МОДЕЛИ И ПРОЕКТНЫЕ РЕШЕНИЯ СИСТЕМЫ ХРАНЕНИЯ И ОБРАБОТКИ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ ДАННЫХ ECCLESIA

В ходе научных исследований порождается большое количество данных в цифровом формате, и для последующего использования этих данных (обработки, анализа, публикации) их необходимо организованно собирать и хранить. Построение информационной инфраструктуры для решения этих задач - одна из наиболее актуальных проблем в области организации работы с экспериментальными данными. Авторами настоящей статьи разрабатывается информационная система для автоматизации сбора, хранения и анализа данных, в качестве отправной точки для которой используются три задачи обработки данных из области физиологии. Рассмотрены и проанализированы возникающие в процессе разработки такой системы проблемы, а также существующие подходы и готовые решения этих и схожих задач. На основе результатов проведенного анализа предложен ряд моделей и механизмов для решения возникших проблем. Разработанные решения включают в себя модели и механизмы сбора и хранения экспериментальных данных, модель для описания и формализации сценариев обработки данных и механизмы для обработки собранных данных в распределенной вычислительной системе. В результате представлена архитектура вычислительной системы для сбора, хранения и обработки экспериментальных данных. Система предлагается в качестве инструмента для решения широкого спектра задач, возникающих при проведении научных исследований и требующих сбора, хранения и многоэтапной обработки различных типов данных.

управление научными данными, информационная система, обработка и анализ данных, данные физиологических исследований, объектное хранилище данных, функциональный язык, распределенные вычисления

1. Земсков А. И. Data Curation - хранение научных данных и обслуживание ими - новое направление деятельности библиотек // Научные и технические библиотеки. 2013. № 2. С. 85-101.

2. Программа «Цифровая экономика Российской Федерации»: утв. распоряжением Правительства РФ от 28 июля 2017 г. № 1632-р // СЗ РФ. 2017. № 32, ст. 5138. С. 14517-14574.

3. Шокин Ю. И., Жижимов О. Л., Пестунов И. А., Синявский Ю. Н., Смирнов В. В. Распределенная информационно-аналитическая система для поиска, обработки и анализа пространственных данных // Вычислительные технологии. 2007. Т. 12, № S3. С. 108-115.

4. Новиков А. М., Пойда А. А., Поляков А. Н., Королев С. П., Сорокин А. А. Разработка технологии и облачной информационной системы для хранения и обработки многомерных массивов научных данных // Информатика и системы управления. 2012. № 4 (34). С. 156-164.

5. Григорьева М., Голосова М., Рябинкин Е., Климентов А. Экзабайтное хранилище научных данных // Открытые системы. СУБД. 2015. № 04. С. 14-17.

6. Юрченко А. В. К концепции информационно-аналитической системы поддержки научных исследований, основанных на интенсивном использовании цифровых данных // Вы-числительные технологии. 2017. Т. 22, № 4. С. 105-120.

7. Епишев В. В., Исаев А. П., Миниахметов Р. М., Мовчан А. В., Смирнов А. С., Соколинский Л. Б., Цымблер М. Л., Эрлих В. В. Система интеллектуального анализа данных физиологических исследований в спорте высших достижений // Вестн. ЮУрГУ. Серия «Вычислительная математика и информатика». 2013. Т. 2, № 1. С. 44-54.

8. Krestyaninova M., Zarins A., Viksna J., Kurbatova N., Rucevskis P., Neogi S. G., Gostev M., Perheentupa T., Knuuttila J., Barrett A. et al. A system for information management in biomedical studies SIMBioMS // Bioinform. 2009. Vol. 25. Iss. 20. P. 2768-2769.

9. Austin J., Jackson T., Fletcher M., Jessop M., Liang B., Weeks M., Smith L., Ingram C., Watson P. CARMEN: code analysis, repository and modeling for e-neuroscience // Procedia Comput. Sci. 2011. Vol. 4. P. 768-777.

10. Izzo M. Biomedical Research and Integrated Biobanking: An Innovative Paradigm for Heterogeneous Data Management, Springer Theses. Cham, Switzerland: Springer, 2016. 104 p.

11. Okonechnikov K., Golosova O., Fursov M. Unipro UGENE: a unified bioinformatics toolkit // Bioinformatics. 2012. № 28. P. 1166-1167. DOI 10.1093/bioinformatics/bts091.

