Исследование и разработка методов построения распределенных систем автоматизированного проектирования на основе технологии веб-сервисов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.12, кандидат технических наук Анисимов, Денис Андреевич

• Анисимов, Денис Андреевич
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Анисимов, Денис Андреевич

Оглавление

Введение

Глава 1. Общая методика построения распределенных систем на основе веб-сервисов

1.1. Сервис-ориентированная архитектура

1-2. Методика построения веб-сервисов Java

1-3. Предварительное тестирование веб-сервисов

Глава 2. Методы построения программного обеспечения веб-сервисов распределенной системы автоматизации схемотехнического проектирования

2-1. Математическое обеспечение систем автоматизации схемотехнического проектирования

2-2. Веб-сервис для проектирования линейных систем в частотной

области

2-3. Веб-сервис для расчета стационарного режима нелинейных систем

2-4. Сервис-ориентированная интегрированная система для частотного

анализа линеаризованных схем

2-5. Веб-сервис для расчета нелинейных систем в динамическом режиме

Глава 3. Построение веб-сервисов на основе методов сжатия данных

3-1. Методы устранения нулевых элементов при хранении и обработке матриц

3-2. Методика разработки модифицированных версий веб-сервисов

3-2-1. Модификация на символьном этапе

3-2-2. Модификация на численном этапе

3-3. Веб-сервис для расчета чувствительности схемных функций к

вариации параметров

3-3-1. Построение метода веб-сервиса на основе дифференцирования

уравнений

3-3-2. Метод веб-сервиса на основе присоединенной схемы

3-4. Веб-сервис для расчета чувствительности переменных стационарного режима

3-4-1. Построение метода веб-сервиса для расчета векторной чувствительности переменных

3-4-2. Метод веб-сервиса для расчета скалярной

чувствительности переменных

Глава 4. Методы построения клиентских приложений распределенных САПР

4-1. Методика построения клиентских приложений на основе WSDL-документа

4-1-1. Развертывание веб-сервисов на сервере Apache Tomcat

4-1-2. Методика импортирования файла WSDL и построения

каркаса клиентского приложения

4-2. Клиентские приложения распределенной системы

схемотехнического проектирования

4-2-1. Методика построения консольных клиентов

4-2-2. Методика построения оконных клиентских приложений

4-2-3. Методика построения клиентских веб- приложений

4-3. Развертывание клиентских Java-приложений

4-3-1. Развертывание клиентских Java-приложений, запускаемых

из командной строки

4-3-2. Развертывание клиентских Java-приложений, запускаемых

из веб-броузера

4-4. Организация взаимодействия клиентских приложений с веб-

сервисами в гетерогенных средах

Заключение

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка методов построения распределенных систем автоматизированного проектирования на основе технологии веб-сервисов»

Введение

Широкое внедрение систем автоматизированного проектирования в практику решения инженерных задач существенно ограничивается высокой стоимостью лицензионного программного обеспечения САПР. Вместе с тем создание собственных систем автоматизированного проектирования связано с огромными затратами ресурсов и не может быть реализовано в сжатые строки, так как на разработку современных САПР требуются сотни человеколет. Проблема усложняется также и тем, что в реальных ситуациях эксплуатации многофункциональные интегрированные САПР (например, Micro-Cap 7, PSPICE, DISPC [40, 64, 3, 21]) используются, как правило, крайне неэффективно, поскольку в процессе решения конкретных задач из базового программного обеспечения этих систем часто применяется не более 10-20% программного обеспечения, наиболее специфичного для каждого подразделения.

Решением этой актуальной проблемы может быть децентрализация архитектуры САПР путем перехода к распределенным системам проектирования, построенным на основе Интернет-технологий, реализующих задачи коммуникации и информационного обмена между приложениями. Такие независимо управляемые приложения являются автономными и могут взаимодействовать между собой в процессе выполнения общей задачи. Протоколы Интернет-технологий представляют надежную базу для связывания подсистем, и в отличие от Грид-технологий [8], не требуют согласованного использования ресурсов, находящихся в разных узлах сети, что существенно упрощает процесс построения и эксплуатации распределенной САПР. Основным требованием для возможности реализации такой распределенной системы является согласованность интерфейсов, посредством которых отдельные подсистемы могут взаимодействовать между собой. При выполнении этого требования отдельные компоненты распределенной САПР могут создаваться различными разработчиками и поддерживаться на различных сайтах, откуда они будут поставляться

(возможно, на коммерческой основе) потребителям.

