دانلود مقاله ی ترجمه شده ی مهندسی آب محاسبات توزیع شده ی مدل هایSWAT در مقیاس بزرگ بر روی شبکهDistributed computation of large scale SWAT models on the Grid فایل ترجمه به صورت ورد وقابل ویرایش تعدادصفحات 15
برای دریافت رایگان اصل مقاله اینجا کلیک کنید
چکیده
افزایش رغبت به مدل های با مقیاس مکانی و زمانی بزرگتر و پردازش داده های ورودی با دقت بالا در ارزش تقاضای محاسباتی بالاتر به دست می آید. این ارزش حتی هنگامی که روال عادی مدل سازی رایج مانند کالیبراسیون و تجزیه و تحلیل عدم قطعیت دخیل هستند، بدون شک بالاتر می باشد. به همین ترتیب، روش ها و تکنیک ها برای کاهش زمان محاسبه در نرم افزار مدل سازی اجتماعی - زیست محیطی با مقیاس بزرگ در حال رشد است. پیشرفت های اخیر در محاسبات توزیع شده مانند زیربنای شبکه فرصت بیشتری را برای این تلاش فراهم کرده اند. برای به دست آوردن اثربخشی محاسباتی، ابزارها و تکنیک های عمومی را برای فعال کردن کاربرد مدل ابزار ارزیابی خاک و آب (SWAT) برای ادامه دادن شبکه ی EGEE (فعال سازی شبکه ها برای پروژه های علمی-الکترونیکی در اروپا) ایجاد نمودیم. اجزای/ اسکریپت های گوناگون برنامه برای تقسیم یک مدل هیدرولوژیکی در مقیاس بزرگ از ابزار ارزیابی خاک و آب (SWAT)، برای ارائه ی مدل های تقسیم به شبکه، و برای جمع آوری و ادغام نتایج به یک فرمت خروجی واحد نوشته می شود. یک روش سه مرحله ای برای استفاده از مزایای شبکه به کار برده شد. در مرحله اول، یک اسکریپت پایتون به منظور تقسیم مدل SWAT به چند زیر مدل اجرا شد. سپس، زیر مدل های منحصر به فرد به صورت موازی برای اجرای روی شبکه ارائه شد. در نهایت، خروجی زیر حوضه ها جمع آوری شد و روند مسیریابی برد با اسکریپتی دیگر که یک برنامه ی SWAT اصلاح شده را اجرا می کند انجام شد. ما شبیه سازی آزمایشگاهی با مدل های هیدرولوژیکی متعدد با مقیاس زمانی و مکانی در زیربنای شبکه انجام دادیم. نتایج نشان داد که، به رغم هزینه های عمومی محاسبات، محاسبات موازی مدل اجتماعی- زیست محیطی بر روی شبکه برای استفاده از مدل به خصوص با مقیاس های بزرگ مکانی و زمانی سودمند است. در پایان، ما با پیشنهاد مدل ها برای کاهش بیشتر هزینه های عمومی محاسباتی در حالی که در حال اجرای کاربرد مدل یا مقیاس بزرگ بر روی شبکه به پایان رساندیم. 1- مقدمه در دسترس بودن داده های ورودی با دقت بالای فزاینده برای مدل های اجتماعی - زیست محیطی برای درخواست محاسباتی، به ویژه برای مدل های با مقیاس بزرگ مکانی و زمانی مسلم است. با این حال، تلاش برای ابداع روش ها یا تکنیک های کاهش زمان محاسبه در نرم افزارهای مدل سازی اجتماعی - زیست محیطی با مقیاس بزرگ همچنان در حال رشد است (Bryan, 2012; Fernández-Quiruelas et al., 2011; Goodall et al., 2011; Jeffery, 2007; Mineter et al., 2003;Sulis, 2009). تلاش در حال انجام توسط پروژه ی EU/FP7 funded ‘EnviroGRIDS@Black Sea Basin’ ( از این پس، enviroGRIDS; http://www.envirogrids.net) تلاش می کند تا مدل های زیست محیطی و هیدرولوژیکی با مقیاس بزرگ برای نمایش و ارائه دادن نتایج در زمان واقعی نزدیک ممکن شود. هدف از این پروژه ساخت ظرفیت در منطقه دریای سیاه برای استفاده از استانداردهای بین المللی جدید برای جمع آوری، ذخیره، توزیع، تجزیه و تحلیل، تجسم و انتشار اطلاعات بسیار مهم در شرایط گذشته، حال و آینده ی این منطقه بر اساس زیربناهای شبکه می باشد. محاسبات شبکه در دهه ی 1990 به عنوان استعاره ای برای ساخت قدرت کامپیوتر به همان آسانی برای دسترسی شبکه ی قدرت الکتریکی به وجود آمد (Berman et al., 2003; Foster, 2003;Foster and Kesselman, 2004 ). به این ترتیب، یک شبکه محاسبه کننده سیستمی توزیع شده است که یک محیط پژوهش مجازی را در سرتاسر مؤسسات مختلف پشتیبانی می کند (Chen et al., 2009; Schwiegelshohn et al., 2010). تعریف دیگر و وظیفه گرا از شبکه ی محاسبه کننده این می باشد که گروهی از کامپیوترهای متصل شده به صورت سست است که برای اجرای وظایف بسیار بزرگ با هماهنگی هم کار می کنند. محاسبات شبکه برای پژوهش توسط موسسات و پروژه های بزرگ در سراسر جهان به سرعت در پیشرفت کرده اند. در سال های اخیر، شبکه ها زیربناهای