автореферат диссертации по документальной информации, 05.25.05, диссертация на тему:Разработка и исследование метода построения гидроакустических информационных систем на основе конфигурирования функциональности

На правей рукописи

ДЕГТЯРЕВ Алексей Андреевич

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА ПОСТРОЕНИЯ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ КОНФИГУРИРОВАНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОСТИ

05.25.05 - информационные системы и процессы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005547788

Таганрог - 2014

1г- ¡'АН 70И

005547788

Работа выполнена в ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет».

Научный руководитель:

Научные Консультанты:

РОГОЗОВ Юрий Иванович, доктор технических наук, профессор, Южный федеральный университет, кафедра системного анализа и телекоммуникаций, заведующий кафедрой.

БОДРОВ Владимир, профессор, Университет прикладных наук (г. Берлин, Германия).

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

КОБАК Валерий Григорьевич, доктор технических наук, доцент, Донской государственный технический университет, кафедра программного обеспечения вычислительной техники и автоматизированных систем, профессор.

ДОЛГОВ Александр Николаевич, кандидат технических наук, ООО Конструкторское бюро морской электроники «Вектор», директор-генеральный конструктор.

Учреждение Российской академии наук Институт программных систем им. А.К. Айла-мазяна РАН (ИПС им. А.К. Айламазяна РАН).

Защита состоится «18» июня 2014 г. в «13-00» часов на заседании диссертационного совета Д 212.208.25 Южного федерального университета по адресу: 347928, Ростовская обл., г. Таганрог, ул. Чехова 2, ауд. И-409.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте Южного федерального университета по адресу http://hub.sfedu.ru/diss/announcements/council/18/

Автореферат разослан «14» апреля 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Ю.А. Брюхо мицкий

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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, С.М. 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:

1. Сокращение семантического разрыва между средствами описания целевой информационной системы и средствами её реализации;

2. 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:

1. Сократить квалификационные требования к разработчикам гидроакустических информационных систем в области программирования;

2. Увеличить степень повторного использования архитектурных и алгоритмических решений;

3. Обеспечить меньшую вероятность возникновения системных ошибок;

4. Сохранить производительные свойства создаваемых систем на уровне не ниже чем при использовании существующих методов создания;

5. 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:

1. 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;

2. 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;

3. 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:

1. Метод построения гидроакустических информационных систем как совокупность взаимосвязанных механизмов верхнего и нижнего уровня;

2. Формальные модели элементов и функций механизма конфигурирования функциональности гидроакустических информационных систем (механизм верхнего уровня);

3. Система формальных манипуляций над программными элементами для механизма конфигурирования плагинов обработки и управления (механизм нижнего уровня);

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 №213.0124/2013-103.

Апробация работы. Научные результаты, полученные в рамках диссертационной работы, докладывались и обсуждались на 5 Международных и 9 Всероссийских конференциях и коллоквиумах:

1) VII Всероссийская научная конференция молодых ученых, аспирантов и студентов «Информационные технологии, системный анализ и управление» (Таганрог, 2009);

2) Международная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы построения информационных систем и процессов» (Таганрог, 2010);

3) VIII Всероссийская научная конференция молодых ученых, аспирантов и студентов «Информационные технологии, системный анализ и управление» (Таганрог, 2010);

4) X Всероссийская научная конференция студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления» (Таганрог, 2010);

5) 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);

8) VIII Ежегодная научная конференция студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН (Таганрог, 2012);

9) 6-ой весенний/летний коллоквиум молодых исследователей в области программной инженерии «SYRCoSE 2012» (Пермь, 2012);

10) 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);

12) X Всероссийская научная конференция молодых учёных, аспирантов и студентов «Информационные технологии, системный анализ и управление» (Таганрог, 2012);

13) Международная научно-практическая конференция аспирантов и студентов «Инженерия программного обеспечения 2013» (Киев, 2013);

14) 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.

Структура и содержание диссертационной работы

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.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении излагается актуальность темы диссертации, ее цели, задачи, объект и предмет исследования, научная новизна, практическая значимость, апробация и результаты исследования, выносимые на защиту.

В первой главе выполнено исследование понятий «гидроакустическая система» и «информационная система», в результате которого было выяснено, что фактически данные понятия являются тождественными. Введено понятие «гидроакустическая информационная система» (ГА ИС), для которых системообразующим элементом является программное обеспечение. Определены проблемы построения гидроакустических информационных систем, основными из которых являются отсутствие повторного использования ранее созданных артефактов и семантический разрыв между средствами описания решения и средствами его реализации. Произведены обзор и анализ существующих методов и подходов к построению информационных систем, на основе работ А.Г Мами-конова, М.А. Рощина, Ю.Л. Муромцева, Р. Wegner, I. Graham, N. Medvickmc, Я. Демитровича, Д.О. Брюхова и др.

Из проведенного анализа следует, что наиболее перспективным путем для решения проблем заявленных в работе является «каркасный» подход.

Метод построения ГА ИС предложено разработать на основе конфигурирования функциональности гидроакустических информационных систем. Приведена типовая структура ГА ИС, а так же введено понятие их функциональности.

