НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

„КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”

Воєвода Олександр Олександрович

УДК 621.38:681.3.068

РЕІНЖИНІРИНГ САПР ДЛЯ ВИКОРИСТАННЯ В ІНТЕРНЕТ

05.13.12 – системи автоматизації проектувальних робіт

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі „Системи автоматизованого проектування” Національного технічного університету України „Київський політехнічний інститут” Міністерства освіти та науки України.

Науковий керівник | доктор технічних наук, професор

Петренко Анатолій Іванович

НТУУ „КПІ” Міністерства освіти та науки України, завідувач кафедри САПР

Офіційні опоненти | доктор технічних наук, професор

Федасюк Дмитро Васильович

Національний університет України “Львівська Політехніка” Міністерства освіти та науки України,

професор кафедри САПР

кандидат технічних наук, професор

Фесечко Володимир Опанасович

НТУУ „КПІ” Міністерства освіти та науки України,

професор кафедри фізичної та біомедичної електроніки

Провідна установа | Харківський національний університет радіоелектроніки Міністерства освіти та науки України, м. Харків

Захист відбудеться „21” 06 2004 р. о 1430 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.002.08 при Національному технічному університеті України "Київський політехнічний інститут" за адресою: 03056, м. Київ, просп. Перемоги, 37, корпус 12, аудиторія 114.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці НТУУ "КПІ"

(03056, м. Київ, просп. Перемоги, 37).

Автореферат розісланий „21” 05 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

к.т.н., професор Писаренко Л.Д.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. При розробці сучасних конкурентноспроможних електронних пристроїв вимоги до швидкості їх проектування зростають з кожним роком, а розмір задач моделювання збільшується в десятки разів. Використання суперкомп’ютерів для вирішення великих обчислювальних задач в окремих організаціях на сьогоднішній момент не виправдовує себе, виходячи з великої собівартості та складності їх супроводу та обслуговування. Тобто необхідно шукати інші підходи по підвищенню ефективності роботи проектувальника. Одним із таких способів є організація колективної роботи над проектними даними. Сучасний розвиток мережних та програмних технологій дозволяє вирішити питання організації дистанційної роботи членів колективу, таким чином, надаючи гнучкості в організації сумісної праці. Крім того, використання існуючого доробку в галузі математичного забезпечення в мережному середовищі дозволяє зберегти його та створити при цьому нові можливості його використання. Надання віддаленого доступу до потужних засобів моделювання для організацій, які не мають достатньо коштів та можливостей для їх придбання та підтримки, створює потенціал для розвитку таких організацій, що особливо актуально для України.

Мережа Інтернет є вдалим прикладом середовища, яке здатне об’єднати людські та обчислювальні потужності для вирішення широкого класу прикладних задач. Прикладом цьому є багато успішних застосувань всесвітньої мережі: електронна пошта, відео-конференції, інформаційна web- мережа, і т.д. Враховуючи швидкість росту глобальної мережі, до якої в 1980 році було під’єднано лише 100 комп’ютерів, а в 1995 р. – більше 1 мільйона, можна прогнозувати як подальше розширення мережі, так і підвищення якості послуг. Це підтверджується у програмі побудови інформаційного суспільства у Європі, яка серед десяти головних напрямків впровадження інформаційних технологій містить питання розвитку швидкого Інтернет для забезпечення інженерної співпраці та навчання.

Створення підходу, який забезпечить використання існуючого математичного забезпечення САПР в мережному середовищі, в умовах України дозволить:

· знизити експлуатаційні витрати на супровід робочих місць проектувальників за рахунок переміщення більшості обчислювань на потужну серверну частину, та зменшити таким чином вимоги до технічних та програмних засобів клієнтських робочих місць;

· підвищити ефективність використання наявних обчислювальних засобів, об’єднавши їх в мережний комплекс для спільного використання; надати можливість віддаленого користування ними; а також, як наслідок, розширити клас задач, які можуть бути вирішені;

· створити можливість віддаленого користування потужними засобами проектування організаціям, які не мають можливості для їх розробки, придбання та підтримки, що особливо актуально для нашої країни;

· створити нові умови для комерційного використання математичного забезпечення САПР на основі оплати за використані віддалені ресурси або ліцензування віддалених ресурсів та засобів на встановлений термін;

· пристосовувати існуючі засоби САПР шляхом внесення до них малої кількості змін до віддаленого використання в середовищі глобальної мережі Інтернет та мереж організацій (intranet).

