Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МАТЕМАТИЧНИХ МАШИН І СИСТЕМ

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

РОЗРОБКА МЕТОДІВ ТА ПРОГРАМНОГО ІНСТРУМЕНТАРІЮ СТВОРЕННЯ ПРИКЛАДНИХ ПРОГРАМ ДЛЯ МОБІЛЬНИХ СИСТЕМ

05.13.06 - Автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології

Семенець Станіслав Володимирович

Київ-2006



Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті проблем математичних машин і систем НАН України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Литвинов Віталій Васильович,

Інститут проблем математичних машин і систем НАН України,

завідувач відділу

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор

Лаврищева Катерина Михайлівна,

Інститут програмних систем НАН України,

завідувач відділу

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Вишневський Віталій В'ячеславович,

Інститут проблем математичних машин і систем НАН України,

старший науковий співробітник

Провідна установа: Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних

технологій та систем НАН України і МОН України, відділ автоматизованих систем обробки даних, м. Київ

Захист відбудеться “ 11 ” квітня 2006 р. о 16 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.204.01 при Інституті проблем математичних машин і систем НАН України за адресою: 03187, м. Київ - 187, проспект Академіка Глушкова, 42.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту проблем математичних машин і систем НАН України за адресою: 03187, м. Київ - 187, проспект Академіка Глушкова, 42.

Автореферат розісланий “3” березня 2006 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

кандидат технічних наук Ходак В.І.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Мобільні інформаційні пристрої, до яких належать кишенькові персональні комп'ютери (КПК), комунікатори, смартфони, планшетні мережні комп'ютери та інші пристрої, динамічно розвиваються в даний час. Цей клас обчислювальних засобів є різновидом автономних комп'ютерних систем, що активно використовуються в управлінні технологічними процесами, при зборі статистичних даних безпосередньо з датчиків, при створенні моделей функціонування, в системах розподіленої обробки даних тощо. До переваг таких систем слід віднести досить малі габарити, надійність, можливість автономного використання, роботу в реальному часі. Вони забезпечують швидкий доступ до ресурсів інформаційного простору та корпоративних баз даних (БД). Простота використання, забезпечення роботи в мережі Інтернет, e-mail, сумісність із настільними ПК, тривалий час автономної роботи, миттєвий запуск і вимикання без закриття прикладних програм (ПП) та інші характеристики в значній мірі задовольняють сучасним потребам користувачів. Бездротові комунікаційні можливості та модульна архітектура операційної системи (ОС) мобільних пристроїв дозволяють розробляти на їх базі як універсальні, так і спеціалізовані автоматизовані комп'ютерні системи. При цьому існує необхідність урахування особливостей мобільних систем (МС) у процесі проектування та реалізації ПЗ через значні архітектурні відмінності порівняно зі стаціонарними обчислювальними системами.

На сьогодні методологічні питання створення ПП для цього класу систем практично не розглянуті. Особливо гостро це стосується задач проектування та моделювання ПП для мобільних пристроїв, а також засобів для створення цих програм. Слід відзначити, що існуючі реалізації таких засобів призначені для створення стаціонарних програмних систем (ПС), їх використання для проектування мобільних ПС або неможливе або неефективне. Крім того, дослідження в галузі МС зосереджені переважно на аспектах комунікації з урахуванням місця розташування і розробки відповідних протоколів та служб. програма мобільний система

Таким чином, розробка нових методів та інструментальних засобів побудови програмних систем (ПС) для мобільних пристроїв є дуже актуальною проблемою, вирішення якої забезпечує спрощення та прискорення створення ПП незалежно від мови їх розробки та платформи, а також модернізацію раніше написаних програм і генерацію вихідного коду.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Результати проведеного наукового дослідження вміщені в декількох науково-дослідних роботах Інституту проблем математичних машин і систем Національної академії наук України (ІПММС НАНУ), а саме:

- “Методи програмної інженерії для систем керування об'єктами з потенційно-небезпечними режимами роботи” (НДР шифр “ПРОГИНЖ”, 2000-2003, № ДР 0100U000809). Автором запропонована методика реалізації життєвого циклу програмних засобів управління на основі стандарту UML. Методика використовує формальний апарат Е-мереж для відстеження стану системи. Запропоновано два механізми перетворення Е-мережі в нотації UML: декомпозиція по ділянках Е-мережі та декомпозиція по елементах.

- “Розробка методів і інструментальних засобів програмної інженерії для систем прийняття рішень у задачах із просторово-часовою інформацією” (НДР шифр “ИНЖПРОГ”, 2000-2002, № ДР 0100U000810). У цій роботі автором проведене дослідження каналів зв'язку, що використовуються в інтелектуальних транспортних системах. У рамках НДР побудований програмно-апаратний комплекс інтелектуальної транспортної системи, де як бортовий комп'ютер використано мобільний обчислювальний пристрій.

