Программное обеспечение процессов управления медиапотоками в условиях гетерогенности информационных систем реального времени тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.11, кандидат технических наук Ломов, Эдуард Олегович

• Ломов, Эдуард Олегович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ломов, Эдуард Олегович

Содержание.

Введение.

Глава 1. Проблемы управления медиапотоками в условиях гетерогенности информационных систем реального времени.

1.1. Проблематика функционирования информационных систем в условиях гетерогенности медиапотоков.

1.2 Проблематика транспортировки медиапотоков в гетерогенной мультисервисной информационной среде.

1.3 Средства передачи медиапотоков в IP сетях.

1.3.1 Семейство протоколов Н.32*.

1.3.2 Протокол взаимодействия SIP.

1.3.3 Протокол IAX2.

1.3.4 Протокол MGCP.

1.3.5 Протокол Megaco/H.248.

1.3.6 Протокол SIGTRAN.

1.4 Кодирование медиапотоков для передачи по IP сетям.

1.5 Цель работы и задачи исследования.

Глава 2. Реализация задач управления медиапотоками в условиях гетерогенности информационных систем.

2.1 Архитектура системы управления процессами обработки данных.

2.2 Алгоритмизация двухуровневого управления медиапотоками.

2.2.1 Выбор лучшего медиапотока с точки зрения пользовательских критериев.

2.2.2 Транзакционное управление медиапотоками в рамках сессии мультимедийного общения.

2.3 Анализ и выбор лингвистического обеспечения для построения системы управления медиапотоками.

Выводы.

Глава 3. Структура системы управления медиапотоками в рамках гетерогенных информационных систем.

3.1 Обобщенная структура системы управления медиапотоками.

3.2 Структура серверного приложения.

3.2.1 Подсистема обслуживания пользовательских запросов.

3.2.2 Подсистема работы с сессиями.

3.2.3 Подсистема выбора лучшего медиапотока.

3.2.4 Подсистема работы с сервисами.

3.2.5 Программный интерфейс сервисов со стороны ядра.

3.3 Структура клиентского приложения.

Выводы.

Глава 4. Программное обеспечение системы управления медиапотоками в условиях гетерогенности информационных систем и результаты практической апробации.

4.1 Структура программного обеспечения.

4.2 Процедура установки и запуск сервера базы данных.

4.3 Процедура установки и запуска сервера приложений.

4.4 Процедура установки Flash клиента программной системы.

4.5 Пользовательский интерфейс.

4.6 Средства интеграции клиентской части с другими приложениями.

4.7 Результаты практического использования.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Программное обеспечение процессов управления медиапотоками в условиях гетерогенности информационных систем реального времени»

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

В современных условиях информационные системы (ИС) реального времени, предоставляющие услуги для обеспечения глобального мультимедийного общения, получают широкое распространение. При этом каждый провайдер информационных услуг реализует собственную финансово-техническую политику, которая непосредственно влияет на качество используемого оборудования и тарифные планы. В связи с этим формируемые, в рамках сеанса мультимедийной связи медиапотоки имеют различные характеристики, что является причиной их гетерогенности. К данным характеристикам относится: неоднородность используемых математических и программных средств (ПО), различная стоимостью и степень качества передаваемой информации, территориальная удаленность абонентов, и т.д.

Исходя из этого, пользователю, для организации коммуникационных ресурсов, необходимо располагать исчерпывающей информацией об альтернативных информационных системах, предоставляющих услуги для мультимедийного общения. К этой информации относится: список информационных систем, предоставляющих услуги мультимедийного общения; информация о тарифных планах на предоставляемые медиапотоки; информация о качестве предоставляемых медиапотоков; информация о средствах взаимодействия с удаленной ИС.

Все это существенно снижает качество информационного обслуживания и обуславливает необходимость создания специальных программно-аппаратных средств, позволяющих автоматизировать процесс выбора медиапотока на основе пользовательских критериев.

