ITALIAN NATIONAL AGENCY
FOR NEW TECNOLOGY, ENERGY
AND THE ENVIRONMENT
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
Programma Operativo Nazionale 2000-2006
“Ricerca Scientifica, Sviluppo Tecnologico, Alta Formazione”
Misura II.2 “Società dell’Informazione per il Sistema Scientifico Meridionale”
Azione a – Sistemi di calcolo e simulazione ad alte prestazioni
CRESCO – Centro Computazionale di
RicErca sui Sistemi Complessi
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
Il Progetto CRESCO
Centro computazionale di RicErca sui Sistemi COmplessi
Obiettivi infrastrutturali
•Realizzazione di un Polo di calcolo di eccellenza presso il
Centro ENEA di Portici
•Sviluppo di una nuova classe di funzionalità innovative di
GRID Computing
Obiettivi applicativi
•Implementazione di soluzioni innovative di GRID computing
per le attività di R&S di punta dell’ENEA che richiedano
l’utilizzo di risorse computazionali estremamente importanti.
•Studio di oggetti biologici dal punto di vista “sistemico” e di
sistemi naturali secondo il paradigma dei sistemi complessi
•Studio di sistemi tecnologici e sociali complessi e delle loro
mutue interazioni, realizzazione di strumenti per il modelling, la
simulazione e il controllo
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
Macrostruttura del progetto
Prof. Jack Dongarra
Sandro TAGLIENTI
Direttore INFO
Direttore CAMO
Comitato Scientifico
Prof. Umberto Ferrari
Prof. Agostino Mathis
Prof. Salvatore Tucci
Prof. Samuel Varnado
Silvio MIGLIORI
Resp. Scientifico
Andrea QUINTILIANI
Resp. Amministrativo
Silvio MIGLIORI
Coord. LA1
Comunicazione e Mktg
(TBD)
Vittorio ROSATO
Coord. LA2
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
Sandro BOLOGNA
Coord. LA3
[email protected]
Situazione finanziaria al 14/11/07
Rendicontato 14/11/07 Già impegnato
Programmato
(piano fin.
presentato
11/07)
Personale dip. o a tempo determinato
990.735,93 1.947.000,00
1.947.000,00
Partner tecnico-scientifici
389.699,96 1.330.000,00
1.490.000,00
Assistenza tecnica
26.024,00
121.700,00
241.700,00
Attrezzature HW e SW, impianti
391.877,28 4.200.000,00
5.058.382,00
Spese generali
295.039,61
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
564.630,00
564.630,00
2.093.376,78 8.163.330,00
9.301.712,00
[email protected]
Nuovo piano finanziario (nov. ’07)
Motivazioni:
• Riconoscimento effettivo delle spese generali in misura non
superiore al 29% del costo del personale;
• Revisione al ribasso della previsione di rendicontazione di personale;
• Revisione di alcuni aspetti tecnici.
Interventi:
• Incremento della voce “Attrezzature” (potenziamento del
supercalcolatore ed attrezzature di rete);
• Incremento delle spese di software;
• Incremento spese opere edili e impianti (originariamente
sottostimate);
• Incremento degli impegni sul personale non dipendente.
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
Ripartizione delle risorse per
macrocategoria (K€)
1490
242
511
2511
291
Pers. e sp. gen.
Op. edili
Strumentaz.
SW, materiali
Partner di ric.
Ass. tecn.
4255
Valore complessivo del Progetto: ca. € 9.300.000
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
ICT – SCENARIO EVOLUTIVO
ENEA (CRESCO 180°)
ENEA
Previsione 500°
Evoluzione nel tempo dei computer ad alte prestazioni
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
ENEA CRESCO Supercomputer
N° 180 Top500 Novembre 2007
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
Cronogramma
1 aprile 2006 – 31 dicembre 2008
Mesi
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
SP I.1 “Realizzazione del Polo di
calcolo”
Progettazione
degli
interventi
definizione delle specifiche
e
Acquisizione ed installazione di sistemi
HW/SW
Implementazione dei sistemi HW/SW,
avvio sperimentazione
Collaudo finale dell’intera infrastruttura
Tutti gli altri Sottoprogetti
Progettazione delle attività di R&S nella
tematica applicativa
Sviluppo
di
modelli
e
codici,
realizzazione di Software applicativi
Implementazione di modelli, codici,
ecc. per l’utilizzo sulla piattaforma
Produzione,
elaborazione
pubblicazione dei risultati di R&S
e
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
32
33
F
Le tre linee di attività di CRESCO
LA I Realizzazione del Polo di calcolo e sviluppo di nuove
funzionalità di GRID Computing
LA II Sviluppo di tecnologie e modelli computazionali per
la descrizione di sistemi complessi di origine
biologica e di materiali innovativi
LA III Sviluppo di modelli di simulazione ed analisi delle
reti tecnologiche complesse e delle loro
interdipendenze
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
LA I
Realizzazione del Polo di calcolo e sviluppo
di nuove funzionalità di GRID Computing
Sottoprogetti
SP I.1 Realizzazione dell’infrastruttura HPCN
SP I.2 Sviluppo ed integrazione dell’architettura GRID
e di grafica 3D
SP I.3 Sviluppo ed ottimizzazione di codici applicativi
in settori di R&S di punta
SP I.4 Progettazione e sviluppo di librerie per
l’implementazione efficiente e parallela di nuclei
computazionali su dispositivi FPGA integrati in
un ambiente GRID
SP I.5 Web archives
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
SP I.1 Realizzazione dell’infrastruttura HPCN
• Allestimento sala Calcolo
– Alimentazione Elettrica predisposta 400 KVA
– Condizionamento Completato
– Ambienti accessori ultimati
• Allestimento Uffici nuovi ricercatori
– Operativi con i Ricercatori (Assegni di Ricerca)
• Adeguamento connessione GARR
– Connessione GARR operativa a 100 Mbit/s in prova
400 Mbit/s e programmata l’evoluzione a 1 Gbit/s
entro Giugno.