- “Розробка та дослідження алгоритмів, програмно-технічних архітектур захисту інформації в телефонних та комп'ютерних мережах” (НДР шифр “ТЕЛЕЗАХИСТ”, 2002-2007, № ДР 0102U002728). Автором досліджені методи аналізу продуктивності програмної підсистеми захисту інформації.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є розробка методів, алгоритмів і програмних засобів створення ПП для МС, які враховують особливості відповідних апаратно-програмних платформ і спеціалізованих систем на їх основі, а також комплексного методу побудови й аналізу моделі ПС, орієнтованого на аналітичну оцінку її характеристик відносно певної мобільної платформи, та перевірку несуперечності цієї моделі на області програмного каркаса ОС.

Зазначена вище мета дисертаційної роботи обумовила необхідність вирішення таких задач:

1. Дослідження методів аналізу характеристик продуктивності та якості ПП для МС. Побудова алгоритму аналізу характеристик МС.

2. Формалізація архітектури заданого класу МС та розроблення програмного каркаса методом зворотного проектування (reverse engineering).

3. Розробка методу забезпечення функціональної оцінки мобільної ПС, враховуючи як структурні, так і динамічні її особливості.

4. Розробка модуля генерації кодів програм в заданому класі систем на основі розширення UML-моделі (стереотипи, мічені значення та обмеження) новими можливостями, необхідними для реалізації програмного забезпечення МС.

5. Побудова комплексної інструментальної системи підтримки процесу створення ПП для МС.

Об'єктом дослідження дисертаційної роботи є методи та способи програмної інженерії для проектування ПС з метою підвищення ефективності їхнього створення, а також існуючі методології розробки ПС, включаючи нотації візуального моделювання, аналізу продуктивності та методи генерації вихідного коду.

Предметом дослідження є алгоритми й технічні засоби створення ПС для мобільних пристроїв. До предмету дослідження відноситься мова специфікації UML і засоби його розширення, а також методи генерації коду за цими специфікаціями.

Методи дослідження. Для досягнення поставленої в дисертаційній роботі мети та вирішення сформульованих задач використовувалися такі наукові методи: математичного моделювання, системного аналізу, методи математичної логіки, структурні й об'єктно-орієнтовані методології аналізу і проектування систем, методи теорії множин, методи теорії управління інформаційними системами, методологія системного проектування та програмна інженерія.

Наукова новизна отриманих результатів полягає у наступному:

- досліджено засоби специфікації апаратних і програмних обмежень ОС мобільних пристроїв. Запропоновано різні механізми оцінки продуктивності й безконфліктності ПС для мобільних пристроїв у рамках заданої платформи з використанням відповідних формальних моделей оцінки. Дослідження відрізняється від відомих спрямованістю на специфікацію програмного забезпечення (ПЗ) мобільних систем засобами UML;

- запропонований новий метод перетворення моделі ПС на базі мережі Петрі в нотації UML як засобу врахування динамічних і статичних аспектів МС;

- розроблений оригінальний метод генерації вихідного коду ПС для мобільних платформ з використанням механізмів розширеної UML-моделі;

- запропоновано й випробувано метод зворотного проектування (reverse engineering) ОС для створення програмного каркасу мобільної платформи, що спрощує генерацію моделі цього каркаса і забезпечує повну відповідність цієї моделі структурі ОС;

- розроблені нові методи, об'єднані у цілісну комплексну систему створення ПП для мобільних пристроїв з використанням об'єктно-орієнтованого підходу та UML.

Практичне значення одержаних результатів роботи п.ідтверджується їх використанням у рішенні прикладних задач, а також їх реалізацією в конкретних ПС. Зокрема, при особистій участі здобувача був розроблений програмно-апаратний комплекс інтелектуальної транспортної системи (НДР “ИНЖПРОГ), де як бортовий комп'ютер використано мобільний обчислювальний пристрій. Здобувачем реалізована підсистема комунікації мобільних пристроїв через GSM-тракт, емулятор GPS- GSM-Windows CE шлюзу, інтерфейс користувача системи на базі Symbol PPT-2700. Розроблено методи і алгоритми побудови програмних каркасів, область застосування яких включає проектування ПС різного рівня складності.

Результати проведеного дослідження можуть бути використані в процесі створення ПЗ для МС на базі Windows CE, Palm OS і Symbian.

Окремі результати дисертаційної роботи використовуються на ВАТ “Чернігівський завод радіоприладів” та впроваджені в навчальний процес Національного авіаційного університету (відповідні акти у додатку В).

