автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.11, диссертация на тему:Программное обеспечение процессов управления медиапотоками в условиях гетерогенности информационных систем реального времени

На правах рукописи

005055991

ЛОМОВ Эдуапд Олегович

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЦЕССОВ УПРАВЛЕНИЯ МЕДИАПОТОКАМИ В УСЛОВИЯХ ГЕТЕРОГЕННОСТИ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ

Специальность: 05.13.11 - Математическое и программное обеспечение

вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 9 НОЯ 2012

Воронеж-2012

005055991

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»

Научный руководитель Бурковский Виктор Леонидовнч,

доктор технических наук, профессор, Воронежский государственный технический университет, заведующий кафедрой электропривода, автоматики и управления в технических системах

Официальные оппоненты: Подвальный Евгений Семенович,

доктор технических наук, профессор, директор Воронежского филиала ФГБОУ ВПО "Российская академия народного хозяйства и государственной службы при Президенте Российской Федерации";

Яскевич Ольга Георгиевна,

кандидат технических наук, доцент, Воронежский государственный технический университет, доцент кафедры систем автоматизированного проектирования и информационных систем, заместитель декана ЕГФ

Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Юго-Западный

государственный университет», г. Курск

Защита состоится 13 декабря 2012 г. в 1500 часов в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 212.037.01 ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» по адресу: 394026, г. Воронеж, Московский просп., 14.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет».

Автореферат разослан «_

Ученый секретарь диссертационного совета

_» ноября 2012 г.

Барабанов В.Ф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В современных условиях информационные системы (ИС) реального времени, предоставляющие услуги для обеспечения глобального мультимедийного общения, получают широкое распространение. При этом каждый провайдер информационных услуг реализует собственную финансово-техническую политику, которая непосредственно влияет на качество используемого оборудования и тарифные планы. В связи с этим формируемые в рамках сеанса мультимедийной связи медиапотоки имеют различные характеристики, что является причиной их гетерогенности. К данным характеристикам относятся: неоднородность используемых математических и программных средств, различная стоимость и степень качества передаваемой информации,' территориальная удаленность абонентов и т.д.

Исходя из этого пользователю для организации коммуникационных ресурсов необходимо располагать исчерпывающей информацией об альтернативных информационных системах, предоставляющих услуги для мультимедийного общения. К этой информации относится список информационных систем, предоставляющих услуги мультимедийного общения; информация о тарифных планах на предоставляемые медиапотоки; информация о качестве предоставляемых медиапотоков; информация о средствах взаимодействия с удаленной ИС.

Все это существенно снижает качество информационного обслуживания и обусловливает необходимость создания специальных программно-аппаратных средств, позволяющих автоматизировать процесс выбора медиапотока на основе пользовательских критериев.

Сложившиеся в настоящее время тенденции в данной области связанны с процессами интеграции информационных компонентов, что обеспечивает наиболее эффективное использование вычислительных ресурсов путем предоставления единых интерфейсов обработки медиапотоков, обеспечивающих взаимодействие с любым из компонентов гетерогенного пространства; предоставления приемлемого варианта для достижения конечной цели из множества альтернативных вариантов обслуживания в рамках гетерогенной информационной среды; обеспечения наиболее качественного взаимодействия между различными приложениями. Реализация интеграционных процессов позволяет повысить качество управления в реальном времени, предоставить пользователю данные в едином формате без учета специфики удаленного приложения, с которым происходит взаимодействие.

В этой связи актуальность тематики диссертационной работы обусловлена необходимостью дальнейшего развития средств алгоритмического и программного обеспечения, ориентированных на повышение эффективности управления медиапотоками в условиях

гетерогенности информационных систем реального времени и уровня качества обслуживания.

Тематика диссертационной работы соответствует одному из основных научных направлений ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» «Вычислительные комплексы и проблемно-ориентированные системы управления», а также госбюджетной НИР кафедры автоматики и информатики в технических системах (ГБ №504310).

Целью диссертационной работы является разработка комплекса средств алгоритмического и программного обеспечения процессов управления медиапотоками в условиях гетерогенности информационных систем, на основе реализации современных методов и средств обработки данных в реальном времени, обеспечивающих предоставление инструментов для организации сессии мультимедийного общения с использованием лучшего с точки зрения пользовательских критериев медиапотока. Исходя из данной цели в работе определены следующие задачи исследования:

- анализ содержания и специфики задач процессов управления медиапотоками в условиях гетерогенности информационных систем реального времени, предоставляющих средства для мультимедийного общения, а также выбор современных подходов к разработке их алгоритмического и программного обеспечения;

- разработка алгоритмов двухуровневого управления медиапотоками: алгоритма критериального управления, основанного на выборе медиапотоков с использованием метода анализа иерархий; алгоритма управления медиапотоком в режиме реального времени сессии мультимедийного общения, использующего граф ожидания для разрешения блокировок в условиях тупиковых ситуаций транзакций;

- построение информационной модели системы управления медиапотоками, включающей серверную часть, обеспечивающую преобразование в режиме реального времени множества разнородных медиапотоков, поступающих от различных информационных систем, в гомогенную информационную среду, а также осуществляющую управление полученным гомогенным пространством с использованием разработанных алгоритмов двухуровневого управления, и клиентскую часть, позволяющую организовывать сессии мультимедийного общения;

- разработка портируемых средств программного обеспечения процессов управления медиапотоками в условиях гетерогенности информационных систем реального времени, а также их апробация в условиях корпоративной сети передачи данных.

Методы исследования основаны на использовании соответствующих разделов теории построения информационных систем, теории принятия решений, теории графов, теории информации, объектно-ориентированного программирования.

Результаты, представленные в диссертационной работе, соответствуют следующим пунктам паспорта специальности:

- п. 3 ("Модели, "методы, алгоритмы, языки и программные инструменты для организации взаимодействия программ и программных систем");

- п. 7 ("Человеко-машинные интерфейсы; модели, методы, алгоритмы и программные средства машинной графики, визуализации, обработки изображений, систем виртуальной реальности, мультимедийного общения").

