Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор и выбор методов анализа информационных систем 17
1.1. Формальное описание информационных систем 17
1.2. Методы моделирования информационных систем 22
1.3. Методики моделирования информационных систем - IDEF0 и сети Петри 29
1.4. Расширения сетей Петри и их применение 35
1.5. Выводы 43
Глава 2. Аналитический обзор современных программных комплексов для моделирования сложных информационных систем
2.1. Критерии выбора пакета имитационного моделирования 45
2.2. Анализ пакетов имитационного моделирования 47
2.3. Выбор пакета имитационного моделирования 74
2.4. Выводы 85
Глава 3. Разработка методики анализа работы интернет сервера как сложной информационной системы с использованием цветных сетей Петри 87
3.1. Описание принципов работы интернет сервера 87
3.2. Описание программы Design/CPN 91
3.3. Описание структуры модели Интернет сервера 94
3.4. Создание модели Интернет сервера 98
3.5. Выводы 104
Глава 4. Методика анализа и оптимизации результатов моделирования работы интернет сервера 107
4.1. Планирование эксперимента, начальные данные, диапазоны изменения данных 107
4.2. Создание программы по анализу результатов моделирования 110
4.3 Основные принципы работы с программой по анализу результатов моделирования
4.4 Методика анализа результатов моделирования 121
4.5. Методика оптимизации функционирования интернет сервера 125
4.6. Выводы 132
Глава 5. Применение методики анализа сложных информационных систем с использованием цветных сетей Петри на примере ИАС «Курорты Кубани»
5.1. Санаторно-курортный и туристский комплекс краснодарского края 136
5.2. Описание работы информационной системы «Курорты Кубани» и ее модели 142
5.5. Оптимизация функционирования ИАС «Курорты Кубани» 154
5.6. Выводы 156
Заключение 158
Список использованных источников 161
- Методы моделирования информационных систем
- Анализ пакетов имитационного моделирования
- Описание принципов работы интернет сервера
- Создание программы по анализу результатов моделирования
Введение к работе
За последние годы наиболее развитые страны мира демонстрируют последовательное и устойчивое продвижение к построению глобального информационного общества. В этот процесс вовлечена и Россия: здесь активно создаются и внедряются новейшие технологии, уникальные информационные ресурсы, естественным образом формируется культура, порождаемая эпохой информации. По прогнозам аналитиков количество пользователей Интернет в России к 2005-2006 году увеличится в 2,3 раза до 20 млн. (Рисунок 1) [49, 50, 51,30,42].
*
**> 'Я
я а о еч -а Ч о U о «
Ф В* В
п о
Рисунок 1 - Количество пользователей Интернет в России (млн.)
На сегодняшний день доступ к Интернету в России имеют 8.5 млн. пользователей, из них 35% - с личных компьютеров, 45% - с компьютеров предприятия, 20% - из публичных, государственных учреждений. Таким образом, Интернет в России - это отрасль, которая генерирует объем услуг, эквивалентный сотням миллионов долларов. В Российском секторе Интернет созданы и эксплуатируются все популярные виды информационных услуг, существующие в мире. Справочно-поисковый аппарат Интернет на русском
5 . языке по ряду параметров превосходит международные стандарты, а
пользователь Интернет в России перестал быть жителем исключительно
крупных мегаполисов [19, 20,23, 32, 34,41, 45, 57].
В России интенсивно развиваются крупные Интернет порталы. Резко вырос интерес к каталогам русскоязычных ресурсов. Российский Интернет стал реальным бизнесом - увеличилась доля Интернет рекламы и Интернет маркетинга, растет интерес к электронной коммерции, особенно в таких областях, как путешествия, розничная торговля, финансы, тематическая реклама, а также в компьютерном секторе. И, наконец, Интернет принимает активное участие в политической жизни страны. [61, 62, 64, 73]
В своем развитии российский Интернет в общем повторяет этапы развития мировой Глобальной сети [79, 81, 83]. Скорость роста количества серверов близка к лучшим показателям в мире, хотя и сдерживается рядом проблем - к основным из них можно отнести, в первую очередь, отсутствие в России развитых систем телекоммуникации, высокую стоимость высокоскоростного и качественного соединения, стихийность и слабую согласованность процесса развития российского сегмента глобальной сети. Чтобы решить эти проблемы необходимо кроме улучшения систем телекоммуникации создавать эффективно работающие интернет сервера, а для этого нужна методика анализа их функционирования, позволяющая оценить эффективность и провести оптимизацию [59, 60, 63].