Сделано заключение о том, что разрабатываемый метод должен обеспечивать построение новых ГА ИС за счет конфигурирования их функциональности. В связи с этим для решения обозначенных научных и практических задач требуется:

1. Разработать метод построения ГА ИС как совокупность двух механизмов конфигурирования функциональности;

2. Разработать формальные модели элементов и функций механизма верхнего уровня;

3. Представить элементы механизма нижнего уровня в виде элементов алгебраической системы, для формального определения операций над ними;

4. Разработать систему формальных манипуляций над программными элементами;

5. Реализовать метод построения ГА ИС в виде программного каркаса;

6. Выполнить оценку эффективности применения каркаса в задачах построения гидроакустических информационных систем.

Метод построения гидроакустических систем представлен во второй главе диссертационной работы.

Формальные модели элементов и функций механизма верхнего уровня, представление элементов механизма нижнего уровня в виде элементов многослойного множества и система формальных манипуляций над программными элементами приведены в третьей главе диссертационной работы.

Реализация метода и результаты оценки эффективности его применения приведены в четвертой главе диссертационной работы.

Во второй главе представлены результаты разработки метода построения гидроакустических информационных систем как совокупность двух механизмов вложенных друг в друга, которые названы механизм верхнего уровня и механизм нижнего уровня. Первый позволяет конфигурировать целевую систему из определенного набора элементов, в то время как второй позволяет конфигурировать эти элементы. Для описания предлагаемых механизмов вводятся такие характеристики действий как методика, элементы, функции, инструменты и результаты. В общем виде структура механизма получения ГА ИС описана следующим образом:

пСАЮ П}СА15 ргСАЮ с/йЛ/Я

МеЛаш5тимв = <М£1*,Рипс> Работа механизма описана как некоторая функция:

„,С ЛИ ,,Е|?Л'5 Р|СДК пКЛМ

Ке5и(Сг 3 = РСпгГ1 '(^¿ь ■т°°1\.3.м »

Под конфигурированием в данной работе подразумевается процесс приведения «компонента» или «системы» в соответствие с различными требованиями, без изменения основного кода. Под функциональностью гидроакустических информационных систем понимается содержательная составляющая алгоритмов обработки данных и алгоритмов управления параметрами излучения, а так же их связи с другими подсистемами. Поэтому суть предлагаемого метода построения гидроакустических информационных систем на основе конфигурирования функциональности заключаться в следующем:

Для получения информационной системы обладающей новой функциональностью нет необходимости переписывать существующий программный код или писать новый. Состав множеств Мв1*м!1 (методик) и Гипс£'*с (функций), полагается статичным, в то время как множество (элементов), разбива-

ется на классы статичных и динамичных элементов. Статичные элементы, жестко закодированы в программном ядре, в то время как динамичные элемен-

ты представляются программными библиотеками. К динамичным элементам, как ра з и относятся те элементы, которые влияют на функциональность, а их связи со статичными элементами обеспечиваются за счет выполнения функций из множества Ршгс, * .

Таким образом, для получения новой функциональности пользователю («субъекту») необходимо в механизме МеИап^тЕ1слк, выбрать подходящие для решения его задачи элементы из класса динамичных, и обеспечить связи выбранных динамичных элементов со статичными элементами с помощью функций по определенной методике. Если же подходящих динамичных элементов нет, то пользователю, для получения нужного элемента необходимо перейти к механизму конфигурирования соответствующих элементов, который вложен в механизм Ме/шпшп^иге.

Учитывая вышеизложенное, метод конфигурирования функциональности предложено сформулировать следующим образом:

Шаг 1. Определить класс гидроакустической информационной системы;

Шаг 2. Выбрать методику из множества соответствующую классу,

определенному на шаге 1;

Шаг 3. Сформировать список динамичных элементов необходимых для решения задачи и требования к ним;

Шаг 4. Найти элементы, которые позволят удовлетворить требования сформированные на шаге 3;

Шаг 5. Если необходимые элементы присутствуют в списке доступных, то перейти к шагу 7, если отсутствуют, то к шагу 6;

Шаг 6. Сформировать необходимые элементы, используя вложенный механизм соответствующего класса;

Шаг 7. Перейти к выполнению функций над выбранными (или сконфигурированными) элементами в соответствии с методикой из шага 1;

Шаг 8. Оценить полученную функциональность ГА ИС на соответствие требованиям из шага 3.

В главе представлено декларативное описание механизма верхнего уровня. Для описания элементов механизма было введено несколько новых понятий:

Адаптеры - это класс абстрактных сущностей, которые являются источником «сырых» данных и способны воспринимать параметры управления каналом приема/излучения, так же адаптеры выполняет функции хранения и воспроизведения «сырых» данных.

Плагины обработки - это класс абстрактных сущностей, которые представляют набор законченных и согласованных алгоритмов обработки «сырых» данных, цель которых получение результирующей информации. Как правило в такой набор могут входить задачи удаления постоянной составляющей из принятого сигнала, алгоритмы цифровой фильтрации, поиск объектов и расчет их характеристик и др.