Наведені вище причини зумовили мету даної роботи. Їх вирішення є актуальним як з наукової, так і з практичної точок зору.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Питання, які розглядаються в роботі, входять до програми наукових досліджень кафедри САПР НТУУ „КПІ” і спрямовані на подальше вдосконалення пакета ALLTED – вітчизняної системи проектування складних технічних систем в електроніці, механіці, гідравліці, а також призначеної для проектування пневматичних та електромагнітних підсистем. Попередні версії цієї системи (СПАРС, ПРАМ-01, ПРАМ-ПК, ПРАНС) використовувалися в якості галузевих стандартів автоматизованого схемотехнічного проектування Міністерства оборонної промисловості (наприклад, ОСТ В3-4776-80), Міністерств загального та середнього машинобудування та Міністерства радіопромисловості СРСР.

Дисертаційна робота виконана згідно з планом науково-технічних робіт кафедри САПР НТУУ „КПІ” в рамках Європейського проекту INCO-Copernicus № PL961046 та проекту Українського науково-технічного Центру STCU 1636. Результати роботи було використано в держбюджетній темі № д/р 0198U0002527, а також при виконанні робіт по гранту фірми Intel.

Мета і завдання дослідження. Мета дисертаційної роботи полягає в розробці заходів з перепроектування (реінжинірингу) існуючих САПР електроніки, що не були призначені для віддаленого використання, для роботи в мережному середовищі з застосуванням переваг сучасних інформаційних технологій.

Для досягнення поставленої мети вирішувались такі проблеми:

· дослідження існуючих підходів для створення мережних засобів САПР та виділення основних напрямків їх розвитку;

· дослідження особливостей САПР електроніки для використання в мережному середовищі;

· дослідження сучасного інструментарію та мережних технологій для використання в розподілених комплексах САПР;

· узагальнення та розробка підходів для перепроектування (реінжинірингу) та надання віддаленого доступу засобами комп’ютерних мережних технологій до існуючих комплексів САПР;

· перевірка працездатності розроблених підходів шляхом створення мережної версії комплексу проектування на базі пакету ALLTED;

· дослідження шляхів підвищення ефективності протоколів транспортного рівня для використання в мережних комплексах САПР.

У відповідності з поставленою метою об’єктом теоретичних і експериментальних досліджень є існуючі САПР електроніки, які не створювались для використання в розподіленому середовищі. Предметом досліджень є підходи та алгоритми для перепроектування існуючих систем САПР електроніки до використання в мережному середовищі.

При виконанні роботи використовувались теоретичні та експериментальні методи досліджень. Перевірка отриманих результатів здійснювалась шляхом проведення обчислювальних експериментів на ЕОМ. Робота базується на аналізі та узагальненні досвіду вирішення задач використання „наслідуваних” систем (legacys) та організації віддаленого доступу до них з використанням сучасних інформаційних технологій.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у створенні підходів, які дозволяють використовувати існуючі засоби САПР в мережному середовищі. Науковою новизною проведених досліджень є:

1. Створення набору заходів, які дозволяють використовувати існуючі засоби САПР в мережному середовищі. Використання розроблених засобів дозволяє підвищити ефективність праці колективів проектувальників за рахунок використання звичних інструментів в мережному середовищі.

2. Запропонування архітектури для побудови мережних комплексів САПР з використанням об’єктного компонентного підходу до створення інтерфейсу віддаленого доступу до комплексу проектування.

3. Доведення доцільності використання скриптових мов для підвищення ефективності розробки/пристосування існуючих рішень до їх використання в розподіленому середовищі.

4. Встановлення способів ефективного використання мережних та процесорних ресурсів при використанні стиснення даних при віддаленій взаємодії.

5. Розрахунок ступеню підвищення ефективності мережної взаємодії при групуванні віддалених викликів для зменшення кількості віддалених викликів.

6. Розробка схем віддаленого доступу до засобів САПР за допомогою електронної пошти та web- технологій в якості прикладів створення розширень ядра пакету САПР.

7. Розробка механізму доступу до віддалених сервісів, створених з використанням архітектури CORBA, в умовах застосування брандмауерів (firewall) засобами web- технологій.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблено підходи по перепроектуванню існуючих САПР для використання в мережі Інтернет. Запропоновані заходи було застосовано в процесі створення мережної версії комплексу проектування складних технічних систем на основі пакету ALLTED.

Передові пакети схемотехнічного проектування, такі як SPICE, не дозволяють проводити ефективну оптимізацію, і, таким чином, обмежують розробника. Пакет ALLTED та його мережна версію – NetALLTED – має велике практичне значення, оскільки в цьому пакеті реалізовано ефективні режими оптимізації, багатоваріантний аналіз, розрахунок функцій чутливості та оптимальних допусків.

Реалізована ефективна перевірка результатів роботи на прикладі перепроектування пакету промислового рівня. Характеристики створеного мережного комплексу проектування:

· орієнтація на кінцевого користувача;

· гнучкий аналіз результатів моделювання;

· виконання складних математичних розрахунків з використанням обчислювальних потужностей серверної частини.

