АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ИНТЕГРАЦИИ ОТКРЫТЫХ ВИРТУАЛЬНЫХ ЛАБОРАТОРНЫХ КОМПЛЕКСОВ

Полезная модель относится к области вычислительной техники, а именно, к системам автоматизации исследовательских процессов, и предназначена для создания автоматизированных систем управления виртуальными лабораторными комплексами.
Известна система управления данными здравоохранения, содержащая систему управления делопроизводством и систему поддержки принятия решения (патент РФ №2008110491 МПК G06Q 10/00). Данная система обеспечивает автоматизированную обработку данных, которые соответствуют медицинскому обслуживанию пациента, а также для обработки множества образцов документов делопроизводства.
К недостаткам известной системы отнести то, что в данной системе обработка данных осуществляется в неполном объеме, что обусловлено отсутствием в системе блоков, предназначенных для автоматизации исследовательских процессов.
Известна система электронного документооборота (патент РФ 2334273 МПК G06Q 10/00). Данная система предназначена для учета и регистрации электронных документов путем внесения в систему информации о заверении распечатки бумажных форм электронных документов, выдаваемых пользователем. Система содержит блок приема новых документов, блоки селекции базового адреса документа в базе данных сервера, блоки фиксации числа документов в системе, блоки определения последовательности выборки документов из базы данных сервера, блоки формирования текущего адреса записи и считывания документов, блоки идентификации документа, блоки приема записей базы данных сервера, блок коммутации каналов передачи документов другим объектам системы, блок приема документов с других объектов системы.
Недостатками известной системы является неполный учет и регистрации данных, относящихся к вычислительным и интеллектуальным ресурсам, что обусловлено конструктивными особенностями указанной системы.
В качестве ближайшего аналога принята инструментальная программная система "Виртуальная лаборатория" (разработчик Казанский государственный университет, г.Казань http://www.ict.edu.ru/vconf/index.php?a=vconf&c=getForm&d=light&id_sec=41&id_thesis=989&r=thesisDesc), которая предназначена для выполнения дистанционных экспериментов. Данная система содержит расчетный центр, который работает с наборами моделей различного типа (включая имитационные) и решает на этих моделях конкретные задачи, используя базу программных компонентов, содержит хранилище научных документов, которое обеспечивает работу хранилища научных материалов различного типа с развитой системой поиска нужного материала и системой оценки научной значимости материала, блок конференц-зал, который обеспечивает работу зала виртуальных конференций, оснащенного развитыми средствами для обмена научной информацией различного вида (специальные тексты, графические объекты, видео- и аудио- материалы и т.п.) в режиме реального времени.
Недостатком системы является ограниченный набор функций, так в системе предусмотрены функции по сбору, хранению моделей и их обработке. Вместе с тем, система не позволяет осуществлять формирование лабораторных комплексов, планирование экспериментов, формирование документации, поддержку образовательного или исследовательского процесса, сертификацию и верификацию ресурсов, что обусловлено ее конструктивными особенностями.
Задача заявляемой полезной модели состоит в автоматизации процессов сбора, накопления, хранения и обработки данных, что повышает эффективность исследовательской деятельности.
Технический результат заключается в повышении доступности и удобства использования информационных ресурсов удаленными пользователями путем их размещения в глобальном информационном пространстве. К ресурсам исследовательской деятельности относятся интеллектуальные ресурсы (модели объектов и методы их исследования, а также программы ЭВМ, реализующие эти методы, результаты экспериментов); организационные ресурсы (правила и инструкции выполнения исследования, нормативная документация); вычислительные ресурсы (программно-аппаратные комплексы, необходимые для выполнения экспериментов).
Расширение функциональных возможностей системы позволяет осуществлять централизованный сбор и хранение данных о ресурсах исследовательской деятельности, обработку данных при выполнении численных экспериментов, организации образовательного процесса с использованием лабораторных комплексов, обмен данными экспериментов с внешними системами, за счет выполнения устройством управления дополнительных функций, что обусловлено наличием в составе устройства соответствующих блоков.
Повышение эффективности работы системы происходит вследствие автоматизации процесса сбора, хранения и распределения ресурсов между пользователями; автоматизации процесса формирования документации; автоматизации формирования лабораторных комплексов и их предоставление удаленному пользователю в виде готового инструмента организации деятельности, обеспечения всей необходимой документацией; снижении затрат на обработку данных и рациональному использованию вычислительных ресурсов.