Плагины управления - это класс абстрактных сущностей, которые представляют набор законченных и согласованных алгоритмов обеспечивающих

оценку текущих параметров системы и результатов полученных от плагинов обработки, а так же принятие решений по управлению параметрами подсистемы приема/излучения и реализацию принятых решений по средством изменения параметров адаптера.

Делегаты - это класс абстрактных сущностей, которые представляют внешнего потребителя или систему, они получают результирующую информацию от плагинов обработки, могут изменять состояния адаптера, а так же управлять параметрами плагина управления.

В качестве функций механизма предложено использовать два основных класса: функции времени подготовки системы к работе - «Загрузить и зарегистрировать плагин», «Связать плагин обработки с адаптером», «Связать плагин управления с адаптером», и функции времени работы системы - «Включить плагин» и «Выключить плагин». Инструменты и методики механизма только обозначены, так как их содержательный характер проявляется при реализации метода в виде программной системы.

Аналогично механизму верхнего уровня представлено декларативное описание механизма нижнего уровня. Элементы данного механизма разбиты на три основные класса: элементы класса данные, элементы класса функции, элементы класса операторы управления. Такое разбиение заимствованно из идей блочного программирования. Функции механизма нижнего уровня представлены одним классом, который содержит в себе следующие основные функции - связывание двух элементов, таким образом, что выходы одного элемента поглощаются входами другого; связывание двух элементов, таким образом, что выходы одного элемента являются донорами для другого, но при этом не поглощаются.

В третьей главе представлены формальные модели элементов и функций механизмов конфигурирования функциональности гидроакустических информационных систем.

Для механизма верхнего уровня были разработаны модели следующих элементов:

Адаптеры:

GAIS

Model(Elt 3 ) = {nameOf Entity,rawMas,SettingsRx,SettingsTx,valueState), где nameOfEntity - уникальное имя адаптера, представленное в виде строки символов; rawMas - сырые данные получаемые от антенной подсистемы; Set-tingsRx - множество параметров управления приемным трактом; SettingsTx -множество параметров управления трактом излучения; valueState - состояние адаптера, может быть выключенным, включенным на излучение и включенным только на прием, соответственно принимает значения 0, 1,2.

Делегаты:

¿¡GAIS

Model^El^ 3 ) = [nameOfEntity, Input,Output), где nameOfEntity - это уникальное имя делегата, представленное в виде строки символов; Input - это входные параметры, которые представляются множеством двуместных кортежей:

Input = {(nameOfParameters, value>4 J,

где nameOfParametets - уникальное для сущности nameOfEntity имя параметра, a value - его значение;

Output - это выходные параметры, которые представляются множеством двуместных кортежей, в которых первый элемент является именем сущности, которой адресованы параметры, а второй элемент является множеством двуместных кортежей, каждый из которых символизирует имя параметра и его значение:

Output = ((nameOf Entity, (nameOf Parameters, value)k)j}.

Плагины обработки и плагины управления:

-.G AIS

Model(ßl2 З3 ) H {nameOfEntity, idjplugin, rawMas, Input, Output}, где nameOfEntity - уникальное имя плагина, представленное в виде строки символов, в отличии от адаптеров и делегатов имя не указывает на конкретный экземпляр плагина, а только очерчивает семейство систем для которых он предназначен, и пред задаёт маску входных параметров; id_plugin - уникальный идентификатор экземпляра плагина в рамках имени nameOfEntity; rawMas -входной параметр предназначенный для получения сырых данных от адаптеров; Input и Output - входные и выходные параметры структура которых такая же как и у делегатов.

Функция связать плагин обработки с адаптером обозначается бинарным оператором А H В, где А - это адаптер, а В - плагин обработки. У данной функции несколько результатов ее выполнения, в общем виде их можно записать следующим образом:

р.СЛ/5 p.GAIS

El3 El

el( 1 ® eh 2 = {Relation,State,MapRawMass], где Relation - это множество характеризующее связь адаптера с плагином обработки:

г / eibiïa's\ ( 1

Relation = j (к, nameOf Entity e Model I ei, 1 I .nameOfEntity e Modell е1; 2 In,

где к - это уникальный идентификатор, который никогда не повторяется;

Г ( EiEt*MS\

State = i(k,(id_plugin е Modell elj 2 \,state)m) ,

где state = 0. .1, (3 id_pluginm,statem = 1 & V id jp lug in Ф idjpluginm, state = 0)

( Elm*A!S\ ( e^A,S\

MapRawMass = rawMas e Model I elt 1 I -> rawMas e Model I el. 2 1.

Для завершения функции связывания необходимо добавить полученные одноэлементные множества в соответствующие таблицы супервизора, это выполняется с помощью теоретико-множественной операции объединения: TableRelation = TableRelation U Relation, TableState = TableState U State , TableMap = TableMap и Map.

Функция связать плагин управления с адаптером. Является перегруженным вариантом функции «связать плагин обработки с адаптером», в кото-

?jGAIS

Ж

рой в качестве В подставляются элементы elj 3 , и запрещена операция: TableMap = TableMap U Map.