Отримані результати доцільно рекомендувати для використання на підприємствах та в установах України, які займаються розробкою і проектуванням схемотехнічних комплексів САПР, а також у навчальному процесі вузів відповідного профілю.

Результати виконаної роботи використовуються при виконанні лабораторних робіт по курсах „Основи паралельних обчислювань”, „Основи автоматизованого проектування складних об’єктів та систем” та „Методи оптимізації та прийняття рішень” на кафедрі САПР НТУУ „КПІ”.

Особистий внесок здобувача. Основні наукові результати теоретичних та практичних досліджень, викладені в дисертаційній роботі, одержані автором особисто. У друкованих працях, опублікованих у співавторстві, дисертанту належать: розробка алгоритмів реалізації та створення прототипу поштового шлюзу, розробка інтерфейсу взаємодії на мові IDL [1], створення та застосування підходів до побудови бібліотек моделей, списків та функцій в багатокористувацькому середовищі, як частини мережного комплексу проектування, запропоновано використати архітектуру CORBA для реалізації мережного рівня [2].

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації доповідались і обговорювались на наукових семінарах кафедри САПР з 1999 по 2003 р., а також на Міжнародній науково-технічній конференції „Проблеми електроніки”, м. Київ, 17-19 червня, 2003 р.

Публікації. За матеріалами досліджень, які викладені в дисертації, опубліковано 4 друковані праці у провідних виданнях за переліком, затвердженим ВАК України (2 одноосібні).

Структура й об’єм дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, чотирьох додатків, списку використаних джерел. Загальний обсяг дисертаційної роботи складає 161 сторінку тексту, вміщує 121 сторінку основної текстової частини і включає 27 рисунків, 4 таблиці та 197 бібліографічних найменувань. Додатки містять документи, які підтверджують апробацію результатів роботи, тексти найбільш важливих програмних модулів, опис інтерфейсу серверної частини мережного комплексу САПР електроніки на мові IDL, тестові схеми, результати віддаленого моделювання.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі викладено загальну характеристику роботи, обґрунтовано актуальність проблеми, сформульовано мету та основні завдання досліджень, представлено наукову новизну роботи, її практичну цінність та апробацію.

У першому розділі подано огляд літератури з розробки спеціалізованих мережних САПР, проведено аналіз шляхів підвищення ефективності проектної праці на основі використання можливостей спільної роботи в мережному середовищі. Розглянуто широкий спектр різноманітних сучасних інформаційних технологій по наданню віддаленого доступу до засобів САПР. Приведено моделі віддаленої взаємодії для створення мережних комплексів САПР. Проведено огляд технологій управління розподіленими ресурсами та розглянуто системи, які їх успішно використовують. Проведено огляд web-сайтів компаній, які пропонують послуги з віддаленого проектування в електроніці. Розглянуто складнощі при створенні мережних комплексів проектування.

У другому розділі розглянуто найбільш поширені та потужні сучасні інформаційні архітектури для створення мережних комплексів САПР: CORBA, COM, RMI. Зроблено висновок про придатність їх використання в проектах різної складності по пристосуванню засобів САПР до використання в мережних умовах, також можливе їх сумісне використання при умові виконання загальносистемних домовленостей на рівні інтерфейсів взаємодії. Запропоновано архітектуру мережних комплексів САПР (рис. 1), яка дозволяє надати віддалений доступ до проектних даних та засобів за допомогою різних протоколів та додатків в залежності від конкретних умов використання. Розглянуто такі можливі способи організації взаємодії з віддаленим комплексом САПР засобами: web- технологій за допомогою стандартного web- оглядача (browser); звичайного поштового клієнта; спеціалізованого програмного забезпечення у пакетному або інтерактивному режимі; шляхом передачі та отримання проектних даних поширеними протоколами передачі даних; підготовки завдання, його виконання та аналізу результатів у термінальному режимі; отримання повідомлення про віддалену подію засобами обміну повідомленнями (електронна пошта, messengers). У випадку, коли існуючі інтерфейси віддаленого доступу не влаштовують з певних причин, існує можливість створення спеціалізованого засобу з використанням встановленого інтерфейсу взаємодії ядра системи проектування.

У третьому розділі розглянуто алгоритми реалізації мережної підтримки в розподілених комплексах САПР та можливі способи підвищення ефективності мережної взаємодії.

Описано можливий підхід по організації віддаленого доступу до бібліотек моделей, функцій і списків засобами web-технологій. Визначено призначення частин серверного забезпечення: web-серверу, середовища виконання, прикладної логіки та ядра пакету проектування. Спроектовано інтерфейс доступу до бібліотечних даних на мові опису інтерфейсів IDL, яка не залежить від засобів реалізації та платформи.

