Разработка моделей и программных средств интеграции кроссплатформенных тонких клиентов в жизненный цикл промышленных программно-вычислительных комплексов моделирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.11, кандидат наук Папилина, Татьяна Михайловна

• Папилина, Татьяна Михайловна
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Папилина, Татьяна Михайловна

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Глава 1. Жизненный цикл промышленных комплексов моделирования

1.1. Смена парадигм разработки ПО по мере развития аппаратного и программного обеспечения ЭВМ

1.2. Облачный подход как развитие клиент-серверной архитектуры

1.3. Автоматизированная система диспетчерского управления ЕСГ

1.4. Обзор некоторых эксплуатируемых ПВК в АСДУ

1.5. Общие направления развития ПВК в АСДУ

1.6. Регламентирующие документы по разработке ПВК в АСДУ

1.7. Выводы по главе 1

Глава 2. Моделирование работы РКС и оценка параметров её функционирования

2.1. Моделирование компонентов РКС и их взаимодействия

2.1.1. Раскрашенные сети Петри

2.1.2. Моделирование РСП в CPN Tools

2.1.3. Модель взаимодействия толстых клиентов на примере сетевого тренажёра ПВК «Веста»

2.1.4. Модель работы сетевого менеджера в гетерогенной среде

2.2. Оценка параметров функционирования РКС

2.2.1. Модели расчётного комплекса и системных компонентов

2.2.2. Модель тонкого клиента

2.2.3. Взаимосвязь компонентов РКС

2.2.4. Показатели эффективности работы РКС

2.3. Выводы по главе 2

Глава 3. Выбор технологий разработки компонентов РКС

3.1. Разработка менеджера схем

3.2. Разработка серверных компонентов web-приложения

3.2.1. Критерии выбора платформы разработки серверных компонентов

3.2.2. Платформы разработки серверных компонентов

3.2.3. Сводные результаты по сравнению платформ разработки серверных приложений

3.3. Разработка клиентских приложений

3.3.1. Критерии выбора платформы разработки клиентских приложений

3.3.2. Платформы разработки клиентских приложений и работы с web-графикой

3.3.3. Сводные результаты по сравнению платформ разработки клиентских приложений

3.4. Инструменты разработки динамических web-интерфейсов

3.4.1. Критерии выбора JavaScript-инструмента

3.4.2. Краткий анализ основных инструментов работы с JavaScript

3.4.3. Сводные результаты по анализу инструментов работы с JavaScript

3.4.4. Работа с web-графикой в HTML5

3.4.5. Механизм асинхронной передачи данных AJAX

3.5. Выводы по главе 3

Глава 4. Программная реализация РКС для АСДУ

4.1. Общая архитектура РКС

4.2. Менеджер схем

4.3. Тонкие клиенты

4.4. Web-приложение

4.4.1. Основные классы и методы

4.4.2. Настройка web-приложения

4.5. Оценка сопровождаемости разработанной РКС

4.6. Рекомендации по интеграции ПВК в РКС

4.6.1. Модификация ПВК

4.6.2. Написание шаблонов преобразования данных

4.6.3. Развёртывание системы

4.6.1. Обеспечение конфиденциальности передаваемых данных

4.7. Пример разработки тонкого клиента для диспетчера ЛПУ МГ

4.8. Выводы по главе 4

Заключение

Список используемых сокращений

Общие термины и определения

Список литературы

Список иллюстраций

Список таблиц

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка моделей и программных средств интеграции кроссплатформенных тонких клиентов в жизненный цикл промышленных программно-вычислительных комплексов моделирования»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования

В последнее десятилетие разработка программного обеспечения (ПО)

перешла от разработки стационарных программ к разработке ПО как услуг

(Software as a Service, SaaS) на основе облачных технологий. Данный переход

является результатом совокупности факторов:

1. Появление и широкое распространение многоядерных процессоров привело к противоречию существующей массовой парадигмы программирования — создание последовательных программ - с многоядерностью и многопроцессорностью.

2. Увеличение разрыва в производительности клиентских и серверных электронно-вычислительных машин (ЭВМ). Создание высокопроизводительных центров обработки данных (ЦОД) позволяет не только снизить требования к клиентским устройствам, но и решать задачи, превосходящие ресурсоемкостью возможности отдельных рабочих станций.

3. Ускорение цикла разработки ПО до практически непрерывного: разработчики стараются по возможности поддерживать контакт с пользователями для улучшения своего продукта. Идёт взаимовыгодное сотрудничество: пользователи оперативно получают обновления, а разработчики - отчёты об ошибках и пожелания. Однако это ведёт к проблеме быстрого и прозрачного для пользователей получения обновлений.

4. Развитие мобильных устройств и сетей передачи данных, методов и средств защиты информации даёт возможность организации удалённого доступа к информации практически в любой момент.

5. Расширение списка клиентских устройств за счет мобильных телефонов и планшетных компьютеров, имеющих отличные от персональных компьютеров

характеристики и программно-аппаратную платформу, усугубило проблему переносимости ПО с одной платформы на другую.

В РФ актуальности проблеме кроссплатформенности добавляет курс на импортозамещение, вводящий ограничения на закупки товаров, работ и услуг иностранного происхождения, в том числе ПО и операционных систем (ОС).

Решением указанных проблем стали концепция открытых стандартов и спецификаций для разработчиков ПО и развертывание ПО в высокопроизводительных ЦОД (облаках) с предоставлением доступа к его функциональности через тонкие клиенты.

В то же время в крупных компаниях эксплуатируется ряд специализированных программных продуктов, использование которых критично для выполнения бизнес-задач. К такому ПО относятся программно-вычислительные комплексы (ПВК) моделирования, каждый из которых является уникальным для соответствующей отрасли. Поскольку разработка ПВК «с нуля» - ресурсоёмкий процесс, неизбежно сопровождающийся появлением новых ошибок, необходимо решать проблему модернизации существующих комплексов, что также является нетривиальной задачей. Переход на новую концепцию осложняется как необходимостью сохранения сколь угодно сложной бизнес-логики ПВК, так и размерами организации, включая территориально распределённые филиалы и дочерние компании. Возможным решением проблемы является изменение способа организации взаимодействия с ПВК путём создания распределённой компьютерной среды (РКС), обеспечивающей удалённый доступ к вычислительным ресурсам через кроссплатформенных тонких web-клиентов. В таком случае необходимо обеспечить согласованную работу как существующих программ - толстых клиентов, так и внедряемых тонких.