Научная новизна. В работе получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:

-средства алгоритмического обеспечения процессов двухуровневого управления медиапотоками, отличающиеся реализацией метода анализа иерархий на первом уровне, обеспечивающего выбор потока из множества, предоставляемого информационными системами реального времени, а также графом ожидания на втором уровне, обеспечивающего разрешение блокировок транзакций медиапотоков в рамках сессии мультимедийного общения;

-структурная модель преобразования гетерогенной информационной среды в гомогенную, отличающаяся реализацией множества различных сервисов, каждый из которых работает со своим типом информации и обеспечивает кодирование в реальном времени исходных медиапотоков в однородный формат, а также предоставляет единые и универсальные интерфейсы для взаимодействия с ними;

- структурная модель взаимодействия с информационными системами, предоставляющими средства для мультимедийного общения, отличающаяся использованием сервера, осуществляющего на основе набора математического и алгоритмического обеспечения преобразование в реальном времени гетерогенного информационного пространства в гомогенное с целью дальнейшего управления медиапотоками, а также "тонкого" клиента, обеспечивающего взаимодействие между полученным гомогенным пространством и пользователем;

- структура программного обеспечения процессов управления медиапотоками, отличающаяся механизмами межмодульного взаимодействия с внешними пользовательскими приложениями и позволяющая встраивать программные средства преобразования гетерогенной информационной среды в гомогенную в стороннее программное обеспечение.

Практическая значимость работы состоит в следующем:

-на основе сервис-ориентированной архитектуры (80А), реализации программных кодеков для перекодирования различных входных/выходных информационных медиапотоков, а также стандартизированных внутри системы сервисных интерфейсов создана программная система, обеспечивающая преобразование в реальном времени логического представления гетерогенного информационного пространства в гомогенное;

- разработана программная подсистема, обеспечивающая выбор в соответствии с заданными характеристиками медиапотока из полученной гомогенной информационной среды на основе метода анализа иерархий, а

также осуществляющая разрешение конфликтов блокировок транзакций медиапотоков на основе графа ожидания в режиме реального времени;

- на основе технологии Flash, разработан программный модуль, который в режиме реального времени позволяет взаимодействовать с формируемой гомогенной средой, обеспечивая тем самым мультимедийное общение нескольких пользователей. Данный программный модуль встраивается во внешние приложения путем регистрации собственного функционала в виртуальной машине JavaScript.

Реализация и внедрение результатов работы. Основные теоретические и практические результаты работы реализованы в виде средств программного обеспечения процессов управления медиапотоками в условиях гетерогенности информационных систем реального времени. Результаты работы получили практическое внедрение в ООО «Горсеть», являющемся провайдером ГГ-услуг. Кроме того, они внедрены в учебный процесс в рамках дисциплин «Информационные сети и телекоммуникации», «Информационное обеспечение систем управления» на кафедре электропривода, автоматики и управления в технических системах ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет».

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены и обсуждались на Всероссийской конференции "Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве" (Воронеж, 2010), Всероссийской конференции "Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах" (Воронеж, 2010), Всероссийской конференции "Интеллектуальные информационные системы" (Воронеж,

2010), Всероссийской конференции "Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве" (Воронеж,

2011), международной научно-методической конференции "Информатика: проблемы, методология, технологии" (Воронеж, 2012), а также на научных конференциях профессорско-преподавательского состава ВГТУ и научных семинарах кафедры автоматики и информатики в технических системах (2008-2012 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ, в том числе 6 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: [1,2,3] - структура координатора транзакций, выполненного с использованием языка запросов и скриптового языка, с использованием разрешения блокировок на основе графа ожидания; [4,7,8] - структурная модель системы управления информационной средой; [5,9] - модель преобразования гетерогенной информационной среды, а также модель интеграции разработанного приложения, позволяющая обеспечить взаимодействие с формируемой гомогенной средой; [6,10,11] - средства математического обеспечения процессов управления медиапотоками в гетерогенных информационных системах, отличающиеся реализацией методом анализа иерархий, а также алгоритм выбора медиапотока; [14] - специальное программное обеспечение

процессов управления транзакциями; [15] - специальное программное обеспечение процессов управления потоками данных в условиях гетерогенности информационных систем реального времени.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 20 наименований и приложений. Основная часть работы изложена на 161 странице, содержит 50 рисунков, 22 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность проблемы, сформулирована цель и основные задачи исследования, представлены основные научные результаты, приведено краткое содержание по главам.

В первой главе рассмотрена среда, формируемая множеством гетерогенных информационных систем реального времени, предоставляющих средства для осуществления мультимедийного общения пользователей, используемые в ней технологии передачи данных, их достоинства и недостатки.

Территориалнн ая

30На 1 Абонент Абонент

ь ь

I» Абон *

Абонент О* \ / .■ ' ...

О Абонент

Ь

Абонент ^ ■ ¿ЧРц ' у Абонент

/

' Абонент* *

Ш ИС1

Гетерогенная

информационная

среда

Решаемые задачи при выборе

Получение слисп информационных систем, предоставляющих услуги мультимедийного общения

Получение информации о тарифных планах на предоставляемые медиа потоки

Получение информации о качестве предоставляемых медиапотоков

Изучение средств взаимодействия с удаленной ИС

Рис. 1. Задачи, решаемые пользователем для организации коммуникационных ресурсов

Подробно описаны проблемы, которые возникают при использовании 1Р сети как среды передачи данных. Приведено обзорное изложение основных протоколов, используемых для передачи медиапотоков по 1Р сетям, а также средства для кодирования информации в удобный для транспортировки вид.