Однією з інформаційних технологій, яка дозволяє організувати взаємодію з віддаленими засобами САПР та проектними даними, є електронна пошта. Можлива організація взаємодії поштового шлюзу з мережним комплексом проектування та зовнішніми компонентам показана на рис. 2. Їх призначення:

· SMTPD – сервіс, який надає послуги по відправці електронних повідомлень з використанням транспортного протоколу SMTP.

· POP3D – сервіс по отриманню повідомлень з поштового серверу за протоколом POP3.

· MailAgent – компонент, який відповідає за організацію шлюзу електронна пошта – ядро пакету.

· NetCore – ядро пакету проектування.

В роботі поштової підсистеми можна виділити два головні режими: обробка поштових повідомлень та відправка результатів моделювання. Режим обробки поштових повідомлень має такі етапи:

· check – перевірка наявності нових у скриньці повідомлень;

· fetch – отримання повідомлення з поштової скриньки;

· parse – лексичний розбір повідомлення;

· open session – відкриття сесії для взаємодії з ядром системи;

· post task – запит на виконання завдання;

· close session – завершення діалогу з сервером.

Початковою точкою роботи підсистеми є одержання вхідних повідомлень від POP3D серверу, який відповідає за отримання листів з поштової скриньки користувача. Після обробки запиту, текстові та графічні результати компонуються за допомогою протоколу MIME у вихідне повідомлення (format), яке надсилається користувачеві (send) з використанням компоненти SMTPD. Потім підсистема повертається до стану очікування (idle).

В якості можливих технологій реалізації розглянуто протоколи MIME, POP3, IMAP4, SMTP. Спроектовано інтерфейс доступу до ядра системи проектування для реалізації поштового шлюзу на мові IDL.

Досліджено можливість застосування стиснення даних з метою зменшення об’єму мережних повідомлень на спрощеній моделі мережі на базі протоколу TCP/IP, яку можна представити як канал, що може одночасно містити BDP біт інформації, характеризується смугою пропускання B (біт/с) та часом повного оберту пакету RTT (round trip time – час за який пакет буде доставлений до адресата та повернеться). Зв’язок цих величин можна записати як: BDP = B·RTT. В запропонованій моделі не враховуються такі алгоритми протоколу TCP/IP як „повільний старт” та алгоритм Нейгла.

Час передачі повідомлення (Tм) має вигляд:

, (1)

де S – об’єм даних, які передаються.

Прийнявши за критерій ефективності застосування стиснення даних при мережних обмінах: Tм > ,

де - час пересилки стиснутих даних, отримано оцінку доцільності стиснення даних:

, (2)

де tc, td – час стискання та декомпресії даних,

Sвх – об’єм повідомлення, яке передається,

Kст – ступінь стиснення даних.

Отримана формула (2) дозволяє оцінити ступінь переваги по часу при застосуванні стиснення даних перед їх передачею по мережі. Припускається, що обчислювальна потужність і завантаженість сервера та клієнта однакові, також не враховується завантаженість мережі, а величина RTT вважається постійною.

Сформульовано наступний перелік вимог до алгоритмів стиснення даних та їх реалізацій для використання в мережному середовищі для зменшення часу віддаленої взаємодії:

· можливість балансу ступеню стиснення та часу виконання за рахунок можливості налагодження параметрів роботи алгоритму;

· наявність ефективної та швидкої реалізації алгоритму.

Сформульовано характеристики, за якими можна оцінювати ефективність застосування обраного алгоритму та його реалізації:

· коефіцієнт стиснення (Kx);

· час виконання операції стиснення (tc);

· час виконання операції декомпресії (td);

· об’єм оперативної пам’яті, яка необхідна (Mд).

Проведені експерименти з використанням алгоритму deflation (модифікація LZ77) та його реалізації з поширеної бібліотеки zlib показали наступне:

· для обраного алгоритму складність декомпресії на порядок менше ніж операції стискання;

· час декомпресії (Tд) не залежить від ступеня стиснення (Кст), а лише від розміру початкових даних (Sвх);

· швидкість декомпресії можна підвищити за рахунок створення в оперативній пам’яті буферу, достатнього для збереження частини або всього вихідного потоку у випадку наявності вільної оперативної пам’яті та відомого розміру початкових даних (Sвх);

· для текстової природи вхідних даних (опис схем на проблемно-орієнтованій мові, опис моделей, тощо) ступінь стиснення досягає 2.5 ч 5 при мінімальному ступеню стиснення даних (Кст=1).

Експериментально отримані результати оцінки доцільності застосування стиснення даних (2) для мереж з різною пропускною здатністю найповільнішої ділянки та для обчислювальних засобів з різною потужністю для даних, які мають текстову природу з мінімальним ступенем стиснення (Кст = 1), приведені на рис. 3. З чого можна зробити висновок: застосування стиснення даних доцільне не завжди та залежить від потужності засобів та характеристик мережі. Але для зниження завантаженості мережі доцільно застосовувати стиснення даних, звичайно, при умові зменшення початкового об’єму даних.

