Планшеты всех пользователей, соединяйтесь!
C тех пор как количество цифровых устройств в мире лавинообразно растет, особую актуальность приобрели так называемые распределенные вычисления (РВ). Если измерить общую полезную нагрузку процессора вашего ноутбука или смартфона, то окажется, что она составит всего не более 10% от его максимальной вычислительной мощности. Ученые решили, что вместо того, чтобы процессор бездельничал большую часть времени, его можно загрузить полезными вычислениями. Например, распределенными.
Серьезные математические основы теории распределенных вычислений были заложены еще в середине 70-х годов прошлого века, но по-настоящему широкое применение РВ началось на рубеже веков. Повсеместное распространение смартфонов и других мобильных устройств открыло новые перспективы для применения распределенных вычислений. Вычислительные мощности миллионов пользователей цифровых гаджетов по всему миру могут использоваться для совместного решения глобальных проблем и вызовов, стоящих перед цивилизацией.
Так, хорошо известен проект компании IBM - World Community Grid - который компания запустила десять лет назад. Основная его идея в том, что в это сообщество входят пользователи ПК, которые добровольно предоставляют неиспользуемые ресурсы своего компьютера для решения глобальных задач, требующих больших вычислительных мощностей.
Например, это проекты по борьбе со СПИДом или онкозаболеваниями, моделирование различных природных явлений и даже поиск внеземных цивилизаций.
Коллектив российских ученых Санкт-Петербургского госуниверситета под руководством доктора физ.-мат. наук, профессора кафедры системного программирования математико-механического факультета СПбГУ Граничина Олега Николаевича развивает методы нелинейного проведения РВ. В этом году исследователи в рамках выиграть грант на двухлетние научные исследования в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса Российской Федерации на 2014-2020 годы» (соглашение №14.604.21.0035 Мероприятие программы 1.2 «Проведение прикладных научных исследований для развития отраслей экономики»).
Авторский коллектив состоит из двух равнозначных по значимости частей - научных работников и разработчиков. От научной стороны представлены аспиранты, два кандидата наук и профессор математико-механического факультета СПбГУ. Со стороны разработчиков - сотрудники ООО «Научно-производственная компания «Разумные решения», которые имеют опыт практической разработки мультиагентных систем (МАС) и внедрения их на практике.
«Сейчас мы делаем обзор того, что уже известно в мире по тематике нашего проекта, т.е. делаем патентный поиск и обзор литературы, - рассказывает Граничин о работе своего коллектива, - Представьте, что у вас есть несколько вычислительных устройств (компьютер, смартфон, планшет и пр.) и вы хотите использовать все эти ресурсы для выполнения какой-либо вычислительной задачи, разделив её между ними (конечно если задача предполагает наличие механизма такого разделения). Можно использовать, например, только один компьютер, но время выполнения задачи можно существенно сократить, подключив «помощников». Один из известных теоретических результатов гласит, что при балансировке загрузки всех имеющихся вычислительных мощностей достигается оптимальная производительность».
Однако, как эффективно организовать совместную работу, балансируя нагрузку? Традиционный подход - использование централизованного (выделенного) «брокера» заданий, несет в себе существенные ограничения: необходимость организации оперативной связи со всеми вычислительными узлами и высокую трудоемкость самого процесса расчета оптимальной загрузки при большом количестве узлов. К счастью, у этого подхода есть альтернатива - так называемые «мультиагентные технологии». Вычисления с помощью мультиагентных систем - это новый этап в развитии информационных технологий. МАС позволяет перейти от централизованных, монолитных и последовательных программ с фиксированной структурой к распределенным сообществам автономных программ, работающих асинхронно и квазипаралелльно, способных самостоятельно формировать требуемые структуры и взаимодействовать для решения задач.
МАС позволяют создавать компьютерные системы нового поколения, которые используют принципы самоорганизации и эволюции, характерные для поведения живых систем, например, колонии муравьев или роя пчел.
«В рамках проекта мы разрабатываем алгоритмы совместного управления такими системами и внедряем их для решения практических задач, - комментирует Олег Николаевич, - результаты этого проекта могут использоваться повсеместно, т.к. за последнее время существенно возросла степень «доступности» различных вычислительных устройств, как для организаций (бизнеса), так и для простых людей, большинство из которых в наше время имеют различные вычислительные устройства (ПК, смартфон, планшет, телефон). Темпы жизни в больших городах растут, это еще более актуализирует задачи по минимизации времени решения проблем с помощью вычислительных устройств».
Работы питерского научного коллектива уникальны тем, что в там исследуются теоретические возможности балансировки вычислений даже при условии «пропажи» связей между единицами вычислительной сети, наличии задержек при доставке сообщений и при получении с помехами сообщений о загрузке соседей.
В перспективе с помощью новых методов можно будет раздавать мобильным устройствам самые разнообразные вычисления - от расчёта грузоперевозок и планирования в цеху до расчёта загрузки транспортных кораблей, доставляющих грузы на МКС.
Шабельский Алексей
STRF.ru