Объектом контроля в системе управления являются, в первую очередь, множество медиапотоков с различными характеристиками, особенности гетерогенной информационной среды, а также взаимодействие пользователя со средой представлены на рис. 1. Кроме того, если рассматривать гетерогенную информационную среду с точки зрения транспортного уровня, то данные в ней передаются по протоколу 1Р, в связи с этим требуется учитывать еще один ряд особенностей: задержка — эта характеристика зависит от физической структуры сети, а также от ее загруженности; джитгер - пакеты часто прибывают в пункт назначения в разное время и в разной последовательности; потеря пакетов - пакеты могут не прийти вовремя или оказаться поврежденными. Использование ТСР и других протоколов устойчивых к потерям данных в информационных системах передачи медиапотоков невозможно, так как время доставки строго ограничено. Исходя из рассмотренных особенностей транспортной части гетерогенной информационной среды требуется разработка механизма создания транзакционности потока внутри сессии мультимедийного общения с целью предотвращения нарушений его целостности.

В заключительной части главы конкретизированы цели и задачи исследования, решение которых повысит эффективность работы с гетерогенной информационной средой.

Во второй главе выбрана наиболее рациональная архитектура для построения системы информационного обслуживания, а также осуществлена разработка средств алгоритмического обеспечения процессов двухуровневого управления медиапотоками в условиях гетерогенности информационных систем реального времени.

Задачу по преобразованию гетерогенной информационной среды в гомогенную предлагается решать путем построения системы с использованием архитектуры БОА (сервис ориентированная архитектура). Достоинствами этой архитектуры являются: использование распределённых, слабо связанных заменяемых компонентов, оснащённых стандартизированными интерфейсами для взаимодействия по стандартизированным протоколам; архитектура не привязана к какой-то определённой технологии, она может быть реализована с использованием широкого спектра технологий; главное — это использование независимых сервисов с чётко определёнными интерфейсами, которые для выполнения своих задач вызываются стандартным способом. Архитектура БОА в полной мере решает задачу преобразования гетерогенной информационной среды в гомогенную. В результате структурная схема интеграции системы управления с гетерогенным информационным пространством представлена четырьмя слоями (рис. 2): гетерогенная информационная среда, формируемая

множеством информационных систем, предоставляющих средства для мультимедийного общения; гомогенная информационная среда, обеспечивающая предоставление единых и универсальных интерфейсов доступа к множеству информационных систем; подсистема двухуровневого управления, обеспечивающая выбор лучшего медиапотока на основе пользовательских критериев из полученного гомогенного пространства, а также осуществляющая контроль его транзакционности в процессе сессии мультимедийного общения; слой взаимодействия с пользователем, предоставляющий инструменты для организации сессии мультимедийного общения используя для этого подсистему двухуровневого управления и гомогенную информационную среду.

Рис. 2. Структурная схема интеграции системы управления с гетерогенным информационным пространством

Двухуровневое управление включает в себя выбор лучшего медиапотока с точки зрения пользовательских критериев от различных информационных систем реального времени, находящихся в гомогенной среде, а также транзакционное управление медиапотоком в рамках сессии мультимедийного общения. На первом уровне для описания функции выбора применен метод анализа иерархий. Пример структуры задачи принятия решений в рамках выбора медиапотока на основе пользовательских критериев приведен на рис. 3.

Задача имеет единственный иерархический уровень с тремя

критериями и три альтернативных решения (потоки А, В и С). Оценка трех потоков основана на вычислении комбинированного весового коэффициента для каждого из них.

Выбор потока

[Стоимость (0.62)1

I \ I

А В С ¡0.129) (0 277)(0.5М)

Качество (031)

А В С (0.545) (0.273) (0.182)

06ъем(0.07)

А В С

(0.336! (0.6625(0.102)

Рис. 3. Пример структуры задачи принятия решений с использованием метода анализа иерархий

Рис. 4. Структурная схема алгоритма выбора информационного потока из гомогенного пространства

указатель на транзакционный (алгоритм управления второго уровня) недиапоток, который наиболее удовлетворяет пользовательским критериям;

- «Подсистему обслуживания пользовательских запросов» - это эболочка, использующая реализацию протокола ЛТМР. Данная подсистема :оздает объекты сессий между клиентом и сервером, а также обрабатывает пользовательские запросы в режиме реального времени, используя для взаимодействия протокол ЯТМР;

Подсистема обслуживания пользовательских запросов

Сервер приложения

7\

S¿

RTMP Adapter

Внешнее приложение

74

1Z

RTMP Adapter

Внешнее приложение

\/

RTMP Adapter

Внешнее приложение

Рис. 6. Структурная модель взаимодействия серверной части с клиентской частью и множеством ИС

- «RTMP Adapter» - встраиваемый клиентский объект, осуществляющий взаимодействие с серверным приложением, а также предоставляющий набор функций для работы с гомогенной средой, путем их регистрации в JavaScript виртуальной машине, подробнее см. на рис. 7;

- «Внешнее приложение» - приложение, в которое встраивается клиентский объект, в его роли, обычно, выступает Web браузер, с поддержкой Flash Media Player.

- «ЯТМР» - протокол для передачи медиапотоков, а также обеспечения взаимодействия сервера приложений и встраиваемого клиентского объекта.

внешним приложением и сервером

На схеме структурной модели (рис. 7) представлены основные компоненты в цепочке взаимодействия внешнего приложения с информационно-управляющей системой, а также механизм встраивания клиентского объекта во внешнее пользовательское приложение. Структурная модель взаимодействия клиентского приложения с внешними приложениями и сервером включает:

- «Сервер приложения» - это удаленный сервер, преобразующий гетерогенную информационную среду в гомогенную (общая структура представлена на рис. 6);

Также в процессе обслуживания возникают задачи и с большим количеством уровней и критериев: предположим, что требуется осуществить связь между двумя пользователями, но условия таковы, что должны учитываться критерии каждого, тогда задача выбора будет иметь два уровня и наборы критериев каждого пользователя. На основе метода анализа иерархий, используемого в рамках решения задачи управления, разработан алгоритм выбора лучшего с точки зрения пользовательских критериев медиапотока (рис. 4), отличительной особенностью которого являются качественные приоритеты, позволяющие обоснованно сравнивать разнородные факторы, а также осуществление выбора по варьируемому количеству критериев. Применение данного алгоритма обеспечивает требуемое быстродействие в рамках решения задачи выбора медиапотока из гомогенной информационной среды.