Досліджено ще один спосіб підвищення ефективності віддаленої взаємодії за рахунок зменшення звертань до мережного середовища шляхом виконання декількох віддалених викликів за одне звертання до мережі (один запит – одна відповідь).

Розглянуто два випадки виконання фіксованого об’єму віддалених обчислень: 1) шляхом серії послідовних віддалених викликів та 2) за один віддалений групований виклик. Проведено їх порівняння з точки зору часу виконання, завантаженості мережі та серверної частини.

Виконання фіксованого об’єму віддалених обчислень послідовно за і звертань

Використавши запропоновану модель (1), отримано:

(3)

де – розмір i-го запиту,

– об’єм результату обробки i-го запиту,

– час обробки i-го запиту.

Виконання фіксованого об’єму віддалених обчислень за один групований виклик

Час виконання групованих викликів Tg :

. (4)

Прийнявши час виконання за умову доцільності застосування групування:

Ts > Tg, використавши (3, 4) отримано, що i > 1. Тобто, його доцільно застосовувати завжди.

Прийнявши сумарний час мережної взаємодії та час виконання всіх запитів за Ts обраховано коефіцієнт підвищення швидкодії .

, .

Експериментальна перевірка отриманих співвідношень показала наступне:

1) зниження навантаження на серверну частину за рахунок зменшення накладних витрат на ініціалізацію та попередню обробку запиту T init (рис. 4). Час виконання сервером послідовності з i операцій:

,

де – час виконання i – ї операції.

За рахунок зменшення до T init у випадку згрупованого виклику, отримано:

.

2) підвищення ефективності використання ресурсів мережі (рис. 5) за рахунок зменшення кількості TCP пакетів, які передаються, а також впливу мережної затримки (RTT), відповідно до (2). Застосування техніки групування викликів дозволило підвищити швидкодію мережного рівня в 1.7 рази, та зменшити кількість мережних пакетів з даними у 5.5 разів.

Але дослідження показали (рис. 6), що ефективність роботи мережного додатку залежить не тільки від розподілення викликів по TCP пакетам з метою їх кращого заповнення та, відповідно, зменшення накладних витрат при передачі даних. Встановлено, що отримане значне покращення швидкодії при передачі даних мережним рівнем та швидкості роботи серверного додатку було компенсовано повільною роботою частини, яка відповідає за підтримку протоколів CORBA, а також ускладненням протоколу взаємодії у порівнянні з не групованими викликами, повільним перетворенням запитів в мережну форму протоколу GIOP та навпаки (marshaling/demarshaling). Компенсація швидкодії також пов’язана з застосуванням мови програмування Tcl, яка має скриптову природу та поступається у швидкодії системним мовам. Але в цілому проведені дослідження показали доцільність використання техніки групування віддалених викликів як з точки зору покращення швидкодії розподілених операцій, так і можливого шляху підвищення ефективності використання мережних ресурсів. Результати експерименту показали покращення швидкодії віддаленої взаємодії у 1.15 рази при 8-ми віддалених викликах, та 1.13 при одному виклику.

У четвертому розділі, продемонстровано придатність запропонованих підходів для перепроектування існуючих засобів САПР для роботи в розподіленому середовищі на прикладі створення мережного комплексу NetALLTED.

Для забезпечення прозорого доступу до віддалених сервісів (ORB – Object Request Broker), створених з використанням архітектури CORBA спроектовано та реалізовано клієнтський засіб, який використовує web- доступ, сумісний з більшістю брандмауерів, та підтримує такі типи веб-шлюзів як HTTP та SOCKS версій 4,5. Засіб дозволяє користувачу або адміністратору зручно налагодити клієнтський мережний модуль для доступу до сервера мережного комплексу з урахуванням особливостей побудови інформаційної мережі організації (рис. 7). Також спроектовано та реалізовано сервіс, який працює на сервері та призначений для перетворення запитів клієнтських частин з проміжного формату до мережних викликів у відповідності до протоколу IIOP архітектури CORBA.

Розробка спеціалізованих засобів доступу до сервісів CORBA зумовлена тим, що сьогодні більшість організацій, які мають під’єднання до мережі Інтернет, захищають внутрішню мережу (intranet) за допомогою різноманітних засобів, які мають загальну назву брандмауер (firewall). Одне з головних призначень цих спеціалізованих засобів – обслуговування внутрішніх та зовнішніх користувачів за встановленим переліком сервісів. Як правило, до нього входять: електронна пошта (SMTP, POP, IMAP), web- взаємодія (HTTP, HTTPS), віддалений інтерактивний доступ (TELNET, SSH, X11), файлові обміни (FTP, SMB), допоміжні мережні служби (DNS, NTP, NNTP, тощо). Протокол IIOP, засобами якого обмінюються повідомленнями ORB в архітектурі CORBA, не є досить поширеним, до того ж, як правило, доступ до цього типу сервісу заборонена адміністратором організації.