В диссертации рассматривается задача создания гетерогенной РКС, обеспечивающей возможность организации удалённого доступа к существующему прикладному ПО через кроссплатформенные тонкие клиенты.

Данная задача решается на примере ПВК моделирования задач газотранспортной отрасли. Выбор данной отрасли определен следующими факторами:

1. Единая система газоснабжения (ЕСГ) России принадлежит одной компании: ПАО «Газпром», следовательно, все рассматриваемые в работе ПВК подчиняются единым стандартам и требованиям. При этом в рамках одной системы функционируют программные средства разных разработчиков, решающие схожие задачи, но имеющие собственные форматы данных. Распределённость, гетерогенность и иерархия ЕСГ обуславливают необходимость соответствующей системы управления, однако результаты расчёта одного ПВК возможно использовать в другом только после ручного переноса данных.

2. Проблема кроссплатформенности: по историческим причинам большинство эксплуатируемых ПВК работают только под управлением ОС Windows от Microsoft. Таким образом, замена ОС Windows на рабочих станциях пользователей приведёт к неработоспособности ПВК. Кроме того, на данный момент разработчиками ПВК не поддерживаются мобильные клиентские устройства.

3. Проблема поддержки ПВК в актуальном состоянии: непрерывный цикл разработки и постоянное внесение изменений в ПВК требует регулярного обновления всех установленных в организации комплексов, при этом механизмы автоматического обновления развиты недостаточно.

4. Перегруженность графического интерфейса пользователей: постоянное наращивание функциональности приводит к избыточности элементов управления, в то время как отдельным категориям пользователей требуется доступ только к определенному набору задач.

С учётом изложенного, проблема разработки РКС, обеспечивающей удалённый доступ к специализированным прикладным ПВК с помощью кроссплатформенных клиентов, является актуальной для обеспечения

функционирования и сопровождения ПО корпоративного сектора в целом и газотранспортной отрасли в частности.

Степень разработанности темы исследования

В ходе работы был изучен и проанализирован вклад отечественных и зарубежных учёных в областях науки, связанных с темой диссертационного исследования: Бермана Р.Я., Васильева А.В., Вентцель Е.С., Воеводы А.А., Григорьева Л.И., Коротикова С.В., Котова В.Е., Леонова Д.Г., Митичкина С.К., Овчарова Л.А., Панкратова В.С., Питерсона Дж., Сарданашвили С.А., Селезнева В.Е., Ставровского Е.Р., Стёпина Ю.П., Сухарева М.Г., Трахтенгерца Э.А., Шалыто А.А., Швечкова В.А. и др., а также коллективов РГУ нефти и газа (НИУ) им. И.М. Губкина, АО «Газпром промгаз», ООО «Газпром-информ», РФЯЦ-ВНИИТФ им. акад. Е.И. Забабахина и SIMONE Research Group s.r.o.

Цель и задачи диссертационного исследования

Целью диссертационной работы является исследование моделей, методов и программных средств организации и анализа взаимодействия специализированных программно-вычислительных комплексов для создания гетерогенной РКС, обеспечивающей удалённый доступ к промышленным комплексам моделирования через кроссплатформенных тонких клиентов, а также программная реализация компонентов РКС для ПВК газотранспортной отрасли.

Задачи диссертационного исследования:

1. Построение модели функционирования РКС для определения компонентного состава и протоколов взаимодействия.

2. Построение модели функционирования РКС для анализа и оценки параметров эффективности её работы.

3. Разработка архитектурных решений и программная реализация компонентов гетерогенной РКС для газотранспортной отрасли, с учётом современных принципов и технологий проектирования и программирования

распределённых систем, а также текущего состояния и направлений развития автоматизированной системы диспетчерского управления (АСДУ).

4. Разработка инструментария для создания тонких web-клиентов с произвольным набором функциональности, предусматривающую возможность расширения до разработки мобильных приложений.

5. Разработка рекомендаций по интеграции ПВК в РКС, доработка соответствующего инструментария, а также интеграция одного из используемых в АСДУ ПВК, ПВК "Веста", и проверка работоспособности разработанной РКС на примере реализации профессионального калькулятора диспетчера.

Методы исследования

При решении поставленных задач были использованы принципы системного

анализа, объектно-ориентированного проектирования и программирования,

построения распределённых систем, а также модели и методы теории сетей Петри,

теории принятия решений, теории марковских цепей и динамики средних.

Научная новизна

Научная новизна результатов работы заключается в следующем:

• построены модели, позволяющие определить набор компонентов РКС и протоколы их взаимодействия между собой;

• предложены модели функционирования РКС для анализа и оценки эффективности работы отдельных компонентов и РКС в целом;

• разработаны архитектурные решения РКС, обеспечивающей удалённое подключение к специализированным программным комплексам тонких кроссплатформенных клиентов с заданным набором функциональности.

Положения, выносимые на защиту

• модель РКС для определения её компонентного состава и протоколов взаимодействия;

• математическая модель для анализа и оценки параметров работы РКС;

• архитектурные решения и технологии разработки компонентов РКС и инструментария для создания тонких клиентов.

Практическая ценность работы

Практическая ценность работы заключается в построении гетерогенной РКС, обеспечивающей удалённое подключение к специализированному ПО тонких клиентов и доступ к данным и расчётным задачам в доверенной сети, а также позволяющую разрабатывать кроссплатформенные тонкие клиенты с заданным набором функциональности и способом визуализации данных под нужды конкретной организации.

Тонкие клиенты могут использоваться как самостоятельное ПО, а также встраиваться в специализированное ПО сторонних разработчиков.