Целью диссертационной работы является разработка методики анализа, оценки эффективности и оптимизации функционирования интернет систем. Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
Исследование информационных систем;
Исследование методов моделирования;
Выбор наиболее оптимального метода и методик для моделирования сложных информационных систем;
Исследование сетей Петри и их расширений;
Рассмотрение возможных практических применений выбранного метода;
Обзор программных комплексов для моделирования информационных систем;
Определение критериев выбора моделирующей программы;
Сравнение и выбор программного комплекса для моделирования сложных информационных систем;
Исследование принципов функционирования интернет сервера и разработка методики анализа его работы;
Построение обобщенной модели интернет сервера;
Проведение экспериментов с обобщенной моделью;
Разработка программы для анализа результатов экспериментов;
Анализ функционирования обобщенной модели интернет сервера;
Разработка методики математического описания работы интернет сервера;
Разработка методики анализа и оптимизации работы интернет сервера;
Анализ и оптимизация работы интернет сервера «Курорты Кубани».
В первой главе рассматриваются основные принципы системного подхода, проблемы и цели информационных систем, формальное описание информационных систем. Описаны различные виды параллельных процессов и их взаимосвязь с информационными системами.
Проведен анализ и выбраны методы моделирования информационных систем, при этом доказано, что наибольший эффект достигается от имитационного моделирования при его объединении с новейшими компьютерными технологиями. Так появляется компьютерное имитационное моделирование, которое при помощи аппаратного и специализированного программного обеспечения позволяет создавать модели и анализировать полученные в результате моделирования данные.
Осуществлен выбор методики моделирования - IDEF0 для описания структуры и функционирования системы и сети Петри для создания
7 динамических моделей. При их объединении мы полунаем самый удобный
метод анализа и моделирования параллельных процессов в сложных
информационных системах.
Рассмотрена концепция структурно функционального подхода IDEF0. Определены базовые принципы стандарта - принцип функциональной декомпозиции, принцип ограничения сложности и принцип контекста.
Описаны основные принципы теории сетей Петри. Рассмотрены классическая и современная трактовки теории. Определены расширения сетей Петри, которые позволяют создать более точную модель информационной системы - цветные или раскрашенные сети, временные и иерархические сети Петри. Разобраны различные варианты практического применения сетей Петри при помощи которых было выполнено множество проектов в различных отраслях человеческой деятельности - в моделировании протоколов связи, операционных систем, аппаратного обеспечения, внедрения систем, программного проектирования систем, и реорганизацию бизнес процессов.
Во второй главе рассматриваются параметры и критерии, на основе которых делается выбор программы моделирования. К ним относятся: надежность, удобство пользовательского интерфейса, локализация, требования к техническим средствам, поддержки со стороны поставщика, стоимость, математические возможности и т.п.
Описаны наиболее известные пакеты визуального моделирования: Matlab, Arena, GPSS World, ДАСИМ, Axis, Grade Modeler, Ithink Analyst, Design/CPN, Stratum.
Проанализированы все описанные пакеты моделирования. Дана оценка надежности пакетов моделирования, защиты от несанкционированного доступа, возможности возникновения критических ошибок и корректного завершения работы или сохранения состояния к моменту прерывания. Разобрано удобство пользовательского интерфейса, способов ввода-вывода данных. Рассмотрены локализация для России и простота освоения
8 программного продукта, трудовые и временные затраты на обучение, а также
вопросы качества документации, ее полноты, понятности, полезности.
Определены требования к уровню знаний, квалификации и опыту
пользователей.
Рассмотрены критерии быстроты и простоты установки программного
обеспечения, требования к техническим средствам, к оптимальному размеру
внешней и оперативной памяти, типу и производительности процессора,
обеспечивающим приемлемый уровень работоспособности. Оценен такой
немаловажный фактор, как уровень поддержки со стороны поставщика, куда
относятся: скорость разрешения проблем, поставки новых версий, обеспечение
дополнительных возможностей. Не упущены из внимания критерии стоимости
пакетов моделирования, области применения и взаимодействия с другими
приложениями, а кроме них - возможность создания пользовательских
библиотек, создания и редактирования диаграмм. Проанализированы
математические возможности программных комплексов и визуализация
моделей. В результате вычислений получены значения интегральных критериев
для всех пакетов моделирования.
Из описания и анализа, представленных пакетов имитационного моделирования выяснено, что для нашей конкретной задачи анализа параллельных процессов в информационных системах наиболее подходит программный комплекс Design/CPN. В ряд его неоспоримых достоинств входит один из лучших аппаратов моделирования параллельных процессов - сети Петри, он поставляется бесплатно, при этом обладает хорошим графическим интерфейсом и основан на объектно-ориентированной технологии. Кроме того, на него существуют, как хорошая документация, так и мощная поддержка разработчиков.
В третьей главе в соответствии с общим алгоритмом системного анализа создана IDEF0 модель этапа исследования интернет сервера, как сложной информационной системы.
9 Описаны основные принципы работы интернет сервера и правила
взаимодействия с ним браузера. Разобраны основные проблемы, возникающие
в процессе работы серверов, приведены методы их решения.
Детально описан интерактивный моделирующий программный комплекс Design/CPN, который является одним из наиболее мощных инструментальных средств моделирования сетей Петри. Основное предназначение Design/CPN -моделирование сложных информационных и технических систем. Этот программный комплекс применяется при разработке локальных сетей и протоколов связи, для тестирования и отладки различного программного обеспечения. Также примерами прикладных областей могут служить автоматизированные производственные системы, микроэлектроника, разнообразные экономические проблемы [97].