Запропонований підхід добре показав себе під час експлуатації комплексу NetALLTED та спростив доступ до серверної частини комплексу та налагодження користувачами параметрів мережного з’єднання.

В якості прикладу створення розширення комплексу проектування, приведено опис реалізації запропонованого інтерфейсу віддаленої взаємодії до комплексів САПР засобами електронної пошти. На рис. 8 зображено результати моделювання, отримані під час користування поштовим шлюзом комплексу NetALLTED. Надіслане серверу поштове повідомлення містило в собі приєднане у вигляді вкладання (attachment) завдання на проблемно-орієнтованій мові та такі управляючі команди шлюзу в тексті листа:

username: test

password: password

priority: low,

graphicsFormat: png

Мережний комплекс проектування NetALLTED був встановлений на двох процесорний сервер кафедри САПР – P4 2.4 МГц, під управлінням операційної системи Red Hat Linux 8.0. Сервер під’єднано до мережі НТУУ „КПІ” за допомогою двох мережних адаптерів з пропускною здатністю 100 Мб/с. Для надання доступу стороннім організаціям засобами мережі Інтернет використано канал пропускною здатністю 128 Кбіт/с. Виділений сервер працює цілодобово. На сервер було встановлено наступне допоміжне ПЗ, перелік якого приведено в табл..

Таблиця

Додаткове ПЗ середовища виконання мережного комплексу NetALLTED

Назва | Версія | Призначення

ActiveState Tcl | 8.4.4.0 | Пакет програм та бібліотек призначений для підтримки розробки та виконання додатків на мові програмування Tcl.

Mico | 2.3.7 | Реалізація стандарту CORBA 2.3.

Combat | 0.7.2 | Модуль підтримки архітектури CORBA для мови Tcl.

Apache | 1.3.28 | Веб-сервер.

tcl-rivet | 0.3.0-1 | Модуль підтримки мови Tcl для веб-серверу Apache.

MySQL | 4.0.16-0 | СУБД.

Mysqltcl | 2.40 | Розширення мови Tcl для взаємодії з СУБД MySQL.

Під час пристосування обчислювальної частини, яка створена на мові фортран, для використання в мережному багатокористувацькому середовищі, було застосовано наступні компілятори: g77 (GNU), ifort (Intel) та конвертор f2c. Після тестування отриманих додатків обчислювальної частини зроблено висновок про найбільшу придатність до застосування конвертору f2c, який перетворює вихідні програмні коди мови фортран на мову ANSI C, сумісно з використанням компіляторів Microsoft Visual C++ для платформи win32 та gcc для середовища unix.

Для перевірки придатності до використання та проведення аналізу з метою подальшого вдосконалення було проведено віддалене тестування комплексу проектування NetALLTED в різних мережних умовах. Результати тестування приведені в табл..

Таблиця

Порівняльні результати віддаленого та локального моделювання

Завдання | Розмір | Час виконання, с

Завдання,

байт | Резуль-татів,

Кб | Локальний | Віддалений

P4, 2.7MHz

Windows XP | P4, 2.4MHz

Linux Server | Celeron, 1.3MHz

Windows XP | Модем

45.2 Кбіт/с | TDSL

768 Кбіт/с | ЛОМ

100 Мбіт/с

CONTROL | 801 | 25 | 0.1 | 0.06 | 0.7 | 4.6 | 2.2 | 1.6

INPUT | 1026 | 37 | 0.1 | 0.2 | 2.5 | 11.7 | 4.2 | 2

ASTABL | 1206 | 58 | 0.3 | 0.09 | 0.8 | 10 | 5.7 | 2.8

CHARGE | 1357 | 34 | 9.3 | 8 | 20.8 | 13.9 | 10.5 | 9.7

FADD32 | 6846 | 378 | 16.7 | 15.2 | 38.4 | 123.1 | 100.6 | 85.6

OPT1 | 1368 | 50 | 17.2 | 26.5 | 28.8 | 33.1 | 30.1 | 28.2

OPT2 | 1532 | 138 | 35.7 | 43.6 | 145.7 | 64.6 | 69.5 | 52.4

Віддалене тестування було проведено шляхом використання клієнтського програмного забезпечення в умовах локальної мережі кафедри САПР НТУУ „КПІ”, каналу TDSL з пропускною здатністю 768 Кбіт/с (за сприяння компанії Software and Systems Solutions, м. Мюнхен, Німеччина) та модемного каналу пропускною здатністю 45.2 Кбіт/с (м. Київ).