Поставленная задача достигается тем, что автоматизированная система интеграции открытого виртуального лабораторного комплекса содержит устройство хранения данных, устройство ввода данных, устройства взаимодействия с пользователем, устройство обработки данных, содержащее блок выполнения численного эксперимента и устройство управления, в которое введены следующие блоки:
блок регистрации ресурсов, отвечающий за их создание, поиск и фильтрацию, подключение в состав информационного пространства, блок учитывает интеллектуальные и вычислительные ресурсы;
блок управление заявками, отвечающий за регистрацию и учет заявок на размещение ресурсов в составе информационного пространства;
блок верификации и сертификации интеллектуальных ресурсов, отвечающий за оценку соответствия программы ЭВМ техническим и технологическим регламентам;
блок формирования эксперимента, отвечающий за формирование совокупности ресурсов, необходимых для выполнения эксперимента с выбранным объектом исследования, задание характеристик численного эксперимента.
блок планирования эксперимента, отвечающий за оптимальное использование вычислительных ресурсов выполнения численного эксперимента;
блок работы с документами предназначен для формирования организационного ресурса и их публикации, формирование отчетов, документов и методических ресурсов.
блок работы с шаблонами предназначен для редактирования шаблонов отчетов и документов исследовательской деятельности, верификации ресурсов.
блок импорта/экспорта предназначен для обмена сведениями о результатах исследовательской деятельности с внешними системами;
блок поддержки исследовательского (образовательного) процесса предназначен для публикации заданий на лабораторные работы и рейтинга пользователей.
В качестве устройства для хранения данных, используется хранилище данных, которое содержит реестр организационных, вычислительных и интеллектуальных ресурсов, базу данных лабораторных комплексов, базу данных заявок на регистрацию ресурсов, базу данных расписания эксперимента, информационно-справочную базу данных нормативных документов, информационно-справочную базу данных классификаторов объектов исследования, базу данных пользователей, базу данных экспериментов, базу данных исследовательского (образовательного) процесса, базу данных с описанием результатов эксперимента, базу данных методических материалов для организации исследовательской деятельности.
В устройство взаимодействия добавлен блок управления доступа к ресурсам.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором представлена блок схема системы.
Автоматизированная система интеграции открытых виртуальных лабораторных комплексов, состоит из нескольких (не менее двух) компьютерных устройств пользователей 1, 2, линии связи 3, устройства, предназначенного для хранения данных 4, устройства взаимодействия с пользователем 5, в состав которого входят блок управления контентом 6, блок управления пользователями 7, блок управления доступом к ресурсам 8, устройства управления 9, в состав которого входят блок регистрации ресурсов 10, блок управление заявками 11, блок верификации и сертификации интеллектуальных ресурсов 12, блок формирования эксперимента 13, блок планирования эксперимента 14, блок работы с документами 15, блок работы с шаблонами 16, блок импорта/экспорта 17, блок поддержки учебного процесса 18, устройства обработки эксперимента 20, блок выполнения эксперимента 19.
Устройства управления 9 соединено каналом связи со вторым входом-выходом устройства взаимодействия с пользователем 5, к 1-му входу-выходу которого подключены компьютерные устройства пользователей 1, 2.
Второй вход-выход устройства управления 9 соединен с входом-выходом устройства обработки эксперимента 20 посредством линии связи 3, а 3-ий вход-выход подключен к входу-выходу устройства для хранения данных 4.
Связь между устройствами 1, 2, 5, 9, 20 и 4 обеспечивается с помощью линии связи 3, к которым относятся проводные и беспроводные линии связи.
Включение в состав системы описанных выше блоков существенно расширяет возможности применения системы, так как, благодаря введению новых блоков система способна обеспечить не только регистрацию ресурсов, но и полностью автоматизировать процессы поддержки исследовательской деятельности: формирование лабораторного комплекса, выполнение группы экспериментов, формирование документации и обмен результатами экспериментов с внешними системами.
Соединение указанных выше устройств в единую систему позволяет не только расширить функциональные возможности системы, но и повысить эффективность ее использования.
Наличие непосредственных связей между устройствами обеспечивает оперативный и надежный обмен данными между ними, что в свою очередь также приводит к повышению эффективности работы системы в целом.
Использование заявляемой системы позволит снизить качественные и временные затраты на организацию и поддержку исследовательской деятельности.