• Acquisizione Supercalcolatore
– In fase di installazione
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
SP I.1 Realizzazione dell’infrastruttura HPCN
Sala Calcolo CRESCO (ENEA-Portici)
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
SPI.2 Sviluppo ed integrazione dell’architettura
GRID e di grafica 3D
• Compilazione multi-piattaforma di programmi seriali e
paralleli (MPI).
• Lanciatori su GRID di programmi seriali e paralleli.
• Interfaccia Java alla GRID per la personalizzazione
dell'ambiente di lavoro.
• Test RSH: E' stato realizzato un programma che permette di
testare, sull’ENEA-GRID, il funzionamento del comando rsh.
• Network Monitoring: E' stato sviluppato un software
(NeTWork RESPONSE TIME TEST) di supporto alle funzionalità di
network dell'ENEA-GRID.
• Test HPL per misurare la potenza di calcolo di una macchina in
termini di numero di operazioni floating point che si possono fare in
un secondo.
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
SPI.2
Struttura generale dati CRESCO
(operativa)
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
SPI.2
WARC: amministratori “super” e di Sito
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
SPI.2

AMACA
(AFS Memorize And Check Application)
Strumento integrato di monitoraggio, controllo e storicizzazione di
componenti ed eventi di Andrew File System (cardine dell’infrastruttura
ENEA-Grid)





Realizzato nell’ambito del contratto CRESCO di ricerca tra ENEA e CASPUR per “analisi e
realizzazione di tool innovativi a supporto delle funzionalità GRID” (SPI.2)

Alessio Rocchi (CASPUR)

Ludovico Giammarino (CASPUR)
Sicuro:

protezione delle informazioni tramite due layer dedicati in cascata (openSSL e
libreria crittografica mcrypt)

Esecuzione di operazioni critiche concessa solo agli appartenenti a gruppi
prestabiliti
Integrato: accesso garantito tramite credenziali AFS.
Accessibile: fornisce numerosi strumenti user-friendly di supporto ai task di
amministrazione
Adattativo: consente di concentrare la visualizzazione dello stato sul solo dominio di
appartenenza dell’amministratore
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
SPI.2
Integrazione nella GRID ENEA di sistemi Windows
LSF NON offre supporto per AFS in ambiente Windows
•Per integrare sono state sviluppate
•gettok_win (visualizza sullo standard output il token AFS)
•puttok_win (scrive nel kernel il token prelevato dalla standard input)
•E’ in corso di installazione litegrazione completa con ENEA GRID
•Principali risultati:
•Interoperabilità delle routine prototipali con quelle fornite dal kit
LSF per AFS
•Accesso al volume AFS su sistema operativo Windows con token
originato da sistema UNIX
•Accesso al volume AFS su sistema operativo UNIX con token
originato da sistema Windows
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
SPI.2.1 Integrazione ENEA-GRID con altre
GRID
Interoperabilità
4 PON 1575
attività in corso
Integrazione con
•EGEE
•GRID.IT
Middleware LCG
Integrazione con BEinGRID
Middleware UNICORE
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
SPI.2 Sviluppo ed integrazione dell’architettura
GRID e di grafica 3D
•
Tools per analisi immagine
Sono stati sviluppati e sono in corso di sviluppo tools per l’analisi delle immagini dei plasmi termonucleari
provenienti dalle telecamere FTU ( Frascati Tokamack Upgrade). L’insieme dei tools e la relativa documentazione
è stata inserita nelle pagine web specifiche del sottoproggetto. Tutti gli applicativi sono stati sviluppati utilizzando il
linguaggio ad alto livello IDL. Questi applicativi sono stati inseriti nella GRID ENEA e sono state sviluppate le
procedure per sottometterli in modalità GRID ENEA.
•
•
Integrazione librerie grafiche open-source
Integrazione di un modulo per il Distributed Rendering
Il modulo di Distributed Rendering consente di sviluppare ed eseguire applicazioni “multiple channel” sincronizzate
che utilizzino più piattaforme di calcolo connesse in rete per il rendering e display multipli contigui o non contigui
per la restituzione di una scena virtuale. Allo stato attuale è in fase di test un applicativo della Multigen-Paradigm,
integrato nell’ambiente di visualizzazione VegaPrime, in rete sia locale che geografica.