Для АСДУ разработанная РКС является одним из ключевых компонентов инфраструктуры, обеспечивающей переход на распределённую обработку данных и создание открытой интеграционной платформы (ОИП) для ПВК различных разработчиков. Переход к распределённой структуре дает принципиальную возможность моделирования задач, по ресурсоемкости превосходящих возможности отдельных рабочих станций.

Разработанный в качестве примера профессиональный калькулятор диспетчера предоставляет доступ к набору расчётных задач ПВК «Веста» с любого устройства, в том числе мобильного, находящегося в доверенной сети. Таким образом, значительно снижаются требования к клиентским устройствам и отсутствует необходимость покупки и установки специализированного ПО на каждом рабочем месте.

Апробация работы

Основные результаты работы обсуждались на следующих конференциях: 66-я международная молодежная научная конференция «Нефть и газ — 2012» (г. Москва), «Компьютерные технологии поддержки принятия решений в

диспетчерском управлении газотранспортными и газодобывающими системами 0КС0М-2012» (г. Москва), «Новые технологии в газовой промышленности (газ, нефть, энергетика)» (г. Москва, 2013), «Компьютерные технологии поддержки принятия решений в диспетчерском управлении газотранспортными и газодобывающими системами DISCOM-2014» (г. Москва), «Новые технологии в газовой промышленности (газ, нефть, энергетика)» (г. Москва, 2015), XI Всероссийская научно-техническая конференция «Актуальные проблемы развития НГК России» (г. Москва, 2016).

Публикации по теме диссертации

Основное содержание работы отражено в 11 печатных работах, из них 5 — в рецензируемых журналах перечня ВАК [18, 23, 25, 26 29] и 6 в сборниках тезисов конференций [19, 24, 27, 28, 30, 31].

Личный вклад автора

Содержание диссертации и основные положения, выносимые на защиту, отражают личный вклад автора. В подготовке полученных результатов к публикации совместно с соавторами вклад диссертанта был определяющим. Представленные в диссертации результаты получены лично автором.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы из 87 наименований. Работа изложена на 131 странице основного текста. Текст работы содержит 37 рисунков и 12 таблиц.

ГЛАВА 1. ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ ПРОМЫШЛЕННЫХ КОМПЛЕКСОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ

Согласно Приказу Министерства связи и массовых коммуникаций РФ от 1 апреля 2015 г. №96 «Об утверждении плана импортозамещения программного обеспечения», долю клиентских/мобильных и серверных операционных систем (ОС) планируется снизить до 50% к 2025 году с 95% и 75% соответственно [37].

Таблица 1 - План импортозамещения

Срок Доля Максимальная Максимальная

Направление реализации проекта импорта в 2014 г. доля импорта к 2020 г. доля импорта к 2025 г.

Клиентские и мобильные ОС 2015-2025 95% 75%* 50%*

Серверные ОС 2015-2025 75% 60%* 50%*

СУБД 2015-2025 86% 70%* 50%*

Средства

управления "облачной" 2015-2025 93% 75%* 50%*

инфраструктурой

и виртуализацией

Пол ьзовател ьское офисное ПО 2015-2025 97% 75%* 50%*

* при согласовании и финансовом обеспечении реализации проектов импортозамещения, в соответствии с параметрами паспортов проектов

Подписанный 29 июня 2015 г. Федеральный закон №188-ФЗ о внесении изменений в Федеральный закон «Об информации, информационных технологиях и о защите информации» и статью 14 Федерального закона «О контрактной системе в сфере закупок товаров, работ, услуг для обеспечения государственных и муниципальных нужд» предписывает создание реестра российского ПО. Также с 1 января 2016 г. введены ограничения на закупки товаров, работ и услуг, в том числе и ПО, иностранного происхождения [46]. Под действия ограничений

попадают компании стратегически важных отраслей промышленности, в частности, топливно-энергетического комплекса, функционирование которых во многом зависит от использования прикладного ПО.

Как правило, специализированное ПО имеет длительный жизненный цикл, измеряемый десятилетиями, а значит в нём заложены принципы проектирования ПО, актуальные на момент начала разработки. В дальнейшем происходит накопление новой прикладной функциональности, а пересмотру архитектурных решений уделяется недостаточно внимания. При этом бурное развитие программного и аппаратного обеспечения приводит к кризисам разработки ПО и последующей смене принципов проектирования. Несоответствие уровню развития информационных технологий со временем осложняет сопровождение и модернизацию программ. Проследить это несоответствие позволяет наложение периода эксплуатации специализированного ПО на временную шкалу, отражающую развитие информационных технологий.

1.1. Смена парадигм разработки ПО по мере развития аппаратного и

программного обеспечения ЭВМ

Разработка ПО за свою историю прошла путь от вспомогательной для производителей аппаратного обеспечения до одной из самых высокотехнологичных отраслей промышленности. В своем развитии разработка ПО существенно зависела от аппаратной платформы, в то же время оказывая влияние на достижения в этой области: переломные моменты в развитии аппаратного обеспечения сразу же влекли за собой кризис разработки ПО, и, следовательно, смену парадигмы программирования. В истории развития программного и аппаратного обеспечения можно выделить несколько этапов, для которых были характерны соответствующие подходы к разработке (Рисунок 1).

1941

Z3

1950 1960

1964 1969 1973 1977 1983 1993

IBM ARPA- Xerox ПК TCP/ Nokia

S/360 NET Alto, Apple II IP 9000

ч \ ГИП / / / ч

2001 2002 IBM Amazon Power4 EC2

2007 iPhone

4

1948 1951 1957 1967 1969 1980 1983 1993 1999 2009 2014

Plankalkül ПП-1 Fortran Simula Unix Smalltalk C++ HTML Salesforce.com Google HTML5

Apps

Рисунок 1 - Основные вехи развития программного и аппаратного обеспечения

Зарождение электронно-вычислительной техники

Первой полностью программно-управляемой бинарной вычислительной машиной является третья вычислительная машина немецкого инженера Конрада Цузе (Konrad Zuse) — Z3, представленная 12 мая 1941 г. и используемая немецким Исследовательским институтом аэродинамики для расчётов при конструировании самолётов и управляемых ракет. Z3 считается первым реально действовавшим программируемым компьютером, так как она обладала всеми свойствами, присущими современным ЭВМ [75]. Но выполнение операций в Z3 было последовательным - операторы цикла и условного перехода отсутствовали.