Предлагаемое техническое устройство реализовано следующим образом. В качестве устройства, предназначенного для хранения данных, 4 используют хранилище данных, которое обеспечивает сбор, хранение и доступ к данным, записанным в соответствующих БД, а также и резервирование данных. Устройство, предназначенное для хранения данных, 4 может быть реализовано на базе система хранения данных ReadyNAS 3200 Rack-mount 12-bay NAS со следующими техническими характеристиками:
- Двуядерный процессор Intel
- Оперативная память: 4 ГБ ЕСС
- 12 каналов SATA II
- 2 порта 10/100/1000 Ethernet с балансировкой нагрузки и переключением при сбое
- 2 портов USB 2.0
- Количество дисков 4
- Емкость диска: 500 Гб
- Скорость вращения диска: 7200 об/мин
- Объем КЭШа: 16 Мб
- Возможность создания нескольких томов с поддержкой RAID 0, 1, 5, 6
- Расширенное управление томами
- Поддержка горячего резервирования дисков
- Журналируемая файловая система
- Квоты для пользователей и групп
- поддерживаемые сетевые протоколы CIFS/SMB, AFP 3.1, NFS v2/v3, HTTP/S, FTP/S, Rsync и secure rsync, WebDAV, Print Sharing, iSCSI target для Windows, Mac и UNIX/Li nux.
Устройство управления 9 обеспечивает обработку данных в соответствии с поступающими в него из компьютерных устройств пользователей 1 и 2 запросов, формирование запросов на поиск данных в соответствующих БД, формирование и передачу данных, предназначенных для хранения в устройстве 4. Устройства управления 9 могут быть реализованы на базе вычислительного комплекса SUN X4140, работающий под управлением операционной системы Solaris 10×64, со следующими техническими характеристиками:
Процессор
- Частота - 2,5 ГГц
- Количество ядер -4
- Кэш (L1/L2/L3) - 128 Кб ×4/512 Кб ×4/ 6 Мб
- Количество установленных процессоров - 2
Память
- Максимальный объем поддерживаемой памяти: 64 Гб
- Установлено: 8 Гб
Встроенные интерфейсы
- Сетевые подключения: Четыре порта 10/100/1000 Base-T Ethernet
- Последовательный интерфейс - Один асинхронный порт TIA/EIA-232-F RJ45
- 5 портов USB 2.0
- Шина расширения - Три встроенных низкопрофильных 64-разрядных разъема PCIe (1×16, 2×8)
Запоминающие устройства и накопители
- Установлено: 4 жестких диска SAS 146 Гб 2.5" с «горячей заменой» и одно устройство EIDE DVD+/-RW
- Максимально: 8 жестких дисков SAS 2.5" с «горячей заменой»
Контроллер шины SAS
- Поддержка RAID: 0, 1, 1Е, 10, 5, 5ЕЕ, 50, 6, 60,
- Объем системной памяти: Не менее 256 MB
Устройство обработки данных 20 предназначено для выполнения расчетов, задание на проведение которых выдает устройство 9. В качестве устройства может быть использован сервер Sun Fire X2200 М2, работающий под управлением операционной системы Microsoft Windows Server 2003 и имеющий следующие технические характеристики:
Процессор:
- Частота - 1,8 ГГц
- Количество ядер - 2
- Кэш (L1/L2) - 1028 Кб/2 Мб
- Количество установленных процессоров - 1
Память
- Максимальный объем поддерживаемой памяти: 64 Гб
- Установлено: 2 Гб
Запоминающие устройства и накопители
- 2*250Gb SATA 3Gbps 7.200-rpm
- DVD-Dual (16×DVD+/-RW)
Встроенные интерфейсы
- Сетевые подключения: 4 порта 10/100/1000 Base-T
- 6 портов USB 2.0.
В качестве компьютерного устройства пользователя 1, 2 может быть использован персональный или планшетный компьютер.
Система работает следующим образом.
Для регистрации ресурсов:
С помощью компьютерного устройства пользователя 1 формируют запрос на регистрацию ресурса, содержащий данные, соответствующие описанию интеллектуального ресурса, который в виде определенной последовательности сигналов передают в устройство управления 9, где их распознают как данные, относящиеся к конкретному типу ресурса, и передают их в блок управления заявками 11, который осуществляет проверку корректности заполнения заявки и передает данные о ресурсе в устройство, предназначенное для хранения данных 4 и записывают в базу данных заявок. Блок управления заявками 11 формирует сообщение о поступившей заявке. Сформированные сообщения с указанием адресата блок управления заявками 11 передает в компьютерное устройство пользователя 1. Блок верификации и сертификации интеллектуальных ресурсов 12, осуществляет тестирование интеллектуального ресурса (программа ЭВМ) в соответствии с заданным алгоритмом и на основании соответствующих данных, поступивших в ответ на сформированный указанным блоком запрос, из устройства, предназначенного для хранения данных 4 и управления заявками 11. Полученные данные передаются в устройство, предназначенное для хранения данных 4, и записываются в базу данных. Блок верификации и сертификации интеллектуальных ресурсов 12, формирует сообщение, которое передает в компьютерное устройство пользователя 1 для регистрации ресурса в составе ИП.