•
RV Customizing tools
E’ in corso l’integrazione in AFS dell’applicativo sviluppato, nell’ambito dell’attività di progettazione e sviluppo di
Customizing tools per applicazioni di Realta’ Virtuale che basandosi su d una architettura Client-Server, è in grado
di comunicare con una scena grafica a run-time e modificarne i parametri di navigazione (path e sincronismo con
file audio), senza interrompere l’esecuzione della scena virtuale. Si dovrà procedere alla sua installazione nella
GRID-ENEA, nell’area del progetto CRESCO, e quindi configurare e testare l’applicativo per la distribuzione agli
utenti.
•
•
Applicazioni per visualizzazione scientifica 3D
Film dati
Le immagini e i filmati prodotti mediante applicazioni di visualizzazione scientifica saranno raccolti in un archivio
visivo delle attivita’ svolte e saranno diffusi tramite pagine Web. L’obiettivo è quello di creare contenuti
dimostrativi, delle applicazione e dei dati sviluppati, tramite filmati, anche in modalità stereoscopica, in modo da
non utilizzare direttamente l’applicativo.
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
SPI.2 Analisi ed ottimizzazione di strumenti
Software per l'utilizzo di IDL sulla GRID ENEA
Sono stati sviluppati tools per l’analisi delle immagini dei plasmi termonucleari provenienti dalle telecamere FTU (Frascati Tokamack Upgrade).
Tools
• Applicazioni IDL realizzate in ENEA
(Falsecolor, Brightzone, Volume rendering, Database).
Tutorial
•
IDL: gestione di batch files e esecuzione di programmi in
modalità non interattiva
•
IDL: gestione di programmi in broadcasting attraverso
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
SPI.2 Analisi ed ottimizzazione di strumenti
Software per l'utilizzo di IDL sulla GRID ENEA
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
SPI.2.2 Sviluppo ed integrazione dell'architettura
GRID e di grafica 3D
Questa prima fase del sottoprogetto è stata articolata in tre punti
fondamentali:
• Individuazione di tools per la grafica virtuale ed immersiva che
consentano la visualizzazione remota 3d con motori di calcolo in
rete ovvero consentano di sfruttare le potenzialità di calcolo messa
a disposizione dalla griglia Enea per poi visualizzare il risultato su
un qualsiasi dispositivo presente in rete: dal sistema 3d, alla
workstation, al portatile;
• Adattamento dei tools individuati alla struttura della Grid Enea;
• Studio del comportamento e delle potenzialità dei Tools
individuati all’interno della Grid Enea.
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
SPI.2.2 OpenSceneGraph sulla Grid Enea
•Individuazione delle
OpenSceneGraph (OSG) come
librerie grafiche adatte agli
obiettivi del sottoprogetto.
• Configurazione e installazione
su ENEA-GRID delle OSG.
• Visualizzazione, tramite le OSG,
di una nuvola di punti ottenuta
da una scansione di un sito
archeologico con Laser Scanner
3D.
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
SPI.2.3 Integrazione del controllo remoto
di un microscopio TEM
Realizzata l’integrazione di base, è in corso un’attività di ricerca e sviluppo per
realizzare un laboratorio virtuale per la microscopia
TEM
Videocomunicazione
Visualizzazione
delle Immagini TEM
New: In fase di completamento il
sistema di controllo locale e l’aumento
di banda a presso l’ENEA di Brindisi
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
Accesso remoto
per il controllo
Visualizzazione
Ambientale
Tool di allineamento
dati locali/dati AFS
[email protected]
SPI.3: Sviluppo ed ottimizzazione di codici
applicativi in settori di R&S di punta
• Simulazioni
Fluidodinamiche:
– l'uso di Fluent è stato necessario
per studiare l'evoluzione dei
fenomeni di combustione di diversi
combustibili. Viene portato avanti
uno studio di ottimizzazione delle
prestazioni dell’ENEA-GRID per
condurre questo tipo di analisi
– E' in corso uno studio di
condizionamento termico della
configurazione finale della sala di
calcolo CRESCO in Portici. Tale
studio riguarda sia la modellistica
geometrica della sala calcolo sia
la fenomenologia di scambio
termico nella stessa attraverso i
sistemi di refrigerazione presenti
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
SPI.3 Sviluppo ed ottimizzazione di codici
applicativi in settori di R&S di punta
MpCCI (Mesh-based parallel Code Coupling Interface):
Viene utilizzato per affrontare problemi di interazione fluido-struttura
accoppiando diversi tipi di codici presenti in ENEA-GRID;
I codici da accoppiare sono attualmente Fluent per l'analisi
fluidodinamica e Ansys per l'analisi strutturale.
OpenFOAM: software opensource di analisi fluidodinamica.
