Эволюционное прототипирование распределенных приложений реального времени | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 21 декабря, печатный экземпляр отправим 25 декабря.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Информационные технологии

Опубликовано в Молодой учёный №21 (259) май 2019 г.

Дата публикации: 25.05.2019

Статья просмотрена: 7 раз

Библиографическое описание:

Сидирякова Т. Н. Эволюционное прототипирование распределенных приложений реального времени // Молодой ученый. — 2019. — №21. — С. 46-49. — URL https://moluch.ru/archive/259/59456/ (дата обращения: 10.12.2019).



Ключевые слова: приложения реального времени, прототипирование, эволюционное прототипирование, model checking, формула прототипа.

Приложения реального времени (ПРВ) составляют особый класс программных систем, на которые возлагают функции контроля и управления системными процессами в режиме реального времени.

ПРВ являются сложными критическими по времени параллельными системами, поэтому надежная своевременная обработка информации является ключевым фактором в процессе разработки таких систем, и априорный анализ способности создаваемого ПРВ удовлетворять заданным требованиям оперативного функционирования должен проводиться на всех этапах разработки.

В настоящее время прототипирование является основной парадигмой разработки сложных программных систем. Особое место занимает эволюционное прототипирование, которое начинается с построения первоначальной версии системы, призванной стать впоследствии ее окончательным вариантом. При этом к эволюционному прототипу предъявляются те же требования, что и к конечному продукту [1]. Использование прототипов позволяет быстрее, безопаснее и с меньшими трудозатратами оценить качество программных систем, начиная с самых ранних этапов разработки.

Результаты исследования и анализа SCADA-систем с точки зрения концепции разработки и управления данными в реальном времени, показали, что, как правило, такие системы делают упор на создание человеко-машинного интерфейса, с которого и начинается разработка приложения. Однако согласованность динамических данных во времени остается скрытой от пользователя, модель часов реального времени системы четко не специфицируется, ведение версий прототипов разрабатываемой системы и оценки их темпоральных характеристик не рассматривается.

В данной статье предлагается технология эволюционного прототипирования ПРВ, которая представляет собой циклический процесс, представленный на рисунке 1.

Рис. 1. Схема прототипирования ПРВ

Прототипирование ПРВ производится в несколько этапов.

1) формирование математической модели (формулы) программной системы согласно подходу model checking [2, 3]. В данной работе модель версии прототипа представляет собой размеченный ориентированный граф, специфицируемый на четырех уровнях:

– процедурном — выражает структуру связей и отношений между множеством параллельно и асинхронно выполняемых процедур обработки данных и множеством точек канального сопряжения и ячеек темпоральной памяти. Формула прототипа процедурного уровня задается в виде диаграммы асинхронных темпоральных вычислений — АТВ-диаграммы [4] и определяет семантику и динамику изменения данных в ячейках темпоральной памяти;

– модульном — формируется путем объединения и инкапсуляции узлов обработки данных процедурного уровня;

– агрегатном — логическое объединение узлов модульного уровня;

– сетевом — выражает распределение фрагментов прототипа агрегатного уровня по узлам локальной сети.

2) формирование графической спецификации при помощи языка АТВ-диаграмм;

3) сохранение версии прототипа в БД, логическая модель которой представлена на рисунке 2;

4) генерация конфигурационных файлов для загрузки и запуска приложения в локальную сеть;

5) проведение натурного эксперимента с версией прототипа и сбор статистики о возникновении ситуация неудовлетворения режиму реального времени (возникновение темпоральных прецедентов). Сохранение результатов проведения эксперимента в БД;

6) вычисление характеристик качества прототипа ПРВ и их оценка;

7) модификация прототипа ПРВ с целью улучшения показателей качества.

К характеристикам качества версии прототипа ПРВ относятся:

валидность темпоральных вычислений — выражается в появлении в системе данных, несогласованных во времени (степень валидности которых меньше единицы: ) [5];

темпоральная уязвимость — характеризуется интенсивностью появления темпоральных прецедентов [5];

темпоральная устойчивость — определяется для каждой ячейки памяти прототипа ПРВ как отношение остатка интервала репрезентативности, который остается с момента последнего потребления данного ячейки памяти узлами обработки данных к интервалу репрезентативности данного и выражается в виде

где — величина интервала репрезентативности [5], — показания часов ПРВ в момент фиксации датированного данного, — момент потребления датированного данного узлом обработки.

Появление темпоральных прецедентов означает нарушение режима работы системы в реальном времени и требует устранения данной ситуации. Устранение темпоральных прецедентов выражается в поиске нужной конфигурации версии прототипа ПРВ. Управление версиями прототипа ПРВ осуществляется путем выполнения хотя бы одного из следующих действий:

− изменение тика часов ПРВ;

− изменение дисциплины диспетчеризации узлов обработки данных;

− изменение приоритетов узлов обработки данных;

− изменение периодов репрезентативности данного;

− изменение процедуры обработки данных (оптимизация алгоритма процедуры обработки);

− реконфигурация структуры ПРВ на модульном уровне;

− реконфигурация структуры ПРВ на агрегатном уровне;

− реконфигурация структуры ПРВ на сетевом уровне.

Изменяя параметры ПРВ можно добиться желаемых характеристик качества, служащих основанием возможности использования разрабатываемой ПРВ в данной вычислительной среде.