Рис. 5. Алгоритм разрешения блокировок на основе графа ожидания

Управление второго уровня работает в рамках сессии мультимедийного общения в режиме реального времени. В контексте медиапотока операции чтения и записи пакетов должны быть атомарными, то есть транзакционными. При обработке нескольких медиапотоков в рамках одной сессии мультимедийного общения транзакция может одновременно обращаться к нескольким объектам, соответственно, блокировать их. Две транзакции, взаимодействуя с несколькими потоками, могут взаимно блокироваться. Решение задачи разрешения блокировок в контексте медиапотоков осуществляется путем построения графа ожидания. Структурная схема алгоритма разрешения блокировок на основе графа

ожиданий представлена на рис. 5, отличительной особенностью которого является выявление блокировок на основе построения графа ожидания с последующим откатом произвольно блокирующей транзакции и дальнейшим ее перезапуском.

Применение алгоритма редукции к графу ожидания обеспечивает требуемое быстродействие для разрешения тупиковых ситуаций в рамках управления транзакциями медиапотоков.

В третьей главе предложена информационная модель системы управления медиапотоками в условиях гетерогенности информационных систем реального времени, предоставляющих средства для организации мультимедийного общения, основными элементами которой являются: набор сервисов трансформаторов, обеспечивающих преобразование гетерогенной информационной среды в гомогенную; двухуровневая подсистема управления, обеспечивающая выбор лучшего медиапотока с точки зрения пользовательских критериев из полученного гомогенного пространства; тонкий клиент, обеспечивающий взаимодействие между пользовательской программой и полученной гомогенной средой. Результирующая графическая модель интеграции системы управления с гетерогенным информационным пространством представлена на рис. 2. Если рассматривать систему с точки зрения основных элементов, то структурная модель взаимодействия серверной части с клиентской частью и множеством ИС представлена на рис. 6.

Ключевым объектом преобразования является сервис (на рис. 2 он изображен в виде объекта "Преобразование для ИС"), используя множество сервисов и описание единого универсального интерфейса доступа, гетерогенная информационная среда преобразуется в гомогенную. Структурная модель включает:

- «ИС1», «ИС2», «ИСЗ» и т.д. - набор информационных систем реального времени, предоставляющих услуги для мультимедийного общения;

- «Сервис 1», «Сервис 2», «Сервис 3» и т.д. - трансформатор, который, используя внутреннее математическое и алгоритмическое обеспечение, преобразует внешний медиапоток (неизвестный по своему формату ядру серверного приложения) во внутренний медиапоток (формат которого уже заведомо определен и стандартизирован для всей системы «Единый интерфейс доступа»), а также выполняет обратные преобразования. Это правило является основным для всех сервисов, разница заключается лишь в том, что для разных типов информации (видео, аудио) внутренний поток будет иметь разную структуру;

- «Подсистему управления медиапотоками», которая осуществляет выбор требуемого медиапотока из полученного гомогенного пространства, основываясь на текущем состоянии сервиса, обслуживающего поток, и критериях пользователя. Выбор происходит с использованием программной реализации разработанного алгоритма первого уровня управления. Результатом работы этой системы будет выделенный внутри сессии

- «API ядро» - это основное ядро встраиваемой клиентской системы, взаимодействующее с серверным приложением, используя для этого протокол RTMP. Данное ядро разработано на объектно-ориентированном языке программирования Action Script 3.0, поэтому работает в контексте виртуальной машины Flash. Оно предоставляет средства для взаимодействия с гомогенной средой, формируемой серверным приложением такие, как: работа с видеопотоками, аудиопотоками, а также средства взаимодействия с подсистемой двухуровневого управления, путем регистрации функции в JavaScript виртуальной машине;

- «Графический интерфейс» - специальный набор классов, сгенерированный с использованием технологии Adobe Hex, служит для обеспечения работы клиентского приложения в графическом режиме;

- «Пользовательское Web приложение» - это приложение сторонних разработчиков, которое предполагает встраивание клиентского объекта;

-«Контент пользовательского приложения» содержит в себе набор ресурсов пользовательского Web приложения такие, как: Web-страницы, изображения, скрипты и т.д.;

- «Сценарий для работы с гомогенной средой» - документ, написанный на скриптовом языке JavaScript, выполняющийся в виртуальной машине JS, использующий внутренние инструменты, которые предоставляет клиентский объект.

Полная связь классов и объектов в виде UML диаграмм представлена в диссертационной работе.

В четвертой главе предложена структура программного обеспечения, определен состав и функции программных модулей. Рассмотрена структура интерфейсов взаимодействия с серверной частью приложения. Предложена методика настройки для каждой определенной территориальной зоны. Разработаны интерфейсы внедрения в сторонние программно-аппаратные решения, описаны функциональные части и представлены методики их использования.

Программная система состоит из двух частей, которые логически разделены на клиентскую и серверную, но физически все данные располагаются в одном месте - на удаленном сервере приложения. После внедрения специального тега в HTML страницу на Web-портале браузер автоматически загрузит клиентский объект в память пользовательского ПК и начнет локальное исполнение сценария работы в JavaScript виртуальной машине, и логику взаимодействия - в Flash виртуальной машине.

Дистрибутив программного обеспечения включает в себя следующие компоненты, их структура представлена на рис. 8:

- server/VCServer.war - ZIP архив с серверной частью приложения, которая работает под управлением Red5 Media Server, структура архива и его полное описание приведены в приложении В диссертационной работы;

- server/conf/* - файлы настроек для серверного приложения;

- client/VCClient.swf - внедряемый клиентский объект, выполняемый в виртуальной машине Flash;

- client/VCClient.js — набор функций оберток JavaScript для удобной реализации взаимодействия внешнего приложения и клиентского объекта;

- client/VCClient.html - тестовая страница, показывающая пример работы с внедряемым клиентским объектом;

- tools/dbutils/* - набор инструментов для удобной настройки сервера СУБД, требуемого для работы ПО.