E' in corso uno studio di OpenFOAM ed in particolare:
• compatibilità di installazione sulle diverse macchine della GRID
• confronto con Fluent (software commerciale generalmente impiegato
sia nel settore industriale che di ricerca) in termini di accuratezza dei
risultati.
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
SPI.3 Sviluppo ed ottimizzazione di codici
applicativi in settori di R&S di punta
Programmazione parallela in ambiente Matlab (Libreria MatlabMPI del M.I.T)
• E’ stata installata su AFS per la versione 7.0.1 (R14) di Matlab.
• Permette l’attivazione parallella di diverse sessioni Matlab su più processori.
•I nodi coinvolti eseguono parallelamente lo stesso programma (SPMD).
•Lo scambio dei dati viene fatto tramite operazioni di lettura e scrittura da/su file.
• Per il funzionamento sulle macchine linux della griglia la modalità di lancio remoto (rsh/ssh) è stata
sostituita con lsrun.
Di seguito sono riportati i risultati di un test effettuato con le funzioni della libreria MatlabMPI che misura
la velocità di comunicazione, al variare delle dimensioni dei pacchetti inviati, tra le macchine ‘Bw305-2’ e ‘Lin4p’.
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
SPI.3 Sviluppo ed ottimizzazione di codici
applicativi in settori di R&S di punta
• Realizzata un’analisi dei codici di massimo
interesse di tipo commerciale
• Individuato come prioritari:
– FLUENT**
Fluidodinamica
– ANSYS,ABACUS **
Strutturale
– MpCCI **
Interazione fluido struttura
– LS-DYNA
Strutturale
(** Installati in modalità ENEA-GRID)
• Iniziati i test e personalizzazioni
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
SPI.5 Web archive
• Sono continuati i test di UbiCrawler
sviluppato ed integrato in ENEA-GRID: è
iniziata l’attività di installazione definitiva in
previsione dell’arrivo dello storage
necessario e della connettività GARR
opportuna.
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
LA II : Riassunto attività
SP
Attività
Descrizione
II.1
Non attivato
II.2
Sviluppo di un database e di
la c reazione di modelli
metaboliche e
genetiche
studio
di ba tteri
del
Pseudomonas.
Bioinformatica
Attuatore/Collaborazioni
tool per
di reti
per lo
genere
II.3
Non attivato
II.4
Sintering
Sviluppo di modelli numerici per
analisi strutturali e processi di
sinterizzazione
II.5
Modeling of
nanostructures
Utili zzo di tecniche di ab-initio
Molecular Dynamics per lo studio di
nanostrutture
di
interesse
tecnologico
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
ENEA CAMO-INFO
PTPS
Univ. di Catania
Consorzio CETMA
ENEA FIM
[email protected]
LA II Sviluppo di tecnologie e modelli computazionali
per la descrizione di sistemi complessi di origine
biologica e di materiali innovativi
Sottoprogetti
SP II.1 Simulazioni di reti biochimiche
SP II.2 Bioinformatica per la creazione di modelli di reti
metaboliche e genetiche
SP II.3 Ricerca polimorfismi
SP II.4 Sviluppo di modelli numerici per analisi strutturali
complesse e processi di sinterizzazione
SP II.5 Modelling molecolare
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
SPII.1 Biochemical networks simulation
General Activity Description
The subproject SP II.1 concerns the study of biochemical networks.
The main aims are:
• modeling through thee use of the principal up-to-date software (E-cell,
Copasi) of complex biochemical network dynamics; installation of the
tools on Enea Grid and tweak to be compliant with LSF resource
manager.
• analysis, through simulations, of possible modifications of genome or
metabolic pathways in order to increase the achieve a better
efficiency in the production of a specific molecule of interest;
• modeling of cellular main pathways with the aim to reproduce a
simple living cell in silico.
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
SP II.1 Steps Implemented
• installation of the software E-Cell, for biochemical network simulations,
on Enea Grid. Two new Classes have been implemented to allow the
software to submit batch jobs on LSF queues;
• implementation of a model for the PolyHydroxyAlcanoate(PHA, a
candidate for biodegradable plastic) production by Pseudomonas;
• implementation of a procedure to analyze the sensibility of a
biochemical network with respect to the kinetic parameters involved;
• implementation of a procedure based on the genetic algorithm for
kinetic parameters estimation in a biochemical network.
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
SP II.1 Next Steps
• analysis of Pseudomonas metabolism to study possible metabolic
alterations to incresase PHA production.
• setting up of further software tools for biochemical network analysis
and parameter estimation(COPASI and matlab SBMLToolbox);
installation of new tools for gene network analysis from microarray
data.
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
SP II.2 Bioinformatica per la creazione di modelli
di reti metaboliche e genetiche
E’ stato messo a punto il database sull’attivita’ di sintesi dei PHA che è ora
disponibile al sito http://www.ylichron.it/PHA_Pseudomonas_DB/
Il sito verra’ migrato, appena possibile, sulle macchine del progetto.
