CC BY
23
УДК 621.3.011.21; 004.42
КОНЦЕПЦ1Я РОЗРОБКИ СПЕЦ1АЛ1ЗОВАНОГО ПЗ ДЛЯ РОЗПОД1ЛЕНИХ ШФОРМАЦШНО-ОБЧИСЛЮВАЛЬНИХ
СИСТЕМ1
Павлов О. I.Пантасенко В. В., Ящук А. Ф.
Нацгоналъний технгчний ушверситет Украгни «КиХвсъкий полгтехнгчний ¡нститут», м. КиХв, УкраХна,
DEVELOPMENT CONCEPT OF SPECIALIZED SOFTWARE FOR DISTRIBUTED INFORMATION-COMPUTATIONAL SYSTEMS
O. I. Pavlov, V. V. Pantasenko, A. F. Iashchuk
National Technical University of Ukraine "Kyiv Polytechnic Institute ", Kyiv, Ukraine
Вступ
Використання спещаизованих розподшених систем2 в промисловосп, медициш, та шших сферах дiяльностi людини е актуальним питанням сьо-годення [1, 2]. Досвщ розробки та експериментальнох' експлуатацii систем даного типу, а саме розподiленоi бездротовоi системи з голосовим управ-лiнням [3, 4] i бездротовоi розподiленоi iнформацiйно-обчислювальноi системи (Р1ОС) для офтальмологiчних дослiджень [5] виявив певш заува-ження та рекомендацп щодо принципiв побудови ix програмного забезпе-чення (ПЗ).
Спiльною особливютю роботи таких та подiбниx Р1ОС е те, що ПЗ, яке закладаеться в систему, працюе за жорсткими, не тишзованими (ушкаль-ними для кожно!' системи) алгоритмами оброблення шформацп. Тому, при внесеннi змш до роботи ПЗ таких систем виникае потреба його повно! пе-рекомпiляцii та повторно! iнсталяцii. При цьому кожен раз мають бути за-дiяними програмiсти високо! квамфшаци з боку розробника Р1ОС та прик-ладнi спецiалiсти вузького профшю з боку ii користувача або адмшютра-тора. Все це уповшьнюе, ускладнюе та робить затратною будь-яку модифь кацiю ПЗ.
Постановка задачi
Таким чином, питання аналiзу та оптимiзацii методики створення ПЗ спещаизованих Р1ОС, яка б забезпечувала можливють просто! та, до пев-но1 мiри, гнучко1' модифiкацii i супроводу ix ПЗ, а також простого керуван-
1 http://radap.kpi.ua/radiotechnique/article/view/1169
2 Набiр незалежних (апаратно автономних) комп'ютерiв (засобiв реестраци, обробки, зберiгання, ввдтво-рення та передачi даних), яш взаемодiють мiж собою для виршення певно1 задачi i видаються ix корис-тувачам единою об'еднаною системою [1].
ня даними на етат експлуатацн е актуальним i не розкритим у повному обсяз^ Розроблення тако1 методики i е задачею, яка розглядаеться далг Концепщя створення ПЗ для спещал1зованих Р1ОС Виходячи з досвiду, набутого авторами тд час створення спещаизова-них Р1ОС [3—5] i анаизу проблем, якi виникають пiд час ïï експлуатацiï i розбудови, пропонуеться така концепщя створення ПЗ для подiбних систем:
1. Не створювати завершене ПЗ, а розподшити його на частини, одна з яких буде незмшною базовою (подiбно до ПЗ промiжного рiвня [1]), а iнша — гнучкою та придатною до легкого розширення на етапi експлуатацiï.
2. Для взаемодн частин ПЗ використовувати конф^урацшш файли, в яких описувати сценарш поведiнки Р1ОС (подiбно до концепцн розподше-них документiв, distributed documents, [1, 2]).
3. Для полегшення опису сценарш поведшки Р1ОС потрiбно на етапi розробки базового ПЗ проаналiзувати всi можливi сценарп, обмежити ï^ кiлькiсть i рiзноманiтнiсть циркулюючоï iнформацiï, структурувати елеме-нти сценарпв, максимально унiфiкувати 1'х характеристики, вщокремити сталi параметри вiд змшних.
