Кластерная арифметика

Любой владелец цифровой печатной техники знает, что общая производительность устройств не равняется сумме их заявленных скоростей — это одна из причин того, что выбор нередко делается в пользу одной, но мощной (и дорогой) машины. Но есть и альтернатива — технология кластерной печати, автоматизирующая распределение нагрузки.

Высокопроизводительные цифровые комплексы экономически невыгодны для больших «офсетных» тиражей, но практика оперативной полиграфии показывает, что необходимость выжать максимум из оборудования и выполнить заказ как можно быстрее возникает часто. Более того — подобные заказы бывают очень выгодны. Значит, придётся рискнуть и полностью загрузить единственный скоростной аппарат. Тогда на всё время работы машина будет недоступна для других заказов, а о том, что она может выйти из строя, страшно даже подумать. Альтернатива есть: сделать ставку на кластерную технологию, обеспечивающую распределение пиковых нагрузок на несколько менее мощных аппаратов, а также упрощающую масштабирование печатных мощностей — вы сможете увеличивать их постепенно, докупая относительно недорогие устройства печати. Увеличивается и общая надёжность — при выходе из строя одного аппарата загрузка эффективно распределяется по оставшимся, ведь с точки зрения оператора кластер — это единое устройство печати.

Подобные решения адресованы коммерческим печатным салонам и рекламным отделам крупных компаний, типографиям с цехом цифровой печати, администраторам, контролирующим потоки печатной документации в офисе. Начнём рассмотрение систем кластерной печати с простейшей модели — офисные принтеры, работающие в сети.

Что такое кластер

Любому администратору, работающему в крупном офисе, хорошо известно, что нагрузка на принтеры крайне неравномерна — периоды временного затишья сменяются спонтанными всплесками активности сотрудников, и даже высокопроизводительные сетевые принтеры далеко не всегда справляются с лавиной документов. Типичная ситуация: кто-то отправил на печать отчёт объёмом несколько сотен страниц, а все остальные вынуждены ждать, пока будут отпечатаны их 1-2-страничные письма и счета.

Очевидно, что приобретение дополнительных принтеров вряд ли исключит подобные ситуации, кроме того, повлечёт дополнительные финансовые затраты. Оказывается, можно обойтись и имеющимся парком, если повысить эффективность использования.

Суть решения: принтеры объединяются в кластер, работой которого управляет общий принт-сервер. Это даёт ряд преимуществ по сравнению с традиционным индивидуальным подключением сетевых принтеров. Согласно IT-терминологии, кластер — группа терминалов, рабочих станций и принтеров, объединённая общим контрольным компьютером или сервером (группой серверов), занимающаяся одними и теми же задачами и допускающая замену устройства в пределах группы.

Показательный пример — распараллеливание печати при выводе объёмных документов либо большого количества копий. Это делается так: при превышении заданного в настройках минимального количества страниц отправленный на печать документ делится на несколько частей, которые печатаются параллельно на различных принтерах кластера (пользователь, отправивший задание, получит уведомление, на каких именно устройствах отпечатаны части документа). Это не только сократит время получения готового документа, но и равномерно распределит нагрузку между входящими в кластер устройствами. Контроллер кластера может перенаправлять задания при сбоях: если в принтере закончился тонер или замялась бумага, все отправленные на него задания будут перенаправлены на другое устройство, а пользователи получат соответствующие уведомления.

Простейшую систему кластерной печати можно реализовать с помощью параметра системы Windows Enable Printer Polling (Разрешить группировку принтеров в пул). Система позволяет подключить два и более (Windows 2000 не ограничивает количество принтеров) одинаковых принтера, работающих с одним драйвером, к разным портам одного сервера. Тогда пользователь сети может направить задание на желаемый принтер, а сервер автоматически перенаправит его на первое доступное устройство.

Второй вариант организации кластерной печати — с помощью специализированного ПО, которое в большинстве случаев опционально поставляется с печатающим оборудованием. Назовем такую систему «псевдокластерной» печатью. Здесь мы можем объединять в кластер разные модели одного производителя.