Особистий внесок здобувача полягає в розробці нових алгоритмів, програм і методів, які забезпечують рішення поставлених задач дослідження, а саме: розроблення алгоритму аналізу характеристик МС, програмного каркаса методом зворотного проектування, методу перетворення мереж Петрі в нотації UML, модуля генерації коду та комплексної системи створення ПС для мобільних пристроїв.

Дисертаційна робота виконана здобувачем особисто, на основі власних ідей і розробок. При використанні результатів інших авторів вказувалися літературні джерела наукової інформації. В публікаціях, написаних у співавторстві, здобувачу належать: у роботі [1] - розробка методу забезпечення надійності ПЗ та засоби перетворення мережі Петрі в діаграми UML, у роботі [2] - визначення поняття програмної архітектури мобільних пристроїв та проведення порівняльного аналізу характеристик мобільних ОС.

Науковому керівнику належить постановка задач дослідження та формування структури дисертаційної роботи.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи доповідалися й обговорювалися на:

- VI міжнародній науково-технічній конференції "АВІА-2004", секція “Комп'ютерні технології” (Київ, 2004 р.);

- IV міжнародній науково-технічній конференції по програмуванню „Укрпрог-2004” (Київ, 2004 р.);

- міжнародному науково-навчальному семінарі, лабораторія Intel (м. Н.Новгород, Росія, 2002 р.).

Результати роботи відображені також у науково-дослідних роботах відділу 120 ІПММС та виступах на наукових семінарах відділу: “Засоби створення ПО для мобільних систем”, “Огляд існуючих методологій моделювання”.

Публікації. За результатами проведених досліджень опубліковано 6 статей у збірниках наукових праць, серед них 4 статті у виданнях, рекомендованих ВАК України для спеціальності 05.13.06, з них 2 - одноосібні та 2 тези доповідей на наукових конференціях.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел з 115 найменувань та додатків. Основний обсяг дисертації становить 148 сторінок, вона містить 8 таблиць, 38 малюнків і 3 додатки на 12 сторінках.



ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність дисертаційної роботи, сформульовано мету й основні задачі дослідження, визначені наукова новизна і практична цінність роботи, наведено структуру і короткий зміст роботи, а також дані про апробацію роботи і публікацію її результатів.

У розділі 1 обґрунтовано актуальність застосування МС в інформаційних технологіях, розглянуті сучасні тенденції побудови ПС, зокрема, методи структурного проектування, потоків даних і об'єктно-орієнтованого проектування, виділені переваги використання CASE-засобів і методології RAD.

Визначено поняття програмної архітектури, описані існуючі класи програмної архітектури МС:

1) Windows CE фірми Microsoft;

2) Palm OS фірми Palm Computing;

3) Symbian EPOC 32 фірми Psion PLC.

Розглянуто такі характеристики даних платформ, як компактність, швидкодія, підтримка апаратного забезпечення, енергоспоживання, зберігання й обробка даних, масштабованість, особливості створення ПС.

Незважаючи на істотну різницю як у задачах персональних і мобільних пристроїв, так і в механізмах рішення цих задач, багато технологій програмної інженерії можуть бути перенесені або адаптовані до мобільного ПЗ. У зв'язку з цим проводиться аналіз особливостей і обмежень при створенні технологічної специфікації для мобільних ПС.

Виходячи із проаналізованого в першому розділі матеріалу, сформульовано мету дисертаційного дослідження, а також задачі, що з неї випливають.

У розділі 2 розглянута задача забезпечення функціональної оцінки мобільної ПС засобами розширеного UML з урахуванням статичних і динамічних особливостей ПС та платформ МС.Для цього проведено порівняльний аналіз основних методологій розробки програмних систем (SA/SD, OMT, OOSE, OSA, JSD, RUP) та розгляд UML як стандартної нотації моделювання ПС і запропоновано використання механізмів її розширення у вигляді метамоделі (рис. 1), яка містить п'ять метакласів, три з яких входять до складу ядра мови. Метаклас TaggedValue (мічене значення) зв'язаний відношенням агрегації з метакласом ModelElement і StereoType - іншим механізмом розширення UML. Метаклас Constraint (обмеження) успадковується безпосередньо від ModelElement і зв'язаний асоціацією з StereoType, який, у свою чергу, успадковується від GeneralizableElement.

Ці механізми дозволяють стандартними засобами мови специфікації ввести в модель необхідні обмеження та розширення за умови вирішення задачі їх аналізу та формалізації.

