Молодежь и наука

Научная новизна и практическая значимость

5 декабря 2024 года в Санкт-Петербургском государственном университете состоялась успешная защита Дарьи ПРЯХИНОЙ, научного сотрудника Лаборатории информационных технологий имени М.Г.Мещерякова, на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Тема работы: "Цифровые двойники для решения задач управления и развития распределенных центров сбора, хранения и обработки данных". Работа выполнена по специальности "Системный анализ, управление и обработка информации, статистика". Научным руководителем выступил Владимир Кореньков, научный руководитель ЛИТ ОИЯИ. Диссертационный совет возглавил профессор СПбГУ Александр Богданов. Ведущей организацией был назначен Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ".

В настоящее время в результате проведения экспериментов не только в области физики, но и во многих других областях науки генерируется огромное количество данных. Для эффективной работы с этими данными создаются распределенные центры сбора, хранения и обработки данных (РЦОД). Свою диссертационную работу Дарья Пряхина посвятила актуальным проблемам, связанным с решением задач управления и развития такими РЦОД.

Как отметил Владимир Кореньков, отличительная черта создания ЦОД для науки состоит в невозможности заранее выставить требования к архитектуре и оборудованию и, как следствие, составить точное техническое задание на его создание. При этом проведение экспериментов и отладка компонент архитектуры зачастую невозможны как с точки зрения объема финансовых затрат, так и по срокам запуска проектов. Для решения этой задачи всё чаще применяется перспективная технология цифровых двойников (ЦД).

"Работа Дарьи Пряхиной является пионерской в области разработки цифровых двойников для проектирования и анализа функционирования распределенных гетерогенных компьютерных систем хранения и обработки данных крупных научных проектов. Она имеет большое методическое и практическое значение, а ее результаты уже применяются в учебном процессе в Государственном университете "Дубна" для подготовки высококвалифицированных специалистов", - прокомментировал В. Кореньков, отметив высокий научный уровень работы.

В рамках своего исследования Дарья Пряхина провела подробный анализ состояния проблемы моделирования современных РЦОД, выявила недостатки существующих ЦД, которые применяются в центрах обработки данных. Результаты показали, что существующие технологии ЦД зачастую не учитывают все процессы, происходящие в РЦОД, включая стратегии управления потоками задач, а также параметры потоков данных для хранения и обработки.

На базе принципов системного подхода и методов системного анализа Дарьей Пряхиной был разработан совершенно новый метод построения и использования цифровых двойников РЦОД. Впервые была предложена возможность моделирования процессов обработки и хранения данных с учетом таких важных параметров, как характеристики потоков данных и задач. На работу РЦОД обычно влияют внешние факторы, которые влекут за собой сбои, отказы, изменения в производительности оборудования и т.д. В разработанном методе предусмотрена возможность задания вероятностных событий для получения более приближенных к реальной жизни результатов, что также является нововведением.

Для применения этого метода были разработаны и реализованы алгоритмы, структура базы данных. На их основе было создано специальное программное обеспечение (ПО) для создания цифровых двойников РЦОД, которое позволяет сравнивать эффективность функционирования РЦОД в зависимости от различных конфигураций оборудования. Разработанное ПО получило в РФ свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2023667305.

"Эти работы были успешно выполнены и применены для исследования вычислительных систем экспериментов на ускорительном комплексе NICA в ОИЯИ. При этом полученные результаты были высоко оценены координаторами этих проектов, что нашло отражение в отзывах на диссертацию", - рассказал Владимир Кореньков.

Так, были решены задачи поиска конфигурации оборудования для системы сбора, хранения и обработки данных эксперимента ВМ@N комплекса NICA, а также задача проектирования вычислительной системы онлайн-фильтра данных эксперимента SPD. Полученные рекомендации были учтены при проектировании и развитии вычислительных инфраструктур, используемых в этих экспериментах, что доказало работоспособность ПО и разработанных в диссертации моделей и алгоритмов.

Вместе с этим в рамках диссертации была разработана проблемно-ориентированная система принятия решений для задач управления и оптимизации с целью улучшения технических характеристик РЦОД на основе моделей ЦД.

По общему мнению, как научного руководителя Дарии Пряхиной, так и членов диссертационного совета, научная новизна и практическая значимость полученных соискателем результатов, могут внести существенный вклад в решение задач управления и развития РЦОД.

Комментируя этот важный этап в своей научной карьере, Дарья Пряхина подчеркнула: "В первую очередь хочу выразить огромную благодарность моему научному руководителю Владимиру Васильевичу Коренькову за постановку задачи, постоянную помощь и поддержку на пути к достижению моей цели. Искренняя признательность всем тем, кто сопровождал советами и рекомендациями в процессе выполнения работы, принял участие в подготовке, представлении, публичной защите и обсуждении диссертации. Я очень рада, что 10 лет назад, будучи студенткой магистратуры, попала в этот чудесный коллектив Лаборатории информационных технологий и окунулась в мир научных исследований. Отдельно хотелось бы выделить главного научного сотрудника, профессора Геннадия Алексеевича Ососкова и ведущего программиста Владимира Валентиновича Трофимова, которые многому меня научили, увлекли и определили направление моего будущего диссертационного исследования".

Говоря о своих дальнейших научных планах, Дарья отметила, что есть большое количество идей по развитию разработанного программного комплекса для создания цифровых двойников, расширению его функциональных возможностей и внедрению его в широкое использование. "Но этот проект не ограничивает круг моих научных интересов, поэтому я открыта для новых интересных задач и исследований", - заключила Д.Пряхина.

В 2013 году Дарья с отличием закончила бакалавриат Международного университета природы общества и человека "Дубна" по направлению "Информационные технологии". Там же в 2015 году с отличием закончила магистратуру по направлению "Системный анализ проектно-технологических решений", а позже, в 2019 году, окончила аспирантуру. Учебу в университете Дарья успешно совмещала с работой в ЛИТ, где активно участвовала в выполнении актуальных задач, например в разработке системы, обеспечивающей синтез процессов моделирования и мониторинга для развития систем хранения и обработки больших массивов данных. Эти разработки использовались для экспериментов на ускорительном комплексе NICA, в Институте физики высоких энергий Китайской академии наук. Ею были выполнены исследования по моделированию центра обработки данных экспериментов комплекса NICA, моделированию параллельных вычислений в облачной среде с использованием технологии MPI на примере расчетов длинных джозефсоновских переходов. Были продолжены работы по моделированию распределенных систем хранения и обработки данных на основе вероятностного подхода. Так впоследствии появилась идея создания платформы цифровых двойников.

Вместе с научной работой в ЛИТ Дарья Пряхина еще в годы аспирантуры активно включилась в образовательную деятельность в университете "Дубна", где, помимо преподавания, участвовала в организации IT-школы "Аналитика Больших данных" в качестве ученого секретаря. Сейчас она успешно совмещает научную деятельность в лаборатории в Научно-техническом отделе внешних коммуникаций и распределенных информационных систем с активной работой в образовательной сфере, участвуя в подготовке специалистов в области вычислительной физики и информационных технологий, организации IT-школ и научных мероприятий. Регулярно выступает с докладами на престижных конференциях, совещаниях, на митингах коллабораций. Продолжает руководить работами бакалавров, передавая свои знания и опыт студентам университетов России и других стран-участниц ОИЯИ.

По информации ЛИТ