Введение к работе
Актуальность темы. Активное исследование водных акваторий, проведение обслуживающих и монтажных подводных работ, обеспечение безопасности судоходства и охрана портовых территорий стимулируют развитие гидроакустических систем ближнего действия. На сегодняшний день к ним можно отнести такие системы как эхолоты, профилографы, гидролокаторы бокового обзора и др.
Процесс создания гидроакустических систем является трудоемким и растянутым во времени. По разным оценкам от начала проектирования до производства реального изделия готового к эксплуатации проходит 2-3 года.
В данной работе гидроакустические системы предлагается рассматривать как информационные системы, поскольку они обладают соответствующими признаками: сбор, хранение, обработка и отображение информации. Такой угол зрения позволяет кардинально пересмотреть подход к проектированию и разработке гидроакустических систем. В новом подходе гидроакустические антенны и электронная часть, включающая в себя излучающие и приемные тракты, должна выступать в роли средств получения исходных данных, для того чтобы главную или системообразующую роль могли играть информационные системы, изменение которых должно порождать гидроакустическую систему с новыми или измененными свойствами.
В сегодняшней реальности практически для любых новых тактико-технических характеристик изделия требуется проектирование и разработка соответствующих гидроакустических антенн, в то же время для большинства гидроакустических задач существует возможность создания унифицированной структуры электронной части. Тогда для создания гидроакустической системы, удовлетворяющей конкретным тактико-техническим характеристикам, потребуется подобрать или создать соответствующую гидроакустическую антенну и создать соответствующую информационную систему, оставляя при этом неизменной структуру электронной части. Естественно, что такая унификация электронной части обеспечивается за счет делегирования большого количества задач (управление параметрами излучения, генерация формы зондирующих импульсов, обработка исходных данных и т.д.) информационной системе, что приводит к сильному усложнению последней.
Так же известно, что деятельность по созданию программного обеспечения информационных систем до сих пор относят больше к ремеслу, нежели к стандартизированной и регламентированной деятельности, именно поэтому при озвученном выше подходе большая часть времени и финансовых ресурсов (около 60 процентов) тратится на создание и отладку программного обеспечения.
Проблемами оптимизации процессов разработки информационных систем занимаются многие российские и зарубежные ученые (Ю.М. Шерстюк, Л.Н. Лядова, М.А. Рощин, Д.О. Брюхов, СМ. Абрамов, Джек Гринфилд, Жан-Мари Фавр, Кристофер Чранецкий, Мартин Фаулер и др.).
Анализ исследований, проведенный по рассматриваемой проблеме, показал, что практически все значимые нововведения в области повышения эффективности разработки информационных систем, направлены на решение двух основных проблем:
-
Сокращение семантического разрыва между средствами описания целевой информационной системы и средствами её реализации;
-
Увеличение степени повторного использования активов (проектные решения, алгоритмические решения, программные компоненты и т.д.).
В то же время не существует общего метода, который бы позволил создавать информационные системы с максимально возможной степенью повторного использования существующих активов и одновременным сокращением затрат на преодоление семантического разрыва.
Таким образом, задача разработки метода и его реализации, которая бы позволила значительно сократить время создания гидроакустических информационных систем, а так же снизить квалификационные требования в области программирования к разработчикам, является актуальной.
Объект исследования. Гидроакустические информационные системы.
Предмет исследования. Процесс конфигурирования функциональности гидроакустических информационных систем.
Цели исследования. Целью настоящей работы является разработка и исследование метода построения гидроакустических информационных систем на основе конфигурирования функциональности. Второй, не менее важной целью диссертационной работы, является исследование метода, которое заключается в проектировании и разработке программного каркаса реализующего предлагаемый в работе метод.
В диссертационной работе решается следующий ряд задач:
-
Сократить квалификационные требования к разработчикам гидроакустических информационных систем в области программирования;
-
Увеличить степень повторного использования архитектурных и алгоритмических решений;
-
Обеспечить меньшую вероятность возникновения системных ошибок;
-
Сохранить производительные свойства создаваемых систем на уровне не ниже чем при использовании существующих методов создания;
-
Обеспечить гибкость и расширяемость создаваемых систем в задачах обработки данных и управления параметрами излучения.
Методы исследований:
Для решения поставленных задач были использованы как теоретические, так и экспериментальные методы: теория и методы анализа и проектирования информационных систем; методы анализа и проектирования программных средств; методы системного анализа; теория множеств и методы дискретной математики; методы теории вероятностей; методы моделирования и мета моделирования; натурный эксперимент.