Все принтеры одного кластера работают одновременно, каждый над своей частью одного задания. Общая скорость печати системы — сумма скоростей всех принтеров кластера. Например, 5 принтеров со скоростью печати 50 стр./мин, объединённых в кластер, будут печатать со скоростью до 250 стр./мин, что сравнимо с производительностью коммерческой печати. Если один принтер выходит из строя, его часть будет распределена между оставшимися. Вероятность того, что все принтеры кластера одновременно выйдут из строя, ничтожно мала, поэтому надёжность системы очень высокая. К тому же при совместной работе в кластере все принтеры получают равноценную нагрузку, и их ресурсы используются равномерно, т. е. исключены ситуации, когда один принтер выработал свой ресурс, а соседний — практически новый, только из-за того, что расположен менее удобно. Для кластера создаётся виртуальный принтер, который выглядит для пользователя как обычный сетевой; чтобы отправить задание в кластер, нужно просто выбрать соответствующий принтер. Немаловажное преимущество кластерных решений — дистанционный контроль администратором всего оборудования сети: он следит за объёмами печати, расходом ресурсов принтера, а иногда — и за себестоимостью копий.

В этой категории рассмотрим AHT OneRIP, ClusterQue от Hewlett-Packard, Konica Printer Pool Manager 1.2 и Smart Device Monitor от Ricoh.

Кластеру высокого уровня подвластны любые задачи издательского процесса: от сканирования и распознавания бумажных документов с последующей вёрсткой и спуском полос до персонализированной печати и послепечатной обработки. Такие кластерные решения дороже «псевдокластеров» и представляют собой целый комплекс высокопроизводительных систем коммерческой печати.

«Псевдокластеры»

Для автоматизации контроля потоков офисной печати компания AHT разработала сервер печати OneRIP (6000 долл.), к которому предлагается программа OneRIP Cluster on Demand (включает отдельные приложения для оптимизации офисной печати). Система OneRIP поддерживает монохромные принтеры Hitachi и Minolta, цветные — Canon, Minolta, Xerox.

Load Balancing направляет задания от всех пользователей сети на OneRIP, который распределяет их между доступными печатающими устройствами. Copy Splitting разбивает большое задание на несколько, поступающих на разные принтеры. Решение актуально для рекламных отделов, выпускающих корпоративную печатную продукцию. Контроль облегчается тем, что пользователю выдаётся информация о готовности тиража и его местонахождении.

Во втором случае кластер на базе OneRIP обеспечивает печать многостраничного документа большим тиражом в кратчайшие сроки. Например, менеджеру в течение часа необходимо распечатать 10-страничную презентацию тиражом 400 экз. Заказ не рентабелен для исполнения в полиграфическом салоне и невыполним при использовании одного офисного принтера. Тогда менеджер использует доступные офисные принтеры, управляемые одним процессором: при наличии кластера из 4-х устройств на каждый принтер поступит задание объёмом 100 страниц. Производительность за счёт дополнительных ресурсов увеличится вчетверо. Дополнительные преимущества:

• до 11 принтеров в кластере;
• один контроллер печати для монохромных и цветных устройств;
• персонализированная печать;
• сканирование документов;
• отправки факсов и e-mail.

AHT OneRIP поддерживает всю линейку продукции Xerox — от полноцветных копировальных аппаратов до широкоформатных плоттеров (более высокая версия процессора позволяет работать с аппаратами DocuColor 40, DocuTech 135). Также поддерживает работу с оборудованием Canon, Encad, HP, Kodak, Minolta, Pitney Bowes, Ricoh, Savin, Sharp и с монохромными устройствами Mita Ai4040/5050 и Konica Minolta.

AHT OneRIP позволяет выставлять приоритет печати, сортировать документы в очереди и выводить необходимые макеты первыми (пакет Priority Printing), печатать переменные данные, используемые в билинговых системах (PrintShop Mail). Работает под ОС Windows 95/98/NT, Mac OS; поддерживает печать файлов PCL5e, PostScript, PDF, TIFF, JPEG, HPGL, CCITT G4, ASCII. Процессор оснащён программой контроля состояния печати с удалённой станции. OneRIP позволяет одновременно подключить 2 принт-копира формата А3+ и 4 полноцветных широкоформатных плоттера через порты TCP/IP, LPT, SCSI.