4. Для реалiзацiï поведiнки, описано!' в файлах конф^урацш треба роз-робити бiблiотеку функцiй, якi будуть здатш реалiзовувати типовi елемен-ти сценарпв та спецiалiзований iнтерпретатор даних (змшних параметрiв сценарiïв), якi будуть зчитуються з таких файлiв, а також спецiалiзовану скриптову мову для опису цих даних. Використання стандартних ушверса-льних мов опису мета даних i вщповщних iнтерпретаторiв е недоцшьним через 1'х зайву ушверсальнють, складнiсть, ресурсоемнiсть.
5. Спецiалiзована скриптова мова мае забезпечувати максимально про-стий опис сценарш поведшки Р1ОС адмшютратором та не ускладнювати штерпретацш даних базовою частиною ПЗ.
Отже, для розробки спецiалiзованоï скриптово1' мови мають бути про-аналiзованими особливост роботи спецiалiзованоï Р1ОС, або цшого класу Р1ОС, призначених для виконання схожих задач. При цьому мае бути ви-значена лопка поведшки програмного забезпечення Р1ОС пiд час штерак-тивно1' взаемодiï з користувачем. Ця логiка поведiнки мае бути закладена в конфiгурацiйний файл i мае мютити iнформацiю про вщповщнють мiж ша-блонними елементами графiчного iнтерфейсу користувача i даними, що 1'х наповнюють.
Основна iдея роботи скриптовох' мови i ïï iнтерпретатора базуеться на створенш i використаннi файлiв конфiгурацiï' до кожного можливого сценарш поведшки ПЗ. Наприклад, для реалiзацiï' чисельних типових задач опитування студенев пiд час дистанцiйного навчання можна запропонува-ти таку структуру конф^урацшного файлу, в якiй за кожен елемент штер-фейсу вщповщае поле з назвою медiа елеменлв або команд (посилань на
функцп), як приводять до то! чи шшо1 операцiï при ïx активацiï користу-вачем пiд час iнтерактивноï взаемодп. Медiа елементами можуть бути до-вiльнi графiчнi чи аудiо елементи, як подаються в певному формат^ обра-ному на етапi розробки штерпретатора. Командами можуть бути фжсова-ний набiр узагальнених операцiй, передбачений для дано!' спецiалiзованоï Р1ОС. В такий спосiб забезпечуеться гнучкiсть Р1ОС щодо певного класу можливих сценарпв (шляхом вщкладання написання частини скрипту ПЗ «на попм») i в той же час обмежуеться рiзноманiтнiсть таких сценарпв. Останне дозволяе закладати в базову частину ПЗ полегшену (спецiалiзова-ну) версiю iнтерпретатора таких файлiв конфiгурацiï.
У кожному файлi конфiгурацiï також мають знаходитися посилання на наступний i попереднiй файли конф^урацш для переходу вiд одного гра-фiчного iнтерфейсу до шшого (такого самого типу або вщмшного). Уза-гальнена модель, або парадигма, яка визначае розподшення та зв'язок ре-сурсiв Р1ОС i на якш базуеться побудова спецiалiзованого ПЗ наведена на рис. 1.
Графнмий ¡нтерфейс користувача Конфи-урацтш файли
Рис.1. Узагальнена парадигма побудови спецiалiзованого ПЗ Р1ОС
Створення тестового зразка ПЗ спещалiзованоl Р1ОС з використанням
викладеноУ концепщУ
Для перев1рки i тдтвердження вище описано! концепцп була створена бездротова Р1ОС для вивчення шоземних мов. Система складаеться з мобь льного персонального пристрою, стащонарно! електронно-обчислювально! машини (СЕОМ) i бездротового каналу передачi даних. В якост мобшьно-го пристрою було обрано смартфон [6] на базi операцшно! системи Android [7]. В якост СЕОМ - персональний комп'ютер (ПК) на базi операцiйноi системи Windows. Програмне забезпечення для СЕОМ i портативного мо-бiльного пристрою розроблено з використанням мови програмування Java.
ПЗ мобшьного пристрою реаизуе режим роботи системи, подiбний до проходження навчальнох' програми оксфордського унiверситету "Family and Friends" [8]. В даному варiантi передбачаеться вивчення iноземноi мо-ви у форматi прослуховування вимови диктора (аудшвання) i вщпрацю-вання навичок власноi вимови шляхом повторення почутих речень або словосполучень. Файл конф^урацн та графiчний iнтерфейс користувача показаш на рис. 2.
image: task2/imgC2.png
sound: task2/sound02.mp
next: task3.conf
prev: taskl.conf
Рис.2. Файл конф^урацп i графiчний iнтерфейс користувача експериментально! Р1ОС
Базова частина ПЗ мобшьного пристрою розроблена з метою забезпе-чення взаемодн його компоненлв м1ж собою (процесор, пристро! вводу-виводу шформацн, вбудоваш мжрофон 1 динамш, запам'ятовуючий при-стрш, пристро! бездротового зв'язку). Додатково до не! входить р1вень бь блютек функцш (т. н. штерфейс прикладного програмування), лопка роботи з базою даних 1 алгоритми мережево! взаемодн Р1ОС.