Сложившиеся в настоящее время тенденции в данной области, связанны с процессами интеграции информационных компонентов, что обеспечивает наиболее эффективное использование вычислительных ресурсов путем: предоставления единых интерфейсов обработки медиапотоков, обеспечивающих взаимодействие с любым из компонентов гетерогенного пространства; предоставления приемлемого варианта для достижения конечной цели из множества альтернативных вариантов обслуживания в рамках гетерогенной информационной среды; обеспечения наиболее качественного взаимодействия между различными приложениями. Реализация интеграционных процессов позволяет повысить качество управления в реальном времени, предоставить пользователю данные в едином формате, без учета специфики удаленного приложения, с которым происходит взаимодействие.

В этой связи актуальность тематики диссертационной работы обусловлена необходимостью дальнейшего развития средств алгоритмического и программного обеспечения, ориентированных на повышение эффективности управления медиапотоками в условиях гетерогенности информационных систем реального времени и уровня качества обслуживания.

Тематика диссертационной работы соответствует одному из основных научных направлений Воронежского государственного технического университета "Вычислительные комплексы и проблемно-ориентированные системы управления", а также госбюджетной НИР кафедры "Автоматики и информатики в технических системах" (ГБ №504310).

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью диссертационной работы является разработка комплекса средств алгоритмического и программного обеспечения процессов управления медиапотоками в условиях гетерогенности информационных систем, на основе реализации современных методов и средств обработки данных в реальном времени, обеспечивающих предоставление инструментов для организации сессии мультимедийного общения с использованием лучшего с точки зрения пользовательских критериев медиапотока. Исходя из данной цели, в работе определены следующие задачи исследования:

- анализ содержания и специфики задач процессов управления медиапотоками в условиях гетерогенности информационных систем реального времени, предоставляющих средства для мультимедийного общения, а также выбор современных подходов к разработке их алгоритмического и программного обеспечения;

- разработка алгоритмов двухуровневого управления медиапотоками: алгоритма критериального управления, основанного на выборе медиапотоков с использованием метода анализа иерархий; алгоритма управления медиапотоком в режиме реального времени сессии мультимедийного общения, использующего граф ожидания для разрешения блокировок в условиях тупиковых ситуаций транзакций.

- построение информационной модели системы управления медиапотоками, включающей: серверную часть, обеспечивающую преобразование в режиме реального времени множества разнородных медиапотоков, поступающих от различных информационных систем, в гомогенную информационную среду, а также осуществляющую управление полученным гомогенным пространством с использованием разработанных алгоритмов двухуровневого управления, и клиентскую часть, позволяющую организовывать сессии мультимедийного общения;

- разработка портируемых средств программного обеспечения процессов управления медиапотоками в условиях гетерогенности информационных систем реального времени, а также их апробация в условиях корпоративной сети передачи данных.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Методы исследования основаны на использовании соответствующих разделов: теории построения информационных систем, теории принятия решений, теории графов, теории информации, объектно-ориентированного программирования.

Результаты, представленные в диссертационной работе, соответствуют следующим пунктам паспорта специальности:

- п. 1 ("Модели, методы, алгоритмы, языки и программные инструменты для организации взаимодействия программ и программных систем");

- п. 7 ("Человеко-машинные интерфейсы; модели, методы, алгоритмы и программные средства машинной графики, визуализации, обработки изображений, систем виртуальной реальности, мультимедийного общения").

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

В работе получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:

- средства алгоритмического обеспечения процессов двухуровневого управления медиапотоками, отличающиеся реализацией метода анализа иерархий на первом уровне, обеспечивающего выбор потока из множества, предоставляемого информационными системами реального времени, а также графом ожидания на втором уровне, обеспечивающего разрешение блокировок транзакций медиапотоков в рамках сессии мультимедийного общения;

- структурная модель преобразования гетерогенной информационной среды в гомогенную, отличающаяся реализацией множества различных сервисов, каждый из которых работает со своим типом информации и обеспечивает кодирование в реальном времени исходных медиапотоков в однородный формат, а также предоставляет единые и универсальные интерфейсы для взаимодействия с ними;

- структурная модель взаимодействия с информационными системами, предоставляющими средства для мультимедийного общения, отличающаяся использованием сервера, осуществляющего на основе набора математического и алгоритмического обеспечения преобразование в 8 реальном времени гетерогенного информационного пространства в гомогенное, с целью дальнейшего управления медиапотоками, а также "тонкого" клиента, обеспечивающего взаимодействие между полученным гомогенным пространством и пользователем;