Вторая мировая война дала мощный толчок для развития вычислительной техники и формированию специфической группы инженеров - инженеров-программистов. Появились первые образцы специализированных компьютеров в ведущих странах мира, в том числе, на базе теоретических наработок Алана Тьюринга. Окончание Второй мировой войны привело к массовой миграции специалистов из оборонной сферы в университеты и ЭВМ стали применяться для научных целей.

Эпоха изысканий

Применению ЭВМ для решения задач промышленности способствовало возникновение в начале 1950-х гг. на территории инженерного факультета Стэнфорда региона, ориентированного на высокотехнологичную продукцию (производство полупроводников) с высококвалифицированными специалистами -

будущей Кремниевой долины. Это стимулировало рост возможностей вычислительной техники и к концу 1950-х годов программные возможности перестали соответствовать аппаратным. Это несоответствие привело к кризису программного обеспечения.

В 1965 г. Гордон Мур сформулировал эмпирический закон, согласно которому количество полупроводниковых элементов на кристалле и производительность процессоров будут удваиваться в среднем каждые полтора-два года. Закон имел и экономический характер: стоимость производства одного транзистора будет вдвое снижаться каждые полтора года, новые компьютеры появлялись каждые год-два, делая существующие модели устаревшими.

В литературе период с 1955 по 1965 г. называют эпохой изысканий (The Pioneering Era) в разработке программного обеспечения [74]. Это время характеризуется следующими чертами:

• С выходом нового аппаратного обеспечения программисты вынуждены переписывать свои программы под новые машины.

• Аппаратное обеспечение определялось его приложением: научные и промышленные задачи выполнялись на разных машинах.

• На существующих в тот момент языках программирования низкого уровня было сложно создавать программы, использующие возросшие возможности компьютеров в полной мере. Возникла необходимость в проектировании новых - высокоуровневых - языков программирования. Так были спроектированы и получили свое развитие языки с более высокой степенью абстракции и переносимости: ALGOL, COBOL, FORTRAN, C. В свою очередь это потребовало разработку служебных программ - трансляторов и компиляторов.

• В программировании стали применяться абстракция данных и модульный подход.

• Производители аппаратного обеспечения предоставляли системное ПО

бесплатно, так как ЭВМ невозможно было продать без ПО.

Подводя итоги этого периода можно сказать, что ПО используется для внутренних нужд: программисты являлись не только разработчиками, но и основными его пользователями. В то же время, в этот период начинаются активные исследования в области применения ЭВМ для задач промышленности, создаются математические модели и специализированные программы.

Эпоха установления и развития

Следующим переломным моментом стало анонсирование 7 апреля 1964 г. нового семейства компьютеров - IBM System/360 (S/360), в которых впервые наблюдалось четкое разграничение между архитектурой и реализацией: все компьютеры в серии, разные по производительности, использовали один и тот же набор команд - микрокод. Это послужило началом новой эпохи - эпохи стабилизации (The Stabilizing Era), и имело далеко идущие последствия:

• Появилась возможность переносить ПО с одной машины на другую, программисты получили возможность писать новые программы, а не переписывать существующие.

• Микрокод позволил создавать программы без глубокого погружения в архитектуру компьютера.

• Работу всех служб, необходимых для запускаемых программ обеспечивала операционная система.

• На S/360 можно было запускать и научные, и практические приложения, поддерживалась не только двоичная, но и десятичная арифметика.

• IBM сделала попытку объединить все языки программирования в один - PL/I ( Programming Language 1), но язык требовал слишком сложных компиляторов для поддержки многочисленных встроенных функций и попытка оказалось неудачной.

• Возросший спрос, новые технологии (появление структурного программирования) привели к дефициту разработчиков ПО.

• Появление компаний-разработчиков ПО привело к борьбе за стандарты: компания, определившая стандарт в соответствии с собственной технологией, получала значительное конкурентное преимущество.

ПО всё ещё оставалось для внутреннего пользования, однако начался процесс разделения пользователей и разработчиков на уровне системного ПО. Появились первые пакеты прикладных программ (ППП) - подборки программ для решения отдельных задач в той или иной предметной области.

Эпоха микропроцессоров

В конце 1970-х компания Apple Computer совершила свою первую революцию: в 1977 г. был представлен массовый персональный компьютер Apple II, с которого началась компьютеризация пользователей.

Эпоха микропроцессоров (The Micro Era) началась с резкого падения стоимости вычислений, что сделало возможным их повсеместное использование. В 1980-90-е годы разразился второй кризис разработки ПО: технический уровень вычислительных систем позволял разрабатывать сложные программные комплексы, содержащие миллионы строк кода и написанные сотнями программистов, но существовавшее программное обеспечение сдерживало этот процесс. Выходом из сложившейся ситуации стали объектно-ориентированные языки программирования.

Компьютеры стали использоваться не только в офисах крупных компаниях, но и дома. Разработчики ПО столкнулись с проблемой: как научить непрограммиста пользоваться прикладными программами, которые подразумевали достаточно высокий уровень знания в алгоритмических языках. Это потребовало переработки интерфейса пользователя в сторону простоты и

удобства. Появились программы, поддерживающие интерактивный режим работы с диалоговыми окнами.

Выход Windows'95 и Windows NT, предоставляющих программистам интерфейс прикладного программирования Win32, привёл к бурному росту количества программ, ориентированных на ОС Windows. В дальнейшем это привело к практически полному переходу корпоративного сектора на операционную систему компании Microsoft, зависимость от которой сохраняется и в настоящее время.

Одновременно конкуренция за рынок приводит к социализации разработки ПО: недостаточно создать систему, надо ее адаптировать под конкретные условия, внедрить, обеспечить сопровождение и поддержку. Цикл разработки ПО ускоряется и практически становится непрерывным: разработчики стараются поддерживать контакт с пользователями для улучшения своего продукта. Идет взаимовыгодное сотрудничество: пользователи оперативно получают обновления, а разработчики - отчеты об ошибках и пожелания. XXI век

XXI век ознаменовался широким распространением многоядерных процессоров и мобильных устройств и новой формулировкой закона Мура: удвоение количества ядер на процессоре будет происходить каждые полтора-два года. Это привело к третьему кризису ПО. Существующая массовая парадигма программирования — создание последовательных программ - пришла в противоречие с многоядерностью и многопроцессорностью.