Наиболее эффективным методом интеграции отдельных подсистем в распределенное приложение является удаленный вызов процедур на основе сервис-ориентированной архитектуры с использованием технологии веб-сервисов [22, 31, 41, 42, 43, 57, 60, 65]. Интеграция на основе веб-сервисов при разработке децентрализованных САПР позволяет перейти к описанию интерфейсов и взаимодействий на основе XML, обеспечивая возможность модификации и развития программного обеспечения при условии сохранения выбранного интерфейса. Это позволяет вследствие слабосвязанности отдельных подсистем обеспечивать взаимодействие между различными сервисами на любой платформе и проводить адаптацию существующих приложений к меняющимся условиям проектирования.

Основная нагрузка по выполнению вычислительных операций при такой архитектуре ложится на веб-сервисы, которые решают все задачи моделирования проектируемых систем, на клиентские приложения возлагаются только простейшие функции подготовки исходных данных и отображения результатов моделирования [23, 42]. При построении САПР на основе технологии веб-сервисов могут быть реализованы следующие типы клиентских приложений: приложение консольного типа, приложение оконного типа и веб-приложение.

Особенностью консольных приложений является отсутствие графического интерфейса однако их использование может оказаться полезным при реализации простейших САПР для карманных компьютеров с небольшой площадью экрана.

Оконные приложения дают возможность в наилучшей степени реализовать графический интерфейс и больше всего подходят для разработки САПР на основе технологии веб-сервисов. При этом для любого веб-сервиса предоставляется возможность построения нескольких однотипных приложений с разными способами реализации диалогового взаимодействия.

Веб-приложения обеспечивает возможность полностью разместить все

программное обеспечение распределенной системы проектирования в сети Интернет. Достоинством приложения такой структуры является открытый доступ к использованию распределенной САПР через броузер любого типа, недостатком приложения такого типа является увеличение времени, необходимого для ввода описания компонентов моделируемой системы, вызванное ожиданием реакции на каждом шаге ввода исходных данных.

Для любого типа клиентского приложения, вызов веб-сервисов осуществляется одинаковым способом, при этом для каждого веб-сервиса можно использовать любые способы построения клиентских приложений, написанных на различных языках программирования. В случае необходимости такие клиентские приложения можно легко модифицировать в соответствии с изменяющимися условиями проектирования, возможно также расширение веб-сервиса за счет включения в его состав дополнительных методов.

Целью настоящей диссертационной работы является исследование и разработка методов построения платформенно-независимых распределенных систем автоматизированного проектирования на основе сервис-ориентированной архитектуры с использованием технологии веб-сервисов. Для конкретной реализации выбрана задача построения распределенной системы автоматизации схемотехнического проектирования, которая должна осуществлять многовариантное моделирование линейных и нелинейных электронных схем в стационарном режиме, в частотной области, во временной области, а также выполнять расчет чувствительности схемных (передаточных) функций и чувствительности переменных стационарного режима к вариации параметров.

Для достижения поставленной задачи необходимо:

• Разработать общую методику построения, автономного тестирования и развертывания на сервере веб-сервисов Java.

• Выполнить исследование и разработку программного обеспечения веб-сервисов Java для распределенной системы автоматизации схемотехнического проектирования.

• Исследовать и разработать методику построения веб-сервисов Java на основе технологии сжатия данных.

• Провести исследование и разработку общей методики построения шаблонов клиентских приложений консольного и оконного типов, а также клиентских веб-приложений.

• Разработать методику реализации функционирования веб-сервисов в гетерогенных средах.

Диссертационная работа содержит введение, четыре главы основного содержания, заключение и список литературы, содержащий 69 наименований. Работа изложена на 154 странице текста, и включает 21 рисунок и одну таблицу.

