Čeští vědci z národního superpočítačového centra IT4Innovations při VŠB-TUO v Ostravě, kde kromě HPC provozují i kvantový počítač, společně s partnery vytvořili software pro přesnou analýzu rizik výpadků elektrických a komunikačních sítí. Je díky němu možné odhalit kritická místa nebo plánovat údržbu síti pro snížení rizika rozsáhlých výpadků.
Software je k dispozici je jako open source. “Dosavadní přístupy se opíraly o komerční nástroje, které omezují transparentnost a možnost dalšího rozvoje. Nová metodika českých vědců přináší otevřené, reprodukovatelné a škálovatelné řešení, které umožňuje detailně simulovat chování jednotlivých prvků i celé infrastruktury v reálném čase,” shrnuli v IT4Innovations.
K softwaru a metodice jsou k dispozici dva odborné papery, a to zde a zde. Součástí toho prvního jsou i zdrojové kódy, které zatím nejsou na oficiálním GitHubu IT4Innovations.
Superpočítačové centrum software popisuje takto:
Metodika využívá rozšiřující moduly (balíčky) programovacího jazyka R s otevřeným zdrojovým kódem. Konkrétně modul FaultTree slouží k přehledné vizualizaci struktury sítě a základnímu odhadu pravděpodobností poruch. Klíčovou roli pak hraje inovativní využití balíčku Ftaproxim, který sleduje stav jednotlivých prvků – jejich stárnutí, poruchy i opravy – a systematicky vyhodnocuje všechny možné scénáře výpadků. Vědci ověřovali výkon a přesnost metody na superpočítači Barbora, kde testovali různé výpočetní scénáře a ladili parametry algoritmu. Výsledky porovnali s řešením implementovaným v komerčním softwaru MATLAB.
“Ftaproxim využívá takzvanou proxelovou simulaci, která sleduje všechny možné změny stavu systému v diskrétních časových krocích. Každý prvek je popsán dvěma pravděpodobnostními modely, které popisují dobu, než dojde k poruše, a délku opravy prvku. Díky tomu dokážeme určit, které části infrastruktury nejvíce ovlivňují spolehlivost systému, a zaměřit na ně preventivní opatření,” vysvětlil Michal Běloch z IT4Innovations.
Simulace dlouhodobého provozu sítí ukázaly, že při vhodném nastavení výpočetních parametrů lze výrazně zkrátit dobu výpočtů při zachování přesnosti srovnatelné s komerčními nástroji.
“Správnou kombinací parametrů umíme výrazně urychlit simulace a zároveň zachovat vysokou přesnost výsledků. Výpočty, které by běžně trvaly několik dní, se nám podařilo zkrátit na několik hodin, či dokonce minut, přičemž odchylka oproti komerčním nástrojům zůstala minimální. Spojení otevřeného softwaru, superpočítačového výkonu a modelování propojených energetických a komunikačních sítí tak představuje důležitý krok vpřed v analýze spolehlivosti kritické infrastruktury,” navázal Pavel Praks z IT4Innovations. Model umožňuje rychlejší testování různých poruchových scénářů a efektivnější plánování provozu kritické infrastruktury.
Výzkumný tým ve složení autorů z IT4Innovations, Fakulty elektrotechniky a informatiky VŠB – Technické univerzity Ostrava a Vysokého učení technického v Brně zároveň připravil výpočetní kód vhodný pro superpočítače Karolina a Barbora. Tento kód umožňuje provádět rozsáhlejší simulace a systematické testy celé řady scénářů.
Vědci z výše uvedených institucí již vyvinuli také systém pro optimalizaci preventivní údržby propojených energetických a komunikačních sítí. Na rozdíl od běžného přístupu, kdy se čeká na poruchu, dokáže tento přístup navrhnout, které komponenty a kdy servisovat, aby se minimalizovaly výpadky a současně snížily náklady.
“S pomocí pokročilých matematických modelů a časově závislých simulací zohledňujeme stárnutí zařízení, dobu opravy a pravděpodobnost selhání jednotlivých prvků. Díky tomu lze nejen sledovat rizika, ale také aktivně plánovat provoz i zásahy do infrastruktury tak, aby sítě zůstaly spolehlivé i při dlouhodobém provozu doprovázeném poruchami,” doplnil Daniel Krpelík z IT4Innovations.
ČLÁNKY DO MAILU