Ранее AHT предлагала контроллер печати ColorFlare CF-350 (две модификации — 3500 и 6000 долл.). Стоимость OneRIP с подключением 5-ти принтеров — 26 925 долл., дороже иного высокопроизводительного принтера.

ClusterQue от Hewlett-Packard — сервер печати, устанавливаемый на обычный ПК и не требующий выделенного сервера. Работает под управлением MS Windows (NT/2000/XP) и на UNIX-системах (HPUX, Linux). ClusterQue оптимизирован для работы с сетевыми принтерами hp LaserJet; в одном кластере могут находиться разные принтеры (несколько LJ8150 и несколько LJ9000). Единственное условие создания кластера — принтер должен быть сетевым и иметь фиксированный IP-адрес. Никаких дополнительных требований к принтерам нет, никакое дополнительное аппаратное обеспечение не требуется.

После установки программы на сервере печати, оператор создаёт кластер из нужных сетевых принтеров. Затем при помощи специального порта для каждого кластера создаётся сетевой принтер и открывается для совместного использования, ничем не отличаясь от прочих сетевых принтеров, доступных на сервере. Пользователи отправляют на печать задания в кластер, просто выбрав соответствующий ему сетевой принтер. Поступившее задание обрабатывается в соответствии с настройками: если нужно, разделяется на части; соединяется с определённой формой; выполняются специальные команды и действия. Затем задание отправляется на выбранный физический принтер для печати. Сервер оповестит пользователя сетевым сообщением или по e-mail о результатах печати: на каком принтере какая часть задания была напечатана. Для работы с сервером ClusterQue есть клиентская программа — менеджер печати, с помощью которой пользователи могут управлять очередью печати: просматривать очередь, приостанавливать и возобновлять печать задания, удалять задания, перенаправлять на другой принтер, повторно распечатывать. Менеджер печати позволяет управлять принтерами кластера (вкл./выкл. принтер, просматривать статусы принтеров), очередями печати и принтерами, расположенными на разных серверах ClusterQue одновременно. Продукт по механизму работы похож на KPPM (см. ниже), но не комплектуется опционально. Стоимость (без установки и настройки) в случае кластера из 5-ти принтеров — 4475 долл., а если хотите заручиться поддержкой печати данных формата Postscript, плюс 665 долл.

Выбор порта для печати Ricoh Aficio AP 3800C

При помощи Konica Printer Pool Manager 1.2 (KPPM) производительность печати может быть увеличена объединением печатно-копировальных аппаратов в логические группы. Специальными распознающими программами задания оптимально распределяются между несколькими внешними устройствами. ПО и контроллер (Profirip+ Docuflow) для кластерной печати — опции аппаратов Konica Minolta. На сервере можно создать несколько автономно управляемых кластеров.

Выбор функции "Паралельная печать"

Первоначально КРРМ был разработан для замещения функции тандемной печати в копирах-принтерах Konica 7075. KPPM — альтернатива при организации сети для печати больших тиражей, рынок которых ранее был занят такими поставщиками, как Danka, Oce, и Xerox.

Кластер формируется объединением одного или разных видов аппаратов Konica Minolta плюс дополнительное оборудование (финишеры, лотки большой ёмкости и т. п.). Подобные кластеры подходят для схемы печати, согласно которой задание направляется на доступный принтер, автоматически определяемый КРРМ. Всего можно сформировать 10 кластеров по 5 принтеров в каждом (общее количество во всех кластерах — до 15-ти принтеров).

Как заверяют разработчики, в новой версии KPPM (поддерживает современные контроллеры печати) учтён опыт 150 пользователей программы. Все функции версии 1.2 сохранены, но есть и отличия.

• Прежде чем распечатать документ, КРРМ создаёт для него титульный лист. Можно печатать титульный лист из определённого лотка (например, содержащего цветную бумагу). Кроме имени пользователя и наименования документа, распечатывается информация об оставшихся заданиях и название принтера.
• Когда задание переходит из очереди непосредственно на печать, создаётся уведомление пользователю (если тот включён в базу данных КРРМ) или администратору сети.
• Усовершенствован алгоритм распределения заданий. Прежде чем отправить документ на печать, КРРМ проверяет статус устройства, скорость его работы и очередь заданий. Проанализировав данные, программа распределяет задания для максимально быстрого выполнения всего заказа.