Усугубилась и другая проблема - проблема переносимости, вызванная разнообразием программно-аппаратных платформ. Фактически, разработчики вернулись к проблеме, характерной для ранних вычислительных систем: обеспечение работы программ при смене платформы и работа программ, разработанных для другой платформы, без смены текущей, поскольку

большинство пользователей владеет несколькими устройствами на различных платформах (персональный компьютер и мобильное устройство).

Частичным решением этой проблемы стала концепция открытых стандартов и спецификаций, которая все чаще используется разработчиками прикладного ПО и облегчает жизнь пользователям. Современные информационные технологии всё больше переходят на концепцию облачных технологий, позволяющих решать проблемы не только переносимости ПО и использования вычислительных мощностей, но и доступности информационных ресурсов. Возможность работы с различными устройствами обеспечивают кроссплатформенные или платформонезависимые тонкие клиенты. Кроссплатформенность (межплатформенность) — способность системы функционировать более чем на одной аппаратной платформе и/или ОС. Платформонезависимость - идеальный случай кроссплатформенности, в реальности проявляющийся в способности функционировать на всех современных программно-аппаратных платформах.

1.2. Облачный подход как развитие клиент-серверной архитектуры

Несмотря на широкое распространение облачных систем в различных сферах жизни, до сих пор отсутствует стандарт, определяющий понятие «облако». Наиболее распространённое определение облачным технологиям было сформулировано в 2011 г. в рекомендациях Национального института стандартов и технологий США [52]. Согласно данным рекомендациям [62], облако должно удовлетворять следующим критериям:

• самообслуживание по требованию (self-service on demand);

• доступ по сети для любых тонких и толстых клиентов;

• объединение ресурсов (англ. resource pooling);

• эластичность, или масштабируемость;

• учёт объёма предоставленных услуг.

Таким образом, облако даёт возможность потребителю самостоятельно получать доступ с практически любого клиентского устройства в тот момент времени и к тому набору услуг, когда ему это необходимо, без необходимости взаимодействия с поставщиком услуг.

В свою очередь поставщики услуг объединяют ресурсы в единый пул, с возможностью динамического перераспределения ресурсов в зависимости от количества клиентов. Объём предоставляемых услуг конкретному клиенту контролируется, как правило, автоматически и может быть изменен по требованию клиента. При этом поставщиком ведется учёт объёмов предоставленных услуг.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Папилина, Татьяна Михайловна, 2016 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бальченко А. С., Попов Р. В. Разработка программной платформы систем моделирования технологических сетей// Тр. конф. «Математические модели и методы анализа и оптимального синтеза развивающихся трубопроводных и гидравлических систем» - Иркутск, 2014.

2. Вентцель Е.С. Исследование операций// М.: Сов. Радио, 1972. - 552 с.

3. ГОСТ Р 51583-2014 Защита информации. Порядок создания автоматизированных систем в защищенном исполнении. Общие положения [Текст] // Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. - 2014 г.

4. ГОСТ Р ИСО/МЭК 9126-93 Информационная технология. Оценка программной продукции. Характеристики качества и руководства по их применению [Электронный ресурс]// Дата обращения 20.07.2015 г. (http://docs.cntd.ru/document/gost-r-iso-mek-9126-93)

5. Диспетчерское управление. Бизнес-модель диспетчерского управления системами газоснабжения. Общие положения. СТО Газпром 8-011-2013 [Текст]. -М.: ОАО "Газпром", 2014.

6. Диспетчерское управление. Инструменты диспетчерского управления. Системы поддержки принятия диспетчерских решений. Общие требования. СТО Газпром 8-005-2013 [Текст]. - М.: ОАО Газпром, 2014.

7. Диспетчерское управление. Процессы диспетчерского управления. Процессы приема/передачи данных. Правила организации оперативного информационного взаимодействия. СТО Газпром 8-009-2013 [Текст]. - М.: ОАО "Газпром", 2014.

8. Диспетчерское управление. Термины и определения. СТО Газпром 8-0022013 [Текст]. - М.: ОАО "Газпром", 2014.

9. Документы нормативные для проектирования, строительства и эксплуатации объектов ОАО Газпром. Методика по проведению гидравлических расчётов и определению технически возможной производительности эксплуатируемых систем магистральных газопроводов [Текст] = Рекомендации ОАО "Газпром" Р Газпром 2-3.5-433-2010.

10. Инновации в подготовке диспетчерского персонала газодобывающих и газотранспортных обществ [Текст]/ Сарданашвили С. А. и др.// Автоматизация в промышленности, 2015 - №3.

11. Интеграция расчётных комплексов моделирования режимов систем газоснабжения в единое информационное пространство АСДУ ОАО "Газпром" [Текст]/ Васильев А. В. и др. // Газовая промышленность. - 2012 - №12.

12. Козловский П., Дарвин П.Б. Разработка веб-приложений с использованием Л^и1аг18 [Текст]/ М.: ДМК Пресс, 2014. - 396 с.

13. Компьютерные программно-вычислительные комплексы моделирования и оптимизации режимов систем добычи и трубопроводного транспорта газа. Методики оценки. Методы испытаний. СТО Газпром 093-2011 [Текст]. - М. : ОАО "Газпром", 2011.

14. Коротиков С.В., Воевода А.А. Применение сетей Петри в разработке программного обеспечения центров дистанционного управления и контроля. -Научный вестник Новосибирского государственного технического университета. № 4, 2007. - С. 15-32.

15. Котов В.Е. Сети Петри. - М.: Наука, 1984.

16. Кулямин В. В. Технологии программирования. Компонентный подход [Текст]// - М. : Бином, 2007.