- структура программного обеспечения процессов управления медиапотоками, отличающаяся механизмами межмодульного взаимодействия с внешними пользовательскими приложениями и позволяющая встраивать программные средства преобразования гетерогенной информационной среды в гомогенную в стороннее программное обеспечение.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ

Практическая ценность работы состоит в следующем:

- на основе сервис-ориентированной архитектуры (SOA), реализации программных кодеков для перекодирования различных входных/выходных информационных медиапотоков, а также стандартизированных внутри системы сервисных интерфейсов создана программная система, обеспечивающая преобразование в реальном времени логического представления гетерогенного информационного пространства в гомогенное;

- разработана программная подсистема, обеспечивающая выбор в соответствии с заданными характеристиками медиапотока из полученной гомогенной информационной среды на основе метода анализа иерархий, а также осуществляющая разрешение конфликтов блокировок транзакций медиапотоков на основе графа ожидания в режиме реального времени;

- на основе технологии Flash, разработан программный модуль, который в режиме реального времени позволяет взаимодействовать с формируемой гомогенной средой, обеспечивая тем самым мультимедийное общение нескольких пользователей. Данный программный модуль встраивается во внешние приложения, путем регистрации собственного функционала в виртуальной машине JavaScript.

РЕАЛИЗАЦИЯ И ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

Основные теоретические и практические результаты работы реализованы в виде средств программного обеспечения процессов управления медиапотоками в условиях гетерогенности информационных систем реального времени. Результаты работы получили практическое внедрение в ООО "Горсеть", являющегося провайдером 1Т-услуг. Кроме того, они внедрены в учебный процесс в рамках дисциплины "Информационные сети и телекоммуникации", "Информационное обеспечение систем управления" на кафедре ЭАиУТС Воронежского государственного технического университета.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Материалы диссертации представлены и обсуждены на Всероссийской конференции "Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве" (Воронеж, 2010), Всероссийской конференции "Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах" (Воронеж, 2010), Всероссийской конференции "Интеллектуальные информационные системы" (Воронеж, 2010), Всероссийской конференции "Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве" (Воронеж, 2011), международной научно-методической конференции "Информатика: проблемы, методология, технологии" (Воронеж, 2012), а также на научных конференциях профессорско-преподавательского состава ВГТУ и научных семинарах кафедры автоматики и информатики в технических системах (2008-2012 г.г.).

ПУБЛИКАЦИИ

Основные результаты диссертации опубликованы в 15 публикациях, в том числе шести статьях в изданиях, рекомендованных ВАК России. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежит: [1,2,3] - структура координатора транзакций, выполненного с использованием языка запросов и скриптового языка, с использованием разрешения блокировок на основе графа ожидания; [4,7,8] - структурная модель системы управления информационной средой; [5,9] - модель преобразования гетерогенной информационной среды, а также модель интеграции разработанного приложения, позволяющая обеспечить взаимодействие с формируемой гомогенной средой; [6,10,11] - средства математического обеспечения процессов управления медиапотоками в гетерогенных информационных системах, отличающиеся реализацией методом анализа иерархий, а также алгоритм выбора медиапотока; [14] - специальное программное обеспечение процессов управления транзакциями; [15] - специальное программное обеспечение процессов управления потоками данных в условиях гетерогенности информационных систем реального времени.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 20 наименований и приложений. Основная часть работы изложена на 161 странице, содержит 50 рисунков, 22 таблицы.

Заключение диссертации по теме «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей», Ломов, Эдуард Олегович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проведен анализ содержания и специфики задач процессов управления медиапотоками в условиях гетерогенности информационных систем реального времени, предоставляющих средства для мультимедийного общения, а также современных подходов к разработке их алгоритмического и программного обеспечения.

2. На основе использования сервис-ориентированной архитектуры разработана графическая модель интеграции системы управления с гетерогенным информационным пространством, формируемым множеством информационных систем реального времени.

3. Разработан алгоритм двухуровневого управления медиапотоками, позволяющий на основе пользовательских критериев выбирать медиапоток из множества предоставляемых, а также осуществлять управление разрешением блокировок транзакций медиапотока в процессе сессии мультимедийного общения.