1нтерпретатор скриптово! мови виконаний у вигляд1 окремого модуля базово! частини ПЗ мобшьного пристрою. Цим забезпечуеться збереження цшсносл алгоршшв роботи системи при модершзацн (оновленш з метою усунення юнуючих помилок або додавання нових сценарпв роботи) штер-претатора.
Актуальш версн конф1гурацшних файл1в знаходяться у баз1 даних смартфона на запам'ятовуючому пристро! (вбудована пам'ять або SSD-картка). Ц файли мютять спещашзоваш скрипти, записан у текстовому вигляд1, зручному для сприйняття 1 редагування людиною без спещальних знань. Тип файл1в - .сон/., максимально спрощений формат опису даних, який можна вважати форматом типу «ключ — значення», наведений на рис. 2. Мед1а елементи знаходяться у окремих директор1ях бази даних. За кожний тип граф1чного штерфейсу вщповщае вщповщний йому конф1гу-рацшний файл 1 директор1я з мед1а ресурсами.
Програмне забезпечення СЕОМ створене з метою забезпечення адмшь стрування бази даних мед1а ресуршв 1 файл1в конф1гурацн, забезпечення можливост завантаження оновлень до останньо! актуально! версп навча-льно! програми на мобшьному пристро!.
Алгоритм мережевоУ взаeмодil
Розроблено два режими взаемодн мобiльноi та стацiонарноi частини ек-спериментально1' Р1ОС.
Перший режим призначений для оновлення програмного забезпечення мобшьного пристрою до останньоi актуальноi версн навчальноi програми. Вiн полягае в тому, що мобiльна частина надсилае запит на оновлення ста-цюнарнш частинi розподiленоi системи, пiсля чого остання у фоновому режимi завантажуе найактуальнiшi версii файлiв медiа ресуршв i файлiв конфiгурацii на мобшьному пристрой
Другий режим призначений для штерактивно1' взаемодii користувача з системою. Користувач мае можливють записати за допомогою вбудовано-го у мобшьний пристрiй мiкрофона вимову тих чи шших слiв або словос-получень. Мовленневий сигнал збер^аеться у цифровому виглядi й надси-лаеться на СЕОМ. Стащонарна частина розподiленоi системи проводить розтзнавання мовлення i порiвнюе отриманi данi (текстову iнформацiю отриману з голосу користувача) з еталонними. При наявностi помилок система автоматично знаходить i видiляе 1'х. Оброблена iнформацiя заванта-жуеться на МПП та декодуеться, пiсля чого приймаеться ршення про пра-вильшсть вимови користувачем почутого ним словосполучення. Режими мережево1' взаемодii СЕОМ та портативного мобшьного пристрою показан на рис. 3.
Режим ].
Чаши оновлснь ^ |
■■0 Передача порцш дашеч
Режим 2.
Передача докивою файлу ^^^^^
\ I / Вцправка ошнкн
Рис.3. Режими мережево'1 взаемоди СЕОМ та портативного мобшьного пристрою
Висновки
Описана концепщя розробки спецiалiзованого ПЗ, основними рисами яко! е адаптацiя для виршення спецiальних задач концепцii застосування ПЗ промiжного рiвня [1] та концепцн застосування розподiлених докумен-пв [1, 2], поданих у виглядi спрощених конфiгурацiйних файлiв, створення
спецiaлiзовaноï скриптовоï мови для опису ïx вмюту i використaння штер-претaторa сцетарив, розмiщениx y тaкиx конфiгyрaцiйниx фaйлax полег-шye вирiшення проблеми обслyговyвaння i роз6удови PIOC (змiни контенту, поведiнки тa структури сцетарив) нa етaпi ïï експлyaтaцiï. Taкий пiдxiд е рaцiонaльним, оскiльки:
• Зменшуе ресурсоемне нaвaнтaження нa окремi компоненти розподше-ноï iнформaцiйно-обчислювaльноï системи.