17. Леонов Д. Г. Перспективные направления развития архитектуры семейства ПВК "Веста" [Текст]// Тр. конф. «Компьютерные технологии поддержки принятия решений в диспетчерском управлении газотранспортными и газодобывающими системами DISCOM-2014». - М.: 2014.

18. Леонов Д.Г., Папилина Т.М. Автоматизированная система поддержки пользователей ПВК "Веста-Тренажёр" [Текст]// М. : Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. - 2011. - №9 - С. 38-43.

19. Леонов Д.Г. Папилина Т.М., Швечков В.А. Применение интернет технологий в построении системы поддержки пользователей ПВК "Веста" [Текст]// Тр. конф. «Компьютерные технологии поддержки принятия решений в диспетчерском управлении газотранспортными и газодобывающими системами ВКС0Ы-2012». - М., 2012.

20. Леонов Д. Г., Швечков В. А. Применение распределенного подхода к задаче построения виртуальной среды многоуровневого диспетчерского управления на базе ПВК "Веста-Тренажёр" [Текст]// Тр. конф. «Компьютерные технологии поддержки принятия решений в диспетчерском управлении газотранспортными и газодобывающими системами» - М.: 2009.

21. Миковски М.С., Пауэлл Дж.К. Разработка одностраничных веб-приложений [Текст]// М.: ДМК Пресс, 2014. - 512 с.

22. Мобильный рынок России: обзор, прогнозы и рекомендации [Электронный ресурс]/ SoftPressRelease// Дата обращения 23.07.2015 г. (http://www.softpressrelease.ru/articles/show.php?did=13).

23. Папилина Т. М. Интеграция существующих программных комплексов при построении распределенной системы поддержки принятия диспетчерских решений [Текст]// Автоматизация в промышленности. - М., 2014 - №5. - С. 15-18.

24. Папилина Т.М., Леонов Д.Г. Использование платформы разработки прикладных web-ориентированных инструментов при построении программно-

вычислительных комплексов в транспорте газа// Сб. тез. конф. «Актуальные проблемы развития НГК России». - М., 2016.

25. Папилина Т.М., Леонов Д.Г. Преодоление архитектурных ограничений программно-вычислительных комплексов в автоматизированной системе диспетчерского управления [Текст]// Neftegaz.RU. — 2016, № 1-2. — С. 14-18.

26. Папилина Т.М., Леонов Д.Г., Стёпин Ю.П. Моделирование и оценка эффективности функционирования системы облачных вычислений в АСДУ// М.: Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. - 2016. -№7 - С. 29-33.

27. Папилина Т. М., Леонов Д. Г., Швечков В. А. Решение прикладных задач диспетчера на основе распределенной web-ориентированной компьютерной среды "Веста-Web" [Текст]// Тр. конф. «Компьютерные технологии поддержки принятия решений в диспетчерском управлении газотранспортными и газодобывающими системами DISCOM-2014». - М., 2014.

28. Папилина Т. М. Обеспечение кроссплатформенности существующих ПВК в АСДУ на основе использования тонких клиентов с заданным набором функциональности [Текст]// Тр. конф. «Новые технологии в газовой промышленности (газ, нефть, энергетика)». - М., 2015.

29. Папилина Т. М. Платформа разработки прикладных web-инструментов для диспетчерского персонала нефтегазовой отрасли [Текст]// М. : Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. — 2015, №11. — С. 4146.

30. Папилина Т. М. Применение облачных технологий к разработке распределенной СППДР в транспорте газа [Текст]// Тр. конф. «Новые технологии в газовой промышленности (газ, нефть, энергетика)». - М., 2013.

31. Папилина Т. М. Проектирование и развитие автоматизированной системы поддержки пользователей ПВК "Веста" [Текст]// Сб. тез. конф. «Нефть и газ — 2012». - М., 2012.

32. Паттерны проектирования [Текст]/ Фримен Э. и др.// М. : Питер, 2014. -646 с.

33. ПВК "Волна" — нестационарная модель магистрального транспорта природного газа [Текст]/ Анучин Мих. Г. и др.// Тр. конф. «Компьютерные технологии поддержки принятия решений в диспетчерском управлении газотранспортными и газодобывающими системами DISCOM-2009». - М.: 2009. - С. 220-235.

34. Платформа для построения программно-вычислительных комплексов моделирования технологических сетей/ Бальченко А. С. и др. [Текст]// Монография «Трубопроводные системы энергетики. Матаматическое и компьютерное моделирование» / ред. Новицкий Н. Н.. - Новосибирск: Наука, 2014.

35. Правила эксплуатации магистральных газопроводов. СТО Газпром 2-3.5454-2010 [Текст]. - М. : ОАО "Газпром", 2010.

36. Приемы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования [Текст]/ Гамма Э. и др.// СПб: Питер, 2011. - 366 с.

37. Приказ Минкомсвязи России "Об утверждении плана импортозамещёния программного обеспечения" [Электронный ресурс]/ Минкомсвязь России// Дата обращения 11.07.2015. (http://www.minsvyaz.ru/ru/documents/4548/).

38. Расчёты режимов транспортировки газа по комплексу "Волна" [Текст]/ Анучин М. Г. и др.// Тр. конф. «Компьютерные технологии поддержки принятия решений в диспетчерском управлении газотранспортными и газодобывающими системами DISCOM-2014». - М., 2014.

39. Романников Д.О., Марков А.В., Зимаев И.В. Обзор работ, посвященных разработке по с использованием UML и сетей Петри. - Сборник научных трудов Новосибирского государственного технического университета. № 1 (63), 2011. С. 91-104.

40. Степин Ю.П., Трахтенгерц Э.А. Компьютерная поддержка управления нефтегазовыми технологическими процессами и производствами. [Текст] // Книга 1- М.: «Вектор ТиС», 2007, - 384 с. Книга 2. М.: МАКС Press, 2008, - 528 с.

41. Стефанов С. JavaScript. Шаблоны [Текст]// М.: Символ-Плюс. 2011. - 272 с.

42. Телекоммуникационная инфраструктура Центров Обработки Данных. [Текст]// Стандарт TIA-942, 2005 г. - 151 с.

