Введение к работе
Актуальность темы. Для подготовки квалифицированных кадров и обеспечения долгосрочных потребностей инновационной экономики в настоящее время создается сеть федеральных университетов в целях системной модернизации высшего образования и комплексного развития регионов на основе интеграции науки, образования и производства. Для модернизации образовательной деятельности требуется разработка образовательных контентов и распределенных ресурсов нового поколения, внедрение новых видов и технологий обучения, усиление роли дистанционного обучения.
В пропаганду, научные исследования и внедрения идей дистанционного образования внесли вклад А.А. Андреев, В.П. Тихомиров, А.Д. Ивашников, Ю.А. Чернышев, В.В. Семенов, А.Г. Шмелев, В.П. Невежин, А.А. Золотарев, И.П. Рождественский и др.
Распределенные системы и коммуникационные протоколы являются одной из наиболее быстро развивающихся областей современного программирования. Имеющиеся средства упорядоченного описания взаимодействия систем разнородны, зачастую ориентированы на конкретные приложения и неодпозначны в интерпретациях. Такие описания объемны, трудоемки в изучении и слабо адаптируются к требованиям участников взаимодействия.
Так, например, основные положения семиуровневой эталонной модели взаимодействия открытых систем включают в себя 5 книг на 120 станицах и формируют рамки применения более чем 150 стандартов.
Традиционными средствами описания являются универсальные и специализированные языки. Первые - сложны в изучении и неудобны в применении, несущественные языковые подробности затушевьшают важные аспекты описания взаимодействий. Вторые - громоздки и имеют узкую область применения.
Например, изучение языка C/C++ занимает до 200 часов, а описания языков SDL-2000 и Е-LOTOS занимают около 250 и 200 страниц соответственно.
В публикациях Malloy В., Power J. и др. был предложен подход к измерению сложности языков на основе метризации грамматик. Его использование позволяет заложить базис для выделения класса языков низкой описательной сложности (LDC - Low Descriptional Complexity).
Создание методов и инструментальных средств синтеза LDC языков описания взаимодействия распределенных систем позволяет решить данную проблему, что указывает на актуальность темы разработки методов и инструментальных средств синтеза языков и протоколов взаимодействия распределенных систем.
Цель исследований. Целью диссертации является создание инструментальных средств синтеза языков и протоколов взаимодействия распределенных систем.
Для достижения поставленной цели в диссертации решены следующие основные задачи:
Исследованы современные модели и методы управления индивидуализацией сред поддержки обучения.
Проанализированы существующие подходы к оценке сложности языков. В результате анализа предложен класс LDC языков.
Разработаны модели обучения и студента.
Проведена разработка архитектуры индивидуализированных языковых инструментальных сред поддержки обучения.
Разработан метод создания LDC языков.
Создан метод генерации языковых инструментальных сред.
Синтезирован LDC язык упорядоченного описания взаимодействия систем.
Разработанный язык адаптирован к применению на примере обучения по курсу «Взаимосвязь открытых систем» (ВОС), а также разработано средство его индивидуализации.
Реализована среда поддержки лабораторных занятий по курсу ВОС.
Апробирована среда поддержки лабораторных занятий по курсу ВОС.
Объект исследования. Объектом исследования является синтаксис процедурных языков программирования.
Предмет исследования. Предметом исследования являются метрики грамматик, языковые инструментальные среды.
Методы исследования. Для решения поставленных задач в диссертации использованы теория графов, теория множеств, теория формальных языков и теория построения трансляторов. При разработке программного обеспечепия использованы методы объектно-ориентированного программирования.
Научная новизна результатов работы. В диссертации получены следующие новые результаты:
Разработан метод создания языков LCD класса, основанный на метризации грамматик.
Синтезирован базовый язык упорядоченного описания взаимодействия систем и доказана его алгоритмическая полнота.
Предложен оригинальный метод генерации инструментальных сред с порождением семейства пользовательских языков.
Разработаны инструментальные программные средства генерации сред моделирования упорядоченного взаимодействия, с использованием которых построены прототипы протоколов и элементов пользователя различных распределенных систем.
Практическая значимость результатов работы. Использование языков низкой описательной сложности в программном обеспечении позволяет упростить его освоение, реализацию и поддержку. Использование индивидуализированных сред позволяет ускорить их освоение и
результативность работы, в обучении снизить нагрузку на преподавателей и повысить самостоятельность выполнения работ студентами. На защиту выносятся:
Разработанный класс LDC языков упорядоченного описания взаимодействия систем.
Метод генерации множества LDC языковых инструментальных сред.
Архитектура индивидуализированных языковых инструментальных сред поддержки обучения.
Программная реализация инструментальных средств генерации множества языковых инструментальных сред.
Инструментальные средства оценки протоколов.
Достоверность полученных результатов. Достоверность научных результатов подтверждается корректным применением выбранных методов исследования и экспериментальными данными тестирования разработанных программных средств, .соответствующими теоретическим выводам.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: XVI Международный научно-технический семинар «Современные технологии в задачах управления, автоматизации и обработки информации» (Алушта, 2007); XII Московская международная телекоммуникационная конференция студентов и молодых ученых "Молодежь и наука" (Москва, 2008); XV международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов "РАДИОЭЛЕКТРОНИКА, ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭНЕРГЕТИКА" (Москва, 2009); «Научная сессия МИФИ» (Москва, 2001-2005,2007).
Реализация результатов работы. Результаты, полученные в работе, имели следующие научно-практические приложения:
Созданный LDC язык описания и реализации протоколов и инструментальные средства разработки и тестирования протоколов использованы в проекте "ИнфраМенеджер" ЗАО «Софтантегро», что подтверждается актом об использовании результатов диссертации.
Разработанный программный комплекс поддержки лабораторных занятий по курсу «Взаимосвязь открытых систем» внедрен в учебный процесс МИФИ, что подтверждается актом об использовании результатов диссертации.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 11 печатных работах, в том числе статья в журнале, включенном ВАК РФ в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий.