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
SP II.2
Simulazione del metabolismo degli acidi grassi
1
Biosynthetic pathway for
mcl-PHA from fatty acid
2
Fatty acid b-oxydation
3
4
5
Il tool E-Cell (simulatore delle reazioni biochimiche cellulari) è stato inserito
all’interno di un codice di ottimizzazione (basato su algoritmi genetici) per la
determinazione di parametri cinetici non noti nel pathway di produzione dei PHA
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
SP II.4 Sviluppo di modelli numerici per analisi
strutturali complesse e processi di sinterizzazione
SP II.4.1 Simulazioni strutturali complesse
Modellazione di strutture complesse costituite da materiali a
comportamento non lineare quali i materiali compositi e le leghe a memoria di
forma (SMA - Shape Memory Alloy)
SP II.4.2 Simulazione del processo di sinterizzazione di ceramici tradizionali
Sviluppo di modelli comportamentali di materiali ceramici per la
simulazione numerica del processo produttivo
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
SP II.4.1 Simulazioni strutturali complesse
Modellazione di strutture composite con filamenti in SMA
(shape memory alloy)
Le difficoltà principali nel modellare strutture composite con filamenti in SMA sono di
diverso tipo:
• difficoltà nel descrivere il comportamento termomeccanico del materiale SMA;
• introduzione di fenomeni di interfaccia dovuti all’accoppiamento con la restante parte
della struttura (ad esempio interfaccia filamento SMA-matrice);
• necessità di modellare contemporaneamente fenomeni fisici di tipo diverso: fisico,
termico e meccanico (ad esempio nella simulazione di attuatori attivati attraverso
riscaldamento per effetto joule dei filamenti SMA).
In fase di installazione i codici di interesse sul ENEA-GRID
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
SP II.5 Modelling molecolare
Modelling ab-initio di materiali funzionali
(2) Interfaccia organico-inorganico
(3) Proprietà strutturali ed elettroniche del nitruro di Platino
Tutte le attività vengono svolte attraverso l’utilizzo di codici di simulazione
numerica ab-initio della classe Density Functional Car-Parrinello. Tali codici di
simulazione sono particolarmente onerosi sul piano computazionale e
richiedono l’uso di grandi piattaforme di calcolo.
I codici di calcolo verranno progressivamente ricompilati ed eseguiti sulle
piattaforme di calcolo del progetto essendo i codici disponibili in versione Open
Source.
Alcuni codici sono stati implemetati ed iniziano aessere usati
sull’infrastruttura ENEA –GRID (CPMD, Siesta.)
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
LA III Sviluppo di modelli di simulazione ed analisi
delle Reti Tecnologiche complesse e delle loro
interdipendenze
Sottoprogetti
SP III.1 Fisica delle reti complesse
SP III.2 Analisi di vulnerabilità delle reti complesse
SP III.3 Modelli e strumenti di supporto alla ottimizzazione
e riconfigurazione delle reti
SP III.4 Modellistica delle reti complesse viste come
aggregati socio-tecnologici
SP III.5 Interdipendenza tra reti complesse
SP III.6 Sistema informativo per la salvaguardia delle
infrastrutture e della popolazione
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
SPIII.1 Fisica delle reti complesse
Obiettivo
Studio delle proprietà di robustezza e di vulnerabilità delle reti complesse in base alla
loro struttura topologica.
Fasi di studio
 Cambiamento della performance della rete al variare del carico.
 Quantificare i parametri di robustezza, vulnerabilità, connettività, di una rete in
modo da essere misurabili attraverso un’attività di modellazione e analisi.
 Variazione della connettività, vulnerabilità, robustezza, in seguito alla perdita e/o
rimozione di alcuni parti della rete.
 Quale può essere il risultato dell’adozione di algoritmi di riconfigurazione per far
fronte a certe modifiche topologiche della rete.
Partner
Università di Catania
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
SPIII.1 Fisica delle reti complesse
Analisi e misura delle differenze prestazionalitra una Internet Network
ed una Random Network.
Il lavoro consiste nel misurare la diversa capacità di instradamento dei flussi di
pacchetti per le due tipologie di rete con le stesse caratteristiche in termini di
banda passante per link, politica di gestione delle code, stessa capacità di
generazione del traffico. In particolare si vuole capire per quale tipo di rete il
tempo medio di consegna dei pacchetti sia minore a parità di traffico immesso
nella rete.
• Simulatore NS2
L’utilizzo del simulatore permette la ricerca del punto di congestione delle due
diverse tipologie di rete, attraverso l’analisi del tempo medio di consegna dei
pacchetti al variare del rate di sorgente.
• GRID-ENEA
Al variare del rate di sorgente le diverse simulazioni sono state lanciate per
mezzo di uno script esterno al file di simulazione.
Tale script ha consentito, sfruttando le potenzialità del GRID-ENEA, di
sottomettere contemporaneamente i vari jobs, uno per ogni simulazione.