Заключение диссертации по теме «Системы автоматизации проектирования (по отраслям)», Анисимов, Денис Андреевич

Основные результаты диссертационной работы сводятся к следующим:

1. Разработана архитектура распределенной сервис-ориентированной САПР на основе веб-сервисов, отличающаяся децентрализованной структурой, платформенной независимостью и возможностью проведения непрерывной модернизации отдельных подсистем для адаптации их свойств к изменяющимся условиям проектирования.

2. Реализована общая методика построения восходящим методом веб-сервисов Java и соответствующих WSDL-документов, а также доставки их на сервер распределенной САПР после проведения автономного тестирования в среде разработки.

3. Разработана методика построения программного обеспечения веб-сервисов Java для решения типовых задач моделирования непрерывных систем при автоматизированном проектировании электронных схем.

4. Построена библиотека вспомогательных функций для реализации программного обеспечения веб-сервисов Java на основе сжатия данных.

5. Разработана общая методика построения шаблонов консольных и оконных клиентских приложений распределенной системы автоматизации схемотехнического проектирования и реализована организация функционирования распределенной САПР с клиентскими веб-приложениями.

6. Разработана методика построения распределенных САПР, обеспечивающая взаимодействие веб-сервисов Java и клиентских приложений произвольного типа в гетерогенных средах.

Заключение

При выполнении диссертационной работы были рассмотрены вопросы исследования и разработки методов построения платформенно-независимых распределенных САПР с сервис-ориентированной архитектурой и использованием веб-сервисов. Для конкретизации такой САПР была выбрана распределенная система для решения задач схемотехнического проектирования.

В работе показано, что использование веб-сервисов при построении программного обеспечения децентрализованных САПР позволяет осуществит описание интерфейсов и взаимодействий на базе XML, предоставляя возможность модификации и развития системы при условии сохранения необходимого интерфейса. Это позволяет организовать взаимодействие между сервисами на любых платформах и адаптировать используемые приложения к изменяющимся условиям проектирования.

В работе создана общая методика построения, автономного тестирования и развертывания на сервере веб-сервисов Java. На основании такой методики разработана программная реализация веб-сервисов Java, решающих задачи расчета линейных и нелинейных электронных схем в стационарном режиме, в частотной области, во временной области, включая расчет чувствительности схемных функций и переменных стационарного режима к вариации параметров. Структура программного обеспечения основана на широком использовании технологии сжатия данных и вспомогательных функций, библиотека которых создана в процессе выполнения диссертационной работы.

Для организации эффективного взаимодействия пользователя с веб-сервисом разработана общая методики построения шаблонов клиентских приложений консольного и оконного типов, а также клиентских веб-приложений и реализовано функционирование веб-сервисов в гетерогенных средах.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Анисимов, Денис Андреевич, 2013 год

Список литературы

1. Автоматизация схемотехнического проектирования [Текст]: монография / В.Н.Ильин [и др.]; под ред. В.Н.Ильина. - М.: Радио и связь, 1987. - 368 с.

2. Автоматизация схемотехнического проектирования на мини-ЭВМ [Текст]: учебное пособие / В.И.Анисимов [и др.]. - JL: Изд-во Ленингр. ун-та, 1983. - 199 с.

3. Анисимов, В.И. Комплекс диалоговых пакетов моделирования аналоговых и цифровых электронных схем на IBM/PC [Текст] / В.И.Анисимов, К.Б.Скобельцын, А.В.Никитин // Автоматизированное проектирование в радиоэлектронике и приборостроении : 1991.-С.3-6.

4. Анисимов, В.И. Чувствительность нелинейных систем к вариации параметров [Текст] / В.И.Анисимов, Ю.М.Амахвр // Изв.СПБГЭТУ «ЛЭТИ». Сер. Информатика, управление и компьютерные технологии, -2007. - Вып.2. - С. 22-26.

5. Анисимов, В.И. Моделирование непрерывных систем [Текст]: учебное пособие / В.И.Анисимов. - СПб.: ЛЭТИ, 2006. - 172 с.

6. Беллиньясо, М. Разработка Web-приложений в среде ASP.NET 2.0 [Текст]: монография / М.Беллиньясо.; пер. с англ. под ред. Ю.Н. Артеменко. - М.: ООО «И.Д.Вильямс», 2007. - 640 с.

7. Беллман, Р. Введение в теорию матриц [Текст]: монография / Р.Беллман.; пер. с англ. под ред. В.Б. Лидского. - М.: Наука, 1969. - 336 с.