Функция сделать активным экземпляр плагина. Обозначается через унарный оператор UX, где Х- это упорядоченная пара состоящая из имени плагина и идентификатора экземпляра, который необходимо сделать активным:

/ ( e^ais\

X = {nameOf Entity e Model I elj 2J 1, idjplugin e Model I elj " 1>,

далее элементы приведенной пары будем обозначать х1 и х2 соответственно.

Для выполнения операции выполняется следующая последовательность действий:

1. В таблице TableRelation выполняется поиск такого идентификатора к

( EiEt™'s\

для которого nameOfEntity еModell elj " е TableRelation = хг, после чего

найденный к запоминается z=k;

2. В таблице TableState производится поиск пары для которой k-z. Второй элемент найденной пары представляет собой множество пар «идентифика-

/ e^a,s\

тор-состояние» вида (idjplugin е Model I elj " I .state), для каждой такой пары

элемент state приравнивается к нулю;

3. Производится поиск в множестве пар «идентификатор-состояние» такой пары, для которой элемент idjplugin е Model I elj " J = х2, второй элемент

state найденной пары приравнивается к единице.

Элементы и функции механизма нижнего уровня представлены в данном диссертационном исследовании в виде некоторой алгебраической системы.

Отличительной особенностью элементов механизма конфигурирования плагинов (механизма нижнего уровня), которые по своей сути являются программами и подпрограммами, является обязательное наличие информационных потоков, которые можно специфицировать по ряду дополнительных признаков, например, входные, выходные, внутренние и т.д. Это дает возможность представить такие элементы в виде некоторой спецификации. Тогда входящие в спецификацию классы рассматриваются как некоторые подмножества общего множества данных и параметров.

Исходя из такого представления можно отобразить элементы механизма составления плагинов в некоторые абстрактные математические модели.

Пусть задано некоторое множество элементов ^ = {xt}, и символ в обозначающий признак неиспользуемости. Пусть на множестве !; U 9 задано множество всевозможных отношений эквивалентности R = {RiJ- Каждое такое отношение эквивалентности разбивает U в на семейство непустых множеств {Ха}аеА таких, что

= 0;va,ß е А;ос Ф ß ¡¡ив = UaeAX*,

где А - некоторое множество индексов для обозначения блоков разбиения к.

Определим еще одно семейство непустых множеств Ек с: {Хк}а6А, в которое входят все Хк не содержащие символа 0, т.е.

(ЭХк,ХкП0*0)«(ХкеНк).

Пусть существует функция Б назначающая блокам подмножества Зк разбиения {Ха}цед один из двух знаков {"Входной", "Выходной"}.

Определение 1. Многослойным множеством Р называется множество таких объектов Т) состоящих из разбиения Ек и функции Р, т.е.

Р={%К = (Нк,Р>.

Поскольку 2к - это семейство множеств являющееся разбиением по определению, то составляющие его члены будем называть блоками. Для обозначения блока принадлежащего Ек будем использовать следующую запись Хк| 6 Нк, где 1 - это мощность рассматриваемого блока, а j - его уникальный идентификатор среди всех блоков, всех разбиений, т.е. ] = 1,..., ], где

]

|>кбть

чу

у

Примечание. Предполагается, что блоки принадлежащие разным разбиениям, но составленные из одного и того же набора элементов считаются совпадающими или подобными. При этом нижние индексы двух блоков совпадают, т.е.

Ух, [х, £ Хц х, 6 Х,тр] « (Ху = Х{"р)(1 = р), к Ф т.

Если блоку Ху функцией Р назначен входной знак, то такой блок будем обозначать диакритическим символом Хкг Аналогично будет обозначаться

блок, которому назначен выходной знак Хкг

Таким образом, элемент многослойного множества (ЭММ) можно представлять как набор блоков из разбиения Ек с сигнатурой определяемой функцией Р, т.е.

где Х]к Е Ек, а диакритический символ , может принимать два различных значения в зависимости от знака блока и , входные и выходные знаки соответственно. В дальнейшем будем придерживаться приведенного обозначения элемента многослойного множества.

Определение 2. Два блока Х]к и Х™р, принадлежащие разным ЭММ, называются подобными, если совпадают их нижние индексы, т.е. 1 = I и} = р.

Определение 3. Два блока Хк; и Х™р, принадлежащие разным ЭММ, называются парными, если они являются подобными и имеют одинаковую сигнатуРУ-

Определение 4. Два блока Х^ и Х™р, принадлежащие разным ЭММ, которые не являются подобными, считаются различными.

ЭММ удобно использовать в качестве спецификации для любых элементов механизма нижнего уровня. В этом случае различные информационные потоки элементов механизма определяются в виде блоков, которые в свою очередь однозначно определяются посредством набора элементов xi.

Информационные потоки элементов механизма также специфицируются по своей направленности - входные и выходные, что соответствует знакам которые назначены блокам. В следующем выражении приведен пример произвольного ЭММ, в котором раскрыто содержание блоков:

Л = | (Х1, х2), (х3, х4, х5}, {х6, х7, х8} к

V Х2д Х3д Х3(2 )

Введем определения необходимых операций над ЭММ: операция объединения и операция соединения.