Научная новизна работы:
-
Разработанный метод построения гидроакустических информационных систем отличается от известных тем, что в нем предлагается разделить программную компоненту информационных систем на статические и динамические составляющие, предоставив специальные средства для организации связей между ними и средства для создания новых динамических составляющих, которые учитывают заданную структуру связей. В свою очередь средства для организации связей учитывают внутреннюю структуру конкретной динамической составляющей. Такая взаимопроникающая иерархия позволяет сократить семантический разрыв между концептуальными описаниями разрабатываемых систем и их реализацией, а формальное изложение метода и его атрибутов позволяют заложить основу для широкого использования ранее разработанных артефактов без их повторного программирования;
-
Впервые предложенная в виде механизма модель гидроакустической информационной системы, которая учитывает вариативность отдельных элементов - плагинов: алгоритмы управления параметрами излучения и алгоритмы обработки данных. Включает в себя: формальные модели элементов; формальные модели функций над элементами, которые обеспечивают создание связей между элементами;
-
Система формальных манипуляций над программными элементами, которая используя специально определенные операции, обеспечивает формализацию конфигурирования плагинов обработки и управления для гидроакустических информационных систем.
Практическая ценность.
Предлагаемая в работе идея рассмотрения гидроакустических систем как информационных систем и разработанный метод в совокупности с реализованным программным каркасом позволяют сократить время создания гидроакустических информационных систем и снизить квалификационные требования в области программирования к разработчикам. Увеличение степени повторного использования архитектурных и алгоритмических решений, а так же программных компонентов могут оказать благотворное влияние, как на качество создаваемых гидроакустических систем, так и на экономические показатели проектов. По разным оценкам экономия трудозатрат при использовании каркаса может варьироваться от 40 до 82 процентов.
Положения, выносимые на защиту:
-
Метод построения гидроакустических информационных систем как совокупность взаимосвязанных механизмов верхнего и нижнего уровня;
-
Формальные модели элементов и функций механизма конфигурирования функциональности гидроакустических информационных систем (механизм верхнего уровня);
-
Система формальных манипуляций над программными элементами для механизма конфигурирования плагинов обработки и управления (механизм нижнего уровня);
б
4. Архитектура программного каркаса и его реализация как воплощение предложенного метода.
Достоверность полученных результатов. Подтверждается апробацией полученных результатов путем разработки и практического использования программного каркаса реализующего метод в процессе разработки реальных гидроакустических информационных систем.
Реализация и использование результатов работы. Результаты диссертационного исследования внедрены на предприятии ООО «Аквзаонд», г. Таганрог и ГНЦ ФГУГП «Южморгеология», г. Геленджик , что подтверждается соответствующими актами. Так же результаты используются в ходе продолжающегося гранта РФФИ № 13-07-00971 а, в котором автор работы является руководителем и внутреннем гранте Южного федерального университета №213.01-24/2013-103.
Апробация работы. Научные результаты, полученные в рамках диссертационной работы, докладывались и обсуждались на 5 Международных и 9 Всероссийских конференциях и коллоквиумах:
-
VII Всероссийская научная конференция молодых ученых, аспирантов и студентов «Информационные технологии, системный анализ и управление» (Таганрог, 2009);
-
Международная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы построения информационных систем и процессов» (Таганрог, 2010);
-
VIII Всероссийская научная конференция молодых ученых, аспирантов и студентов «Информационные технологии, системный анализ и управление» (Таганрог, 2010);
-
X Всероссийская научная конференция студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления» (Таганрог, 2010);
-
II Международная научно-техническая конференция «Технологии разработки информационных систем» (Таганрог, 2011);
6) IX Всероссийская научная конференция молодых учёных, аспирантов и
студентов «Информационные технологии, системный анализ и управление».
(Таганрог, 2011);
7) XI Всероссийская конференция «Прикладные технологии гидроакустики
и гидрофизики». (Санкт-Петербург, 2012);
-
VIII Ежегодная научная конференция студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН (Таганрог, 2012);
-
6-ой весенний/летний коллоквиум молодых исследователей в области программной инженерии «SYRCoSE 2012» (Пермь, 2012);
-
VI Всероссийская научная школа-семинар молодых ученых, аспирантов и студентов «Семантическая интерпретация и интеллектуальная обработка текстов, их приложения в информационном поиске, хранении и обработке документов в электронных архивах и библиотеках» (Таганрог, 2012);
11)111 Международная научно-техническая конференция «Технологии разработки информационных систем» (Таганрог, 2012);
-
X Всероссийская научная конференция молодых учёных, аспирантов и студентов «Информационные технологии, системный анализ и управление» (Таганрог, 2012);
-
Международная научно-практическая конференция аспирантов и студентов «Инженерия программного обеспечения 2013» (Киев, 2013);
-
IV Международная научно-техническая конференция «Технологии разработки информационных систем» (Таганрог, 2013).
Публикации. По материалам диссертации автором опубликовано 23 работы, из них 5 статей в реферируемых журналах, входящих в список изданий, рекомендованный ВАК и два свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ. Общий объем публикаций составляет 5.3 печатных листа из которых 65 процентов авторского текста,
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, содержащего 98 наименований и приложений. Работа изложена на 163 страницах, содержит 21 рисунок, 8 таблиц и 5 приложений.