8. Богданов, A.B. Сервис-ориентированная архитектура: новые возможности в свете развития GRID технологий / А.В.Богданов, Е.Н.Станкова, В.В.Мареев (http//www.ict.edu.ru/lib/index.php?id_res=5639)

9. Влах, И. Машинные методы анализа и проектирования электронных схем [Текст]: монография / И.Влах, К.Сингхал.; пер. с анг. - М.: Радио и связь, 1988. - 560 с.

10. Гамма, Э. Приемы объектно-ориентированного проектирования [Текст]: монография / Э.Гамма, Р.Хелм.; пер. с анг. - СПб.: Питер, 2001.

И. Гербер, Ш. Полный справочник по С# [Текст]: монография / Ш.Гербер.; пер. с анг. - СПб.: Питер, 2006. - 740 с.

12. Глориозов, Е.Л. Введение в автоматизацию схемотехнического проектирования [Текст]: монография / Е.Л.Глориозов, В.Г.Сорин, П.П.Сыпчук. - М.: Советское радио, 1976. - 232 с.

13. Даконта, М. XML и Java 2. Библиотека программиста [Текст]: монография / М.Даконта, А.Саганич.; пер. с анг. - СПб.: 2001. - 384 с.

14. Дей, Н. Eclipse: Платформа Web-инструментов [Текст]: монография / Н.Дей, Л.Мандел, А.Райман.; пер. с англ. - М.:, 2008.- 688 с.

15. Дейтел, Х.М. Технология программирования на Java 2: Книга 1. Графика, JavaBeans, интерфейс пользователя [Текст]: монография / Х.М.Дейтел, П.Д.Дейтел, С.И.Сантри.; - М.: ООО «Бином-Пресс», 2003.-560 с.

16. Дейтел, Х.М. Технология программирования на Java 2: Книга 2. Распределенные приложения [Текст]: монография / Х.М. Дейтел, П.Д.Дейтел, С.И.Сантри.; - М.: ООО «Бином-Пресс», 2003.-464 с.

17. Дейтел, Х.М. Технология программирования на Java 2: Книга 3. Корпоративные системы, сервлеты, JSP, Web-сервисы [Текст]: монография / Х.М.Дейтел, П.Д.Дейтел, С.И.Сантри.; пер. с анг. - М.: ООО «Бином-Пресс», 2003.- 672 с.

18. Демидович, Б.П. Основы вычислительной математики [Текст]: монография / Б.П.Демидович, И.А.Марон. - М.: Физматгиз, 1963. - 658 с.

19. Джеймс, О. Итерационные методы решения нелинейных систем уравнений [Текст]: монография / О.Джеймс, Р.Венер.; пер. с англ. под ред. Э.В. Вершкова, Н.П. Жидкова, И.В. Коновальцева. - М.: Мир, 1975.- 551 с.

20. Джордж, А. Численное решение больших разреженных систем уравнений [Текст]: монография / А.Джордж, Дж.Лю.; пер. с англ. Х.Д. Икрамова - М.: Мир, 1984. - 333 с.

21. Диалоговые системы схемотехнического проектирования [Текст]: монография / В.И.Анисимов [и др.]. - М.: Радио и связь, 1988. - 287 с.

22. Дунаев С.Б. Java для Internet в Windows и Linux [Текст]: монография / С.Б.Дунаев. - М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2004. - 496 с.

23. Зеленухина, В.А. Разработка Интернет-ориентированных виртуальных лабораторий математического моделирования посредством разделения вычислительных и визуализационных задач [Текст] / В.А.Зеленухина, //Информационные технологии, 2010. - №10. - С..

24. Зыков, A.A. Основы теории графов [Текст]: монография / А.А.Зыков. -М.: Наука, 1987.-256 с.

25.Ильин, В.Н. Основы автоматизации схемотехнического проектирования [Текст]: монография / В.Н.Ильин. - М.: Энергия, 1979. - 391 с.

26. Имитационное моделирование производственных систем [Текст]: монография / А.А.Вавилов [и др.]. - Киев : Техника, 1983. - 415 с.