С помощью компьютерного устройства пользователя 2, формируется запрос на регистрацию ресурса, содержащий данные, соответствующие описанию интеллектуального ресурса, который в виде определенной последовательности сигналов передают в устройство управления, где их распознают как данные, относящиеся к конкретному типу ресурса, и передают их в устройство, предназначенное для хранения данных 4 и записывают в реестр ресурсов исследовательской деятельности. В зависимости от типа ресурса данные передаются в блок регистрации ресурсов 10, который осуществляет подключение интеллектуального ресурса (программа ЭВМ) в соответствии с заданным алгоритмом.
С помощью компьютерного устройства пользователя 2 формируется запрос, содержащий данные, соответствующие описанию организационного ресурса, который в виде определенной последовательности сигналов передают в устройство управления 9, где их распознают как данные, относящиеся к конкретному типу ресурса, и передают их в устройство, предназначенное для хранения данных 4 и передают в блок регистрации ресурсов 10, который осуществляет подключение ресурса в соответствии с заданным алгоритмом и передают их в устройство, предназначенное для хранения данных 4 и записывает в базу данных методических материалов для организации исследовательской деятельности.
Для выполнения экспериментов
С помощью компьютерного устройства пользователя 1 формируется запрос, содержащий данные, соответствующие описанию объекта и его характеристик и методов, которыми можно исследовать данный объект, который в виде определенной последовательности сигналов передают в устройство управления 9, где их распознают как данные, относящиеся к конкретному ресурсу, и передают их в устройство, предназначенное для хранения данных 4.
При поступлении в систему запроса о данных в отношении определенного ресурса или группы ресурсов, запрос в виде определенной последовательности сигналов поступает в устройство, предназначенного для хранения данных 4, где в реестре ресурсов проверяют наличие данных, соответствующих указанному в запросе объекту и методу, которым можно исследовать данный объект. В случае обнаружения сведений о ресурсах, соответствующих указанному в запросе объекту и методу, данные о ресурсах передают в блок формирования эксперимента 13 и в устройство, предназначенное для хранения данных 4, где их записывают в базу данных лабораторных комплексов.
В блоке формирования эксперимента 13 формируется запрос на выполнения эксперимента. Данные передаются в блок планирования эксперимента 14, который рассчитывает конкретные параметры для проведения эксперимента (время проведения эксперимента, требуемая вычислительная мощность) в соответствии с заданным алгоритмом расчета. В соответствии с полученными данными расчета формирует запрос, содержащий данные о вычислительных ресурсах и передают их в устройство, предназначенное для хранения данных 4. При поступлении в систему запроса о данных в отношении вычислительных ресурсов, запрос в виде определенной последовательности сигналов поступает в устройство, предназначенного для хранения данных 4, где в реестре ресурсов проверяют наличие данных, соответствующих указанному в запросе ресурсу. В случае обнаружения сведений о ресурсах, данные передают в блок планирования эксперимента 14, блок планирования эксперимента выполняет расчет времени и даты выполнения эксперимента на вычислительном ресурсе в соответствии с заданным алгоритмом, полученные данные передаются в устройство предназначенного для хранения данных 4, и записываются в базу данных расписания эксперимента. В установленную дату и время блок планирования эксперимента 14 формирует запрос, содержащий данные об объекте и об эксперименте и передает их в блок выполнения эксперимента 19. Блок выполнения эксперимента 19, осуществляет расчет данных в соответствии с заданным алгоритмом и на основании соответствующих данных, поступивших в ответ на сформированный указанным блоком запрос, из устройства, предназначенного для хранения данных 4 и из блока планирования эксперимента 14. Сформированный ответ на поступивший запрос передают в компьютерное устройство пользователя 1, а также в устройство предназначенного для хранения данных 4, и записываются в базу данных, содержащую сведения об экспериментах.
Система позволяет формировать отчет об экспериментах, используя информацию об экспериментах, записанные в соответствующие БД, хранящихся в устройстве, предназначенном для хранения данных 4 с помощью блоков работы с документами 15, работы с шаблонами 16.
Взаимодействие с устройством управления, 9 осуществлено с помощью блоков управления доступом к ресурсам 8, которое размещено на устройстве 5. Устройство взаимодействия с пользователем 5 принимает запросы от компьютерного устройства пользователя 1, 2 и передает их устройству управления, 9 на соответствующие блоки в зависимости от типа запроса.
Использование предлагаемой автоматизированной системы интеграции открытых виртуальных лабораторных комплексов позволит обеспечить оперативный и надежный обмен данными, что приводит к повышению эффективности работы системы в целом.
Использование заявляемой системы позволит снизить качественные и временные затраты на организацию и поддержку исследовательской деятельности.