Результати тестування підтвердили працездатність системи NetALLTED та надійність віддаленого доступу до засобу проектування на основі пакету ALLTED. Після порівняння значень часу моделювання завдань різних класів, які отримані з використанням пакету, який було встановлено локально, та віддаленого комплексу, можна зробити висновок про доцільність використання віддаленого моделювання для обчислень у випадку відсутності потужних обчислювальних засобів та у випадку виконання складних типів аналізу та задач, які потребують значних обчислень.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

Розроблено методику і набір заходів по перепроектуванню (реінжинірингу) існуючих САПР систем в електроніці для використання в середовищі глобальної мережі Інтернет та в умовах мереж організацій (intranet).

Основні наукові результати дисертаційної роботи:

1. Проведений аналітичний огляд публікацій по розробці САПР систем для використання в Інтернет дозволив запропонувати їх класифікацію і спрогнозувати головні напрямки їх розвитку, а також сформулювати можливості мережі Інтернет як середовища проектування для організації колективного розподіленого проектування.

2. Створено можливу архітектуру мережних комплексів проектування, запропоновано підходи для перепроектування існуючих САПР на основі розподілених технологій, розроблено рекомендації по розділу на клієнтську та серверну частину, а також з вибору засобів організації їх взаємодії.

3. Проаналізовані можливі варіанти побудови інтерфейсів серверної та клієнтської частини САПР, відібрані та розглянуті інформаційні технології побудови інтерфейсу в залежності від призначення та параметрів САПР.

4. Запропоновані способи ефективного використання мережних та процесорних ресурсів при застосуванні стиснення даних. Проведено розрахунок ступеню підвищення ефективності мережної взаємодії при групуванні віддалених викликів та зменшенні кількості мережних обмінів.

5. Запропоновано схему віддаленого доступу до засобів САПР за допомогою електронної пошти та створена реалізація поштового шлюзу як механізму доступу до підсистеми моделювання пакету схемотехнічного проектування ALLTED.

6. Запропоновано та реалізовано механізм надання прозорого доступу до сервісів архітектури CORBA на основі web- технологій в умовах використання брандмауерів в корпоративних мережах.

7. Розроблені підходи з перепроектування перевірені на прикладі створення мережної версії пакету проектування складних технічних систем NetALLTED, віддалене тестування якої проведено сумісно зі сторонніми організаціями Німеччини, Польщі та Італії.

СПИСОК ОСНОВНИХ ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Воєвода О.О., Ладогубець В.В. Організація off-line взаємодії з пакетом схемотехнічного моделювання ALLTED // Электроника и связь. – 2002. №16. – С. 39-41. (Здобувач запропонував алгоритми реалізації та створив прототип поштового шлюзу. Розроблено інтерфейс взаємодії на мові IDL.)

2. Петренко А.І., Ладогубець В.В., Воєвода О.О. Принципи побудови мережевого комплексу схемотехнічного проектування ALLTED // Электроника и связь. – 2002. №17. – С. 56-58.

(Здобувач запропонував та застосував підходи до побудови бібліотек моделей, списків та функцій в багатокористувацькому середовищі, як частину мережного комплексу проектування. Здобувачем запропоновано використати архітектуру технологію CORBA для реалізації мережного рівня.)

3. Воєвода О.О. Організація мережевого доступу до бібліотек та функцій в пакеті схемотехнічного моделювання ALLTED // Электроника и связь. – 2003. №18. – С. 73-75.

4. Воєвода О.О. Особливості реалізації мережевої взаємодії в комплексі схемотехнічного проектування ALLTED // Вісник НУ "Львівська політехніка": Комп'ютерні системи проектування. Теорія і практика. – 2004. №501. – С. 27-31.

АНОТАЦІЇ

Воєвода О.О. Реінжиніринг САПР для використання в Інтернет. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.12 – системи автоматизації проектувальних робіт. – Національний технічний університет України „КПІ”, Київ, 2004.

Дисертація присвячена дослідженню підходів та алгоритмів перепроектування (реінжиніринга) існуючих САПР електроніки, які не були призначені для віддаленого використання, до роботи в мережному середовищі.

При цьому розроблені рекомендації по розділу існуючих систем на складові частини для використання в розподіленому оточенні, вибору мов та інформаційних технологій для пристосування існуючих програмного забезпечення, створенню додаткових засобів, які необхідні для побудови мережних комплексів проектування. Також розглянуто можливі способи організації мережної взаємодії між компонентами системи.

Досліджені способи підвищення ефективності використання мережних ресурсів шляхом застосування стиснення даних та групування віддалених викликів. Показано ефективність застосування цих технік для зменшення завантаженості мережі та зменшення впливу характеристик мережі на параметри роботи мережних додатків.

Запропоновано схему віддаленого доступу до засобів САПР з використанням електронної пошти, створеної в якості розширення ядра системи проектування та описано приклад його реалізації для вітчизняної системи схемотехнічного проектування ALLTED.