Рис. 1. Метамодель механізмів розширення UML

Із цією метою побудовано математичну модель доступу МС до мережних ресурсів, яка містить опис розподіленої технічної системи як множини прикладних процесів і процесів управління. Ця модель ззовні визначається взаємодією 2-х процесів P₁ і P₂ (рис. 2), де P₁ - мобільний пристрій або термінальний процес; P₂ - мережні ресурс або процес; і - початкові стани цих процесів.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2. Схема доступу МС до мережних ресурсів

З формальної точки зору множина станів системи

(1)

складається зі станів , та початкового стану системи

, (2)

де .

На рис.2 стрілками позначено: mes1 - запит мережного ресурсу; mes2 - дозвіл на доступ; mes3 - відмова в доступі; mes4 - відмова від доступу. Функцію переходів представлено у вигляді таблиці переходів, на базі якої побудовано дерево досяжності доступу МС до мережних ресурсів, яке є множиною, що отримана перебором усіх можливих послідовностей запусків переходів. Важливою властивістю алгоритму побудови цього дерева є те, що він завжди завершує свою роботу, що забезпечує можливість визначення безпеки мережі Петрі, обмеженості, збереження, а також її покриття.

До моделей оцінки продуктивності ПС відносять математичний апарат СМО, стохастичні алгебри процесів, стохастичні мережі Петрі, а також імітаційні моделі. Хоча дані методи дозволяють провести формальний аналіз обмежень при створенні ПЗ для МС, існує необхідність оцінити продуктивність спроектованої системи в контексті мови специфікації. Для включення в проектовану модель інформації про продуктивність виконується перетворення формального математичного опису моделі засобами мережі Петрі у нотацію мови специфікації UML за допомогою запропонованого методу (рис. 3).

Метод забезпечує перетворення на трьох рівнях - відображення функціональності, структури та динаміки мережі Петрі в нотації UML:

1) декомпозиція по ділянках (відображення функціональності). Виконується декомпозиція мережі Петрі на послідовні ділянки виникнення дій. Під послідовною ділянкою мається на увазі безпечна мережа Петрі, що зберігає загальну кількість маркерів у мережі, рівну одиниці. Максимально довга послідовна ділянка - це ділянка, взаємодія якої з іншими відбувається тільки через крайні місця й переходи, причому в кожній взаємодії бере участь більш, ніж два. Основною особливістю такої розбивки є одиничність її існування. Отриманим ділянкам ставляться у відповідність певні конструкції UML, що відповідають вихідним процесам мережі Петрі в графічних нотаціях мови;



Рис. 3. Схема перетворення опису моделі засобами мережі Петрі у нотації UML та вихідний код

2) декомпозиція по елементах (відображення структури). Деталізація першого рівня у мовні конструкції UML для кожного елемента опису моделі засобами мережі Петрі, а саме для: позиції, переходу, дуги, маркеру. Через відсутність відповідних нотацій UML в роботі були створені стереотипи для позиції й переходів мережі Петрі;

3) відображення динаміки. Події системи, задані в термінах мережі Петрі, відображуються діаграмами послідовностей UML. Кожній позиції в мережі Петрі ставиться у відповідність екземпляр об'єкту діаграми, переходи перетворюються у функції, що передають управління відповідному об'єкту мережі. Зазначені способи забезпечують перехід від формального опису моделі, представленої мережею Петрі до стандартизованих нотацій UML, але для аналізу моделі мобільної ПС необхідно обмежити операції цієї системи рамками середовища, у якій воно буде функціонувати, для чого специфікується програмне середовище функціонування ПС, а саме операційна система в термінах мови опису ПЗ.

У розділі 3 розглянуті напрямки реалізації комплексної системи створення ПС для мобільних пристроїв. У результаті аналізу варіантів реалізації такої системи вирішено піти по шляху розширення створеної специфікації ПС новими елементами, які поповнюють семантику метамоделі й залишаються при цьому в рамках специфікації.

Аналітичний огляд інструментальних засобів моделювання ПС показав, що, виходячи з таких критеріїв, як підтримка ітераційної моделі розробки, можливості створення ієрархічно зв'язаних діаграм, доступу до моделі за допомогою інтерфейсу API, наявності засобів реінжинірингу й генерації коду, кращим рішенням для проектування ПЗ для МС є CASE-засіб Rational Rose. Однак його функціональності недостатньо, щоб повною мірою реалізувати проектування та генерацію коду для обраного класу систем. З цієї причини Rational Rose поповнено додатковим модулем - плагіном як засобом підтримки запропонованих механізмів розширення UML.

Розроблений плагін - це елемент ActiveX з інтерфейсом public і процедурою, що приймає посилання на об'єкт RoseApplication як параметр; за допомогою інтерфейсу API плагін одержує доступ безпосередньо до моделі UML. Крім створення елемента ActiveX, проведено його реєстрацію і відповідну модифікацію системного реєстру ОС для ідентифікації модуля програмою Rational Rose, а також створено додатковий файл, що викликає модуль із меню Tools Rational Rose.