توزیع شده ی مقیاس گسترده پدیدار شدند که به اشتراک گذاری محاسبه ی ناهمگن توزیع شده از نظر جغرافیای و ذخیره سازی منابع را پشتیبانی می کنند (Tsouloupas and Dikaiakos, 2007 ). حوزه های علمی مانند فیزیک ذرات، بیوانفورماتیک، فناوری نانو، هواشناسی و مکانیک سیالات در میان انظباطهای تحقیقاتی بهره مند از این چنین زیربناهایی، برای اجرای گردش کار محاسباتی خواسته شده، هستند (Fernández-Quiruelas et al., 2011; Huang and Chang, 2003;Wegener et al., 2009). با هماهنگی CERN (سازمان تحقیقات هسته ای اروپا) و سرمایه گذاری کمیسیون اروپا از طریق یک سری از پروژه ها به نام EGEE (فعال کردن شبکه برای پروژه های 1، 2 و 3 E-scienc)، شبکه ی جهان گستر محاسبه کننده ی LHC (WLCG) در حال حاضر بزرگترین شبکه محاسباتی چند دانشی است. مطابق این نوشته،WLCG حدود 260 مرکز مرجع در 55 کشور را لینک می کند، با بیش از 150،000 هسته پردازنده، 28 PB ذخیره سازی دیسک، 38 PB ذخیره سازی نوار، بیش از 14،000 کاربر ثبت نام شده، و بیش از 300،000 شغل در روز.WLCG در ابتدا در دو حوزه ی کاربدی به خوبی تعریف شده تمرکز می کند، فیزیک ذرات و علوم زندگی، عمدتا به دلیل این واقعیت که این جوامع در حال حاضر شبکه آگاه و آماده برای گسترش کاربردهایی واقعی چالشی در آغاز این پروژه بودند. طیف وسیعی کاربردها در حال حاضر در WLCG پشتیبانی می شوند، و مدل های هیدرولوژیکی و زیست محیطی استثنا نیستند (Fernández-Quiruelas et al., 2011; Lagouvardos et al., 2010;Lecca et al., 2011). WLCG، مانند سایر زیرساخت های شبکه، دارای پروتکل های میان افزار و دسترسی منحصر به خود می باشد. این امر نیاز دارد که نرم افزار بر روی محیط خودش اجرا شود تا برای بهره وری محاسباتی بهتر بر روی شبکه، در فرمت های خاص (موازی شده) توسعه یابد. در حالی که ابزارهای نرم افزار جدید ممکن است با این نیازها در ذهن توسعه یابد، کدهای علمی موروثی و یا برنامه های موجود (اکثریت آنهایی که هنوز شبکه آگاه نشده اند) اغلب نیاز به تجدید ساختار کد اصلی قبل از اینکه بتوانند بر روی شبکه اجرا شود، دارند. روند انتقال کد موجود به شبکه، توسط انجمن کاربر شبکه، "Gridification" نامیده می شود. یک برنامه ی gridfied می تواند بر روی شبکه های سازگار اجرا شود. برنامه ی gridified از پروتکل های ارتباطی برای ارسال، شروع و پایان دادن مشاغل بر روی شبکه آگاه است. به عنوان مثال، یک برنامه ی gridfied تجزیه و تحلیل داده ها قادر خواهد بود برای: • به دست آوردن اعتبارنامه های تصدیق لازم که برای باز کردن فایل به آن نیاز دارد. • پرس و جو کردن یک کاتولوگ برای تعیین جایی که فایل ها هستند و اینکه کدام منابع شبکه قادر به انجام تجزیه و تحلیل می باشند. • ارائه کردن نیازها به شبکه: درخواست برای استخراج داده ها، آغاز محاسبات و ارائه نتایج. • نظارت بر پیشرفت محاسبات مختلف و انتقال داده، اطلاع به کاربر زمانی که تجزیه و تحلیل کامل شده است، و تشخیص و پاسخ به نارسایی ها ( خدمات مشترک) و • جمع آوری تمام نتایج و احتمالا ادغام فایل های خروجی برای به دست آوردن مجموعه نهایی از فایل های نتیجه. اگر چه کلاسترهای محاسبات رسمی، به عنوان نمونه، برای مقابله با چالش های محاسباتی، می توانند در موارد خاص استفاده شوند (Whittaker, 2004)، دسترسی به این کلاسترها به طور کلی برای جامعه ی کاربر بسیار محدود شده است. برای دسترسی گسترده به یک مخزن بسیار بزرگ محاسباتی کامپیوترها، محاسبات گرید جایگزین قابل پیش بینی محاسبات توزیع شده برای جامعه علمی می باشد. این مطالعه به طور کلی توسعه روش ها، ابزارها و تکنیک های کلی برای موازی سازی مدل های هیدرولوژیکی با مقیاس بزرگ، و به طور خاص مدل SWAT ، در زیرساخت های شبکه را مورد بحث قرار می دهد. این مطالعه شبیه سازی آزمایشگاهی با استفاده از مدل های چند مقیاس مکانی و زمانی در زیرساخت های WLCG را نشان می دهد. با هدف دستیابی به محاسبات نزدیک به زمان واقعی در مدل های SWAT توزیع شده از نظر مکانی با مقیاس بزرگ، این مطالعه فرمولاسیون و آزمون نتایج روش های مختلف را ارائه می کند.
مقاله ی ترجمه شده ی مهندسی آب محاسبات توزیع شده ی مدل هایSWAT در مقیاس بزرگ بر روی شبکه