Рис. 8. Структура дистрибутива программной системы

Для корректного запуска требуется установка, настройка и запуск сервера базы данных; создание базы данных, путем загрузки вспомогательных скриптов; добавление настроек сервисов, пользователей, прав доступа, временных зон и оценок медиапотоков; установка, настройка и запуск сервера приложений; настройка библиотеки стека SIP протокола; настройка сервиса, работающего с SIP серверами; инсталляция клиентского объекта в рабочий каталог.

Интегрируясь с внешними Web-приложениями, встраиваемый клиентский объект средствами виртуальной машины JavaScript предоставляет функции для авторизации на удаленном сервере приложения; вызова абонентов, используя различные информационные системы, предоставляющие средства мультимедийного общения; выбора лучшей информационной системы с точки зрения пользовательских критериев, для осуществления связи с удаленным абонентом; конференцсвязи; переадресации; видеовызовов с использованием Web-камеры. Описание всех функций, предоставляемых клиентским объектом, приведено в приложении Г

диссертационном работы. На рис. 9 представлен пример использования функции авторизации на удаленном сервере внутри внешнего HTML кода.

4" г EXscript type-"cext/;)ava3ci:ipf>

з 3 function login() i

1 Е 3 try (

5 document["vcciient"J.login(

; document:. getElementById( "изегкате" -value.

7 document. get£lementById( ^password" •value,

6 9 document.getEleroentByldi ) . "redSurl") value

10 )

il Е К catcïi( ex ) {

12 alert(ex) ;

13 1 )

14 )

15 1

16. ~</script>

17

Рис. 9. Пример использования внутренних функций Flash объекта внутри внешнего HTML кода

Предложенный алгоритм трансформации гетерогенного информационного пространства в гомогенную информационную среду и алгоритм двухуровневого управления медиапотоками прошли практическую апробацию в рамках разработанного программного комплекса, направленного на решение проблемы оперативного обслуживания абонентов в гетерогенной распределенной информационной среде в условиях зоны провайдера IT-услуг ООО «Горсеть».

Анализ эффективности предложенных средств алгоритмического и программного обеспечения показал, что использование разработанного ПО, обеспечивает повышение эффективности взаимодействия абонентов и привлекателен для пользователей по своим характеристикам.

200 150 100 50 0

Кол-

во БЫЗОВОВ

2 4

V

10 12 14 16 18 20 22

(t.-ЦК)

Рис. 10. Количество звонков в сети в зависимости от часа суток после внедрения ПО (1 - стандартная телефония, 2 - разработанное ПО)

Основные элементы разработанного ПО прошли государственную регистрацию.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Проведен анализ содержания и специфики задач процессов управления медиапотоками в условиях гетерогенности информационных систем реального времени, предоставляющих средства для мультимедийного общения, а также современных подходов к разработке их алгоритмического и программного обеспечения.

2. На основе использования сервис-ориентированной архитектуры разработана графическая модель интеграции системы управления с гетерогенным информационным пространством, формируемым множеством информационных систем реального времени.

3. Разработан алгоритм двухуровневого управления медиапотоками, позволяющий на основе пользовательских критериев выбирать медиапоток из множества предоставляемых, а также осуществлять управление разрешением блокировок транзакций медиапотока в процессе сессии мультимедийного общения.

4. Разработана структурная модель серверной части, обеспечивающая преобразование в реальном времени множества разнородных медиапотоков в гомогенную среду, а также предоставляющая средства для выбора из этой среды лучшего с точки зрения пользовательских критериев медиапотока.

5. Разработана структурная модель встраиваемой клиентской части, обеспечивающая организацию сессии мультимедийного общения, а также позволяющая использовать инструменты для работы с гомогенной средой во внешних пользовательских приложениях, путем предоставления дополнительных функций, используя для этого технологию на базе виртуальной машины JavaScript.

6. Разработаны портируемые средства программного обеспечения процессов управления медиапотоками в условиях гетерогенности информационных систем реального времени.

7. Разработанное программное обеспечение внедрено провайдеру IT-услуг ООО «Горсеть». Анализ эффективности предложенных средств алгоритмического и программного обеспечения показал, что его использование обеспечивает повышение эффективности работы с гетерогенной информационной средой.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Построение координатора транзакций в распределенной гетерогенной среде на базе LUA / A.A. Голиков, С.А. Рыков, Э.О. Ломов, В.Л. Бурковский // Вестник Воронежского государственного технического университета 2009. Т. 5. № 4. С. 202-203.

2. Выбор оптимального скриптового языка для запросов и координирования транзакций в гетерогенной информационной системе /

A.A. Голиков, С.А. Рыков, Э.О. Ломов, В.Л. Бурковский // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2009. Т 5 № 4 С. 211-213.

3. Архитектура системы управления транзакциями в гетерогенной информационной системе» / A.A. Голиков, С.А. Рыков, Э.О. Ломов,

B.Л. Бурковский // Электротехнические комплексы и системы управления науч.-техн. журнал. 2010. № 2/18. С. 51-52.

4. Бурковский В.Л. Построение системы информационного обслуживания населения в гетерогенной информационной среде / В.Л. Бурковский, Э.О. Ломов // ИнВестРегион. 2010. № 3. С. 30-33.

5. Бурковский В.Л. Проблематика управления информационным обслуживанием населения в условиях гетерогенности информационных потоков / В.Л. Бурковский, Э.О. Ломов // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2011. Т. 7. № 8. С. 111-115.

6. Бурковский В.Л. Модели принятия решений по выбору оптимального информационного потока на основе заданных критериев методом иерархий / Э.О. Ломов, В.Л. Бурковский // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2012. Т. 8. № 1. С. 4-10.

Статьи и материалы конференций

7. Бурковский В.Л. Выбор технологий для построения системы информационного обслуживания населения в условиях гетерогенности информационных сетей / В.Л. Бурковский, Э.О. Ломов // Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве: труды Всерос. науч. конф. Воронеж, 2010. С. 66-67.

