Հայաստանի ատենախոսությունների բաց մատչելիության պահոց = Open Access Repository of the Armenian Electronic Theses and Dissertations (Armenian ETD-OA) = Репозиторий диссертаций Армении открытого доступа

Ինքնակազմակերպվող համակարգերում դինամիկ պրոցեսների հետազոտման գործիքային ծրագրային միջոցների մշակում

Նահապետյան, Հայկ Էդվարդի (2018) Ինքնակազմակերպվող համակարգերում դինամիկ պրոցեսների հետազոտման գործիքային ծրագրային միջոցների մշակում. PhD thesis, ՀՀ ԳԱԱ Ինֆորմատիկայի և ավտոմատացման պրոբլեմների ինստիտուտ.

[img]
Preview
PDF (Thesis)
Available under License Creative Commons Attribution.

Download (3563Kb) | Preview
    [img]
    Preview
    PDF (Abstract)
    Available under License Creative Commons Attribution.

    Download (4Mb) | Preview

      Abstract

      Ժամանակակից գիտական հետազոտություններում առաջնային ուղղություններից մեկը բարդ դինամիկական համակարգերի վարքի ուսումնասիրումն է: Դինամիկական համակարգերը կարող են հանդիսանալ մի շարք ֆիզիկական և կենսաբանական երևույթների, երկրաշարժերի, տնտեսագիտության, հեռահաղորդակցության և շատ այլ ոլորտների նկարագրման հարմարավետ մոդել: Բարդ դինամիկական համակարգերի կառուցվածքը բնորոշվում է միլիոնավոր և ավել գագաթանի գրաֆի/ցանցի հանգույցներում/բջիջներում տեղադրված պրոցեսորներով( ավտոմատներով), որոնք միմիանց հետ կապված են ինֆորմացիոն կապուղիներով: Համակարգի վիճակները ներկայացվում են հանգույցներում տեղադրված պրոցեսոներների վիճակների վեկտորով, իսկ բջջի վիճակների անցումները ձևավորվում են լոկալ անցումային ֆունկցիաներով՝ կախված հարևան պրոցեսորների վիճակներից: Արտաքին մուտքային ազդանշանների հաջորդականություններն ընդհանուր դեպքում ունեն ստոխաստիկ բնույթ և արտահայտում են արտաքին միջավայրի ազդեցությունը համակարգի վրա: Սույն աշխատանքը վերաբերում է բարդ դինամիկական համակարգերի ենթադաս հանդիսացող ինքնակազմակերպվող համակարգերին, որոնցում, որպես կանոն, կարող են առաջանալ վիճակների առաձնահատուկ կարգավորվածություններ: Ժամանակի ընթացքում «դանդաղ» փոփոխելով վիճակը, «թռիչքային» անցում է կատարվում դեպի այսպես կոչված «ռեկուրենտ» վիճակների բազմություն, որը համակարգը չի լքում և, արդյունքում, ռեկուրենտ վիճակների բազմության մեջ շարժման սահմանափակումը ծնում է ներքին կարգավորվածություն: Կարգավորվածության առաջացման և կրիտիկական հատկությունների նման մեխանիզմն անվանվում է ինքնակազմակերպվող կրիտիկականություն: Նշված համակարգերի դասի համար որպես մոդելավորման հարմարավետ միջոց կարող են հանդիսանալ բջջային ավտոմատները, պայմանով, որ դրանց միջոցով հնարավոր լինի նկարագրել համակարգերի ինքնակազմակերպվող կրիտիկականությունը։ Նշենք, որ ավազակույտի մոդելը ամենապարզ տեսական մոդելն է՝ ինքնակազմակերպվող կրիտիկականության լավագույնս նկարագրման համար։ Ավազակույտի մոդելով նկարագրվող ֆիզիկական երևույթների ուսումնասիրությունն ավելի արդյունավետ դարձնելու նպատակով մշակվել և գոյություն ունեն գործիքաշարեր, որոնք իրականացնում են ավազակույտի մոդելի սիմուլացիա և տեսաբերում (վիզուալիզացիա): Ավազակույտի մոդելի աշխատանքի ալգորիթմական կիրառություն է կատարվել նաև ոչ բնական համակարգերում, ինչպիսիք են՝ օրինակ, կլաստերային և ամպային համակարգերը: Այնուամենայնիվ, ավազակույտի մոդելի հետազոտության գոյություն ունեցող գործիքաշարերում առկա են մի շարք թերացումներ, որոնցից են, մասնավորապես՝ ցանցի տեղայնացվածությունը, ավազակույտի մոդելն իրագործող ցանցի ցածր չափայնությունը, համակարգի միաժամանակյա օգտատերերի քանակի խիստ սահմանափակումը, համատեղ աշխատանքների կատարման ընթացքում օգտատերերի ֆունկցիոնալ սահմանափակումները, սիմուլատորի աշխատանքի հաջորդականային բնույթը և համակարգի ըստ պահանջի ընդյայնումների հնարավորության բացակայությունը: Հաշվի առնելով ինքնակազմակերպվող համակարգերի ուսումնասիրման կարևորությունը նաև «լուրջ խաղերի» տեսության մեջ նպատակահարնար է մշակել ավազակույտի մոդելի վրա կառուցված «լուրջ խաղի» ծրագրային օրինակ, որը կարող է գրավիչ հարթակ հանդիսանալ ինքնակազմակերպ կրիտիկականության տեսողական հետազոտության և ուսուցողական նպատակների համար: Մյուս կողմից, նկատի ունենալով ավազակույտի և rotor-router մոդելների պիտանելիությունը կլաստերային և ամպային համակարգերի կազմակերպման գործընթացներում, մասնավորապես՝ էներգապահպանման և հավասարաչափ բաշխվածության ապահովումը, արդիական խնդիր է լիարժեք սիմուլյացնող գործիքաշարի ստեղծումը: Одним из основных направлений в современных научных исследованиях является изучение поведения сложных динамических систем. Динамические системы привлекательны для исследований, как так они могут быть удобной моделью для описания ряда физических и биологических явлений, землетрясений, экономики, телекоммуникаций и многих других областей. Структура сложных динамических систем характеризуется процессорами (автоматами), установленными в узлах/ячейках графа/сети, которые связаны друг с другом информационными каналами. Состояние системы представляется вектором состояний процессоров в узлах, а переходы состояния ячейки формируются локальными функциями переходов в зависимости от состояния соседних процессоров. Последовательности внешних входящих сигналов обычно имеют стохастический характер и отражают влияние внешней среды на систему. Настоящая работа относится к подклассу динамических систем, так называемых “самоорганизующихся” систем, в которых как правило, могут создаваться определенные упорядочения состояний: С течением времени, «медленно» изменяя состояние, осуществляется «быстрый» переход в так называемое множество «рекуррентных» состояний, и, как