Определение 5. Операцией объединения % и т]2 двух ЭММ % и т)2 называется такая операция, в результате которой формируется новый ЭММ т|3, который состоит из всех различных и подобных блоков г|1 и Г|2, парные блоки добавляются в новый ЭММ в одном экземпляре. По своей сути данная операция аналогична классической операции объединения в теории множеств.

Определение 6. Операцией соединения Т)1 ® Лг Двух ЭММ Т|х и г)2 называется такая операция, в результате которой формируется новый ЭММ г|3, который состоит из всех различных блоков % и Лг> парные блоки добавляются в новый ЭММ в одном экземпляре, а подобные блоки поглощаются друг другом и не добавляются в новый ЭММ. Для данной операции существует так же ряд ограничений на возможные сочетания различных ЭММ.

Предложенная система формальных манипуляций над программными элементами, используя вновь определенные операции, обеспечивает формализацию конфигурирования плагинов обработки и управления для гидроакустических информационных систем. Она позволяет организовывать как последовательные, так и параллельные цепи элементов, осуществлять контроль за передачей информационных данных и входных параметров. В совокупности, изложенный в данном разделе материал представляет собой основу для проектирования и разработки конфигурируемого программного каркаса, для построения гидроакустических информационных систем.

В четвертой главе выбран путь и общие принципы построения программного каркаса, который предназначен для реализации метода построения гидроакустических информационных систем на основе конфигурирования функциональности. Дано обоснование технологиям реализации. На основе выработанных общих принципов выполнена разработка архитектуры программного каркаса, приведены описания основных классов и их методов. Выполнена экспериментальная оценка эффективности применения разработанного программного каркаса в задачах построения гидроакустических информационных систем.

Основные результаты эксперимента приведены на рисунке 1 и в таблице 1. Данная оценка проведена на примере построения гидроакустической системы «Доплеровский измеритель скорости движения со встроенным эхолотом».

шЕк mm

0 2 4 S к

y(N=14) y(N=6) y(N=0) yCTraditional) у (N=26)

Рисунок 1 - Трудоемкость реализации системы на различных эволюционных стадиях развития каркаса Рисунок 1 показывает зависимость трудоемкости выраженной в процентах от количества доменных алгоритмов в разрабатываемой системе (на рисунке приведен график для системы из 10 алгоритмов). Самая верхняя линия (у(Тгас!Шопа1)) показывает характер трудоемкости для классических подходов к проектированию и разработке информационных систем, остальные линии показывают характер трудоемкости при использовании разработанного программного каркаса. К, в данном случае, характеризует общее количество доменных алгоритмов находящихся в распоряжении каркаса.

Таблица 1 - Экономический эффект получаемый от применения каркаса

У/10),% delta, % tj, час to- tj, час Экономия (1ч=150руб), руб.

Vo 91.57 0 5908 0 0

V, 54.24 40.76 3499 2409 361350

V?. 49.71 45.71 3207 2701 405150

v.? 37.35 59.21 2409 3499 524850

У4 15.9 82.63 1025 4883 732450

Строка в таблице соответствует эволюционной стадии каркаса, столбец delta показывает абсолютную разницу в процентах между традиционным способом построения и способом с использованием разработанного программного каркаса.

Из результатов проведенного эксперимента следует, что при создании гидроакустических информационных систем экономия от использования программного каркаса может составлять от 40 до 82 процентов. Величина экономии варьируется в зависимости от того, сколько уже было построено информационных систем с использованием каркаса, насколько эти системы близки между собой в доменном плане и каково общее количество доменных алгоритмов в распоряжении каркаса. Следует отметить, что приведенные численные

значения расчетов верны для предметной области малоканальной гидроакустики, а для других предметных областей могут отличаться, тем не менее, есть основания полагать, что общая тенденция должна сохранятся.

В заключении приведены основные выводы и результаты диссертационной работы.

В приложении приведены диаграммы, описывающие структуру классов программного каркаса, наиболее интересные фрагменты исходного кода, пример конфигурационного хш1 файла для каркаса, копии двух свидетельств о государственной регистрации программ для ЭВМ и акты подтверждающие внедрение результатов диссертационной работы.

ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Выполненные исследования касаются двух аспектов: теоретического и практического. Теоретическая часть является вполне самостоятельной и законченной. Она намечает новые направления в области конфигурирования функциональности информационных систем. Разработанная формализация метода, по своей сути является междисциплинарной и может использоваться в предметных областях, которые обладают схожей природой с гидроакустическими информационными системами. Предложенную концепцию многослойных множеств можно рассматривать как основу для дальнейшего развития проблемы формальной организации многомерных структур. Предложенная система формальных манипуляций над программами является основой автоматизированной композиции подпрограмм из ограниченно заданного поля элементов, поэтому ее можно рассматривать как самостоятельное направление в области программного обеспечения информационных систем.

Практическая часть касается разработки и реализации программного каркаса, предназначенного для построения гидроакустических информационных систем. На практике каркас представляет собой программную систему, обладающую сложной архитектурой, но тем самым позволяющий разработчику конкретного изделия концентрироваться на задачах предметной области не отвлекаясь на задачи порождаемые дополнительной сложностью.