8. Бурковский В.Л. Интеллектуализация управления в системе информационного обслуживания населения / В.Л. Бурковский, Э.О. Ломов // Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах: труды Всерос. науч. конф. Воронеж, 2010. С. 129- 130.

9. Управление информационным обслуживанием населения с использованием современных подходов обработки информации / Э.О. Ломов, A.A. Голиков, В.Л. Бурковский, С.А. Рыков // Интеллектуальные

информационные системы: труды Всерос. науч. конф. Воронеж, 2010. С. 4950.

10. Бурковский B.JI. Построение мультисервисной системы информационного обслуживания населения в условиях гетерогенности информационных потоков / В.Л. Бурковский, Э.О. Ломов // Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве: труды Всерос. науч. конф. Воронеж, 2011. С. 121 - 122.

11. Бурковский В.Л. Модели принятия решений по выбору оптимального информационного потока на основе заданных критериев методом иерархий / В.Л. Бурковский, Э.О. Ломов // Информатика: проблемы, методология, технологии: материал XII междунар. науч.-метод. конф., Воронеж, 2012. С. 72 - 73.

14. Ломов Э.О., Рыков С.А., Голиков A.A., Бурковский В.Л. Программная система «Управление транзакциями в гетерогенных системах специального назначения». ФГУП ВНТИЦ №50200900622 от 25.06.2009.

15. Ломов Э.О., Бурковский В.Л. «Программная система управления потоками данных в условиях гетерогенности информационных систем реального времени». ФГУП ВНТИЦ №50201251159 от 27.09.2012.

Подписано в печать 06.11.2012 Формат 60x84/16. Бумага для множительных аппаратов. Усл. печ. л. 1,1. Тираж 80 экз. Заказ №

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» 394026 Воронеж, Московский просп., 14

Содержание.

Введение.

Глава 1. Проблемы управления медиапотоками в условиях гетерогенности информационных систем реального времени.

1.1. Проблематика функционирования информационных систем в условиях гетерогенности медиапотоков.

1.2 Проблематика транспортировки медиапотоков в гетерогенной мультисервисной информационной среде.

1.3 Средства передачи медиапотоков в IP сетях.

1.3.1 Семейство протоколов Н.32*.

1.3.2 Протокол взаимодействия SIP.

1.3.3 Протокол IAX2.

1.3.4 Протокол MGCP.

1.3.5 Протокол Megaco/H.248.

1.3.6 Протокол SIGTRAN.

1.4 Кодирование медиапотоков для передачи по IP сетям.

1.5 Цель работы и задачи исследования.

Глава 2. Реализация задач управления медиапотоками в условиях гетерогенности информационных систем.

2.1 Архитектура системы управления процессами обработки данных.

2.2 Алгоритмизация двухуровневого управления медиапотоками.

2.2.1 Выбор лучшего медиапотока с точки зрения пользовательских критериев.

2.2.2 Транзакционное управление медиапотоками в рамках сессии мультимедийного общения.

2.3 Анализ и выбор лингвистического обеспечения для построения системы управления медиапотоками.

Выводы.

Глава 3. Структура системы управления медиапотоками в рамках гетерогенных информационных систем.

3.1 Обобщенная структура системы управления медиапотоками.

3.2 Структура серверного приложения.

3.2.1 Подсистема обслуживания пользовательских запросов.

3.2.2 Подсистема работы с сессиями.

3.2.3 Подсистема выбора лучшего медиапотока.

3.2.4 Подсистема работы с сервисами.

3.2.5 Программный интерфейс сервисов со стороны ядра.

3.3 Структура клиентского приложения.

Выводы.

Глава 4. Программное обеспечение системы управления медиапотоками в условиях гетерогенности информационных систем и результаты практической апробации.

4.1 Структура программного обеспечения.

4.2 Процедура установки и запуск сервера базы данных.

4.3 Процедура установки и запуска сервера приложений.

4.4 Процедура установки Flash клиента программной системы.

4.5 Пользовательский интерфейс.

4.6 Средства интеграции клиентской части с другими приложениями.

4.7 Результаты практического использования.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

В современных условиях информационные системы (ИС) реального времени, предоставляющие услуги для обеспечения глобального мультимедийного общения, получают широкое распространение. При этом каждый провайдер информационных услуг реализует собственную финансово-техническую политику, которая непосредственно влияет на качество используемого оборудования и тарифные планы. В связи с этим формируемые, в рамках сеанса мультимедийной связи медиапотоки имеют различные характеристики, что является причиной их гетерогенности. К данным характеристикам относится: неоднородность используемых математических и программных средств (ПО), различная стоимостью и степень качества передаваемой информации, территориальная удаленность абонентов, и т.д.

Исходя из этого, пользователю, для организации коммуникационных ресурсов, необходимо располагать исчерпывающей информацией об альтернативных информационных системах, предоставляющих услуги для мультимедийного общения. К этой информации относится: список информационных систем, предоставляющих услуги мультимедийного общения; информация о тарифных планах на предоставляемые медиапотоки; информация о качестве предоставляемых медиапотоков; информация о средствах взаимодействия с удаленной ИС.

Все это существенно снижает качество информационного обслуживания и обуславливает необходимость создания специальных программно-аппаратных средств, позволяющих автоматизировать процесс выбора медиапотока на основе пользовательских критериев.

Сложившиеся в настоящее время тенденции в данной области, связанны с процессами интеграции информационных компонентов, что обеспечивает наиболее эффективное использование вычислительных ресурсов путем: предоставления единых интерфейсов обработки медиапотоков, обеспечивающих взаимодействие с любым из компонентов гетерогенного пространства; предоставления приемлемого варианта для достижения конечной цели из множества альтернативных вариантов обслуживания в рамках гетерогенной информационной среды; обеспечения наиболее качественного взаимодействия между различными приложениями. Реализация интеграционных процессов позволяет повысить качество управления в реальном времени, предоставить пользователю данные в едином формате, без учета специфики удаленного приложения, с которым происходит взаимодействие.

