОГИЧЕСКИХ ОГРАНИЧЕНИЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СТРУКТУР ДЛЯ РЕКОНФИГУРИРУЕМЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

  А.А. Диченко , И. И. Левин , Д.А. Сорокин

  33-46

  2025-12-30

  Аннотация ▼

  Для реконфигурируемых вычислительных систем на базе ПЛИС эффективными прикладными программами являются параллельно-конвейерные программы, обеспечивающие реальную производительность более 50% от пиковой. Статья посвящена решению проблемы сокращения времени их разработки. Вычислительные структуры таких программ используют большой объём вычислительного ресурса ПЛИС, функционирующих на  высокой тактовой частоте. Однако одновременная максимизация объёма задействованного ресурса ПЛИС и тактовой частоты находится в некотором противоречии, поскольку при большом заполнении снижается вариативность размещения функциональных узлов вычислительных структур и коммутационная матрица ПЛИС при трассировке информационных каналов между ними не обеспечивает требуемых характеристик по времени  распространения сигналов. Более того в современных САПР алгоритмы размещения и трассировки учитывают только архитектурные и геометрические особенности ПЛИС. Поэтому при использовании большого числа специализированных примитивов, вариативность размещения которых крайне мала, достижение высоких тактовых частот в автоматическом режиме синтеза практически невозможно. Для решения этой проблемы также необходимо учитывать информационные зависимости между функциональными узлами вычислительных структур, но характер информационных зависимостей решаемых задач различных предметных областей может существенно отличаться. Поэтому разработчики вынуждены каждый раз вручную размещать на ПЛИС функциональные узлы путём создания скриптовых инструкций топологических ограничений. Время формирования топологических ограничений для ПЛИС прежних поколений было приемлемым, поскольку они содержали, как правило, до нескольких сотен специализированных примитивов. Однако в современных ПЛИС их количество достигает нескольких тысяч и даже десятков тысяч штук, что приводит к значительному увеличению времени разработки эффективных прикладных программ. Предлагаемый метод позволяет автоматизировать процесс разработки топологических ограничений вычислительных структур. Исследования были проведены при разработке прикладных программ решения ряда задач на основе алгоритмов БПФ, AES и
  LU-разложения для реконфигурируемого компьютера «Tertius-2». В результате значительного сокращения временных затрат, обусловленных числом итераций оптимизации вычислительных структур, общее время синтеза было сокращено до трех раз

• ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ МЕТОДА ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ НА ОСНОВЕ СХЕМЫ ШАМИРА В МЕДИЦИНСКОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЕ

  Л.К. Бабенко , А.С. Шумилин

  2023-10-23

  Аннотация ▼

  В современном мире медицинские информационные системы становятся наиболее
  популярными инструментами для обработки, хранения, систематизации и передачи меди-
  цинских данных пациентов. Медицинские обследования могут быть представлены в виде
  файлов различных форматов и сильно варьироваться по размеру (от нескольких байт до
  сотен гигабайт). Например, некоторые двоичные файлы имеют малый размер поскольку
  содержат лишь заключения врачей в виде текстового описания, а файлы, записи ночного
  видеомониторинга пациента или DICOM-файлы компьютерной томограммы органов чело-
  века, содержащие несколько сотен слайсов могут достигать размера в сотни гигабайт.
  Соответственно, большие файлы требуют значительных вычислительных ресурсов при
  передаче с сервера на сервер. Кроме того, при использовании метода обеспечения безопас-
  ности, который представляет собой алгоритм разделения секрета (файла с обследовани-
  ем) по схеме Шамира операции, операции по разделению секрета на части и слиянию час-
  тей воедино могут занимать больше времени при последовательном режиме работы, чем
  при параллельном. Поэтому, видится возможность ускорить процесс обработки больших
  данных без снижения уровня безопасности. Целью работы является подтверждение гипо-
  тезы уменьшения времени на выполнения операцией разделения и слияния частей секрета с
  использованием средств параллельных вычислений при реализации метода обеспечения
  безопасности по схеме разделения секрета Шамира в медицинской информационной сис-
  теме. Объектом исследования является метод обеспечения безопасности, который разра-
  ботан авторами для внедрения в подсистемы защиты информации медицинской информа-
  ционной системы. В рамках исследования проведен анализ наиболее эффективных средств
  для распараллеливания процессов (MPI и OpenMP) и выбран инструмент, подходящий под
  решение поставленной цели. Также проведены эксперименты (анализ времени в зависимо-
  сти от количества параллельных потоков и количества символов, содержащихся в DICOM
  файле), которые подтвердили концепцию возможности распараллелить алгоритм обмена
  секретом на основе схемы Шамира, добившись почти линейного ускорения с помощью биб-
  лиотеки MPI.