Полученные в работе научные и практические результаты сводятся в основном, к следующим:

1. Предложено рассматривать гидроакустические системы как информационные системы, что позволяет перейти на качественно новый уровень их создания;

2. Разработан метод построения гидроакустических информационных систем, который 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 разрьл 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;

3. Предложены формальные модели элементов и функций механизма конфигурирования функциональности гидроакустических информационных систем;

4. Предложена система формальных манипуляций над программными элементами для механизма конфигурирования плагинов обработки и управления;

6. Разработана архитектура программного каркаса и выполнена его реализация как воплощение предложенного метода;

7. Экспериментально показано, что эффективность применения программного каркаса в задачах построения гидроакустических информационных систем может варьироваться от 40 до 82 %.

Основные положения диссертации опубликованы в 23 работах, основными из которых являются:

Статьи в ведущих научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ:

1. Рогозов, Ю.И. Анализ и перспективы развития разработки программного обеспечения / Ю. И. Рогозов, А. С. Свиридов, А. А. Дегтярев // Журнал "Информационные технологии". Издательство «Новые технологии», 2011. N12 -С. 16-21

2. Рогозов, Ю.И. Построение классификации характеристик программного обеспечения с целью идентификации понятий предметной области как характеристик/ Ю.И. Рогозов, A.C. Свиридов, A.A. Дегтярев// Информатизация и связь. 2011.No3.-C. 80-83

3. Рогозов, Ю.И. Метод конфигурирования функциональности программных средств гидроакустических информационных систем / Ю.И. Рогозов, A.A. Дегтярев// Известия ЮФУ. Технические науки. 2014. N1. - С. 13-18

4. Рогозов, Ю.И. Формальные модели механизма конфигурирования функциональности программных средств гидроакустических информационных систем / Ю.И. Рогозов, A.A. Дегтярев // Информатизация и связь. 2013. N2. - С. 28-31

5. Рогозов, Ю.И. Оценка эффективности построения программных средств гидроакустических информационных систем с использованием конфигурируемого программного каркаса [Электронный ресурс] / Ю.И. Рогозов, A.A. Дегтярев // Инженерный вестник дона. 2013 Режим доступа: bttp://www.ivdon.rn/mapazine/archive/n4y2013/1877 - Загл. с экрана. — Яз. рус.

Свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ:

6. Дегтярев A.A., Дегтярева Е.Е., Рогозов Ю.И. Конфигурируемый каркас для гидроакустических компьютеризированных приборов // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №201366087 от 23 октября 2013 года.

7. Заковоротнов Е.А., Дегтярева Е.Е., Дегтярев A.A., Малыхина О.В. Программа оперативного сбора, обработки и хранения информации для промерного эхолота. // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ№2011618931 от 16 ноября 2011 года.

Публикации в других изданиях:

8. Рогозов, Ю.И., Информационные процессы в малоканальных гидроакустических комплексах ближнего действия построенных на основе программно-ориентированной архитектуры / Ю.И. Рогозов, Дегтярев A.A. ИТСАУ11 IX Всероссийская научная конференция молодых учёных, аспирантов и студентов «Информационные технологии, системный анализ и управление»: Сборник материалов. - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2011. - Т.1. С.64-68

9. Дегтярев, A.A. Способ описания функциональной единицы модуля / A.A. Дегтярев, Э.Г. Бербеков //Тезисы доклада //Сборник материалов X ВНК студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления- Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2010, - Т.1- С.128

10. Дегтярев, A.A. Сценарий создания программного модуля в LABVIEW / A.A. Дегтярев, A.A. Сарана // Сборник материалов X ВНК студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления-Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2010, - T.I- С.139

11. Рогозов, Ю.И. Метод быстрого построения корпоративных бизнес приложений / Ю.И. Рогозов, A.C. Свиридов, A.A. Дегтярев // Технологии разработки информационных систем: сборник материалов Международной научно-технической конференции. Том1. - Таганрог: Издательство Технологического института ЮФУ, 2011 - С. 102-109

12. Y. Rogozov, A. Degtyarev Meta-Model and Platform for quickly build software applications. Труды 6-ого весеннего/летнего коллоквиума молодых исследователей в области программной инженерии (SYRCoSE 2012), 30-31 мая 2012 г. - Пермь, Россия: ISBN 978-5-91474-019-8,230 стр., С. 21 - 27

13. Рогозов, Ю.И. Основы метода конфигурирования функциональности программных средств гидроакустических информационных систем / Ю.И. Рогозов, A.A. Дегтярев // Технологии разработки информационных систем ТРИС-2013: материалы конференции. Том 1,- Таганрог: Издательство Технологического института ЮФУ, 2013, 144 с. - С.25-31

14. Дегтярев, A.A. Анализ методов описания структуры автоматизированных систем. Сборник трудов VI Всероссийской научной школы-семинара 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: Изд-во ТТИЮФУ, 2012.-240с.- С. 211-213

15. Рогозов, Ю.И. Классификация характеристик линеек продуктов программного обеспечения / Ю.И. Рогозов, A.C. Свиридов, A.A. Дегтярев // Технологии разработки информационных систем: сборник материалов Международной научно-технической конференции. Т. 1. - Таганрог: Издательство Технологического института ЮФУ, 2011 - С. 65-68