43. Технические требования к системе защиты информации центрального вычислительного комплекса информационно-вычислительной сети администрации ОАО "Газпром". Р Газпром 4.2-2-002-2009 [Текст]. - М.: ОАО "Газпром", 2010.

44. Трахтенгерц Э. А. Компьютерная поддержка принятия решений [Текст]/ М.: СИНТЕГ, 1998. - 376 с.

45. Трахтенгерц Э. А., Стёпин Ю. П., Андреев А. Ф. Компьютерные методы поддержки принятия управленческих решений в нефтегазовой промышленности [Текст]// М.: СИНТЕГ, 2005. - 592 с.

46. Федеральный закон от 29.06.2015 г. № 188-ФЗ [Электронный ресурс]/ Президент России// Дата обращения 17.07.2015 г. (http://kremlin.ru/acts/bank/39838).

47. Цыбульник Д. В. ПВК "Астра-газ" в ОАО "Газпром" [Текст]// Тр. конф. «Компьютерные технологии поддержки принятия решений в диспетчерском управлении газотранспортными и газодобывающими системами DISCOM-2014». - М., 2014.

48. Швечков В. А., Сарданашвили С. А. Сервис-ориентированная архитектура как инструмент интеграции информационного обеспечения в гетерогенной распределенной АСДУ ЕСГ России [Текст]// Автоматизация в промышленности. - 2007 г. - №5.

49. Aymanns P. Training Control Room Staff From Local Distribution Companies [Текст]// PSIG Annual Meeting. San Antonio, 2005.

50. Colombo S., Nazir S., Manca D. Virtual Reality As Effective Tool For Training And Decision-Making: Preliminary Results Of Experiments Performed With A Plant Simulator [Текст]// SPE European HSE Conference and Exhibition. London, 2013.

51. CPN Tools [Электронный ресурс]/ Дата обращения: 23.04.2016. (http://cpntools.org/).

52. Final Version of NIST Cloud Computing Definition Published [Электронный ресурс]/ Дата обращения: 23.12.2015. (http://www.nist.gov/itl/csd/cloud-102511.cfm).

53. Flash Player Certified Devices. Adobe. [Электронный ресурс]/ Дата обращения: 23.07.2015. (http://www.adobe.com/devnet-apps/flashruntimes/certified-devices.html).

54. Freeman, A. Pro ASP.NET MVC 4 [Текст]: 4-е изд./ - APress, 2013. - 729 с.

55. GitHub ASP.NET repository. [Электронный ресурс]/ Дата обращения: 23.07.2015 г. (https://github.com/aspnet/Home/).

56. HTML5 is a W3C recommendation [Электронный ресурс]/ Дата обращения: 23.07.2015. (http://www.w3. org/blog/news/archives/4167).

57. Huels R. Training-simulator for operating Gas systems [Текст]// PSIG Annual Meeting. Prague, 2013.

58. Java. [Электронный ресурс]/ Дата обращения: 23.07.2015. (http://www.oracle.com/technetwork/java/index.html).

59. Krasner, Glenn E. and Pope, Stephan T. A cookbook for using the model-view controller user interface paradigm in Smalltalk-80 [Текст]// Journal of Object-Oriented Programming. - 1988. - №1(3). - С.26-49.

60. Lander, Rich. Announcing .NET Framework 4.6 [Электронный ресурс]// Lander, Rich/ Дата обращения: 21.07.2015. (http://blogs.msdn.com/b/dotnet/archive/2015/07/20/announcing-net-framework-4-6.aspx).

61. Maintainability Index Range and Meaning 6 [Электронный ресурс]// MSDN Blogs/ Дата обращения: 21.12.2015. (http://blogs.msdn.com/b/codeanalysis/archive/2007/11/20/maintainability-index-range-and-meaning. aspx).

62. Mell P., Grance T. The NIST Definition of Cloud Computing [Электронный ресурс]// Дата обращения 23.12.2015. (http://csrc.nist.gov/publications/nistpubs/800-145/SP800- 145.pdf)

63. Microsoft Silverlight. [Электронный ресурс]// Дата обращения: 23.07.2015. (http://www.microsoft.com/rus/silverlight/).

64. Mobile/Tablet Operating System Market Share. Market Share Statistics for Internet Technologies. [Электронный ресурс]/ Дата обращения: 23.07.2015. (https://www.netmarketshare.com/operating-system-market-share.aspx?qprid=8&qpcustomd=1).

65. Moonlight. Mono. [Электронный ресурс]/ Дата обращения: 23.07.2015. (http://www. mono-proj ect. com/docs/web/moonlight/).

66. Moving to a Plugin-Free Web [Электронный ресурс]// Java Platform Group/ Дата обращения: 29.01.2016. (https://blogs.oracle.com/java-platform-group/entry/moving_to_a_plugin_free).

67. National Vulnerability Database. [Электронный ресурс]/ Дата обращения: 06.08.2015. ( https://nvd.nist.gov/home.cfm).

68. Osmani A. Journey Through The JavaScript MVC Jungle. [Электронный ресурс]/ Дата обращения 8.09.2015. (http://smashingmagazine.com/2012/07/journey-through-the-javascript-mvc-jungle).

69. Osmani, Addy. Learning JavaScript Design Patterns. [Текст]// O'Reilly, 2012. -254 с.

70. OSVDB. [Электронный ресурс]/ Дата обращения: 13.08.2015. (http://www.osvdb.org/).

71. Pawn Storm Update: Trend Micro Discovers New Java Zero-Day Exploit. Security intelligence blog. [Электронный ресурс]// Trend Micro// Дата обращения: 23.07.2015. (http://blog.trendmicro.com/trendlabs-security-intelligence/pawn-storm-update-trend-micro-discovers-new-java-zero-day-exploit/).

72. Peterson J.L. Petri net and the modeling of systems. - New York, 1981.

73. PHP Process Control. [Электронный ресурс]/ Дата обращения: 28.07.2015. (http: //php.net/manual/en/book.pcntl. php).

74. Robert L. Glass In the Beginning: Personal Recollections of Software Pioneers. Wiley-IEEE Computer Society Pr, 1997

75. Rojas R. Konrad Zuse's Legacy: The Architecture of the Z1 and Z3. IEEE Annals of the History of Computing, Vol. 19, № 2, 1997 .