Разработана структурно-функциональная модель Интернет сервера в виде IDEF0 диаграммы.
Создана типовая модель интернет сервера. В частности создана структура модели, где указаны блоки и их взаимосвязи. Разработан модуль математического описания модели, в нем содержаться все используемые «цвета» или типы данных, переменные и функции. Составлена общая структура и описано взаимодействие всех частей и элементов системы, а также взаимосвязь с внешней средой. Выделены два основных блока — аппаратный и программный. На аппаратном уровне происходит передача данных между пользователем и сервером, а на программном уровне все входные данные обрабатываются, и обратно выдается результат запроса.
Определены интерактивные параметры - скорость канала, среднестатистическое количество посетителей в день, среднестатистическое количество запрошенных ими страниц и коэффициент загруженности сервера.
Разработан блок сбора статистики и анализа данных. В данном блоке используются две функции, собирающие информацию, по мере ее поступления, а конструктор отчета помещает всю полученную информацию - время
10 поступления запроса и время его выхода из системы, в текстовый файл. Имя
файлу присваивается в зависимости от заданных интерактивных параметров.
Используя моделирующий программный комплекс Design/CPN, создана модель, как аппаратной, так и программной части интернет сервера, как сложной информационной системы. Причем эту модель можно более глубоко детализировать - расписать каждый блок. Например более детально рассмотреть устройства передачи данных, или обработку запросов в компьютере, детализировать сам сайт — рассмотреть более полное дерево. Можно добавить еще параметров для контроля и т.д.
Но в данном конкретном случае основная цель - создать методику определения оптимальных параметров системы с наименьшими затратами как материальных, так и временных ресурсов. Меняя параметры скорости канала и посещаемости сайта можно собрать статистическую информацию для дальнейшего анализа работы информационной системы.
В четвертой главе разработана структурно-функциональная модель этапа получения и анализа результатов моделирования функционирования Интернет сервера.
Определены начальные данные для моделирования работы Интернет сервера - это два показателя, с возможностью интерактивного изменения. При моделировании для нас наиболее важны два показателя, которые могут интерактивно изменяться. В первую очередь это параметр скорости канала передачи данных между системой и провайдером, предоставляющим доступ к сети Интернет. Параметр, определяющий количество пользователей, посетивших сайт за день. Кроме интерактивных параметров в модель введен еще целый ряд различных характеристик системы, которые можно изменять до запуска процесса моделирования.
Создана программа для анализа результатов моделирования, описаны алгоритм работы, структура и компоненты. Входными данными для программы «Анализ результатов моделирования» являются файлы, созданные
моделирующим комплексом Design/CPN, в именах которых указываются параметры проводимого эксперимента, такие как скорость канала, количество посетителей, среднее количество запросов от одного пользователя и загруженность сервера. Внутри файлов хранится информация о времени прихода запроса в систему и времени его ухода из нее. Выходными данными программы являются как числовые, так и графические данные. Все результаты упорядочены по номерам экспериментов и сведены в единую таблицу.
Описана файловая структура модели и технические требования, а также создано подробное руководство пользователя для работы с программой.
Для дальнейшего анализа используется программный комплекс Statistica 6.0. Используя метод нелинейной регрессии наименьших квадратов и метод оценки Леверберга-Марквардта выводится уравнение, описывающее зависимость среднего времени отклика системы от скорости канала и среднесуточного количества пользователей. Если в данных присутствуют сильно завышенные показатели, то выведенная функция описывает зависимость достаточно приблизительно и годится лишь для выявления общего вида и расчета критических точек, поэтому по данной функции строится кривая, описывающая надежность работы системы при различных параметрах. Выше линии надежности находится область критических значений, а ниже -область стабильной работы. Для того чтобы повысить точность функции рассматриваются параметры, попадающие только в нижнюю зону. В результате повторного использования нелинейной регрессии получаем более точное уравнение и погрешность существенно уменьшается.
Для выбора оптимальных параметров работы всей системы применен метод оптимизации последовательных уступок, так как это один из самых надежных и проработанных, и позволяет работать с множеством критериев ранжированных по степени важности. В качестве критериев выбраны: время отклика системы, скорость канала, количество пользователей и стоимость канала. Время отклика системы является важнейшим ее параметром так как
12 именно от него зависит устойчивое функционирование сайта. Следующие два
критерия от которых непосредственно зависит предыдущий - скорость канала и
количество пользователей, в общем, равнозначны и их приоритет между собой
определяется лицом принимающим решение. С одной стороны может быть
важнее минимизировать скорость канала, а с другой - максимизировать
возможное количество посетителей сайта. Критерий стоимости напрямую
зависит от скорости канала, но он введен в программу в связи с тем, что эту
зависимость нельзя четко определить, так как разные провайдеры предлагают
разные тарифы.
Создан алгоритм и описана процедура решения многокритериальной задачи методом последовательных уступок.