16. Рогозов, Ю.И. Метрики для оценки потенциала к формированию линейки продуктов программного обеспечения из набора похожих программных продуктов / Ю.И. Рогозов, A.C. Свиридов, A.A. Дегтярев // Технологии разработки информационных систем: сборник материалов Международной научно-технической конференции. Том1. - Таганрог: Издательство Технологического института ЮФУ, 2011 - С. 78-82

17. Дегтярев, A.A. Подход к построению программного обеспечения гидроакустических информационных систем ближнего действия // Труды одиннадцатой всероссийской конференции «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики». - СПб.: Наука,2012. - 504с. - С. 140-142

18. Дегтярев, A.A. Концепция инструментального средства для построения и адаптации информационных систем. // Информационные технологии, системный анализ и управление - ИТСАиУ-2012/ Сборник трудов X Всероссийской научной конференции молодых ученых аспирантов и студентов. - Таганрог: Издательство Южного федерального университета, 2012 - Т.1. - С. 43-46

19. Дегтярев, A.A. Конфигурирование функциональности программных средств гидроакустических информационных систем. // Международная научно-практическая конференция аспирантов и студентов "Инженерия программного обеспечения 2013" //: Тезисы докладов (10-14 июня 2013г., г. Киев) - С. 33-34

20. Дегтярев, A.A. Анализ способов сокращения семантического разрыва при разработке программного обеспечения. // Технологии разработки информационных систем ТРИС-2012: материалы конференции. Том 1. - Таганрог. Издательство Технологического институтаЮФУ, 2012. - С. 146-151

21. Yury Rogozov, Alexander Sviridov and Alexey Degtyarev. Analysis and Perspective of Development of Software with Dynamic Stricture [Электронный ресурс] / Middle-East Journal of Scientific Research 16 (9): 1224-1229,2013. © IDOSI Publications, 2013. Режим доступа: http://www.idosi.org/mejsr/mejsr 16(9) 13/11 .pdf - Загл. с экрана. - Яз. англ.

22. Дегтярев, A.A. Архитектура программного ядра для построения информационных систем сбора, обработки и хранения данных на примере малоканальных гидроакустических систем // Высокопроизводительные вычислительные системы: Сб. науч. тр. Вып. 2. - Таганрог: Изд-во ЮФУ, 2012 - С. 7 -11

23. Дегтярев, A.A. Разработка инвариантного ядра программного обеспечения гидроакустических информационных систем // VIII Ежегодная научная конференция студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН: Тезисы докладов (11-26 апреля 2012г., г. Ростов-на-Дону). Ростов н/Д: Изд-во ЮНЦРА, 2012. 458с.- С. 123-125

Печать цветная Подписано к печати 11.04.14

Формат 60x84/16 Бумага офсетная

Заказ № 201 Тираж 100 экз.

Издательство Южного федерального университета

Таганрог, 28, ГСП 17 А, Некрасовский, 44 Типография Южного федерального университета Таганрог, 28, ГСП 17А, Энгельса, 1

04201459640

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

04201459640

ДЕГТЯРЕВ Алексей Андреевич ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА ПОСТРОЕНИЯ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ КОНФИГУРИРОВАНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОСТИ

Специальность: 05.25.05 Информационные системы и процессы

Научный руководитель Д.т.н., профессор Ю.И. Рогозов

Таганрог - 2014 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................4

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПОСТРОЕНИЯ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ......................................................................13

1.1. Формирование проблемы построения гидроакустических информационных систем.....................................................................................................................13

1.2. Обзор и анализ существующих методов и подходов к построению информационных систем......................................................................................21

1.3. Типовая структура гидроакустических информационных систем и определение понятия их функциональности......................................................32

1.4. Выводы и постановка задачи.......................................................................37

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПОСТРОЕНИЯ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ КОНФИГУРИРОВАНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОСТИ....................................................................................39

2.1. Разработка метода построения гидроакустических информационных систем как совокупности двух механизмов конфигурирования функциональности .39

2.2. Механизм конфигурирования гидроакустической информационной системы (Механизм верхнего уровня)................................................................................47

2.3. Механизм конфигурирования элементов классов плагин-обработки и плагин-управления (Механизм нижнего уровня)............................................................53

2.4. Выводы по разделу........................................................................................61

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ФОРМАЛЬНЫХ МОДЕЛЕЙ ЭЛЕМЕНТОВ И ФУНКЦИЙ МЕХАНИЗМОВ КОНФИГУРИРОВАНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОСТИ

.................................................................................................................................62

3.1 Разработка формальных моделей элементов и функций механизма верхнего уровня.....................................................................................................................63

3.2. Разработка системы формальных манипуляций над программными элементами для механизма нижнего уровня......................................................67

3.3. Выводы по разделу.........................................................................................76

ГЛАВА 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ, РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ

ПРОГРАММНОГО КАРКАСА...........................................................................79

4.1. Анализ и выбор пути реализации программного каркаса.........................79

4.2 Проектирование архитектуры программного каркаса................................82