4. Разработана структурная модель серверной части, обеспечивающая преобразование в реальном времени множества разнородных медиапотоков в гомогенную среду, а также предоставляющая средства для выбора из этой среды лучшего с точки зрения пользовательских критериев медиапотока.

5. Разработана структурная модель встраиваемой клиентской части, обеспечивающая организацию сессии мультимедийного общения, а также позволяющая использовать инструменты для работы с гомогенной средой во внешних пользовательских приложениях, путем предоставления дополнительных функций, используя для этого технологию на базе виртуальной машины JavaScript.

6. Разработаны портируемые средства программного обеспечения процессов управления медиапотоками в условиях гетерогенности информационных систем реального времени.

7. Разработанное программное обеспечение внедрено провайдеру IT-услуг ООО «Горсеть». Анализ эффективности предложенных средств алгоритмического и программного обеспечения показал, что его использование, обеспечивает повышение эффективности работы с гетерогенной информационной средой.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ломов, Эдуард Олегович, 2012 год

1. Action Script 3.0 для Adobe Flash CS4 Professional. Официальный учебный курс (+ CD-ROM) Эксмо, 2009 - 396 с

2. Bell М. SOA Modeling Patterns for Service-Oriented Discovery and Analysis - John Wiley and Sons, Ltd, 2010 - 400 c.3. http://www.red5.org/

3. Биберштейн H., Боуз С. Компас в мире сервис-ориентированной архитектуры (SOA) - М.:КУДИЦ-Пресс, 2007 - 321 с.

4. Битнер В.И. Принципы и протоколы взаимодействия телекоммуникационных сетей. Учебное пособие для вузов М. Литер, 2003 -272 с.

5. Кудряшов Б.Д. Теория информации М. Литер, 2009, - 320 с.

6. Ногин В. Д. Принцип Эджворта-Парето в терминах нечеткой функции выбора // Журнал вычислительной математики и математической физики,2006, т. 46, №4, С. 582-591

7. Петровский А. Теория принятия решений - М.:Академия, 2009 - 400 с.

8. Подиновская О.В. Метод анализа иерархий как метод поддержки принятия многокритериальных решений // Информационные технохнологии моделирорования и управления. — 2010. — № 1 (60).

9. Саморезов В., Зарубин А., Гольдштейн Б. Протокол SIP. Справочник -М.:БХВ-Санкт-Петербург, 2005 456 с.

10. Семенов Ю. Алгоритмы телекоммуникационных сетей. В 3 частях. Часть 1. Алгоритмы и протоколы каналов и сетей передачи М.:Интернет-университет информационных технологий, Бином. Лаборатория знаний,2007, 640 с.

11. Сергеенко B.C., Баринов В.В. Сжатие данных, речи, звука и изображений в телекоммуникационных системах М.:РадиоСофт, 2011, - 360 с.

12. Стоялингс В. Компьютерные сети, протоколы и технологии Интернета М.:БХВ-Петербург, 2005, - 832 с.

13. Таненбаум Э., Уэзеролл Д. Компьютерные сети. 5-е изд. М. Литер, 2009, - 960 с.

14. Троелсен Э. Язык программирования С# 2010 и платформа .NET 4 -М.:Вильямс, 2011 -400 с.

15. Филимонов А.Ю. Построение мультисервисных сетей Ethernet: Формирование и кодирование потоков VoIP, IPTV; Регулирование и учет трафика абонентских приложений; Управление доступом к сетевым ресурсам и др. М. :БХВ-Петербург, 2007, - 592 с.

16. Хемди А. Введение в исследование операций. Седьмое издание. -М.:Издательский дом "Вильяме", 2005. 912 с.

17. Цимбал А. А., Аншина М. Технологии создания распределенных систем. Для профессионалов. Издательский дом "Питер" 2003 - с. 576

18. Шилдт Г. Java. Полное руководство - М.:Вильямс, 2010 - 600 с

19. Шмидт Д., Хьюстон С. Программирование сетевых приложений на С++. Том 2 - М.:Бином-Пресс, 2012 - 239 с.