При створенні плагіну використовувався інтерфейс розширення Rational Rose (Rose Extensibility Interface - REI), призначений для управління та одержання інформації про поточну модель, що завантажена (рис. 4).



Рис. 4. Схема взаємодії модуля і Rational Rose

Таким чином, розроблений плагін розширяє функціональність інструментального засобу Rational Rose додатковим механізмом мови специфікації - “Tagged Values”, що дає можливість додавати нові властивості до елементів UML-моделі ПС та здійснювати генерацію коду з урахуванням специфічних характеристик ПС для мобільних пристроїв.

Задачу специфікації програмного середовища функціонування ПП вирішено створенням програмного каркаса ОС (ПКОС) Windows CE як множини визначених елементів моделі, необхідних для моделювання систем певного виду. Метою конкретного програмного каркаса є визначення моделі заданого класу систем або множини повторно використовуваних компонентів.

Процес побудови ПКОС виконується методом зворотного проектування (reverse engineering), що дозволяє одержати структуру класів ПП на базі її вихідних кодів (рис. 5).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 5. Схема створення ПК Windows CE

У результаті аналізу вихідного коду (обсягом близько 5 Mб) інструментальним засобом С++ Analyzer виділено 20 категорій класів. Генерацію моделі класів Windows CE виконано в режимі Detailed Analysis, що забезпечило:

- аналіз і перетворення у візуальну модель класів і структур;

- генерацію зв'язків у моделі (між класами або структурами);

- знаходження у вихідному тексті коментарів і перенос їх в модель як атрибутів компонентів;

- використання у проекті інформації з усіх заголовних файлів (по ланцюгу один за іншим).

Для генерації моделі Windows CE були використані всі типи класів з метою найбільш повного відбиття специфіки ОС (Public, Protected, Private, Implementation).

Після експорту моделі ОС у формат програми Rational Rose - MDL файл її розмір склав 2,49 Мб.

Отримана у процесі генерації модель Windows CE містить близько 800 структур класів, об'єднаних в 13 таких пакетів: arm, dll, gpe, inc, kdstub, kernel, lib, mips, ppc, x86, unspecified, nkproof, lmem. Модель була модернізована шляхом виключення структур класів які дублюються, коригування незв'язаних або некоректно зв'язаних структур і зв'язків між компонентами і пакетами.

Кінцевий результат розробки ПКОС складається з таких файлів: базова модель каркаса, іконки, параметри виклику та файл із описом. ПКОС забезпечує використання внутрішніх структур ОС та визначених класів на будь-якому етапі проектування.

Створення моделі ПС для мобільного пристрою на базі розробленого ПКОС здійснюється шляхом автоматичного вибору елементів моделі при іменуванні із уже існуючих назв компонентів, імен структур, класів і пакетів Windows CE. На базі наявної структури класів ОС каркас забезпечує будування відношень залежності, узагальнення й асоціації, а також генерацію вихідного коду відповідно зі структурою моделі та вхідними даними, до яких відносяться компоненти, відношення, специфікації та параметри генерації коду, які надають залежну від мови інформацію, не позначену в нотації UML, але необхідну. При створенні моделі системи Rational Rose призначає кожному параметру значення за замовчуванням, яке можна при необхідності змінити. Ці параметри призначені для керування множиною аспектів отримання вихідного коду, а саме:

- іменами в деклараціях та типами декларацій;

- реалізацією асоціацій з відношеннями та атрибутами;

- механізмом реалізації множинного спадкування;

- стандартними операторами, такими, як конструктор і деструктор;

- типами даних користувачів.

Деякі параметри генерації коду застосовані до моделі в цілому, інші - як властивості індивідуальних компонентів моделі. Інформація, що міститься в специфікації компонентів, а також властивості генерації управляють всіма аспектами генерації коду для відповідного компонента. Всі cгенеровані файли розташовуються ієрархічно відповідно до категорій класів і підсистем моделі.

Слід зазначити, що механізм генерації коду мовою С++ реалізує модуль Rose C++, що, на відміну від Rational Rose у цілому, не має інтерфейсу доступу до своїх властивостей і методів. Із цієї причини цю задачу в роботі вирішено іншим шляхом. Код, що генерується відповідно до механізму розширення Tagged Values за допомогою плагіну, додається у вже cгенерований код Rational Rose після базової генерації. Схема взаємодії модуля та програми Rational Rose показана на рис. 6. Модуль автоматизує модифікацію вихідного коду, створеного Rational Rose, і додає до нього розширену інформацію про обрані класи.

У розділі 4 дисертаційної роботи описане застосування системи підтримки розробки ПП для мобільних пристроїв (рис. 8) на реальному проекті.