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
SPIII.2 Analisi di vulnerabilità delle reti
complesse
Obiettivo
•
•
Studiare la vulnerabilità di reti complesse in termini di affidabilità, sicurezza,
qualità di servizio e prestazioni delle reti di telecomunicazione ed informatiche
per la protezione ed il controllo (SCADA). L’obiettivo sarà perseguito attraverso:
Formulazione di nuove teorie, investigazione di codici di analisi, realizzazione di
un ambiente di modellazione. L’ambiente di modellazione consentirà di costruire
modelli compositi ed eterogenei di reti complesse in funzionamento normale e
degradato per eventi avversi (i.e. guasti, anomalie, intrusioni), seguendo tre
direttrici principali:
– Simulatori di reti per l’analisi di reti di telecomunicazione e sistemi SCADA
(congestione, sistemi di code, reazione agli eventi di guasto, prestazioni) e
implementazione di nuovi protocolli e funzioni di rete
– Predizione stocastica degli indicatori di vulnerabilità tramite Reliability Block
Diagrams, Reti di Attività Stocastiche, Analizzatori di affidabilità di Reti,
basati su Binary Decision Diagrams)Bayes, Catene di Markov, Reti di Petri)
– Verifica formale automatica tramite model checking
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
SPIII.2
Uso del simulatore NS2
• NS2 (Network Simulator 2) è installato sul GRID-ENEA
– Lanciatori
• NS2  netsim2
• NAM (Network AniMator)  ns2namtool
• Xgraph  ns2xgraph
– L’area progettuale di riferimento è cresco/LA3/cresco_sp32_enea
ed è raggiungibile
• /afs/enea.it/project/cresco/LA3/cresco_sp32_enea
• http://www.cresco.enea.it/LA3/cresco_sp32_enea
• NS2, istallato per gli obiettivi di SPIII-2, concorre anche agli
obiettivi di SPIII-1 ed SP III-5
• E’ possibile eseguire NS2 dalla seguente classe di hosts
Cluster
Hosts
Frascati
bw305-1
lin4p
Casaccia
Brindisi
Portici
trisaia
feronix0
campus03
lazarus
campus03
• Molto presto sarà disponibile anche la versione parallela di NS2
PDNS (Parellel Distribuited NS2)
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
SPIII.2
Studio del BackBone Nazionale over IP di Telecom Italia
- Analisi di vulnerabilità
- Reazione ad eventi di guasto
singoli e in cascata
- Implementazione della funzione di
traffic engineering per la
riconfigurazione dinamica della rete
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
SPIII.2
Rete di telecontrollo di ACEA distribuzione (SCADA)
• Implementazione del protocollo
IEC870 -5-101/105 specifico per
le reti di telecontrollo delle reti di
distribuzione dell’energia elettrica
•
Riferimento al black out del
1°gennaio 2004 avvenuto a
TorPagnotta.
• Cabine primarie e secondarie
collegate in up/down load via
GPRS
• Verifica delle funzionalità in caso
di guasto di uno dei nodi della
rete telecom su cui si poggia.
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
SPIII.2
Network Reliability Analyzer (NRA) una prima approssimata modellazione della
rete elettrica
• la indisponibilità della rete elettrica in ciascun punto della rete telco e’
correlata alla indisponibilità della rete elettrica mediante NRA
• I Binary Decision Diagrams (BDD) forniscono una tecnica efficiente per
codificare e manipolare funzioni booleane, per modellare la connettività di
reti booleane e calcolarne l’affidabilità.
Binary Decision Diagram
Schema rete elettrica
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
SPIII.3 Modelli e strumenti di supporto alla
ottimizzazione e riconfigurazione delle reti
Obiettivi
Progettazione e sviluppo di un package per l’ottimizzazione delle azioni di
configurazione di una rete elettrica in presenza di guasto attraverso la
valutazione della loro capacità di incrementare la sostenibilità del servizio
compatibilmente con i costi di attuazione.
• implementazione Algoritmo Genetico in versione sequenziale
• interazioni tra Algoritmo Genetico e il simulatore elettrico e-Agora
• test esclusivamente in locale in attesa di macchina Windows su GRID ENEA
• formulazione della funzione da ottimizzare (attualmente una funzione definita in
accordo con quanto trovato in letteratura)
• definizione del tipo di vincoli che la configurazione di rete deve rispettare (ad
esempio
quali
nodi
devono
essere
necessariamente
alimentati).
Alternativamente si ricorre ad una penalizzazione della funzione obiettivo.
• codifica per esprimere i vincoli (stringhe XML e relativo parser)
• parallelizzazione dell'Algoritmo Genetico
• realizzazione di una ottimizzazione multiobiettivo
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
SPIII.3 Modelli e strumenti di supporto alla
ottimizzazione e riconfigurazione delle reti
Obiettivi: ottimizzazione della qualità dei servizi erogati da una rete di
telecomunicazione soggetta a guasti e/o attacchi deliberati a livello fisico,
attraverso il raffinamento di un modello fluidodinamico
•
•
•
•
•
Sviluppo schemi numerici (02/04/2007 - 31/03/2008) Partendo da modelli numerici
che descrivono spazi omogenei è in fase di definizione la realizzazione di schemi
numerici robusti. Ottimizzazione delle performance.
