Содержание к диссертации
Введение 4
ГЛАВА 1. СЕРВИСЫ СЕТЕВОГО ДОСТУПА К КОМПЬЮТЕРНЫМ
МОДЕЛЯМ 10
Особенности решения задач методом компьютерного моделирования в сетевой среде 10
Особенности проектирования и использования моделей в сетевой среде.. 12
Концепция реализации многопоточного режима 22
Удаленный доступ к серверам приложений 23
Удаленное программирование 28
Службы терминала 29
Целевой класс моделей 32
Формулировка целей и задач исследования 34
ГЛАВА 2. СИСТЕМА УДАЛЕННОГО ДОСТУПА К МОДЕЛЯМ,
СОЗДАННЫМ НА БАЗЕ УНИВЕРСАЛЬНЫХ СРЕД
ПРОГРАММИРОВАНИЯ 37
Создание модели в универсальной среде программирования 37
Имитационное моделирование СПТИ как пример вычислительной задачи38
Программная реализация модели обнаружения ошибочных пакетов 45
Реализация управляющего блока сервера моделей на базе WEB-технологий 53
Реализация коммуникационного шлюза 57
Анализ эффективности разработанного способа удаленного доступа на базе WEB-технологий 61
Метод сокращения времени обслуживания на базе алгоритмов кэширования 69
Сетевой доступ на базе служб терминала и оценка базовых показателей качества обслуживания : 80
Выводы 82
ГЛАВА 3. РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЖИМА СЕТЕВОГО ДОСТУПА К
СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОЙ СРЕДЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ 84
Удаленное программирование на базе MATLAB WEB Server 84
Реализация режима удаленного программирования на базе MATLAB WEB Server 90
Удаленное программирования на базе MATLAB СОМ и его реализация.. 95
Параметры качества обслуживания при использовании WEB-доступа к специализированной среде моделирования 98
Терминальный доступ к специализированной среде моделирования на
примере MATLAB 100
Выводы 102
ГЛАВА 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ КОЛЛЕКТИВНОГО СЕТЕВОГО
ДОСТУПА К СЕРВЕРУ ПРИЛОЖЕНИЙ 103
Имитационная модель коллективного сетевого доступа 103
Результаты моделирования системы сетевого доступа на базе WEB-технологий 111
Результаты моделирования системы сетевого доступа на базе служб
терминала 113
Выводы 114
Заключение 115
Список литературы 117
Введение к работе
В настоящее время как в научных исследованиях, так и при использовании современных технологий электронного обучения широко применяются методы компьютерного моделирования физических процессов и явлений. Эта эффективная процедура дает возможность целостного изучения поведения наиболее' сложных систем как реально существующих, так и создаваемых для проверки теоретических гипотез.
Сетевая среда позволяет реализовать новые сервисы при решении задач компьютерного моделирования, что расширяет возможности в области коллективного использования моделей. При этом сама модель, устанавливаемая на сервере приложений, может быть исполнена при помощи различных сред проектирования, в том числе и при помощи языков программирования общего назначения.
Большой интерес представляет также ситуация, когда на сервере установлена специализированная среда моделирования, причем размещение такой среды в ПК пользователя может оказаться затруднительным. При этом сами по себе модели могут быть достаточно простыми, так что их создание вполне возможно в режиме сетевого удаленного доступа (режиме удаленного программирования). Подобная ситуация, например, является типичной при использовании технологий дистанционного обучения. Реализация такого режима, так же как и собственно работа с моделями при коллективном доступе к ним, может проводиться как в рамках WEB-технологий, так технологий терминального доступа.
Рассмотрение всех возможных классов задач, решаемых методами компьютерного моделирования, в контексте организации и применения сетевого доступа является достаточно сложным. С точки зрения организации сетевого доступа большой интерес представляют задачи, требующие для их решения достаточно продолжительных вычислительных процедур, что бывает
затруднительно реализовать на ПК пользователя.
В качестве примера таких задач можно выделить моделирование процессов обработки сигналов в системах телекоммуникаций, включая и задачи статистического синтеза оптимальных алгоритмов такой обработки. Характерной чертой таких моделей зачастую является то, что существенную долю в этих задачах носит имитационная составляющая, основанная на использовании метода статистических испытаний, каждое из которых может представляться набором достаточно простых вычислительных процедур, но с большим числом повторений.
Представляет интерес рассмотреть как различные способы реализации сетевого доступа к компьютерным моделям, так и оценить базовые показатели качества их работы, на основании которых можно будет сделать выводы о целесообразности применения той или иной технологии применительно к определенному классу моделей.
Целью диссертационной работы является разработка эффективных методов коллективного сетевого доступа как к ресурсоемким моделям, созданным при помощи универсальных языков программирования, так и к специализированным средам моделирования в режиме удаленного программирования.
Для достижения обозначенной цели решаются следующие основные задачи:
Исследование методов удаленного доступа к ресурсоемким моделям, созданным на базе универсальных сред разработки, и программная реализация такого доступа, учитывающая особенности решаемой задачи (применительно к имитационному моделированию телекоммуникационной системы радиомониторинга).