Показано використання створених засобів при побудові конкретної моделі ПП та генерації коду на прикладі ПС для мобільного пристрою Symbol PPT-1700, яка є клієнтською частиною загальної багатокомпонентної системи комунікації у процесі вантажних перевезень.

Центральний пристрій клієнтської частини - КПК працює на базі ОС Windows CE і оснащений сканером штрих-кодів. Через послідовний порт до нього підключений GPS-приймач, що передає на КПК поточні координати, швидкість руху та інші параметри об'єкта, і GSM-телефон, через який здійснюється комунікація із сервером. ОС пристрою була скомпонована з модулів відповідно до апаратної архітектури. Це послужило причиною того, що частина інтерфейсу API не відноситься ні до Win32, ні до WinCE, отже, обмежує використання інтерфейсів стандартних системних функцій.

Застосування розробленої системи підтримки створення ПП для мобільних пристроїв дозволило:

- врахувати специфіку роботи Windows CE c COM-портами. На відміну від Win32 API, не всі режими обміну даними підтримуються, що робить доцільним використання програмного каркаса;

- специфікувати обмін повідомленнями між компонентами системи. Використання програмного каркаса Windows CE не дозволяє вийти за рамки інтерфейсів ОС, а застосування плагіну до Rational Rose дає можливість використовувати всі механізми розширення UML у строгій відповідності зі специфікацією;

- інтегрувати зовнішню бібліотеку Applicom за допомогою програмного каркаса Windows CE;

- специфікувати обмеження по продуктивності, обсягу пам'яті й енерговитратам за допомогою механізму розширення UML - мічених значень.

Автоматична підстановка можливих імен структур, класів, пакетів та компонентів елементів моделі скорочує час проектування моделі ПП, виключає помилки при іменуванні, переглядає наявні варіанти назв компонентів, обмежує область видимості рамками обраного пакета за рахунок можливості здійснювати вибір із уже наявних назв компонентів, що зберігаються в базі програмного каркаса.

Побудовані відношення залежності, узагальнення та асоціації на базі наявної структури класів каркаса ОС Windows CE значно спрощують процес створення ієрархії класів.

Розроблений плагін при проектуванні ПС дозволив урахувати характеристики мобільного пристрою у стандартизованій мові специфікації - UML. Це забезпечило прозорість процесу розробки й реалізації моделі та ПП.

Використання моделі специфікації UML і наявність автоматичного генератора скорочує трудомісткість кінцевої реалізації мобільної ПС. Крім того, розроблювач одержав можливість побудови різних варіантів системи з різними наборами параметрів продуктивності й вибору з них кращого, користуючись, таким чином, перевагами запропонованого процесу розробки.



ВИСНОВКИ

Результатом дисертаційної роботи стала розробка ряду методів, алгоритмів, моделей процесів і програмних засобів створення ПП для МС з урахуванням особливостей сучасних платформ і спеціалізованих ОС. Створений комплексний метод побудови й аналізу моделі з аналітичною оцінкою характеристик ПС з урахуванням можливостей мобільної платформи і перевірки несуперечності моделі на області програмного каркаса ОС. Метод забезпечує розширення елементів моделі мобільної ПС новими властивостями та генерацію коду відповідно з розширеними елементами.

Найбільш важливими науковими та практичними результатами, отриманими в дисертаційній роботі, є:

1. Обґрунтування необхідності створення додаткових засобів проектування і реалізації ПП для МС, визначення особливостей та обмежень при створенні технологічної специфікації засобами UML в результаті дослідження й аналізу існуючих класів програмної архітектури мобільних систем.

2. Новий метод перетворення моделі мережі Петрі в діаграми класів та послідовності UML з урахуванням статичних і динамічних особливостей проектування ПС для мобільного пристрою на основі аналізу існуючих методів перетворення формальних моделей програмних систем (системи масового обслуговування, алгебри процесів і стохастичні мережі Петрі) у контекст мови UML.

3. Новий програмний модуль та його підключення до спеціального CASE-засобу Rational Rose як механізму реалізації розширення мови специфікації UML з урахуванням характеристик ПП для мобільного пристрою, а також генерацією вихідного коду з заданими обмеженнями. Модуль розроблено в результаті формулювання основних проблем створення ПП для мобільних пристроїв і способів їх вирішення та обґрунтування вибору інструментального засобу для проектування мобільних ПС.

4. Програмний каркас мобільної операційної системи Windows CE, створений методом зворотного проектування, який вперше застосовано для побудови каркаса операційної системи та дає можливість використовувати внутрішні структури ОС на будь-якому етапі проектування, здійснювати вибір елементів моделі із уже наявних, а також будувати відношення залежності, узагальнення та асоціації.