27. Как программировать на XML [Текст]: монография / Х.М.Дейтел, [и др.].; пер. с анг. - М.: ЗАО «Издательство БИНОМ», 2001.- 944 с.

28. Калиткин, H.H. Численные методы [Текст]: монография / Н.Н.Калиткин. -М.: Наука, 1978,- 519 с.

29. Кнут, Д. Искусство программирования для ЭВМ [Текст]: монография / Д.Кнут.; пер. с англ. Г.П.Бавенко, Ю.М.Ваяковского.; под ред. К.И.Бабенко, В.С.Штаркмана. - М.: Мир, 1976. - 734 с.

30. Кристофидес, Н. Теория графов. Алгоритмический подход [Текст]: монография / Н.Кристофидес.; пер. с анг. под ред. Г.П.Гаврилова. - М.: Мир, 1978.-432 с.

31. Мак-Дональд, М. Microsoft ASP.NET 2.0 с примерами на С# 2005 для профессионалов [Текст]: монография / М. Мак-Дональд, М.Шпушта; пер. с анг. под ред. Ю.Н. Артеменко. - М.: ООО «И.Д.Вильямс», 2006. - 1408 с.

32. Михайлов, В.Б. Численно-аналитические методы решения сверхжестких дифференциально-алгебраических систем уравнений [Текст]: монография /В.Б.Михайлов. - СПб.: Наука, 2005. - 223 с.

33. Норенков, И.П. Введение в автоматизированное проектирование технических устройств и систем [Текст]: монография / И.П.Норенков. -М.: Высшая школа, 1986. - 302 с.

34. Норенков, И.П. Основы теории и проектирования САПР [Текст]: монография / И.П.Норенков, В.Б.Маничев. - М.: 1990. -334 с.

35. Норенков, И.П. Системы автоматизированного проектирования электронной и вычислительной аппаратуры [Текст]: монография / И.П.Норенков, В.Б.Маничев. -М.: Высшая школа, 1983. - 272 с.

36. Ноутон, П. Java 2 [Текст]: монография / П. Ноутон, Г.Шилдт. ; пер. с англ. - СПб.: БХВ-Петербург, 2001. - 1072 с.

37. Петренко, А.И. Основы построения систем автоматизированного проектирования [Текст]: монография / А.И.Петренко, О.И.Семенков. -Киев: Высшая школа, 1984. - 293 с.

38. Петренко, А.И. Табличные методы моделирования электронных схем на ЭЦВМ [Текст]: монография / А.И. Петренко, А.И.Власов, А.П.Тимченко. -Киев: Высшая школа, 1977. - 186 с.

39. Писсанецки, С. Технология разреженных матриц [Текст]: монография / С.Писсанецки.; пер. с анг. под ред. Х.Д.Икрамова. - М.: Мир, 1988. - 410 с.

40. Разевиг, В. Схемотехническое моделирование с помощью Micro-Cap 7 [Текст]: монография / В.Разевиг. - М. : Телеком, 2003. - 368 с.

41. Разработка распределенных приложений на платформе Microsoft .Net Framework [Текст]: монография / С.Морган [и др.].; пер. с англ. - М.: «Русская Редакция», 2008. - 608 с.

42.Разработка клиентских веб-приложений на платформе Microsoft .Net Framework [Текст]: монография / Гленн Д. [и др.].; пер. с англ. - М.: «Русская Редакция», 2007. - 768 с.

43. Руководство разработчика Borland JBuilder [Текст]: монография / М.Ленди [и др.].; пер. с англ. - М.: Издательский дом «Вильяме», 2004. -864 с.

44. Райе, Дж. Матричные вычисления и математическое обеспечение [Текст]: монография / Дж.Райс.; пер. с анг. - М.: Мир, 1984. - 264 с.

45. С# для профессионалов [Текст]: монография / Симон Робинсон [и др.].; пер. с англ. С.Коротыгин [и др.]. - М.: Лори, 2005. - 1002 с.

46. Саймон, P. Microsoft Windows 2000 API. Энциклопедия программиста [Текст]: монография / Р.Саймон.; - СПб.: ДиаСофт, 2002.-1088 с.

47. Секреты программирования для Internet на Java [Текст]: монография / М.Томас [и др.].; пер. с англ. - СПб.: Питер, 1997. - 640 с.

