Совершенствование информационных систем для онлайн и офлайн обработки данных экспериментальных установок комплекса NICA

Совершенствование информационных систем для онлайн и офлайн обработки данных экспериментальных установок комплекса NICA*

К. В. Герценбергер1, И. А. Филозова2, И. Н. Александров2,
Е. И. Александров2, А. А. Мошкин1, М. А. Минеев2, А. В. Яковлев2,
Г. В. Шестакова2, Д. И. Пряхина2, А. И. Чеботов1

1Лаборатория физики высоких энергий им. В.И. Векслера и А.М. Балдина ОИЯИ
2Лаборатория информационных технологий ОИЯИ

 

*Исследование выполняется при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-02-40125.

 

Столкновения тяжёлых ионов высоких энергий предоставляют уникальные возможности для исследования свойств ядерной материи при экстремальных условиях. Согласно принятой программе Объединенного института ядерных исследований одной из приоритетных задач на следующие годы является создание ускорительно-накопительного комплекса NICA для исследования столкновений тяжёлых ионов с высокой светимостью при энергиях взаимодействия в системе центра масс 4 − 11 ГэВ (для ионов золота). Коллайдер NICA, создаваемый на базе существующего сверхпроводящего Нуклотрона ОИЯИ, является важным научно-значимым объектом и входит в список крупнейших научных мегапроектов России.

Сбор, хранение, обработка и анализ экспериментальных данных являются неотъемлемой частью современных экспериментов физики высоких энергий. Эти задачи приобретают особое значение в экспериментах мегапроекта NICA в связи с высокой скоростью набора и большой множественностью событий при столкновениях тяжёлых ионов, поэтому особую актуальность приобретает задача автоматизации рассматриваемых процессов сбора, хранения, обработки и анализа данных комплекса NICA.

В рамках данного проекта выполняются работы по разработке и развитию автоматизированных информационных систем (АИС), обеспечивающих хранение, организацию удобного, прозрачного доступа и управление данными на протяжении жизненного цикла научных исследований мегапроекта NICA. Такие системы используются во всех крупных физических экспериментах по столкновению частиц, однако существующие решения сильно зависят от специфики выполняемого эксперимента и являются их неотделимой частью. В связи с этим разрабатываются новые информационные системы специфичные экспериментам проекта NICA с учётом хорошо зарекомендовавших себя, современных решений.

Конечной целью данной работы является повышение эффективности сбора, обработки и анализа данных, обеспечение членов коллаборации требуемыми информационными сервисами. В рамках достижения заявленной цели выполняется разработка новых и развитие существующих информационных систем, предназначенных для онлайн и офлайн обработки данных экспериментов MPD и BM@N, представленных ниже.

  1. Информационная система для учёта геометрии детекторов (геометрическая база данных) предназначена для хранения и обработки информации о составе и структуре детекторов, используемых в сеансах работы экспериментов и физических анализах смоделированных и экспериментальных данных. Также данная система направлена на предоставление информации о геометрии установки для онлайн мониторинга и офлайн визуализации событий экспериментов.
  2. База данных состояний систем направлена на хранение, обработку и возможность использования различных параметров работы и режимов устройств и детекторов эксперимента в алгоритмах реконструкции и анализа событий столкновения частиц.
  3. Система онлайн журналирования предоставляет членам коллаборации возможность записывать во время сеанса эксперимента данные о происходящих событиях, состоянии систем, условий работы детекторов, например, тип и энергию частиц, магнитное поле, используемые триггеры и другое. В дальнейшем данные журнала используются при анализе событий столкновения частиц, поэтому обеспечение корректного многопользовательского доступа к электронному журналу имеет важное значение при реализации методов обработки данных в экспериментах физики высоких энергий.
  4. Конфигурационная информационная система служит для хранения и предоставления данных о конфигурации подсистем эксперимента при сборе данных с детекторов в онлайн режиме. Система хранит различные конфигурационные данные, в том числе, необходимые для установки детекторов в рабочий режим, такие как, например, рабочее напряжение на детекторах, программируемые параметры электроники, конфигурацию детекторов, задачи, которые должны стартовать, а также параметры этих задач.
  5. Система метаданных физических событий обеспечивает управление информацией об уникальном номере событий, сохраняет ссылки на происходящие в эксперименте события, сработавшие при онлайн обработке триггеры, перечень восстановленных частиц и другую информацию, необходимую для удобного поиска событий требуемых для физического анализа.

Результатом работ, проводимых в рамках проекта, станет комплекс приведённых информационных систем, обеспечивающих автоматизацию процесса сбора, хранения, обработки и анализа данных, а также набор удобных информационных сервисов для членов коллаборации научной программы NICA. Разрабатываемые информационные системы позволяют решать вопросы предоставления унифицированного доступа и управления данными эксперимента членами коллаборации, обеспечения корректной многопользовательской обработки данных, решение вопросов актуальности, целостности и согласованности информации, требуемой для проведения экспериментов, а также обеспечения автоматического регулярного резервного копирования данных на случай программных ошибок или аппаратного сбоя.

Реализация данных информационных систем для сбора, хранения, обработки и анализа информации экспериментов мегапроекта NICA активно использует инфраструктуру гетерогенной вычислительной платформы HybriLIT. Часть сервисов представленных информационных систем сконфигурирована и развёрнута на ресурсах этой платформы. Кроме того, обработка данных экспериментальных установок комплекса NICA, использующая разработанные АИС, а также тестирование и профилирование алгоритмов работы с разрабатываемыми информационными системами ведётся на суперкомпьютере ГОВОРУН, являющемся частью вычислительной платформы HybriLIT.