C:\Users\Tania\diploma\логическая.jpg

Рис. 2. Логическая модель данных прототипа ПРВ


Литература:

  1. Прототипирование в процессе разработки ПО // Мегалекции. URL: https://megalektsii.ru/s8798t5.html (дата обращения: 16.05.2019).
  2. Карпов Ю. Г. Model Checking Верификация параллельных и распределенных программных систем. — СПб.: БВХ-Петербург, 2009. — 551 с.
  3. Вельдер С. Э., Лукин М. А., Шалыто А. А., Яминов Б. Р. Верификация автоматных программ методом Model Checking Учебное пособие. — СПб.: ИТМО Санкт-Петербург, 2011. — 246 с.
  4. Баландин А. В. Потоковые диаграммы асинхронных темпоральных вычислений для моделирования и РВ-верификации приложений реального времени // Сборник трудов конференции «Информационные технологии и нанотехнологии» (ИТНТ-2016). — Самара: Самарский научный центр РАН, 2016. — С. 919–926.
  5. Баландин А. В. Модель параллельных и асинхронных темпоральных вычислений с автовалидацией // Перспективные информационные технологии ПИТ-2015, Том 2. — Самара: Самарский научный центр РАН, 2015. — С. 3–7.
Основные термины (генерируются автоматически): реальное время, реконфигурация структуры, система, формула прототипа, процедурный уровень, модульный уровень, локальная сеть, агрегатный уровень.


Похожие статьи

Показатели угроз безопасности на уровнях модели OSI

Физический уровень. Протоколы физического уровня описывают электрические, механические, функциональные и процедурные

Канальный уровень подготавливает фреймы для передачи по локальной среде. В локальных сетях канальный уровень разделяется на два подуровня.

Роль сетевой модели OSI в построении промышленных сетей

Физический уровень является первым уровнем сетевой модели OSI. Он предназначен для объединения с совокупностью физической среды, аппаратных и программных средств, обеспечивающих передачу сигналов между системами.

Управление в системах реального времени | Статья в журнале...

Статья посвящена системам реального времени, их классификации, месту и роли в управлении. Ключевые слова: автоматизированные системы управления, системы реального времени, принятие и реализация решений.

Моделирование операционной системы реального времени...

Прототипом модели служит реальная ОС РВ для управления копировально–фрезерным станком.

Системное ПО представляет собой операционную систему реального времени (ОС РВ).

Рассмотрим структуру учебной операционной системы реального времени робота.

Мультиагентная система поддержки принятия решений по...

2. Мультиагентная система по поддержанию актуальности и доступности информации и информационных систем на предприятии.

Календарное планирование в частности составление графиков по выходу версий уже давно применяется на всех уровнях разработки.

Анализ комплексных программных решений, реализующих...

В статье рассматривается современное состояние рынка информационных систем планирования ресурсов предприятия. Приводится обзор наиболее распространенных программных решений в области автоматизации управления предприятием с выявлением...

Анализ системы мультиплексирования данных в распределенных...

Канальный уровень (второй уровень). К канальному уровню принадлежат следующие

Наиболее очевидный вариант реализации системы в сети IP

В локальных сетях канальный уровень разделяется на два подуровня. - подуровень управления логическим каналом (LLC).

Верхний уровень — SCADA — система.

Нижний уровеньуровень объекта (контроллерный) — включает датчики для сбора

Информация с локальных контроллеров может направляться в сеть диспетчерского пункта

Верхний уровень — диспетчерский пункт (ДП) — включает, прежде всего, одну или несколько...

Оптимизация времени проектирования с использованием...

Проектирование происходит на уровне твердотельных моделей с использованием

Каждая из систем проектирования среднего уровня наряду с общими возможностями, объединяющими

Это может быть целесообразно, когда требуется работать со сложными структурами данных и...

Похожие статьи

Показатели угроз безопасности на уровнях модели OSI

Физический уровень. Протоколы физического уровня описывают электрические, механические, функциональные и процедурные

Канальный уровень подготавливает фреймы для передачи по локальной среде. В локальных сетях канальный уровень разделяется на два подуровня.

Роль сетевой модели OSI в построении промышленных сетей

Физический уровень является первым уровнем сетевой модели OSI. Он предназначен для объединения с совокупностью физической среды, аппаратных и программных средств, обеспечивающих передачу сигналов между системами.

Управление в системах реального времени | Статья в журнале...

Статья посвящена системам реального времени, их классификации, месту и роли в управлении. Ключевые слова: автоматизированные системы управления, системы реального времени, принятие и реализация решений.

Моделирование операционной системы реального времени...

Прототипом модели служит реальная ОС РВ для управления копировально–фрезерным станком.

Системное ПО представляет собой операционную систему реального времени (ОС РВ).

Рассмотрим структуру учебной операционной системы реального времени робота.

Мультиагентная система поддержки принятия решений по...

2. Мультиагентная система по поддержанию актуальности и доступности информации и информационных систем на предприятии.

Календарное планирование в частности составление графиков по выходу версий уже давно применяется на всех уровнях разработки.

Анализ комплексных программных решений, реализующих...

В статье рассматривается современное состояние рынка информационных систем планирования ресурсов предприятия. Приводится обзор наиболее распространенных программных решений в области автоматизации управления предприятием с выявлением...

Анализ системы мультиплексирования данных в распределенных...

Канальный уровень (второй уровень). К канальному уровню принадлежат следующие

Наиболее очевидный вариант реализации системы в сети IP

В локальных сетях канальный уровень разделяется на два подуровня. - подуровень управления логическим каналом (LLC).

Верхний уровень — SCADA — система.

Нижний уровеньуровень объекта (контроллерный) — включает датчики для сбора

Информация с локальных контроллеров может направляться в сеть диспетчерского пункта

Верхний уровень — диспетчерский пункт (ДП) — включает, прежде всего, одну или несколько...

Оптимизация времени проектирования с использованием...

Проектирование происходит на уровне твердотельных моделей с использованием

Каждая из систем проектирования среднего уровня наряду с общими возможностями, объединяющими

Это может быть целесообразно, когда требуется работать со сложными структурами данных и...

Задать вопрос