Исследование методов сокращения времени обслуживания на базе механизма кэширования при удаленном доступе к ресурсоемким моделям, созданным на базе универсальных сред разработки.
Исследование путей реализации режима удаленного программирования на базе специализированных сред моделирования (на примере программного комплекса MATLAB).
Моделирование поведения базовых показателей качества обслуживания с ростом нагрузки на систему доступа.
Выработка рекомендаций по выбору технологии удаленного сетевого доступа к компьютерным моделям, создаваемым в различных средах.
Структура диссертации
Диссертация включает введение, четыре главы, заключение и список литературы.
В первой главе проведен обзор сервисов сетевого доступа к компьютерным моделям. Рассмотрены особенности решения задач методами компьютерного моделирования в сетевой среде в условиях многопоточного режима. Предложена базовая классификация моделей. Рассмотрены проблемы реализации сетевого доступа к серверам приложений, включая перспективы реализации режима удаленного программирования. Сформулированы цель и задачи исследования.
Вторая глава посвящена системе удаленного доступа к моделям, созданным на базе универсальных сред разработки, на примере стохастической модели и ее программной реализации, учитывающей особенности дальнейшей сетевой интеграции. Рассматривается реализация инвариантного к программе-модели управляющего блока сервера приложений на базе WEB-технологий, а также описывается реализация входящего в состав комплекса коммуникационного шлюза. Методом натурных испытаний проводится анализ эффективности разработанного способа удаленного доступа. Проводится анализ эффективности метода сокращения времени обслуживания на базе алгоритмов кэширования, а также приводится методика получения диапазонов нечувствительности для компонентов вектора входных параметров на примере
рассматриваемой в работе модели системы передачи тревожных извещений (СПТИ). Описывается сетевой доступ на базе служб терминала и проводится оценка его базовых показателей качества обслуживания. На основании полученных результатов осуществляется сравнение программных решений реализации сетевого доступа на базе WEB-технологий и служб терминала. Вырабатываются рекомендации по применимости того или иного способа сетевого доступа применительно к различным вариантам приложений-моделей.
В третьей главе рассмотрены вопросы реализации режима сетевого доступа к специализированной среде моделирования на примере MATLAB. Рассматривается встроенный в среду MATLAB инструментарий для осуществления сетевого доступа к среде на базе WEB-технологий, формулируются его ограничения, а также способы их преодоления. Производится оценка базовых показателей качества обслуживания для данной системы доступа. Рассматривается реализация и оценка эффективности терминального доступа к среде MATLAB.
Четвертая глава посвящена имитационному моделированию коллективного сетевого доступа к серверу приложений. Разработана модель коллективного сетевого доступа, учитывающая параметры, полученные в ходе ранее проведенных натурных испытаний. Приводятся результаты моделирования, на основе которых вырабатываются рекомендации по применению различных видов сетевого доступа.
Научная новизна
Предложен и обоснован метод организации сетевого доступа на основе WEB-технологий к компьютерным моделям, созданным на базе универсальных сред разработки, а также разработаны рекомендации по адаптации таких моделей к сетевому использованию.
Предложен и обоснован метод получения диапазонов нечувствительности компонентов вектора входных параметров при настройке
механизма кэширования в рамках рассмотренного класса моделей.
Предложено программное решение системы доступа к специализированной среде моделирования MATLAB.
Создана имитационная модель разработанной системы сетевого доступа, использующая в качестве параметров результаты реальных экспериментов и позволяющая прогнозировать поведение системы в широком диапазоне изменения условий загрузки сервера.
Положения, выносимые на защиту
Разработанные программные решения позволяют реализовать на основе WEB-технологии коллективный сетевой доступа к моделям, созданным на базе универсальной среды разработки, что способствует минимизации требований к пропускной способности каналов доступа и программному обеспечению ПК пользователя. При этом предложенная методика учета специфики рассматриваемого целевого класса задач позволяет повысить эффективность работы с моделями за счет рационального выбора параметров программы механизма кэширования.
Предложенная имитационная модель системы сетевого доступа, учитывающая особенности многопользовательского режима и использующая в качестве параметров результаты реальных экспериментов, позволяет прогнозировать поведение системы в широком диапазоне изменения условий загрузки сервера.
Применительно к моделям, интерфейс которых не требует высокой интерактивности в процессе решения задачи и может быть сведен к числовым векторам входных и выходных параметров, использование предложенного в работе WEB-доступа обеспечивает экономию ресурсов сервера на порядок по сравнению со случаем использования служб терминала.
Предложенный способ модификации базового инструментария специализированной среды моделирования MATLAB позволяет реализовать
9 режим удаленного программирования на базе WEB-доступа.
Практическая ценность
На основе результатов, полученных в работе, создана система коллективного сетевого доступа к компьютерным моделям, оформленная в виде законченного программно-аппаратного решения и реализованная как в реальном учебном процессе с широким использованием методов электронного обучения, так и при организации удаленного доступа к имитационным моделям телекоммуникационных систем радиомониторинга.