С аппаратами Ricoh (принтерами и МФУ) стандартно поставляется ПО Smart Device Monitor. В его состав входит порт, через который организуется параллельная печать на нескольких устройствах. Функция параллельной печати включается при отправке на устройство печати задания, превышающего указанный пользователем размер (по умолчанию — 20 страниц). Тогда предлагается распределить печать задания между аналогичными устройствами в сети, поиск которых осуществляется автоматически в пределах указанной пользователем группы. Главное достоинство ПО — простота и доступность.

Настройки кластера Ricoh Aficio AP 3800C

Алгоритм организации «псевдокластера»:

1. В настройках драйвера выбираем настройки порта.
2. В настройках порта Smart Device Monitor выбираем настройку параллельной печати и задаём объём задания, при котором будет предложено разделение заданий.
3. В окне выбора устройств печати выбираем принтеры для печати задания.

В данном случае принтер один и весь тираж идёт на него. Если программой будет найдено несколько устройств, пользователь может добавлять/удалять принтеры. После чего задание будет распределяться равномерно между выделенными принтерами.

Промышленные кластеры

AHT Unify Clustering — программный продукт для организации кластерной печати на офисных принтерах; по возможностям превосходит OneRIP. Помимо Windows и Mac OS, совместим и с Unix. Unify позволяет подключать 1 цветное устройство и 10 монохромных принтеров; поддерживает PCL3, PCL5e, PDF, TIFF, JPEG, TXT.

Панель управления заданиями кластерной печати принтера Xerox DC 12

Реализованные разновидности кластеров:

• Multiply Copy Splitting. При отправке многостраничного задания большим тиражом на этот кластер задание будет разбито на несколько равных тиражей. Например, печать 500 копий 10-страничного документа будет распределена между 5 принтерами.
• Document Splitting. Кластер сократит время на печать многостраничного документа, распределяя его части между доступными принтерами.
• Load Balancing. Автоматизирует печатный процесс: все задания автоматически перенаправляются на доступные принтеры.
• Color and B&W Document Splitting. При печати полноцветного документа кластер распознает цветные и ч/б полосы и отправляет их на соответствующие принтеры. Сокращает себестоимость отпечатка, т. к. ресурс цветных принтеров не расходуется на печать ч/б документов.
• Job Recovery. В случае выхода из строя одного из устройств кластера (замятие или окончание бумаги, расход тонера) задание будет распределено между доступными устройствами.

Перечисленные функции кластерной системы Unify бесконфликтно уживаются в одной системе и позволяют использовать ряд инструментов для вёрстки, спуска полос и персонализированной печати под названием Document Management Suite.

• DocComposer — программа для создания книг, реализующая часть функций пакетов вёрстки. Позволяет создавать главы, добавлять и удалять страницы, выбирать для печати определённые части документа с сохранением наборов.
• PageSetter. Приложение осуществляет автоматический спуск полос созданного документа с выбором 16-ти макетов.
• Vite — программа для создания персонализированных документов (счетов, писем, брошюр и т. п.) с использованием постоянной информации (файлы в формате PDF и EPS) и переменной из базы данных (Database).

Компания EFI, хорошо известная по аппаратным RIP серии Fiery, предлагает функции для кластерной печати в семействе программных продуктов Velocity. В кластер объединяются монохромные и/или цветные принтеры с контроллерами EFI Fiery. Задания на печать распределяются между «горячими каталогами» (hot folders), которыми легко управлять и контролировать печать посредством интерфейса Fiery Command WorkStation. Velocity включает ряд приложений, с помощью которых можно реализовывать расширенные возможности кластерной печати.

• Velocity Balance позволяет распределять задания на печать между доступными устройствами печати. В сочетании с программой Estimate можно отслеживать объёмы и вести учёт стоимости работ.
• Velocity Split с целью экономии средств, затраченных на печать, предназначен для автоматического контроля за печатью полноцветных документов: цветные полосы направляются на цветной принтер, ч/б — на монохромный. Не расходуются средства на печать ч/б информации на цветном устройстве.
• Velocity Design — персонализированная печать при помощи базы данных пользователей (databaseUsers).
• Velocity Build позволяет создавать законченные документы: управляет процессом слияния полученных отпечатков.
• Velocity Scan выполняет функции перевода в цифровой вид (формат PDF) ч/б и цветных документов с бумажных носителей.