Ottimizzazione politiche di instradamento (01/05/2007 - 30/05/2008) Politiche di
instradamento dei pacchetti e della loro relativa ottimizzazione. E’ stato realizzato un
algoritmo che permette di instradare i pacchetti, che giungono ad un determinato nodo,
sui relativi link di uscita indipendentemente dallo loro destinazione.
Ottimizzazione coefficienti di traffico (01/05/2007 - 30/05/2008) Definizione di
funzionali di costo per misurare la capacità di trasmissione di una rete di
telecomunicazione e di rilevare il comportamento del traffico sulla rete.
Ottimizzazione qualità di servizio (01/05/2007 - 30/05/2008) Analisi su come
garantire l’ equilibrio tra la richiesta di utilizzo ed il livello di servizio del sistema stesso.
Implementazione degli algoritmi (01/10/2007 - 30/10/2008) Implementazione di
due algoritmi che consentono di modellare e simulare il comportamento del carico sulla
rete utilizzando due differenti tipologie di routing
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
SPIII.4 Modellistica delle reti complesse viste
come aggregati socio-tecnologici
Aggregati Socio-Cognitivo-Tecnologici sono reti di alta complessità e ancora poco
conosciuti. Socio-cognitive systems are complex from their nature. They include humans and
organizations, they are intelligence-based systems. Their study is a new domain of systemics and requires
a meta-systemic approach, http://erg4146.casaccia.enea.it/SC-CRESCO/index00.html
Obiettivo
Analisi, modellazione e simulazioni sperimentali dei processi decisionali sociocognitivi dell'alto rischio nelle organizzazioni umane interdipendenti e coinvolte nei
processi di protezione socio-tecnologica delle grandi infrastrutture critiche (LCCIs).
Identificazione e analisi della loro vulnerabilità (fattori umani dominanti).
Metodo
A
-Metodologia sistemica per reti decisionali basata sul generico modello
IPK (information, preferences, knowledge): meta-teoria TOGA
- Modellazione: Precautionary Principle in decision-making
Contributo ENEA
B
- Analisi socio-cognitiva (un nodo) dei processi decisionali umani di tipo
manageriale: due livelli: sub-simbolico e simbolico, dal punto di vista dei
errori umani
Contributo
ECONA
C
- Analisi socio-tecnologica (rete organizzativa) dal punto di vista della
comunicazione e degli errori organizzativi.
Contributo Tor
Vergata DII
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
SPIII. 5 Interdipendenza tra reti complesse
Obiettivi
 Lo scopo finale di SPIII5 è la realizzazione di una piattaforma di
integrazione di diversi strumenti di simulazione eterogenei dove sia
possibile eseguire in modo automatico scenari di guasto o attacco,
per evidenziare le problematiche di “interdipendenza” fra differenti
reti complesse
 La piattaforma risiederà su uno specifico nodo della GRID e dovrà
poter fornire questi servizi ad utenti che risiedono su un nodo
qualunque della GRID
Partners
CRIAI
Un. Tor Vergata
Un. Campus Biomedico
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
SPIII.5
UTENTI/INTERFACCIA GIS
ENEA
CRIAI
MIDDLEWARE GESTIONE RICHIESTE
CAMPUS
BIOMEDICO
Modello di
Società ad
Agenti
Modello
Entità - Risorse
Tor Vergata
MIDDLEWARE INTERFACCIAMENTO SIMULATORI
SIMULATORE
RETE
ELETTRICA
SIMULATORE
RETE
TELECOM
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
CRIAI
SIMULATORE
Infrastruttura n
[email protected]
ENEA
SPIII.5
CRIAI
CLIENT
Application Server
ASSOCIA
LOGIN
Web Browser
HTTP
J2EE
servlet
container
Simulatori Legacy
SLA
Wrapper 1
CONFIGURE
SHOW
GET
XML
SOAP
Protocollo proprietario
SIMULATION
Wrapper 2
POST
XML/SOAP
Modello di società
ad Agenti
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
SIMULATORE
1
Modello Entità
Risorse
[email protected]
SIMULATORE
2
SPIII.5
Stato di avanzamento dei lavori
Middleware gestione richieste tra utente e modelli di simulazione (ASSOCIA):
terminato e funzionante
Simulatori delle interdipendenze di tipo Società ad Agenti (REPAST) e Entità-Risorse
(CISIA): terminati e funzionanti
ASSOCIA + REPAST: -settaggio parametri e avvio simulazione funzionante
ASSOCIA + CISIA: -configurazione entità/relazioni funzionante
-avvio simulazione in fase di elaborazione
Modello ad Agenti integrato con Omnet: terminato e funzionante
Modello ad Agenti integrato con e-Agora: in fase di conclusione
Modello Entità-Risorse integrato con Omnet: in fase di elaborazione
Modello Entità-Risorse integrato con e-Agora: in fase di elaborazione
Middleware interfacciamento simulatori di dominio: in fase di eleborazione
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
SPIII.6
Sistema Informativo geografico per la
Salvaguardia delle Infrastrutture e della popolazione
(SISI)
 Ambito: LINEA DI ATTIVITA' III - Sviluppo di modelli di simulazione ed analisi delle Reti
tecnologiche complesse e delle loro interdipendenze.