4.3. Оценка эффективности построения гидроакустических информационных систем с использованием программного каркаса..............................................98

4.4. Выводы по разделу.......................................................................................107

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...................................................................................................108

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ..............................................110

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...................................................................................111

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. UML ДИАГРАММА КЛАССОВ ПРОГРАММНОГО КАРКАСА............................................................................................................121

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ФРАГМЕНТЫ ИСХОДНОГО ТЕКСТА РЕАЛИЗАЦИИ ПРОГРАММНОГО КАРКАСА.........................................................................122

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. ПРИМЕР КОНФИГУРАЦИОННОГО XML ФАЙЛА.... 154

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. СВИТЕДЕЛЬСТВА О ГОСУДАРСТВЕННОЙ РЕГИСТРАЦИИ ПРОГРАММ ДЛЯ ЭВМ........................................................158

ПРИЛОЖЕНИЕ 5. АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ..........................................................160

ВВЕДЕНИЕ

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, допле-ровские лаги скорости и др. Различные сочетания этих систем могут образовывать гидроакустические комплексы ближнего действия.

Процесс создания гидроакустических систем является трудоемким процессом, 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. Широко известно, что любая информационная система представляет собой совокупность разнородных компонент, в состав которых могут входить средства вычислительной техники, средства получения данных, программные средства, информационные ресурсы, а так же обслуживающий персонал. Ввиду того, что главным (системообразующим) компонентом любой современной информационной системы являются программные средства и средства вычислительной техники, целесообразно отвести им такую же роль в гидроакустических информационных системах. 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. Главную или системообразующую роль должны 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 [5]. 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 вида-.и формы зондирующих импульсов, обработка исходных данных, решение задач поиска и обнаружения, хранение 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.II. Лядова, М.А. Рощин, Д.О. Брюхов, С.М. 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:

1. Сокращение семантического разрыва между средствами описания целевой информационной системы и средствами её реализации;

2. 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 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.

Задачи работы, состоят в том, чтобы:

1. Провести анализ гидроакустических систем с целью определения класса задач, которые могут рассматриваться как задач.и информационной системы. Провести анализ существующих подходов в области повышения эффективности создания информационных систем;

2. Определить типовой класс задач, возникающий при разработке гидроакустических информационных систем;

3. Разработать метод построения гидроакустических информационных систем на основе конфигурирования функциональности: общую последовательность действий и состав метода; механизмы конфигурирования всей гидроакустиче-

ской информационной системы и отдельных элементов информационной системы;

4. Разработать формальные модели элементов и функций для механизма конфигурирования гидроакустической информационной системы;

5. Разработать формальное представление элементов механизма конфигурирования отдельных элементов информационной системы и операций над ними;

6. Спроектировать и разработать программный каркас, реализующий предложенный в работе метод, который позволит создавать гидроакустические информационные системы путем конфигурирования их функциональности.

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

1. 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;

2. 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:

a) формальные модели элементов;

b) формальные модели функций над элементами;

3. 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 метода реализованного в виде каркаса может варьироваться от 40 до 82 процентов.

Положения, выносимые на защиту:

1. Метод построения гидроакустических информационных систем как совокупность взаимосвязанных механизмов верхнего и нижнего уровня;

2. Формальные модели элементов и функций механизма конфигурирования функциональности гидроакустических информационных систем (механизм верхнего уровня);

3. Система формальных манипуляций над программными элементами для механизма конфигурирования плагинов обработки и управления (механизм нижнего уровня);

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. Геленджтк , 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:

1) VII Всероссийская научная конференция молодых ученых, аспирантов и студентов «Информационные технологии, системный анализ и управле-ние» (Таганрог, 2009);

2) Международная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы построения информационных систем и.процессов» (Таганрог, 2010);

3) VIII Всероссийская научная конференция молодых ученых, аспирантов и студентов «Информационные технологии, системный анализ и управление» (Таганрог, 2010);

4) X Всероссийская научная конференция студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления» (Таганрог, 2010);

5) 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 управле-ние». (Таганрог, 2011);

7) XI Всероссийская конференция «Прикладные технологии гидроаку-сти-ки и гидрофизики». (Санкт-Петербург, 2012);

8) VIII Ежегодная научная конференция студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН (Таганрог, 2012);

9) 6-ой весенний/летний коллоквиум молодых исследователей в области программной инженерии «SYRCoSE 2012» (Пермь, 2012);

10) VI Всероссийская научная школа-семинар молодых ученых, аспирантов и студентов «Семантическая интерпретация и интеллектуальная обработ-ка текстов, их приложения в информационном поиске, хранении и обработке документов в электронных архивах и библиотеках» (Таганрог, 2012);

11) III Международная научно-техническая конференция «Технологии раз-работки информационных систем» (Таганрог, 2012);

12) X Всероссийская научная конференция молодых учёных, аспирантов и студентов «Информационные технологии, системный анализ и управление» (Таганрог, 2012);

13) Международная научно-практическая конференция аспирантов и студентов «Инженерия программного обеспечения 2013» (Киев, 2013);

14) 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.

Структура и содержание диссертационной работы

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 приложени