Для практического применения данного метода разработана специальная программа оптимизации. Предусмотрено два режима работы - ручной и автоматический. В первом случае уступки заносятся лицом принимающим решение, а во втором оптимизация проходит по следующему алгоритму: определяются максимальное и минимальное значения параметра и за уступку берется половина разницы между наибольшим и наименьшим параметрами. Далее по уже известному нам методу определяются все альтернативы, попадающие в диапазон уступки. После оптимизации по первому параметру эта же процедура происходит со следующим, только минимальное и максимальное значения определяются уже не из всего набора, а из остатка после предыдущего этапа оптимизации, и так до последнего параметра. Если после последнего, в нашем случае четвертого этапа оптимизации, альтернатив больше одной, то вся процедура повторяется заново в цикле до тех пор, пока мы не придем к единственному решению.
Таким образом, используя программу оптимизации методом последовательных уступок, мы можем найти одно или несколько решений для организации оптимального функционирования Интернет сервера.
Пятая глава посвящена анализу и оптимизации информационно
аналитической системы «Курорты Кубани». Рассматривается Санаторно-курортный и туристский комплекс Краснодарского края, который за последние годы характеризуются развитием эффективной системы взглядов и подходов к управлению, активизацией работы по увеличению его доходной части, выполнением приоритетных федеральных и краевых комплексных программ.
Определены цели и перспективы развития ИАС "Курорты Кубани". Для администрации - это создание привлекательного имиджа Кубани, как курортного региона в России и за рубежом, привлечение дополнительных отдыхающих, особенно в межсезонный период и получение достоверной и актуальной информации о текущем состоянии здравниц Кубани, на основе отчетов, статистических данных и аналитических обзоров. Для здравниц, в первую очередь - это оказание рекламных услуг, бронирование и продажа путевок через интернет. Для населения - это возможность быстрого получения объективной и достоверной, обновляющейся информации об услугах здравниц краснодарского края, в виде результатов запросов на web-сайте «Курорты Кубани» с возможностью многоаспектного интеллектуального поиска. Также предоставление полного спектра услуг по планированию и осуществлению отдыха и лечения в краснодарском крае, включающего в себя выбор здравницы, бронирование и приобретение путевок с использованием современных средств платежей, выбору маршрутных схем проезда» страхование и юридическую поддержку.
Проанализирована существующая система и опираясь на результаты проведенного исследования информационных ресурсов, задействованных в настоящее время на решении проблемы, был сделан вывод о необходимости не столько реорганизации, сколько о создании полноценной системы сбора, анализа и хранения данных по существующим курортам с предоставлением информационных услуг населению и зарегистрированным пользователям на базе этой системы.
Выполнено описание работы реальной информационной системы, а также
14 описана работа модели. При помощи разработанной методики проведен ряд
экспериментов, и проанализированы все полученные данные. Получено уравнение, описывающее зависимость времени отклика системы от скорости канала и среднесуточного количества пользователей, по нему построена кривая, описывающая надежность работы системы при различных параметрах. Значения ниже кривой попадают а благоприятную область параметров с наименьшим временем отклика. Значения вдоль кривой близки к критическим, а значения выше кривой определяют наборы параметров, при которых работа системы невозможна.
Для повышения точность функции рассмотрены параметры, находящиеся ниже кривой надежности. В результате повторного использования нелинейной регрессии получено уточняющее уравнение.
Проведена оптимизация экспериментальных данных. На первом этапе уступки задавались вручную, в результате чего получены три альтернативы. Также проведена оптимизация в автоматическом режиме, для этого пересчитаны экспериментальные критические значения системы по второй выведенной формуле зависимости. В результате выбрана одна альтернатива, наиболее оптимальная с точки зрения разработанного алгоритма. На основании анализа функционирования информационно аналитической системы «Курорты Кубани» и ее оптимизации сделаны выводы о наиболее оптимальных параметрах и режимах работы системы.
В заключении отражены основные выводы и результаты диссертации, подчеркнута ее практическая значимость. '
Для решения поставленных задач применялись методы системного анализа как совокупности методологических средств, используемых для подготовки и обоснования решений по сложным проблемам в различных областях. В ходе проведения исследований использовались труды отечественных, и зарубежных ученых в области теории систем, системного анализа, математического моделирования, теории вероятностей, теории
15 информации и информационных технологий.
Научная новизна и защищаемые положения состоят в решении
проблемы создания методики анализа и оптимизации функционирования
интернет серверов.
Выбраны методы и программные средства для моделирования и анализа работы Интернет серверов;
Разработана методика анализа функционирования интернет сервера;
На основе теоретических разработок в области моделирования построена обобщенная модель Интернет сервера с использованием функциональных, динамических моделей элементов подсистем и их связей.
Создана программа анализа результатов моделирования, позволяющая оценить работоспособность системы;
Разработана методика математического описания работы интернет сервера;
Разработан алгоритм оптимизации функционирования интернет сервера;
Создана программа оптимизации функционирования интернет сервера.