Версия Velocity Balance 3.0 управляется Command WorkStation 4.2 и поддерживает множество устройств печати, включая мощные ЦПМ: Heidelberg Digimaster, Xerox (DocuColor, DocuTech), Canon (CLC, iR, iRC), Konica Minolta, Oce,, Ricoh, Sharp, Toshiba и др. Начальная стоимость системы кластерной печати от EFI — от 8000 долл. На Drupa-2004 она работала на стенде компании Canon: в кластер объединили CLC3220, CLC5100, iR 105 и печатали разнообразные задания, содержащие цветную и ч/б информацию.

Кластерная практика

«Псевдокластерная» печать на базе AHT реализована в сети копировальных центров «Копитан». Начальный кластер — контроллер печати ColorFlare CF-350 (снят с производства) — объединяет два цветных копира-принтера Xerox DocuColor 12 в единую группу. Генеральный директор «Копитан» Борис Миронов отметил преимущества контроллера. «Каждый принтер выполняет обычные задачи, но, если требуется печать большого количества материалов, скорость печати удваивается. При параллельной загрузке обоих аппаратов ресурсы используются равномерно. Вероятность выхода из строя одновременно двух принтеров много ниже, чем поломки высокопроизводительного аппарата. Контроллер, организующий подобную систему кластерной печати, существенно облегчает наши задачи при печати больших тиражей, когда надо оперативно распределить задание между доступными ресурсами. Но при исполнении полноцветного заказа, содержащего плашки, затруднительно или невозможно добиться одинаковой цветопередачи на разных машинах. Тогда приходится печатать заказ на одном принтере».

Оперативная цифровая полиграфия лишь относительно недавно доказала преимущества перед традиционной печатью листовой продукции. Сегодня она вторгается в сферу книжно-журнального производства. Зарубежные коллеги-полиграфисты уже несколько лет используют достижения цифровой коммерческой печати: печатают газеты и журналы по требованию, получают сигнальные экземпляры брошюр и книг. Передовые технологии приходят и в Россию.

Кластер более высокого уровня Book factory действует в ФГУП «Известия» и объединяет машину Xerox DocuTech и DocuColor 6060. Это позволяет распределять задания между цветным устройством печати, на которое поступают цветные вкладки и обложка, и высокопроизводительной монохромной машиной. Book factory — это оперативное изготовление книг, журналов и брошюр с использованием технологии электрографии.

Добиваясь максимальной суммы

Рассмотренные системы «псевдокластерной» печати приумножают производительность печатного оборудования практически во столько раз, сколько аппаратов подключено в кластер. Наращивание мощности требует относительно небольших вложений (за счёт покупки более доступных по цене принтеров). Но у кластерных решений есть и недостатки.

1. Ограничения по подключаемому оборудованию, как по производителям, так и по моделям.
2. Недешёвое ПО будет управлять только заданным количеством доступных принтеров.
3. Кластерная печать не пригодна для печати заказов, для которых важно соблюдение стабильности цветопередачи в тираже.
4. Организационные сложности — собирать задание с нескольких принтеров не особо удобно.

Использование «псевдокластерных» решений актуально, если вы не так часто печатаете большие тиражи; важна надёжность системы (работа без сбоев), а себестоимость печати не принципиальна; нет средств на высокопроизводительный аппарат, только на несколько недорогих.

Если пиковые нагрузки стали рядовым явлением, вы уделяете особое внимание себестоимости заказа и имеете средства на покупку более мощных ЦПМ, вам необходим промышленный кластер. Он поддерживает намного больше функций и создаёт единую систему печати. Доступен по цене и управлению. Пока ещё не получил широкого распространения в России, хотя на Западе ему пророчат большое будущее. В любом случае кластерная арифметика заслуживает тщательного изучения!

Автор выражает благодарность за помощь в подготовке статьи М. Степанову («Терем»), Ф. Зубареву («Мицуи-Рико»), В. Магазинному (Nicotech International), А. Горлову (Nissa Centrum), Б. Миронову («Копитан»), Е. Воронову.

Об авторе: Кристина Потапова (editor@dpm.ru), научный редактор журнала индустрии цифровой печати DPM.