Моделювання складних динамічних систем із зосередженими та розподіленими параметрами. Засоби подання топології диференціальних рівнянь великої розмірності. Реалізація алгоритмів на прикладі побудови паралельних моделей шахтної вентиляційної мережі.
Аннотация к работе
Формальний опис СДС, що є основою для їхнього моделювання, включає засоби подання топології й системи диференціальних рівнянь великої розмірності. Мета дисертаційної роботи полягає в теоретичному обґрунтуванні й системній організації оптимальних процесів обміну інформацією в паралельному моделюючому середовищі, що дозволить підвищити ефективність всіх етапів розробки й використання паралельних моделей складних динамічних систем, розширити сферу застосування паралельних обчислювальних ресурсів. Розробка метода побудови оптимальних за ефективністю обміну програм, що реалізують паралельні моделі динамічних систем і алгоритмів відображення моделей на доступні обчислювальні ресурси ПМС Наукова новизна результатів, отриманих у дисертації полягає в наступному: Запропоновано класифікацію видів обмінів інформацією в паралельному моделюючому середовищі й схему функціонування середовища, що базується на обєднанні організації процесів обміну з етапами побудови паралельних моделей динамічних систем. Розроблено метод побудови оптимальних, з мінімізацією часу виконання, паралельних програм, що реалізують моделі СДС, який відрізняється визначенням параметрів ефективності обміну за даними тестування паралельних ресурсів, визначені формули оцінки критеріїв оптимальності програм, що реалізують паралельні моделі.У першому розділі “Аналіз робіт з організації процесів моделювання в паралельних моделюючих середовищах і задачі дослідження” дано характеристику складних динамічних систем як обєктів моделювання, виконано аналіз робіт з організації обміну інформацією в паралельних моделюючих середовищах, показано вплив обміну інформацією на побудову моделей СДС, сформульовані основні задачі досліджень. У рамках ПМС повинні бути вирішені наступні завдання організації обміну даними: складання ефективних паралельних програм, що реалізують моделі СДС; оптимальне відображення паралельних програм на цільові паралельні архітектури; вивід формул, що характеризують вплив процесів обміну інформацією на продуктивність паралельних ресурсів ПМС. У другому розділі “Структурна організація обмінів інформацією в паралельному моделюючому середовищі” представлено дослідний зразок паралельного моделюючого середовища, розроблений і експериментально досліджений за участю автора, визначені види обмінів, що мають місце на всіх етапах розробки, налагодження й дослідження паралельних моделей динамічних систем, запропонована методика інтеграції процесів обміну й етапів побудови MPI-програм, розроблено уніфікований підхід до подання топологій ДС у вигляді графів, дано визначення поняттям “віртуальна MPI - програма”, “віртуальний MPI - процес”, “цільова паралельна обчислювальна система”, “девіртуалізація”, запропоновані етапи девіртуалізації, розроблена методика тестування засобів обміну інформацією в ПМС. Звичайна кількість таких процесів досить велика й перевищує загальну кількість доступних процесорів, проте, у цілому, для такої моделі СДС може бути написана MPI-програма, кожний процес якої відповідає процесу моделі. Аналізуючи матрицю інцидентності графа G, можна зєднати вершини графа G1 у такий спосіб: якщо в G ребро i входить у початкову вершину якого-небудь ребра j, то зєднуємо відповідному цьому ребру i вершину ii в G1 з вершиною jj, що відповідає ребру j у напрямку від ii до jj ; якщо в G ребро i виходить із кінцевої вершини будь-якого ребра j, то зєднуємо відповідну цьому ребру i вершину ii в G1 з вершиною jj, що відповідає ребру j у напрямку від ii до jj.У роботі дано рішення актуальної наукової задачі, що полягає в оптимальній організації обміну інформацією в паралельному моделюючому середовищі для складних динамічних систем із зосередженими й розподіленими параметрами. Розроблено й експериментально досліджено зразок паралельного моделюючого середовища (ПМС). Визначено види обмінів інформацією, що мають місце на всіх етапах розробки, налагодження й дослідження паралельних моделей динамічних систем у ПМС. Запропоновано методику інтеграції процесів обміну й етапів побудови моделюючих MPI-програм. З метою побудови оптимальних за ефективністю обміну програм, що реалізують паралельні моделі динамічних систем, запропоновано обєднувати у віртуальній MPI-програмі процеси за обчислювальними алгоритмами, які вони реалізують.