С использованием предложенной методики создана Информационно-аналитическая система «Курорты Кубани». По результатам данной работы было получено свидетельство Роспатент [65].
Основные положения, выносимые на защиту.
Методика анализа функционирования интернет сервера;
Обобщенная модель Интернет сервера, созданная на базе сетей Петри;
Программа анализа результатов моделирования;
Методика математического описания работы интернет сервера;
Программа оптимизации функционирования интернет сервера. Практическая значимость проведенного исследования состоит в том,
что разработанный теоретический и методологический аппарат, реализованный в программных продуктах, может быть непосредственно использован при разработке и создании интернет систем. В частности он использовался при
*
*
*>
*
создании сайта «Курорты Кубани». Полученные теоретические результаты, методики и модели были апробированы и внедрены в учебный процесс Кубанского Государственного Технологического Университета.
Методы моделирования информационных систем
Рассмотрим методы моделирования, разберем какие из них лучше всего подходят для анализа информационных систем и происходящих в них процессах [18, 29, 72]. На рисунке 1.2 приведена классификация видов моделирования систем.
Для исследования характеристик процесса функционирования любой системы математическими методами, включая и машинные, должна быть проведена формализация этого процесса, т.е. построена математическая модель.
Под математическим моделированием понимается процесс установления соответствия данному реальному объекту некоторого математического объекта, называемого математической моделью, и исследование этой модели, позволяющее получать характеристики рассматриваемого реального объекта. Вид математической модели зависит как от природы реального объекта, так и от задач исследования объекта и требуемой достоверности и точности решения этой задачи. Любая математическая модель, как и всякая другая, описывает реальный объект лишь с некоторой степенью приближения к действительности. Математическое моделирование для исследования характеристик процесса функционирования систем можно разделить на аналитическое, имитационное и комбинированное [15].
Для аналитического моделирования характерно то, что процессы функционирования элементов системы записываются в виде некоторых функциональных соотношений (алгебраических, интегро-дифференциальных, конечно-разностных и т.п.) или логических условий. Аналитическая модель может быть исследована следующими методами: аналитическим, когда стремятся получить в общем виде явные зависимости для искомых характеристик; численным, когда, не имея возможности решить уравнения в общем виде, стремятся получить численные результаты при конкретных начальных данных; качественным, когда, не имея решения в явном виде, можно определить некоторые свойства решения (например, оценить устойчивость решения). При имитационном моделировании реализующий модель алгоритм воспроизводит процесс функционирования системы во времени, причём имитируются элементарные явления, составляющие процесс с сохранением их логической структуры и последовательности протекания во времени, что позволяет по исходным данным получить сведения о состояниях процесса в определённые процессы времени, дающие возможность оценить характеристики системы. Метод имитационного моделирования позволяет решать задачи анализа больших систем, включая задачи оценки вариантов структуры системы, эффективности различных алгоритмов управления системой, влияния изменений различных параметров системы. Имитационное моделирование может быть также положено в основу структурного, алгоритмического и параметрического синтеза больших систем, когда требуется создать систему с заданными характеристиками при определённых ограничениях, которая будет являться оптимальной по некоторым критериям оценки эффективности [40].
Комбинированное (аналитико-имитационное) моделирование при анализе и синтезе систем позволяет объединить достоинства аналитического и имитационного моделирования. При построении комбинированных моделей проводится предварительная декомпозиция процесса функционирования объекта на составляющие подпроцессы, и для тех из них, где это возможно, используются аналитические модели, а для остальных подпроцессов строятся имитационные модели. Такой комбинированный подход позволяет охватить качественно новые классы систем, которые не могут быть исследованы с использованием только аналитического или имитационного моделирования в отдельности. Исходя из выше сказанного, можно сделать вывод, что для моделирования информационных систем и в частности моделирования параллельных процессов, происходящих в этих системах, наиболее подходит математическое моделирование, в частности моделирование параллельных процессов в информационных системах лучше всего осуществлять при помощи имитационного моделирования с поддержкой аналитического. Ведь все процессы - это по сути дела потоки информации, вещества, энергии и поэтому самая лучшая модель - это их компьютерная имитация. В то же время преобразование этих потоков - это математические формулы - аналитика.
Наибольший эффект от имитационного моделирования достигается при его объединении с новейшими компьютерными технологиями. Так появляется компьютерное имитационное моделирование, которое при помощи аппаратного и специализированного программного обеспечения позволяет создавать модели и анализировать полученные в результате моделирования данные. Таким программным обеспечением могут быть языки программирования, математические приложения, но наиболее удобно использовать пакеты визуального моделирования [71].
Большинство первых работ по компьютерному моделированию, было связано с физикой, где с помощью моделирования решался целый ряд разнообразных задач. Моделирование в основном представляло собой решение сложных нелинейных задач математической физики с помощью итерационных схем и по существу было оно, конечно, моделированием математическим. Успехи математического моделирования в физике способствовали распространению его на задачи химии, электроэнергетики, биологии и некоторые другие дисциплины, причем схемы моделирования не слишком отличались друг от друга. [2].