• № потребуе перепрогрaмyвaння i перекомпшяци прогрaмного зaбезпе-чення при редaгyвaннi вмiстy, aбо створеннi новиx сценaрiïв подiй в xодi роботи.
• Дae можливiсть гнучкого керyвaння i динaмiчного створення новиx сцетарив роботи зa рaxyнок принциповiй вщсутност жорсткого anro-ритму змiни сцетарив.
• Haдaeться можливiсть зaклaдaти у систему новi сценaрiï людинi, вщ якоï не вимaгaються iнженернi aбо теxнiчнi знaння.
Дaнa концепцiя усшшно пiдтвердженa створенням експериментaльноï бездротовоï розподiленоï iнформaцiйно-обчислювaльноï системи для aвто-мaтизовaного вивчення iноземниx мов.
Перелiк посилань
1. Tanenbaum A. S. Distributed Systems: Principles and Paradigms (2nd Edition) / A. S. Tanenbaum, M. Van Steen. - Prentice Hall,. 2006. - 686 p.
2. Ellmer E. Consistency Management of Distributed Documents using XML and Related Technologies [Електронний ресурс] / E. Ellmer, W. Emmerich, A. Finkelstein, D. Smolko, A. Zisman. - Dept. of Computer Science University College London. - 27 p. - Pежим доступу: http://www0.cs.ucl.ac.uk/staff/A.Finkelstein/papers/xml.pdf
3. Аполонов G. В. Pозподiленa iнформaцiйно-обчислювaльнa системa з голосовим yпрaвлiнням та бaзi OC Android / G. В. Аполонов, H. T. Зелшський, O. I. Швлов // Вю-ник HTУУ «КШ». Cерiя Paдiотеxнiкa. Paдiоaпaрaтобyдyвaння. - 2012. - № 51. - с. 132144. - Pежим доступу: http ://radap .kpi.ua/ radiotechnique/articl e/view/321
4. Аполонов G. В. Зaстосyвaння PIOC для обробки мовлення i голосового yпрaвлiн-ня / G. В. Аполонов, H. T. Зелшський, O. I. ^влов // Maтерiaли VII нayково-теxнiчноï конференци стyдентiв, aспiрaнтiв тa виклaдaчiв, 17 - 18 квiтня 2013 р. - Кшв : HTУУ «KnI», 2013. - C. 18-20. - Pежим доступу: ftp://tor.kpi.ua/pub/pavlov/Articles/ Pavlov Zastosuvannja RIOS dlja obrobki movlennja i golosovogo upravlinnja 2013 Radioj elektronika_v_21_stoletii_p_18_20.pdf.pdf
5. Пaнтaсенко В. В. Бездротовa розподiленa iнформaцiйно-обчислювaльнa системa для офтaльмологiчниx дослiджень / В. В. ^ш^сенк^, А. Ф. Ящук, O. I. ^влов // В^-ник HTУУ «KnI». Cерiя Paдiотеxнiкa. Paдiоaпaрaтобyдyвaння. - 2014. - № 59. - с. 130137. - Pежим доступу: http://radap.kpi.ua/radiotechnique/article/view/826
6. Allen S. Pro Smartphone Cross-Platform Development. iPhone, Blackberry, Windows Mobile and Android Development and Distribution / S. Allen, V. Graupera, L. Lundrigan. -Apress Berkely, 2010. - 288 p. - doi: 10.1007/978-1-4302-2869-1.
7. The Android Source Code [Електронний ресурс]. - Pежим доступу : http://source.android.com/source/index.html. - Haзвa з екрaнy.
8. "Family and Friends'" [Електронний ресурс]. - Pежим доступу :
https://elt.oup.com/student/familyandfriends/?cc=ua&selLanguage=uk. - Назва з екрану.
References
1. Tanenbaum A. S. and Steen M. Van. (2006) Distributed Systems: Principles and Paradigms (2ndEdition). Prentice Hall., 686 p.
2. Ellmer E., Emmerich W., Finkelstein A., Smolko D. and Zisman A. () Consistency Management of Distributed Documents using XML and Related Technologies. Dept. of Computer Science University College London, 27 p.
3. Apolonov E. V., Zelinsky N. T. and Pavlov O. I. (2012) Distributed information-processing system with voice control based on OS Android. Visn. NTUUKPI, Ser. Radioteh. radioaparatobuduv., no. 51, pp. 132-144. (in Ukrainian).