следствие, ограниченное движение в повторяющихся состояниях создает внутреннюю упорядоченность. Такой механизм возникновения упорядочения и критических свойств называется самоорганизованной критичностью. Удобным средством моделирования для упомянутого выше класса систем могут быть клеточные автоматы, с тем условием что ими можно описать самоорганизованную критичность систем. Для исследования моделей песчаной кучи1, 2 и ротор-роутера3, выбраны клеточные автоматы. Следует отметить, что модель песчаной кучи является простейшей и наилучшей теоретической моделью описания самоорганизующейся критичности. Для изучения физических явлений, описанных моделью песчаной кучи, существуют инструменты, которые имитируют моделирование и визуализацию песчаной кучи. Алгоритмическая реализация модели песчаной кучи показана также для неприродных систем, таких как кластерные и облачные системы. Тем не менее, существует ряд недостатков в инструментах исследования модели песчаной кучи, такие как: локальность сети, привлечение сетей с низкой пропускной способностью, строгие ограничения количества одновременных пользователей, функциональные ограничения пользователей во время совместной работы, последовательный характер работы симулятора и не масштабируемости системы. Принимая во внимание важность самоорганизованных систем для развития теории «серьезных игр», целесообразным представляется разработка программного примера «серьезной игры», построенной на модели песчаной кучи, который может быть подходящей платформой для визуализации и обучения явления критичной самоорганизации. Другой актуальной проблемой является рассмотрение моделей песчаной кучи и ротора-роутера в кластерных и облачных системах для создание полного симулятора с целью использования при решении задач организации таких систем ( энергосбережение и равномерное распределение задач). One of the primary directions in modern scientific research is the study of the behavior of complex dynamic systems. Dynamic systems are attractive for research as they can be a convenient model for describing a number of physical and biological phenomena, earthquakes, economics, telecommunications, and many other areas. The structure of complex dynamic systems is characterized by huge number of interconnected processors installed in graph’s/network’s nodes/cells. Meanwhile, the state of the system is represented by the vector of nodes’ processor states, where the transitions among states are peformed by local switching functions depending on the state of neighboring processors. Sequences of the external incoming signals generally have a stochastic nature and have influence on the external environment. This work refers to self-organizing systems that are subgroup to complex dynamic systems, in which typically specific status-states can be created over time as a result of "slow changes" in states. Due to a flight transition made to a so-called "recurrent" state, restriction of motions within recurrent states creates an internal ordering. The mechanism of emerging the ordering together with the critical properties is called self-organized criticality of the system. A convenient means for modeling the class of the abovementioned systems may be cellular automata with provision of possibility to describe the system self-organized criticality. For cellular automata investigation, the sandpile1, 2 and rotor-router3 models were selected. It should be noted that the sandpile model is the simplest theoretical model for the best description of self-organized criticality. Up to date, there are lots of tools to study physical phenomena described by the sandpile model, also for their simulation and visualization. A number of algorithmic solutions have been implemented also for non-natural systems, such as cluster and cloud systems. However, there are a number of shortcomings in the sandpile model research tools, such as: network locality; sandpile grid limitations; small number of simultaneous users; functional limitations of users during joint work; sequential nature of the simulator; non scalability of the systems designed. Taking into account the importance of self-organized systems in the theory of "serious games," an example of a "serious game" built on the sandpile model can serve as a good platform for conducting research and learning of self-criticality. On the other hand, considering usefullness of applying the sandpile and rotor-router models in cluster and cloud computing, such as energy conservation and even distribution, constructing a full simulator is an actual issue.

      Item Type: Thesis (PhD)
      Additional Information: Разработка программных средств для исследования динамических процессов в самоорганизующихся системах. Development of software tools for investigation of dynamic processes in self-organized systems.
      Uncontrolled Keywords: Нагапетян Айк Эдвардович, Nahapetyan Hayk E.
      Subjects: Informatics and Computer Systems
      Divisions: UNSPECIFIED
      Depositing User: NLA Circ. Dpt.
      Date Deposited: 04 Sep 2018 13:39
      Last Modified: 04 Sep 2018 13:39
      URI: http://etd.asj-oa.am/id/eprint/7590

      Actions (login required)

      View Item