48. Сешу, С. Линейные графы и электрические цепи [Текст]: монография / С.Сешу, М.Б.Рид.; пер. с англ.. - М.: Высшая школа, 1971. - 448 с.

49. Сигорский, В.П. Алгоритмы анализа электронных схем [Текст]: /

B.П.Сигорский, А.И.Петренко. - М.: Советское радио, 1976. - 606 с.

50. Сигорский, В.П. Математический аппарат инженера [Текст]: монография / В.П.Сигорский. - Киев: Техника, 1975. - 765 с.

51. Слипченко, В.Г. Машинные алгоритмы и программы моделирования электронных схем [Текст]: монография / В.Г.Слипченко, В.Г.Табарный -Киев: Техника, 1976. - 157 с.

52. Советов, Б.Я. Моделирование систем [Текст]: монография / Б.Я.Советов,

C.А.Яковлев. - М.: Высшая школа, 1985. - 271 с.

53. Сольницев, Р.И. Автоматизация проектирования систем автоматического управления [Текст]: монография / Р.И.Сольницев. - М.: Высшая школа, 1991. - 328 с.

54. Сольницев, Р.И. Основы автоматизации проектирования гироскопических систем. [Текст]: монография / Р.И. Сольницев. - М.: Высшая школа, 1985. - 240 с.

55. Степаненко, И.П. Основы микроэлектроники: учеб. пособие для вузов [Текст / И.П.Степаненко. - М.: Советское радио, 1980. -567 с.

56. Тарасик, В.П. Математическое моделирование технических систем [Текст]: монография / В.П. Тарасик. - Минск: Дизайн ПРО, 2004. - 639 с.

57. Троелсен, Э. Язык программирования С# 2005 и платформа .NET 2.0 [Текст]: монография / Э.Троелсен,; пер. с англ. под ред. А.Г.Спивака. - М.: ООО «И.Д.Вильямс», 2007. - 1168 с.

58. Тьюарсон, Ф.Р. Разреженные матрицы [Текст]: монография / Ф.Р.Тьюарсон.; пер. с анг. - М.: Мир, 1977. - 189 с.

59. Фадеев, Д.К. Вычислительные методы линейной алгебры [Текст]: монография / Д.К.Фадеев, В.Н. Фадеева. - М.: Изд-во Физ-мат литературы, 1963. - 734 с.

60. Феррара, А. Программирование web-сервисов для .NET [Текст]: монография / А.Феррара, М.Мак-Дональд. - СПб.: Питер, 2003. - 422 с.

61. Форсайт, Дж. Машинные методы математических вычислений [Текст]: монография / Дж.Форсайт, М.Малькольм, К.Моулер.; пер. с англ. под ред. Х.Д.Икрамова. - М.: Мир, 1980. - 277 с.

62. Цимбал, A.A. Технология создания распределенных систем [Текст]: монография / А.А.Цимбал, М.Л.Аншина. - СПб.: Питер, 2003. - 576 с.

63. Чуа, Л.О. Машинный анализ электронных схем [Текст]: монография / Л.О.Чуа, Лин.Пен-Мин.; пер. с анг. -М.: Энергия, 1980. - 631с.

64. Хайнеман, P. PSPICE Моделирование работы электронных схем [Текст]: монография / Р.Хайнеман. -М.: Издательство ДМК, 2005. - 327с.

65. Хабибулин, И. Разработка Web-служб средствами Java [Текст]: монография / И. Хабибулин. - СПб.: БХВ-Петербург, 2003. - 400 с.

66. Холл, М. Сервлеты и JavaServer Pages [Текст]: монография / М.Холл.; пер. с анг. -СПб.: Питер, 2001. - 496 с.

67. Эстербю, О. Прямые методы для разреженных матриц [Текст]: монография / О.Эстербю, З.Златев.; пер. с анг. - М.: Мир, 1987. - 111 с.

68. Янг, М.Д. Microsoft XML. Шаг за шагом [Текст]: монография / М.Д.Янг.; пер. с англ. -М.: Издательство ЭКОМ, 2002. - 384с.

69. http://bigor.bmstu.ru/?doc=080_IS/ai006.mod/?cou-140_CADedu/CAD.cou