Запропоновано та реалізовано механізм організації доступу до сервісів, які створені з використанням архітектури CORBA в умовах застосування брандмауерів (firewall) засобами web- технологій.

Запропоновані підходи з перепроектування перевірені на практиці шляхом створення мережної версії пакету проектування ALLTED. Результати використання системи довели доцільність застосування віддаленого проектування у випадках: відсутності у користувача потужних обчислювальних засобів; використання складних типів аналізу та задач великого розміру; зменшення вимог до програмного та апаратного забезпечення, яке необхідне для обладнання робочого місця проектувальника.

Ключові слова: віддалений доступ, групування мережних викликів, стиснення даних при передачі, розподілені системи САПР, поштовий шлюз доступу до САПР, перепроектування САПР електроніки, CORBA, брандмауер, ALLTED.

Воевода А.А. Реинжиниринг САПР для использования в Интернет. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.12 системы автоматизации проектировочных робот. – Национальный технический университет Украины „КПИ”, Киев, 2004.

Диссертационная работа посвящена исследованию подходов и алгоритмов перепроектирования (реинжиниринга) существующих САПР электроники, которые не были предназначены изначально для использования в сетевой среде.

При этом разработаны рекомендации по разделению существующих систем на составляющие, предназначенные для использования в распределенной среде, выбору языков программирования и информационных технологий для модификации существующего программного обеспечения, созданию дополнительных программных средств, необходимых для построения сетевых комплексов проектирования. Также рассмотрены возможные способы организации сетевого взаимодействия между компонентами системы.

Исследованы способы повышения эффективности использования сетевых ресурсов и распределенных приложений в целом путем применения сжатия данных и группирования удаленных вызовов как на основе упрощенной модели сети на основе протокола TCP/IP, так и экспериментальным путем. Показана целесообразность использования сжатия данных для снижения нагрузки на сеть, а также уменьшения влияния таких характеристик сети как задержка и флуктуация на параметры работы сетевых приложений. Сформулированы требования к алгоритмам сжатия данных и их программным реализациям для использования с целью сжатия сетевых обменов. Показаны причины снижения нагрузки на сеть и серверное приложение при применении группировки удаленных вызовов.

Предложена схема удаленного доступа к средствам САПР, которая основывается на использовании электронной почты, приведено описание примера её реализации для отечественной системы проектирования сложных технических систем ALLTED. В качестве возможных протоколов реализации рассмотрены MIME, POP3, IMAP4, SMTP.

Предложен и опробован механизм организации удаленного доступа к сервисам, реализованных при использовании архитектуры CORBA, в условиях применения брандмауэров (firewall) средствами web- технологий.

Предложенные подходы по перепроектированию были проверены на практике при создании сетевой версии пакета ALLTED. Результаты ее использования показали целесообразность использования удаленного проектирования в следующих случаях: отсутствия у пользователя мощной вычислительной техники; проектирования с использованием сложных проектных процедур (оптимизация и статистический анализ) и задач большой размерности; уменьшения требований к программному и аппаратному обеспечению, которые необходимы для создания рабочего места проектировщика; удаленного ознакомления с возможностями пакета без его приобретения; образовательных целей; новых условий коммерческого использования с оплатой за использованные ресурсы и средства.

Ключевые слова: удаленный доступ, группирование сетевых вызовов, сжатие данных при передаче, распределенные САПР, почтовый шлюз доступа к САПР, перепроектирование САПР электроники, CORBA, брандмауэр, ALLTED.

Voevoda O.O. Reengineering of CAD for using in the Internet. – Manuscript.

Thesis for the candidate’s degree in technical science on the specialty 05.13.12 – Computer Aided Design. – National Technical University of Ukraine “KPI”, Kyiv, 2004.

The effective ways for using of existing electronic CAD software are investigated in the thesis. The models of system component’s distribution are studied. Scripting and system languages are considered to be used in reengineering of legacy CAD software.

Compression technique is introduced to decrease size of network transfers during remote calls. Another way to increase efficiency of distributed communications – grouping of remote calls – is studied.

Email-based scheme was proposed as a way of remote access to the CAD tools. An implementation of the scheme is described, which is a part of distributed CAD being built on the ALLTED package base.

The gateway to access remote CORBA- based resources, which uses web technologies to transparently pass firewalls facilities, was introduced and implemented.

The comparison of local and remote simulation time shown that networked remote simulation is an appropriate way to increase the efficiency of the work of designers in the following cases: using large tasks with complicated types of analyze such as optimization and statistics; decreasing of requirements to the client’s software and hardware.

Keywords: remote access, burst network calls, compression of transferred data, distributed CAD, email CAD gate, reengineering of CAD in electronics, CORBA, firewall, ALLTED.