Анализ пакетов имитационного моделирования
Одно кз основных достоинств пакета состоит в том, что лля рабоїьі пользователю достаточно знать о нем ровно столько, сколько требует решаемая задача. Так, & простейшем случае MatLab может сыграть роль обыкновенного калькулятора, для использования которого достаточно помнить знаки математических операций. Если же решаемая задача требует создания каких-либо специальных инструментов, MatLab предоставляет в распоряжение пользователя практически универсальный язык объектно-ориентированного программирования в сочетании с интерактивными средствами отладки создаваемых программ.
В первую очередь MatLab - это средство математического моделирования, обеспечивающее проведение исследований практически во всех известных областях науки и техники. При этом структура пакега позволяет эффективно сочетать оба основных подхода к созданию модели -аналитический и имитационный.
Именно в сфере математического моделирования MatLab позволяет наиболее полно использовать все современные достижения компьютерных технологий, в том числе средства визуализации и аудификации (озвучивания) данных, а также возможности обмена данными по сети Internet. Кроме того, пользователь имеет возможность создавать средствами MatLab собственный " графический интерфейс, отвечающий как его вкусам- так и требованиям решаемой задачи. С точки зрения пользователя MatLab представляет собой богатейшую библиотеку функций (в MatLab 5.2 их около 800), единственная проблема работы с которой заключается в умении быстро отыскать те из них, которые нужны для решения данной задачи. Особое место среди инструментальных приложений занимает система визуального моделирования Simulink. В определенном смысле Simulink можно рассматривать как самостоятельный продукт фирмы Math Works, однако он работает только при наличии ядра MatLab и использует многие функции, входящие в его состав. Simalink - это интерактивная среда для моделирования и анализа широкого класса динамических систем с помощью блок-диаграмм. Основные свойства подсистемы Simulhik: включает в себя обширную библиотеку блоков (непрерывные элементы, дискретные элементы, математические функции, нелинейные элементы, источники сигналов, средства отображения, дополнительные блоки), которые можно использовать для графической сборки систем; предоставляет возможность моделирования линейных, нелинейных, К) непрерывных, дискретных и гибридных систем; блок-диаграммы могут быть объединены в составные блоки, что позволяет использовать иерархическое представление структуры модели, тем самым обеспечивая упрощенный взгляд на компоненты и подсистемы; содержит средства для создания пользовательских блоков и библиотек блоков; поддерживает подсистемы, работающие по условиям, триггерам. Simulink обеспечивает интерактивную среду для моделирования, при этом поведение модели и результаты ее функционирования отображаются в процессе работы, и существует возможность изменять параметры модели даже в тот момент, когда она выполняется. Simulink позволяет создавать собственные блоки и библиотеки блоков с доступом из программ на Matlab, Fortran или С, связывать блоки с разработанными ранее программами на Fortran и С, содержащими уже проверенные модели. При яомощи мощного математического аппарата и большого набора различных библиотек, MatLab позволяет создавать модели любой сложности. Arena позволяет строить имитационные модели, проигрывать их и аналшировать результаты такого проигрывания. Имитационное моделирование - это универсальное средство для оптимизации процессов, поэтому модели с помощью Arena могут быть построены для самых разных сфер деятельности производственных технологических операций, складского учета, банковской деятельности, обслуживания клиентов в ресторане н т- и Данный пакет позволяет создавать подвижные компьютерные модели, используя которые можно адекватно представить очень многие реальные системы.
Компания: Systems Modeling Corporation (SM) основана в 1982 году Деннисом Педгеном, автором SIMAN, первого помьппленно-ориентированного общецелевого языка имитационного моделирования. В настоящее время область деятельности Systems Modeling включает в себя имитационное моделирование и разработкой технологического программного обеспечения. Помимо производства программных продуктов, SM занимается также обучением специалистов и консалтингом в области имитационного моделирования и создания специализированного ПО. Основной программный продукт компании - Arena, система имитационного моделирования для среды Windows.
Основа технологий Arena - язык моделирования SIMAN и система Cinema Animation. SIMAN, впервые реализованный в 1982г, - чрезвычайно гибкий и выразительный язык моделирования. Он постоянно совершенствуется путем добавления в него новых возможностей. Для отображения результатов моделирования используется анимационная система Cinema animation, известная на рынке с 1984 г. Процесс моделирования организован следующим образом. Сначала пользователь шаг за шагом строит в визуальном редакторе системы Arena модель. Затем система генерирует по ней соответствующий код на SIMAN, после чего автоматически запускается Cinema animation.
Описание принципов работы интернет сервера
Известно, что интернет серверы хранят информацию в виде текстовых файлов, называемых также web страницами. Помимо текста, такие страницы могут содержать ссылки на другие страницы (расположенные на том же самом или другом сервере), ссылки на графические изображения, аудио и видеоинформацию, различные объекты ввода данных (ноля, кнопки, формы и т. д.), а также другие объекты. Фактически web страницы представляют собой некоторое связующее звено между объектами различных ТИПОЙ. ИХ проектируют с применением специального языка разметки гипертекстов Hyper Text Markup Language, или сокращенно —HTML [80].