SP.III.6 – SISI: Sistema Informativo per la Salvaguardia delle Infrastrutture e della
popolazione (ENEA Dipart. ACS - Ambiente, Cambiamenti Globali e Sviluppo Sostenibile)
 Obiettivi: Il sistema SISI persegue un innovativo “approccio diagnostico” nei confronti dell’analisi
della vulnerabilità del territorio, quale passo propedeutico ad efficaci misure di salvaguardia e/o
opzioni di adattamento rispetto a fenomeni o eventi naturali o antropici . L’obiettivo primario di
tale strumento consiste nel localizzare elementi o siti territoriali vulnerabili, ricercandoli secondo
criteri di vulnerabilità espressi di volta in volta dall’utilizzatore e nel rispetto delle peculiarità del
territorio.
Quanti siti simili esistono sul territorio?
E dove sono localizzati?
I moduli elaborativi di SISI sono
specificatamente progettati per scandire
sistematicamente il territorio e rispondere a
tali interrogazioni. Inoltre il sistema delimita
e restituisce cartograficamente le aree
vulnerabili identificate.
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
57
COMPONENTI E FASI ELABORATIVE
WEB_GIS
Definizione ed
inserimento dei criteri di
vulnerabilità e di ricerca
MODULI SW DI DIAGNOSTICA:
 RICERCA, INDIVIDUAZIONE E
LOCALIZZAZIONE DI SITI VULNERABILI
(secondo i criteri definiti dall’utilizzatore)
BANCA DATI
GEOSPAZIALE
 DELIMITAZIONE DI AREE VULNERABILI
 RESTITUZIONE DI MAPPE DI AREE
VULNERABILI
Scala Nazionale
Scala di dettaglio

Banca dati geospaziale

Componenti e fasi elaborative
Innovativi metodi ed algoritmi di analisi e
modellistica geospaziale in ambiente GIS

WEB_GIS
SELEZIONE
SITI PILOTA
MODULI SW DI SIMULAZIONE:
Progettazione e sviluppo di modelli di
simulazione per l’esecuzione di indagini di
dettaglio su siti pilota vulnerabili rispetto a
specifici fenomeni o eventi avversi.
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
Archivia e gestisce i livelli informativi
necessari per la descrizione virtuale del
territorio dettagliata ed aggiornata
Accesso via internet ed utilizzo ai fini della
definizione di misure per la salvaguardia
delle infrastrutture e della popolazione
[email protected]
58
Componente elaborativa “SISI AnalyzeTool”
E’ in corso lo sviluppo e l’implementazione, mediante specifici ambienti di
programmazione, di innovativi Moduli SW per la ricerca e l’individuazione dei Siti
Vulnerabili presenti sul territorio.
I criteri di vulnerabilità sono interrogazioni al
Sistema. Ad esempio:
 Selezionare i centri densamente abitati, gli
insediamenti produttivi, le reti di trasporto, ecc.
compresi entro un raggio assegnato (ad esempio 1
km) e caratterizzati da predefinite distanze
reciproche (ad esempio a 200 m l’uno dall’altro)
 Localizzare le aree urbane nelle cui vicinanze sono
presenti raffinerie, depositi di carburante, impianti
di trattamento di reflui e rifiuti solidi, industrie, reti
di trasporto e corsi d’acqua superficiali
 Selezionare, in base a caratteristiche morfologiche,
le cosiddette “coste basse” (ossia le spiagge), che
rappresentano la tipologia di coste potenzialmente
vulnerabile a fenomeni di risalita del moto ondoso
in occasione di eventi di mareggiata
 Selezionare le aree caratterizzate dalla presenza,
in un dato raggio, di due o più possibili bersagli o
fonti di rischio (ad es. intersezioni tra reti di
trasporto e reticolo idrografico naturale o
artificiale; contiguità tra diverse attività produttive
che possono avere impatto negativo l’uno
sull’altro, ecc…)
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
59
RISULTATO: Mappa delle Aree vulnerabili
Delimitazione delle Aree
vulnerabili come aggregato
di Siti Vulnerabili contigui
Esempio di criterio di vulnerabilità
e di ricerca di Siti Vulnerabili:
Si vogliono individuare quei punti del
territorio nel cui intorno di raggio 1 km
coesistono una serie di elementi
territoriali. Nell’esempio:
• Aree Urbane
• Reticolo Idrografico
• Rete Ferroviaria
• Rete stradale
Contemporaneamente essi sono
incrociati con la Carta della
Vulnerabilità idrogeologica.
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]
60
CRESCO
Centro Computazionale di RicErca sui
Sistemi Complessi
www.cresco.enea.it
CRESCO – Concertation Meeting – MIUR 14 febbraio 2008
[email protected]