4. Apolonov Ye. V., Zelinskyi N. T. and Pavlov O. I. (2013) Zastosuvannia RIOS dlia obrobky movlennia i holosovoho upravlinnia [Application of RIOS for speech processing and voice control]. Materialy VII naukovo-tekhnichnoi konferentsii studentiv, aspirantiv ta vykladachiv, Kyiv, NTUU «KPI», pp. 18-20.
5. Pantasenko V. V., Iashchuk A. F. and Pavlov O. I. (2014) Wireless distributed information-computational system for ophthalmic research. Visn. NTUU KPI, Ser. Radioteh. radioaparatobuduv. , no. 59, pp. 130-137. (in Ukrainian)
6. Allen S., Graupera V. and Lundrigan L. (2010) Pro Smartphone Cross-Platform Development. iPhone, Blackberry, Windows Mobile and Android Development and Distribution. Apress Berkely, 288 p. doi: 10.1007/978-1-4302-2869-1.
7. The Android Source Code. Available at: http://source.android.com/source/index.html
8. "Family and Friends" Available at: https://elt.oup.com/student/familyandfriends/ ?cc=ua&selLanguage=uk.
Павлов О. I., Пантасенко В. В., Ящук А. Ф. Концепщя розробки спещал1зованого ПЗ для розподтених тформацшно-обчислювальних систем. Описана концепщя розробки ПЗ для бездротовог розподтеног тформацтно-обчислювальног системи, робота якого заснована на використанн розподшених документ1в у вигляд1 спрощених конф^урацтних файл1в, вм1ст яких описуеться за допомогою спец1ал1зовано'г скрипто-вог мови i обробляеться за допомогою спец1ал1зованого iнтерпретатора сценарив.
Результатом розробки е створення та аналiз впровадження базового структуро-ваного ПЗ, спецiалiзованого ттерпретатора конф^урацтних файлiв та спецiалiзова-ног скриптовог мови, а також використання гх в тестовт розподшент тформацтно-обчислювальнт системi для вивчення тоземних мов. Описуеться складовi ПЗрозробле-ног РЮС та гх функцюнальтсть. Наводяться основн характеристики розробленого ПЗ. Описан файли конф^урацгг, за допомогою яких вiдбуваеться динамiчне керування алгоритмами роботи РЮС. Розроблен принципи мережевог взаемоди окремих складо-вих частин РЮС в основних режимах роботи.
Ключов1 слова: мобшьний пристрт, опис даних, мережева взаемодiя, ттерпрета-тор, скриптова мова, персональний комп'ютер, розподшена система, програмне за-безпечення, розподшею документи, динамiчне керування, Android.
Павлов О. И., Пантасенко В. В., Ящук А. Ф. Концепция разработки специализированного ПО для распределенных информационно-вычислительных систем. Описана концепция разработки ПО для беспроводной распределенной информационно-вычислительной системы, работа которого основана на использовании распределенных документов в виде упрощенных конфигурационных файлов, содержание которых описывается с помощью специализированного скриптового языка обрабатывается с
помощью специализированного интерпретатора сценариев.
Результатом разработки является создание и анализ внедрения базового структурированного ПО, специализированного интерпретатора конфигурационных файлов и специализированного языка сценариев, а также их использование в тестовой распределенной информационно-вычислительной системе, для изучения иностранных языков. Описываются составляющие разработанной РИВС и их функциональность. Приводятся основные характеристики разработанного ПО. Описаны файлы конфигурации, с помощью которых происходит динамическое управление алгоритмами работы РИВС. Разработаны принципы сетевого взаимодействия отдельных составляющих РИВС в основных режимах работы.
Ключевые слова: мобильное устройство, описание данных, сетевое взаимодействие, интерпретатор, скриптовый язык, персональный компьютер, распределенная система, программное обеспечение, динамическое управление, Android.
O. Pavlov, V. Pantasenko, A. Iashchuk. Development concept of specialized software for distributed information-computational systems. The concept of development for the wireless distributed information-computational system is described. Its work is based on the use of distributed documents in the form of simplified configuration files. Their content is described using specialized scripting language and processed using specialized script interpreter.
The result of the development is the creation and the analysis of the basic structured software implementation, specialized script interpreter, and the specialized scripting language, as well as their use in the test distributed information-computational system for learning foreign languages. The components of the developed system and their functionality are described. The main characteristics of the developed software are considered. The configuration files that contain dynamic control algorithms of the system work are described. Network interaction principles between each system component in the main modes are developed.
Keywords: mobile device, description data networking, interpreter, scripting language, personal computer, distributed system, software, dynamic management, Android.