5. Впровадження розробленої системи підтримки створення ПП для мобільних пристроїв у процес проектування та реалізації комунікаційного компонента стосовно до автоматизованої системи управління вантажними перевезеннями. Отримано значне скорочення часу проектування і підвищення якості моделі системи за рахунок модифікації вихідного коду на C++ у більш, ніж 40 класах, та використання програмного каркаса Windows CE.

Отримані в роботі результати були використані при розробці складних інформаційних систем, доповідалися на семінарах і конференціях, підтверджені актами впровадження (Додаток В), а також використані у навчальному процесі курсу “Системне програмне забезпечення” у Київському національному авіаційному університеті.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Семенец С.В., Рудой В.В. Реализация решений по обеспечению надежности программного обеспечения в UML // Математичні машини і системи.-2002.-№1.-С. 128-133.

2. Семенец С.В., Гавсиевич И.Б. Обзор программных архитектур ОС мобильных платформ // Математичнi машини і системи.-2002.-№ 1.-С. 119-133.

3. Семенец С.В. Создание программного каркаса Windows CE 3.0 в среде Rational Rose методом обратного проектирования // Математичні машини і системи.-2004.-№ 1.-С. 133-143.

4. Семенец С.В. Методы оценки производительности программных систем для мобильных устройств // Математичні машини і системи.-2005.-№ 3.-С. 126-134.

5. Семенец С.В. Применение сетей Петри в процессе UML-проектирования // Матеріали VI Міжнародної науково-технічної конференції "АВІА-2004".-Т. 1.- Київ.-2004.- Квітень.- С. 145-148.

6. Семенец С.В. Создание программного каркаса Windows CE // Проблемы программирования. Материалы IV международной научно-практической конференции по программированию (УКРПРОГ'2004).-Київ.-2004.- №2-3.-С. 133- 138.



АНОТАЦІЯ

Семенець С.В. Розробка методів та програмного інструментарію створення прикладних програм для мобільних систем. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 - Автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології. - Інститут проблем математичних машин і систем НАН України, Київ, 2005.

Дисертаційна робота присвячена розробці методів та інструментальних засобів створення прикладних програм для мобільних систем, що враховують особливості різних платформ і спеціалізованих систем на їх основі. Основу роботи становить комплексний метод побудови й аналізу моделі з аналітичною оцінкою заданих характеристик програмної системи з урахуванням можливостей мобільної платформи та перевірки несуперечності моделі на області програмного каркаса операційної системи. Метод забезпечує розширення елементів моделі мобільної ПС новими властивостями та генерацію коду відповідно з розширеними елементами.

Запропоновано новий метод перетворення формальної моделі мережі Петрі в контекст мови UML (діаграми класів, послідовності), що дозволяє враховувати в процесі проектування статичні й динамічні особливості програмної системи для мобільного пристрою.

Розроблено новий модуль - плагін, та здійснено його підключення до Rational Rose для реалізації механізму розширення UML - мічених значень, врахування в процесі проектування характеристик прикладної програми для мобільного пристрою та генерація вихідного коду, що відповідає заданим обмеженням.

Створено програмний каркас OC Windows CE, що дає можливість використовувати внутрішні структури ОС на будь-якому етапі проектування, здійснювати вибір елементів моделі із уже наявних, а також будувати відношення залежності, узагальнення й асоціації.

У дисертації представлена ПС, створена на основі наведених теоретичних і інструментальних розробок, що використовується для комунікації між мобільними пристроями у процесі вантажних перевезень.

Ключові слова: мобільний пристрій, проектування програмних систем, генерація коду, розширення специфікації, програмний каркас.



АННОТАЦИЯ

Семенец С.В. Разработка методов и программного инструментария создания приложений для мобильных систем.- Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 - Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии. - Институт проблем математических машин и систем НАН Украины, Киев, 2005.

Диссертационная работа посвящена разработке методов и инструментальных средств создания приложений для мобильных систем, которые учитывают особенности применяемых программно-аппаратных платформ и специализированных систем на их основе. Разработан комплексный метод построения и анализа модели с аналитической оценкой заданных характеристик программной системы с учетом возможностей мобильной платформы и проверки непротиворечивости модели на области программного каркаса операционной системы. Метод обеспечивает расширение элементов модели мобильной программной системы новыми свойствами и генерацию исходного кода в соответствии с расширенными элементами.

В первом разделе работы проведено исследование и анализ существующих классов программной архитектуры мобильных систем, обоснована необходимость создания дополнительных средств проектирования и реализации приложений мобильных систем, определены особенности и ограничения при создании технологической спецификации средствами UML.