Для доступа к информации, расположенной на интернет серверах, пользователи применяют специальные клиентские программы — браузеры. В настоящее время существуют десятки различных браузеров, ио у пользователей Интернета наибольшей популярностью пользуются даа — Microsoft Internet Explorer и Netscape Navigator [1, 33]. Каждая web страница сервера имеет свой так называемый универсалы-паи адрес ресурса Universal Resource Locator (URL). Для того чтобы получить доступ к той или иной странице, пользователь должен указать ее адрес URL программе браузера. Как правило, любой интернет сервер имеет одну главную страницу, содержащую ссылки на все другие страницы этого сервера. Поэтому просмотр содержимого сервера обычно начинается с его главной страницы. Когда пользователь указывает браузеру адрес страницы интернет сервера, она начинает загружаться с сервера. При этом браузер устанавливает соединение с сервером, применяя протокол передачи данных Hyper Text Transfer Protocol (HTTP), получает нужную страницу и разрывает соединение. Принятая страница, отображается в окне браузера (Рисунок 3.2) [1]. Различают пассивные и активные интернет серверы. Если страницы сервера содержат только статическую текстовую и мультимедийную информацию, а также гипертекстовые ссылки на другие страницы, то сервер называется пассивным. Когда же страницы сервера ведут себя аналогично окнам обычных интерактивных приложений, вступая в диалог с пользователем, мы имеем дело с ажтивньш сервером. Очевидно, что статический интернет сервер не может служить основой для создания интерактивных приложений в сети Интернет с базами данных, так как он не .предусматривает никаких средств ввода и обработки запросов [1]. Первые программы для мэйнфреймов работали в пакетном режиме. Им были доступны все ресурсы компьютера. Немного позже появились интерактивные системы, поддерживающие одновременное обращение к ресурсу компьютера многих пользователей при помощи неинтеллектуальных терминалов. Создатели таких систем учли, что программам придется работать в многозадачном и многопользовательском режиме. Если система содержала базу данных, то все интерактивные пользователи обращались к ней через терминалы с помощью специального программного обеспечения, работающего на мэйнфрейме.
В рамках web приложений на стороне клиента работает браузер, который по своим интеллектуальным возмояшостям далеко опережает алфавитно-цифровые или графические терминалы. Браузер способен предварительно обрабатывать данные, отправляемые на сервер, а также обрабатывать и представлять результаты, полученные от сервера, в удобном для пользователя виде [85].
В роли основного сервера для web приложений выступает, как можно легко догадаться, интернет сервер —разумеется, активный. Однако сервер выполняет только часть работы. Он отвечает за получение данных от пользователя и подготовку страниц, отправляемых обратно. Что же касается запросов к базе данных или обращений к другим активным объектам, реализующим бизнес-логику, то для решения этих задач интернет сервер обращается к серверам базы данных или другим серверам приложений. Обращения выполняются либо средствами ASP, либо при помощи расширений CGI или ISAPI [90, 92].
Web приложения - это набор страниц ASP, HTML, DHTML, объектов СОМ, клиентских и серверных элементов управления ActiveX, клиентских и серверных сценариев, а также аллетов Java, расположенных на одном или нескольких серверах и предназначенных для работы в рамках одного приложения. При этом активные компоненты web приложений могут обращаться к серверам баз данных или другим прикладным серверам для выполнения тех ли иных запросов [1].
Несмотря на кажущееся сходство web приложении и программ, ориентированных на мэйнфреймы и терминалы, они относятся к разным типам, каждый из которых имеет свои особенности. И если во втором случае системой управляет администратор, а линии связи между Терминалами пользователей и мэйнфреймом обладают высокой надежностью и достаточной пропускной способностью, то в случае приложений дело обстоит иначе [93, 95, 96].
Разработчик web приложения должен быть готов к тому, что линия связи может в любой момент оборваться, а пользователь после ее восстановления пожелает возобновить работу с того места, на котором случился обрыв. Пропускная способность и надежность каналов Интернет пока оставляет желать лучшего, поэтому необходимо минимизировать обмен данными между клиентом и сервером. На стороне клиента может оказаться любая операционная система и любой браузер, поэтому забота о совместимости — насущная необходимость. В Интернете много желающих получить несанкционированный доступ к популярным ресурсам и воспользоваться номерами чужих кредитных карточек, а значит, вопросы обеспечения безопасности становятся первоочередными [101, 102, 104]. Для того, чтобы решить все эти проблемы с наименьшими затратами, как финансовых, так и временных ресурсов необходимо проанализировать цели я задачи Интернет сервера и его сетевого окружения для определения оптимальных характеристик аппаратной и программной частей системы [94].