В этой связи актуальность тематики диссертационной работы обусловлена необходимостью дальнейшего развития средств алгоритмического и программного обеспечения, ориентированных на повышение эффективности управления медиапотоками в условиях гетерогенности информационных систем реального времени и уровня качества обслуживания.

Тематика диссертационной работы соответствует одному из основных научных направлений Воронежского государственного технического университета "Вычислительные комплексы и проблемно-ориентированные системы управления", а также госбюджетной НИР кафедры "Автоматики и информатики в технических системах" (ГБ №504310).

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью диссертационной работы является разработка комплекса средств алгоритмического и программного обеспечения процессов управления медиапотоками в условиях гетерогенности информационных систем, на основе реализации современных методов и средств обработки данных в реальном времени, обеспечивающих предоставление инструментов для организации сессии мультимедийного общения с использованием лучшего с точки зрения пользовательских критериев медиапотока. Исходя из данной цели, в работе определены следующие задачи исследования:

- анализ содержания и специфики задач процессов управления медиапотоками в условиях гетерогенности информационных систем реального времени, предоставляющих средства для мультимедийного общения, а также выбор современных подходов к разработке их алгоритмического и программного обеспечения;

- разработка алгоритмов двухуровневого управления медиапотоками: алгоритма критериального управления, основанного на выборе медиапотоков с использованием метода анализа иерархий; алгоритма управления медиапотоком в режиме реального времени сессии мультимедийного общения, использующего граф ожидания для разрешения блокировок в условиях тупиковых ситуаций транзакций.

- построение информационной модели системы управления медиапотоками, включающей: серверную часть, обеспечивающую преобразование в режиме реального времени множества разнородных медиапотоков, поступающих от различных информационных систем, в гомогенную информационную среду, а также осуществляющую управление полученным гомогенным пространством с использованием разработанных алгоритмов двухуровневого управления, и клиентскую часть, позволяющую организовывать сессии мультимедийного общения;

- разработка портируемых средств программного обеспечения процессов управления медиапотоками в условиях гетерогенности информационных систем реального времени, а также их апробация в условиях корпоративной сети передачи данных.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Методы исследования основаны на использовании соответствующих разделов: теории построения информационных систем, теории принятия решений, теории графов, теории информации, объектно-ориентированного программирования.

Результаты, представленные в диссертационной работе, соответствуют следующим пунктам паспорта специальности:

- п. 1 ("Модели, методы, алгоритмы, языки и программные инструменты для организации взаимодействия программ и программных систем");

- п. 7 ("Человеко-машинные интерфейсы; модели, методы, алгоритмы и программные средства машинной графики, визуализации, обработки изображений, систем виртуальной реальности, мультимедийного общения").

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

В работе получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:

- средства алгоритмического обеспечения процессов двухуровневого управления медиапотоками, отличающиеся реализацией метода анализа иерархий на первом уровне, обеспечивающего выбор потока из множества, предоставляемого информационными системами реального времени, а также графом ожидания на втором уровне, обеспечивающего разрешение блокировок транзакций медиапотоков в рамках сессии мультимедийного общения;

- структурная модель преобразования гетерогенной информационной среды в гомогенную, отличающаяся реализацией множества различных сервисов, каждый из которых работает со своим типом информации и обеспечивает кодирование в реальном времени исходных медиапотоков в однородный формат, а также предоставляет единые и универсальные интерфейсы для взаимодействия с ними;

- структурная модель взаимодействия с информационными системами, предоставляющими средства для мультимедийного общения, отличающаяся использованием сервера, осуществляющего на основе набора математического и алгоритмического обеспечения преобразование в 8 реальном времени гетерогенного информационного пространства в гомогенное, с целью дальнейшего управления медиапотоками, а также "тонкого" клиента, обеспечивающего взаимодействие между полученным гомогенным пространством и пользователем;

- структура программного обеспечения процессов управления медиапотоками, отличающаяся механизмами межмодульного взаимодействия с внешними пользовательскими приложениями и позволяющая встраивать программные средства преобразования гетерогенной информационной среды в гомогенную в стороннее программное обеспечение.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ

Практическая ценность работы состоит в следующем:

- на основе сервис-ориентированной архитектуры (SOA), реализации программных кодеков для перекодирования различных входных/выходных информационных медиапотоков, а также стандартизированных внутри системы сервисных интерфейсов создана программная система, обеспечивающая преобразование в реальном времени логического представления гетерогенного информационного пространства в гомогенное;

- разработана программная подсистема, обеспечивающая выбор в соответствии с заданными характеристиками медиапотока из полученной гомогенной информационной среды на основе метода анализа иерархий, а также осуществляющая разрешение конфликтов блокировок транзакций медиапотоков на основе графа ожидания в режиме реального времени;

- на основе технологии Flash, разработан программный модуль, который в режиме реального времени позволяет взаимодействовать с формируемой гомогенной средой, обеспечивая тем самым мультимедийное общение нескольких пользователей. Данный программный модуль встраивается во внешние приложения, путем регистрации собственного функционала в виртуальной машине JavaScript.

РЕАЛИЗАЦИЯ И ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

Основные теоретические и практические результаты работы реализованы в виде средств программного обеспечения процессов управления медиапотоками в условиях гетерогенности информационных систем реального времени. Результаты работы получили практическое внедрение в ООО "Горсеть", являющегося провайдером 1Т-услуг. Кроме того, они внедрены в учебный процесс в рамках дисциплины "Информационные сети и телекоммуникации", "Информационное обеспечение систем управления" на кафедре ЭАиУТС Воронежского государственного технического университета.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Материалы диссертации представлены и обсуждены на Всероссийской конференции "Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве" (Воронеж, 2010), Всероссийской конференции "Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах" (Воронеж, 2010), Всероссийской конференции "Интеллектуальные информационные системы" (Воронеж, 2010), Всероссийской конференции "Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве" (Воронеж, 2011), международной научно-методической конференции "Информатика: проблемы, методология, технологии" (Воронеж, 2012), а также на научных конференциях профессорско-преподавательского состава ВГТУ и научных семинарах кафедры автоматики и информатики в технических системах (2008-2012 г.г.).