В разделе 2 проведен сравнительный анализ основных методологий разработки программных систем: SA/SD, OMT, OOSE, OSA, JSD, RUP, рассмотрен UML как стандартная нотация моделирования ПС и механизмы его расширения. Описанные механизмы позволяют стандартными средствами языка спецификации ввести в модель требуемые ограничения и расширения. Решена задача их получения и формализации.

С этой целью была построена математическая модель предметной области, которая представляет собой описание распределенной технической системы, представленной множеством прикладных процессов и множеством процессов управления. Доступ мобильной системы к сетевым ресурсам определяется как взаимодействие 2-х процессов. Функция переходов была представлена в виде таблицы переходов, на базе которой было построено дерево достижимости доступа МС к сетевым ресурсам. С помощью дерева достижимости анализируются такие характеристики сети Петри, как безопасность, ограниченность, сохранение, а также ее покрываемость.

Кроме того, были исследованы методы анализа характеристик МС с помощью формальных моделей оценки производительности (системы массового обслуживания, алгебры процессов и стохастические сети Петри). Проанализированы существующие методы преобразования формальных моделей в контекст языка UML, и предложен новый метод преобразования модели сети Петри в диаграмму классов, а также в диаграмму последовательности UML, что позволяет учитывать в процессе проектирования статические и динамические особенности программной системы для мобильного устройства.

В третьем разделе были сформулированы основные проблемы создания приложений для мобильных устройств и пути их решения. Проведен сравнительный анализ инструментальных средств проектирования, выделены критерии и обоснован выбор специального CASE-средства в качестве базового. Были рассмотрены возможные направления реализации комплексной системы создания приложений для мобильных устройств. В результате анализа было принято решение по расширению существующей спецификации, что позволяет ввести новые элементы, расширяющие семантику метамодели в рамках спецификации.

Аналитический обзор инструментальных средств моделирования ПС показал, что исходя из таких критериев, как поддержка итерационной модели разработки, возможности создания иерархически связанных диаграмм, доступа к модели посредством API, наличия средств реинжиниринга и генерации кода, лучшим решением для проектирования ПО мобильных систем является CASE-средство Rational Rose. Отсутствие поддержки необходимых механизмов расширения UML привело к необходимости создания нового дополнительного модуля - плагина. Разработанный плагин реализует механизм расширения UML - “помеченные значения” и учитывает характеристики мобильного устройства в процессе проектирования программной системы, а также генерации исходного кода, соответствующего заданным ограничениям.

С целью спецификации программной среды функционирования приложения был создан программный каркас Windows CE, который дает возможность использовать внутренние структуры ОС на любом этапе проектирования, осуществлять выбор элементов модели из уже имеющихся и строить отношения зависимости, обобщения и ассоциации. В процессе построения каркаса использовался метод обратного проектирования (reverse engineering), позволяющий получить структуру приложения на базе его исходных кодов.

В четвертом разделе показано внедрение разработанной системы поддержки создания приложений для мобильных устройств в процесс проектирования на примере реализации коммуникационной компоненты для автоматизированной системы управления грузовыми перевозками. Было получено значительное сокращение времени проектирования и повышение качества модели системы за счет модификации исходного кода на C++ в более чем 40 классах, и использования программного каркаса Windows CE.

Ключевые слова: мобильное устройство, проектирование программных систем, генерация кода, расширение спецификации, программный каркас.

SUMMARY

Semenets S. V. Development of methods and software tools for mobile systems software creation. - Manuscript.

Thesis of Ph.D. scientific degree speciality 05.13.06 -- automated control systems and progressive information technologies. -- Institute of Mathematical Machines and System Problems National Academy of Science of Ukraine, Kyiv, 2005.

The thesis is devoted to the development methods and instrumental

tools for mobile systems software creation, which take into account peculiarities of different platforms. In the base of the work there is a combined method of model creation and its analysis with analytical estimation of the software system's given characteristics, considering mobile platform abilities and checking of the model consistent at the domain of OS software framework. The method provides performance estimation of model-based software system and possibility of source code generation.

The new method of formal Petri network model transformation into the UML context (class diagram, sequence diagram) was offered. The method allows to take into account static and dynamic software system's peculiarities for mobile device at the design process.

Developed module (plug-in) for Rational Rose realizes UML extension mechanism -- tagged values, that allow to take into account mobile device characteristics at the design process, not beyond standardized specification and generate source code, which correspond to adjusted constraints.

Was created software framework of OS Windows CE, that allows to use internal structures of OS at any design stage, to make model elements choice from the set of available components and to build relations of dependence, generalization and association.

In the thesis was offered software system that created on the base of shown theoretical and instrumental developments. It was used for communication between mobile devices in the freight transport process.

Key words: mobile device, software system design, code generation, specification extension, software framework.

Размещено на Allbest.ru