Создание программы по анализу результатов моделирования
Для начала необходимо выбрать язык и среду программирования, в которой будет создаваться программа. При выборе среды программирования основное влияние оказали наиболее существенные свойства, которыми должно обладать данное программное обеспечение. Прежде всего, это то, что среда программирования должна быть объектно-ориентированной. Следующими критерщщи отбора являлись быстрота и время разработки моделирующей системы. В связи с этим среда программирования должна обладать мощными и гибкими средствами разработки, такими как наборы стандартных компонентов и объектов, помощь при написании кода, автоматическая проверка и т.д. Так же среда программирования должна обладать развитыми средствами отладки для устранения всех ошибок и оптимизации кода. Еще один немаловажный критерий - это совместимость с операционной системой Microsoft Windows 9х/2000/ХР, так как она является наиболее популярной и широко используемой во всем мире, В связи с вышеизложенными факторами ДЛИ создания моделирующей системы было решено использовать среду программирования Borland Delphi 6.0,
Delphi сделала разработку мощных приложений Windows быстрым процессом. Она включает в себя полный набор визуальных тіструментов для скоростной разработки приложений (RAD - rapid application development), поддерживающей разработку пользовательского интерфейса и подключение к корпоративным базам дайных, VCL - библиотека визуальных компонент, включает в себя стандартные объекты построения пользовательского интерфейса, объекты управления данными, графические объекты, объекты мультимедиа, диалоги и объекты управления файлами, управление DDE и OLE. Приложения Windows, для создания которых ранее требовалось большое количество временных и человеческих усилий, теперь могут быть написаны одним человеком и во много раз быстрее. В Delphi входят компилятор Object Pascal (расширение языка Borland Pascal 7,0); генератор отчетов Quick Report; среда визуального построения приложений; библиотека визуальных компонент; локальный сервер InterBase; Так же в Delphi входит так называемый RAD Pack, который представляет ИЗ себя набор полезных дополнений, которые помогут разработчику при освоении и использовании Delphi . Это учебник по объектному паскалю, интерактивный отладчик самой последней версии, набор компонент для реализации редакторов, электронных таблиц, коммуникационные компоненты, компоненты с деловой графикой н т.п.
Delphi обладает средством поддержки разработки проекта в группе (Team Development Support), которое позволяет существенно облегчить управление крупными проектами. Это сделано в ниде возможности подключения такого продукта как Intersolvc PVCS 5.1 непосредственно к среде Delphi . Высокопроизводительный компилятор в манншный код - в отличие от большинства Паскаль-компиляторов, транслирующих в р-код, в Delphi программный текст компилируется непосредственно в машинный код, в результате чего Delphi - приложения исполняются в 10-20 раз быстрее (особенно приложения, использующие математические функции). Готовое приложение может быть изготовлено либо в виде исполняемого модуля, либо в виде динамической библиотеки, которую можно использовать в приложениях, написанных на других языках программирования. Благодаря открытой компонентной архитектуре приложения, изготовленные при помощи Delphi , работают надежно и устойчиво, Delphi поддерживает использование уже существующих объектов, включая DLL, написанные на С и C++, OLE серверах, VBX, объектах, созданных, при помощи Delphi . Из готовых компонент работающие приложения собираются очень быстро. Кроме того, поскольку Delphi имеет полностью объектную ориентацию, разработчики могут создавать свои повторно используемые объекты для того, чтобы уменьшить затараты на разработку. Delphi предлагает разработчикам - как в составе команды, так и индивидуальным - открытую архитектуру, позволяющую добавлять компоненты, где бы они ни были изготовлены, и оперировать этими вновь введенными компонентами в визуальном построителе. Разработчики могут добавлять CASE-инструменты, кодовые генераторы, а также авторские Ье1р"ы, доступные через меню Delphi. Редактирование программ можно осуществлять, используя запись и исполнение макросов, работу с текстовыми блоками, настраиваемые комбинации клавиш и цветовое выделение строк.
Delphi обладает мощнейшим, встроенным в редактор графическим отладчиком, позволяющим находить и устранять ошибки в коде. Вы можете установить точки останова, проверить и изменить переменные, при помощи пошагового выполнения в точности понять поведение программы. Если же требуются возможности более тонкой отладки, то можно использовать отдельно доступный Turbo Debugger» проверив ассемблерные инструкций и регистры процессора. Инспектор объектов представляет из себя отдельное окно, где можно в период проектирования программы устанавливать значения свойств и событий объектов (Properties & Events).
Менеджер проектов дает возможность разработчику просмотреть все модули в соответствующем проекте и снабжает удобным механизмом для управления проектами. Так же менеджер проектов показывает имена файлов, время и дату выбранных форм и пр. Можно немедленно попасть в текст или форму, просто щелкнув мышкой на соответствующее имя.
Навигатор объектов показывает библиотеку доступных объектов и осуществляет навигацию по вашему . приложению. Можно посмотреть иерархию объектов, прокомпилированные модули в библиотеке, список глобальных имен вашего кода.
