PROGETTAZIONE E REALIZZAZIONE DI UN COMPUTER-CLUSTER PER L’ANALISI DATI GPS CON I SOFTWARE GAMIT E QOCA

Abstract

Negli ultimi 5 anni si è assistito ad un rapido aumento del numero di reti di stazioni GPS continue (CGPS) attive sul territorio Italiano e, più in generale, nell’area Mediterranea. Se da un lato lo sviluppo delle reti CGPS per lo studio dei fenomeni geofisici (terremoti, vulcani, variazioni del livello del mare, ecc...) è ancora legato a particolari programmi di ricerca nei diversi paesi del bacino Mediterraneo, dall’altro un po’ in tutta Europa, ma anche in alcune aree del continente Africano, si è assistito alla nascita di reti CGPS realizzate per scopi diversi da quelli geofisici (cartografici, topografici, catastali o per la navigazione). Se da una parte le reti CGPS realizzate con criteri “geofisici” [es., Anzidei & Esposito, 2003] forniscono un dato generalmente più affidabile, in termini di stabilità delle monumentazioni, qualità del dati e continuità temporale delle osservazioni, dall’altra le reti CGPS regionali di tipo “non-geofisico”, nonostante una distribuzione ovviamente disomogenea, hanno dimostrato di fornire comunque informazioni utili alla stima dei campi di velocità e di deformazione crostale [es., D’Agostino et al., 2008], e di integrarsi il più delle colte con altre reti di tipo “geofisico” esistenti. Al fine di migliorare la risoluzione spaziale del segnale tettonico misurabile da una rete GPS, la scelta di realizzare un computer cluster per l’analisi dati GPS è stata presa al fine di garantire un rapido, ed il più possibile automatico, processamento di tutti i dati a disposizione per l’area Euro-Mediterranea ed Africana. I software comunemente utilizzati in ambito scientifico per l’analisi dei dati GPS sono il GAMIT/GLOBK il BERNESE ed il GIPSY. Al di là delle differenze legate agli algoritmi di calcolo dei tre software in questione, e dei vantaggi o svantaggi di uno e dell’altro approccio di cui necessitano, una corretta progettazione della dotazione hardware e software è il passaggio fondamentale per la creazione di un moderno ed efficiente centro di analisi dati GPS finalizzato alla razionalizzazione delle risorse e dei costi. Dato il numero molto elevato di stazioni CGPS oggi potenzialmente disponibili (diverse centinaia per la sola area Mediterranea), una procedura che analizzi simultaneamente tutte le stazioni è difficilmente praticabile. Nonostante recenti sviluppi di nuovi algoritmi [Blewitt, 2008] rendano effettivamente possibile un’analisi simultanea di “mega-reti”, anche a scala globale, la disponibilità di calcolo su sistemi multi- processore risulta comunque fondamentale. Nel caso specifico in cui il software utilizzato per l’analisi dei dati si basi su soluzioni di rete (network solutions), come il BERNESE ed il GAMIT, riveste fondamentale importanza lo sfruttamento ottimale delle risorse computazionali, e soprattutto la possibilità di sfruttare appieno le potenzialità sia dei più recenti computer multi-processore che dei nuovi processori ad architettura multi-core. Nessuno dei software indicati precedentemente è implementato per il calcolo parallelo, di conseguenza, lo sfruttamento delle architetture multi-processore o multi-core deve passare necessariamente per altre vie. Una di queste è quella del calcolo distribuito (distributed-processing), in cui, ad esempio, diversi nodi di calcolo (che possono essere diverse macchine, diversi processori, o diversi core di processori) analizzano reti CGPS diverse, o diversi giorni della stessa rete CGPS. Se da una parte il mercato offre numerose soluzioni commerciali per la realizzazione di procedure di calcolo distribuito (Microsoft Windows Compute Cluster Server 2003, Sun Cluster, NEC ExpressCluster; IBM Parallel Sysplex, per citarne alcuni), dall’altra la disponibilità di software open source per questo tipo di scopi è oggi completa e ben integrata nei sistemi operativi UNIX based. In questo rapporto tecnico viene descritta la procedura seguita per la realizzazione di un nuovo server per l’analisi dei dati GPS presso la Sede INGV di Bologna basato su un computer cluster, utilizzando software Open Source, in ambiente GNU/Linux.