ПУБЛИКАЦИИ

Основные результаты диссертации опубликованы в 15 публикациях, в том числе шести статьях в изданиях, рекомендованных ВАК России. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежит: [1,2,3] - структура координатора транзакций, выполненного с использованием языка запросов и скриптового языка, с использованием разрешения блокировок на основе графа ожидания; [4,7,8] - структурная модель системы управления информационной средой; [5,9] - модель преобразования гетерогенной информационной среды, а также модель интеграции разработанного приложения, позволяющая обеспечить взаимодействие с формируемой гомогенной средой; [6,10,11] - средства математического обеспечения процессов управления медиапотоками в гетерогенных информационных системах, отличающиеся реализацией методом анализа иерархий, а также алгоритм выбора медиапотока; [14] - специальное программное обеспечение процессов управления транзакциями; [15] - специальное программное обеспечение процессов управления потоками данных в условиях гетерогенности информационных систем реального времени.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 20 наименований и приложений. Основная часть работы изложена на 161 странице, содержит 50 рисунков, 22 таблицы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проведен анализ содержания и специфики задач процессов управления медиапотоками в условиях гетерогенности информационных систем реального времени, предоставляющих средства для мультимедийного общения, а также современных подходов к разработке их алгоритмического и программного обеспечения.

2. На основе использования сервис-ориентированной архитектуры разработана графическая модель интеграции системы управления с гетерогенным информационным пространством, формируемым множеством информационных систем реального времени.

3. Разработан алгоритм двухуровневого управления медиапотоками, позволяющий на основе пользовательских критериев выбирать медиапоток из множества предоставляемых, а также осуществлять управление разрешением блокировок транзакций медиапотока в процессе сессии мультимедийного общения.

4. Разработана структурная модель серверной части, обеспечивающая преобразование в реальном времени множества разнородных медиапотоков в гомогенную среду, а также предоставляющая средства для выбора из этой среды лучшего с точки зрения пользовательских критериев медиапотока.

5. Разработана структурная модель встраиваемой клиентской части, обеспечивающая организацию сессии мультимедийного общения, а также позволяющая использовать инструменты для работы с гомогенной средой во внешних пользовательских приложениях, путем предоставления дополнительных функций, используя для этого технологию на базе виртуальной машины JavaScript.

6. Разработаны портируемые средства программного обеспечения процессов управления медиапотоками в условиях гетерогенности информационных систем реального времени.

7. Разработанное программное обеспечение внедрено провайдеру IT-услуг ООО «Горсеть». Анализ эффективности предложенных средств алгоритмического и программного обеспечения показал, что его использование, обеспечивает повышение эффективности работы с гетерогенной информационной средой.

1. Action Script 3.0 для Adobe Flash CS4 Professional. Официальный учебный курс (+ CD-ROM) Эксмо, 2009 - 396 с

2. Bell М. SOA Modeling Patterns for Service-Oriented Discovery and Analysis - John Wiley and Sons, Ltd, 2010 - 400 c.3. http://www.red5.org/

3. Биберштейн H., Боуз С. Компас в мире сервис-ориентированной архитектуры (SOA) - М.:КУДИЦ-Пресс, 2007 - 321 с.

4. Битнер В.И. Принципы и протоколы взаимодействия телекоммуникационных сетей. Учебное пособие для вузов М. Литер, 2003 -272 с.

5. Кудряшов Б.Д. Теория информации М. Литер, 2009, - 320 с.

6. Ногин В. Д. Принцип Эджворта-Парето в терминах нечеткой функции выбора // Журнал вычислительной математики и математической физики,2006, т. 46, №4, С. 582-591

7. Петровский А. Теория принятия решений - М.:Академия, 2009 - 400 с.

8. Подиновская О.В. Метод анализа иерархий как метод поддержки принятия многокритериальных решений // Информационные технохнологии моделирорования и управления. — 2010. — № 1 (60).

9. Саморезов В., Зарубин А., Гольдштейн Б. Протокол SIP. Справочник -М.:БХВ-Санкт-Петербург, 2005 456 с.

10. Семенов Ю. Алгоритмы телекоммуникационных сетей. В 3 частях. Часть 1. Алгоритмы и протоколы каналов и сетей передачи М.:Интернет-университет информационных технологий, Бином. Лаборатория знаний,2007, 640 с.

11. Сергеенко B.C., Баринов В.В. Сжатие данных, речи, звука и изображений в телекоммуникационных системах М.:РадиоСофт, 2011, - 360 с.

12. Стоялингс В. Компьютерные сети, протоколы и технологии Интернета М.:БХВ-Петербург, 2005, - 832 с.

13. Таненбаум Э., Уэзеролл Д. Компьютерные сети. 5-е изд. М. Литер, 2009, - 960 с.

14. Троелсен Э. Язык программирования С# 2010 и платформа .NET 4 -М.:Вильямс, 2011 -400 с.

15. Филимонов А.Ю. Построение мультисервисных сетей Ethernet: Формирование и кодирование потоков VoIP, IPTV; Регулирование и учет трафика абонентских приложений; Управление доступом к сетевым ресурсам и др. М. :БХВ-Петербург, 2007, - 592 с.

16. Хемди А. Введение в исследование операций. Седьмое издание. -М.:Издательский дом "Вильяме", 2005. 912 с.

17. Цимбал А. А., Аншина М. Технологии создания распределенных систем. Для профессионалов. Издательский дом "Питер" 2003 - с. 576

18. Шилдт Г. Java. Полное руководство - М.:Вильямс, 2010 - 600 с

19. Шмидт Д., Хьюстон С. Программирование сетевых приложений на С++. Том 2 - М.:Бином-Пресс, 2012 - 239 с.