76. Security Advisory for Adobe Flash Player. Adobe Security Bulletin. [Электронный ресурс]/. Дата обращения: 23.07.2015. (https://helpx.adobe.com/security/products/flash-player/apsa15-04.html).

77. SIMONE Research Group [Электронный ресурс]/Дата обращения 30.07.2015. ( http://www.simone.eu/).

78. Stine, Matt. Migrating to Cloud-Native Application Architectures [Текст]/ / O'Reilly, 2015. - 52 с.

79. Troelsen, Andrew. Pro C# 5.0 and the .NET [Текст]: 6-е изд.// APress, 2012. -1487 с.

80. Using Metrics to Evaluate Software System Maintainability [Текст]/ Coleman D., Ash D., Lowther B., Oman P.//IEEE Computer. - 1994. - 27(8). - С. 44-49.

81. W3Techs Usage of JavaScript libraries for websites [Электронный ресурс]// W3Techs// Дата обращения: 08.12.2015. (http://w3techs.com/technologies/overview/javascript_library/all).

82. W3Techs Usage of server-side programming languages for websites [Электронный ресурс]// W3Techs// Дата обращения: 16.12.2015. (http://w3techs.com/technologies/overview/programming_language/all).

83. W3Techs Scalable Vector Graphics (SVG) 1.1 [Электронный ресурс]// W3Techs// Дата обращения: 13.08.2015. (http://www.w3.org/TR/SVG11/).

84. Wang V., Salim F., Moscovits P. The Defenitive Guide to HTML5 WebSocket [Текст]// APress, 2013. - 208 c.

85. Web Server Survey. June 2015 [Электронный ресурс]/ Дата обращения: 13.07.2015. (http://news.netcraft.com/archives/2015/06/25/june-2015-web-server-survey.html).

86. What Can 49,056 Hard Drives Tell Us? Hard Drive Reliability Stats for Q3 2015 [Электронный ресурсу/Backblaze/ Дата обращения: 14.01.2016. (https://www.backblaze.com/blog/hard-drive-reliability-q3-2015/).

87. Xamarin [Электронный ресурс]/ Дата обращения: 14.08.2016. (http://xamarin. com/).

СПИСОК ИЛЛЮСТРАЦИЙ

Рисунок 1 - Основные вехи развития программного и аппаратного обеспечения 14

Рисунок 2 - Принцип работы облачной системы.......................................................20

Рисунок 3 - Архитектура ИРС.....................................................................................25

Рисунок 4 - Схема взаимодействия подключаемых модулей и сервисов

интеграционного ядра ИРС..........................................................................................25

Рисунок 5 - Архитектура комплекса «Волна». Онлайн расчёт................................27

Рисунок 6 - Архитектура ПВК «Веста»......................................................................28

Рисунок 7 - Графический интерфейс пользователя ПВК «SIMONE».....................29

Рисунок 8 - Графический интерфейс пользователя ПВК «Веста»...........................31

Рисунок 9 - Сеть Петри с двумя входными позициями и одной выходной............39

Рисунок 10 - Обозначение перехода в CPN Tools.....................................................40

Рисунок 11 - Обозначение позиции в CPN Tools......................................................40

Рисунок 12 - Передача данных на основе механизма очередей...............................41

Рисунок 13 - Процесс обучения в целом.....................................................................42

Рисунок 14 - Регистрация клиентов, общий случай..................................................43

Рисунок 15 - Диаграмма взаимодействия клиентов и расчётных модулей.............44

Рисунок 16 - РСП взаимодействия разнородных клиентов и расчётных модулей 45

Рисунок 17 - Общее представление РКС....................................................................46

Рисунок 18 - Граф состояний системы для стационарного ПВК.............................47

Рисунок 19 - Процент отказов жёстких дисков в зависимости от срока службы (в

годах)..............................................................................................................................48

Рисунок 20 - Взаимное влияние компонентов РКС...................................................48

Рисунок 21 - Граф состояний системных компонентов............................................49

Рисунок 22 - Граф состояний для тонкого клиента...................................................51

Рисунок 23 - Стек технологий .NET с точки зрения web-разработки.....................63

Рисунок 24 - Шаблон проектирования Модель-Представление-Контроллер........72

Рисунок 25 - Структура РКС........................................................................................86

Рисунок 26 - Взаимодействие web-клиента и расчётного комплекса.....................89

Рисунок 27 - Механизм построения технологической схемы..................................91

Рисунок 28 - Текущая реализация (зелёным) и планы по развитию.......................93

Рисунок 29 - Диаграмма модулей web-приложения..................................................94

Рисунок 30 - Web-форма изменения сетевых настроек............................................97

Рисунок 31 - Ошибки в заполнении полей.................................................................98

Рисунок 32 - Web-форма активации............................................................................99

Рисунок 33 - Установка программного обеспечения..............................................100

Рисунок 34 - Схема компрессорного цеха в браузере.............................................110

Рисунок 35 - Сводная информация по КЦ ГТС.......................................................110

Рисунок 36 - Отчёт по результатам расчёта локальной задачи..............................111

Рисунок 37 - Расчётная схема ГТС в зоне ответственности филиала ЭО.............111

СПИСОК ТАБЛИЦ

Таблица 1 - План импортозамещения...............................................................12

Таблица 2 - Сводные результаты сравнения .................................................... 64

Таблица 3 - Таблица сравнений Борда..............................................................65

Таблица 4 - Обобщённая турнирная таблица...................................................65

Таблица 5 - Доли рынка мобильных ОС...........................................................68

Таблица 6 - Сводные результаты....................................................................... 76

Таблица 7 - Таблица сравнений Борда..............................................................76

Таблица 8 - Обобщённая турнирная таблица...................................................77

Таблица 9 - Доля JavaScript-инструментов в разработке web-ресурсов.......78

Таблица 10 - Сводные результаты сравнения JavaScript-инструментов.......81

Таблица 11 - Фрагмент матрицы полномочий...............................................101

Таблица 12 - Оценка сопровождаемости основных классов........................103