12. Kotkas V., Ojamaa A., Grigorenko P., Maigre R., Harf M., Tyugu E. CoCoViLa as a multifunctional simulation platform // Proc. of the 4th International ICST Conference on Simulation Tools and Techniques (SIMUTools ’11). Brussels, Belgium: ICST, 2011. P. 198-205.

13. Huettel S., McCarthy G. What is odd about the odd-ball task? Prefrontal cortex is activated by dynamic changes in response strategy // Neuropsychologia. 2004. № 42. P. 379-386.

14. Pascual-Marqui R. D., Lehmann D., Koukkou M., Kochi K., Anderer P., Saletu B., Tana ka H., Hirata K., John E. R., Prichep L., Biscay-Lirio R., Kinoshita T. Assessing interactions in the brain with exact low-resolution electromagnetic tomography // Philos. Trans. A Math. Phys. Eng. Sci. 2011. № 369 (1952). P. 3768-3784.

15. Сотников П. И. Обзор методов обработки сигнала электроэнцефалограммы в интерфейсах мозг-компьютер // Инженерный вестник. 2014, Октябрь. № 10. C. 612-632.

16. Oostenveld R., Praamstra P. The five percent electrode system for high-resolution EEG and ERP measurements // Clinical Neurophysiology. 2001. Vol. 112. Iss. 4. P. 713-719. DOI 10.1016/ S1388-2457(00)00527-7.

17. Lei X., Liao K. Understanding the Influences of EEG Reference: A Large-Scale Brain Network Perspective // Frontiers in Neuroscience. 2017. DOI 10.3389/fnins.2017.00205.

18. Grandchamp R., Delorme A. Single-trial normalization for event-related spectral decomposition reduces sensitivity to noisy trials // Frontiers in Psychology. 2011. DOI 10.3389/fpsyg.2011. 00236.

19. Hyvärinen A., Oja E. Independent Component Analysis: Algorithms and Applications // Neural Networks. 2000. Vol. 13. P. 411-430.

20. HongLi H., Sun Y. S. Y. The study and test of ICA algorithms // Proc. 2005 Int. Conf. Wirel. Commun. Netw. Mob. Comput. 2005. Vol. 1. P. 602-605.

21. Zhu H., Qiu C., Meng Y., Yuan M., Zhang Y., Ren Z., Li Y., Huang X., Gong Q., Lui S., Zhang W. Altered Topological Properties of Brain Networks in Social Anxiety Disorder: A Resting-state Functional MRI Study // Scientific Reports. 2017. Vol. 7. DOI 10.1038/srep43089.

22. Stillman P. E., Wilson J. D., Denny M. J., Desmarais B. A., Bhamidi S., Cranmer S. J., Lu Z.-L. Statistical Modeling of the Default Mode Brain Network Reveals a Segregated Highway Structure // Scientific Reports. 2017. Vol. 7. DOI 10.1038/s41598-017-09896-6.

23. Abrol A., Damaraju E., Miller R. L., Stephen J. M., Claus E. D., Mayer A. R., Calhoun V. D. Replicability of time-varying connectivity patterns in large resting state fMRI samples // NeuroImage. 2017. Vol. 163. P. 160-176. DOI 10.1016/j.neuroimage.2017.09.020.

24. Biswal B., Yetkin F. Z., Haughton V. M., Hyde J. S. Functional connectivity in the motor cortex of resting human brain using echo-planar MRI // Magn. Reson. Med. 1995. № 34. P. 537-541.

25. Fielding R. T. Architectural styles and the design of network-based software architectures. PhD Dissertation. Irvine, US: Dept. of Information and Computer Science, University of California, 2000. P. 76-107.

26. Martin J. Managing the Data-base Environment. Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice-Hall, 1983. 381 p. ISBN 0135505828.

27. Linoff G. S., Berry M. J. A. Data Mining Techniques: For Marketing, Sales, and Customer Relationship Management. 3rd ed. John Wiley & Sons, 2004. 643 p.

28. Koren Y., Bell R., Volinsky C. Matrix Factorization Techniques for Recommender Systems // Computer. 2009. Vol. 42. Iss. 8. P. 30-37.

29. Damas L., Milner R. Principal type-schemes for functional programs // Proc. of the 9th ACM SIGPLAN-SIGACT symposium on Principles of programming languages, ACM. 1982. P. 207-212.

30. Wu Z., Ni Z., Gu L., Liu X. A Revised Discrete Particle Swarm Optimization for Cloud Workflow Scheduling // Computational Intelligence and Security IEEE International Conference, 2010. P. 184-188.