Особенности организации системы управления базами

on

Интерфейс программирования системы моделирования прежде всего предназначен для удобного и быстрого описания сложных технических объектов. Решение этой задачи невозможно без поддержки повторно используемых моделей. Наиболее полно основы данного подхода изложены в . Суть применения подобных моделей сводится к добавлению к системе моделирования средств сохранения и последующего использования моделей. В этом случае программирование сложных объектов производится путем их ассемблирования из элементарных объектов, которые хранятся в репозитарии — разделяемом инструментальными средствами системы хранилище артефактов проектирования . Традиционно такие репозитарии организуются в виде локальных баз данных, в которые сохраняются элементарные модели, отсортированные по категориям. В этом случае хранилища образуют базис конструирования сложных моделей. Анализ таких традиционных схем организации баз моделей с точки зрения удовлетворения требований к современным системам моделирования, показал необходимость разработки специализированного средства — репозитария. В основу данного средства были положены организационные схемы, расширяющие традиционные подходы к организации хранилищ моделей . Особенностями данных схем являются: сохранение в базу данных композиционных (сложных) моделей в виде иерархических структур элементарных моделей и разбиение описания исходных моделей на несколько уровней абстракций, каждый из которых имеет свой вариант реализации. Данные свойства были расширены в сторону поддержки HLA-подхода, а именно использования распределенных баз данных и сохранения в репозитарии всех уровней структурных моделей. Достоинства предлагаемого подхода — возможность модификации отдельных элементарных моделей без перестраивания сложных моделей, совместная разработка сложной системы территориально распределенной группой исследователей. И необходимо особо отметить, что сохранение в репозитарии всех уровней структурной модели позволяет, в отличие от традиционных баз моделей, накапливать, использовать повторно и разделять между исследователями данные проектирования в целом, что включает в себя не только поведенческие модели, но и их схемы взаимодействия (описываемые на функциональном уровне), алгоритмы расчета схем (алгоритмический уровень), а также дизайн виртуальных устройств (представляемых на описательном уровне). Все это позволяет эффективно реализовать исследование сложных технических объектов группой исследователей или исследовательских учреждений, специализирующихся в различных областях науки, путем комбинирования их знаний. В результате возникает не только возможность одновременной корректировки всех разнородных моделей компонент сложного объекта, выполняемой специалистами соответствующих областей, но и повыКомпьютерные и информационные технологии в науке, инженерии и управлении 195 сить общую эффективность проведения исследований, что ускоряет их в два и более раз в зависимости от размера исследовательской группы. Общая структура базы хранения структурных моделей образуется из трех взаимосвязанных баз данных: 1) база структурных моделей, хранящая как элементарные, так и композиционные модели (структурные схемы); 2) база алгоритмов, содержащая набор алгоритмов; 3) база виртуальных моделей, сохраняющая виртуальные модели инженерных устройств. Каждая из баз реализуется в двух видах: локальном и удаленном. Локальная база используется для буферизации обменов с глобальной базой данных. Данные хранятся в виде иерархических списков. Элементами списков может быть либо набор данных модели, либо категория моделей. Традиционные системы управления базами данных, такие, как Paradox, ODBC, DBase, MS Access в большей степени ориентированы на линейный вид таблиц. Поэтому наиболее предпочтительным представляется использовать стандарт XML в качестве основного средства хранения данных, который в настоящее время стал практически основным стандартом обмена данными между различными системами и платформами. Спецификация XML ориентирована именно на иерархические структуры данных, кроме того, в состав средств XML входят такие модули, как XLink (описывает способ добавления в XML-файл гиперссылок), XPointer и XFragments (служат для обращения к частям XML-документа), которые позволяют легко реализовать взаимосвязь объектов внутри базы данных. Рассмотрим подробнее формат базы данных, показанный в табл. 1. Как видно из таблицы, база данных основана на вложенных XML-тегах. Элементы всех баз: базы моделей, структурных схем, алгоритмов и виртуальных устройств однородны, что позволяет обрабатывать их однотипными процедурами. Взаимодействие локальной и удаленной баз данных осуществляется асинхронно по технологии Клиент-Сервер. Среда моделирования реализует обмен и управление удаленной базой моделей через локальную базу, которая представляет собой промежуточный буфер обмена. Сервером при взаимодействии выступает удаленная база моделей, а клиентом — локальная база моделей. Для управления обменом между средой моделирования и базами моделей был разработан специальный протокол — ПУРБ (протокол управления распределенными базами). Согласно этому протоколу взаимодействие предусматривает три основные фазы: 1) фазу загрузки оглавления базы данных; 2) фазу загрузки данных модели; 3) фазу сохранения данных модели. Необходимо отметить, что ввиду множественного доступа к распределенной базе моделей была введена авторизация описанных действий путем идентификации прав доступа по списку паролей, разрешающих работу с данной моделью непосредственно после установления соединения с сервером. Каждая конкретная модель имеет собственные пароли разрешения чтения/модификации модели, указываемые в полях PasswordRead и PasswordWrite соответственно. Так же особенностью реализации протокола ПУРБ является непрерывный цикл смены фаз, обеспечиваемый действиями «ожидание приема» в конце каждой фазы. Передача паролей производится только при соединении. А действия «ожидание приема» — «запрос команды» образуют непрерывный цикл смены фаз на сервере. Известия ТРТУ Тематический выпуск 196 Таблица 1 Идентификатор тега Параметры Комментарии base Тег базы данных Comment= Текст Name=Текст Type=Тип Комментарии Имя базы Тип базы, принимает значения: MODEL — база моделей ALGORITHM — база алгоритмов DEVICE — база виртуальных устройств category Тег категории Comment= Текст Name= Текст Комментарии Имя категории model Тег описания данных модели Comment= Текст Name= Текст LocalSource= Путь RemoteSource= Путь PasswordRead= Текст PasswordWrite= Текст Time = Дата Комментарии Имя категории Путь к локальному файлу данных Путь к удаленному файлу данных Пароль для разрешения чтения данных модели Пароль для разрешения модификации модели Дата последней модификации модели use Тег ссылок на модели, использующие модель Source= Путь Type= Тип Ссылка на модель («база/ категория/ …/модель») Тип модели, на которую указывает ссылка, аналогичен типу базы /model /category /base Особенностями организации СУБД также является разделение хранимой информации на локальную и глобальную, что подразумевает использование в процессе моделирования локальных копий глобальных моделей и обновление данных моделей из удаленных источников, и что важно — композиционная иерархическая структура хранения моделей для их быстрой модификации. В заключение отметим, что представленная СУБД ориентирована на поддержку системы структурного моделирования сложным многокомпонентных технических объектов. Ее разработка ведется согласно архитектуре распределенного моделирования HLA, разработанной в США для замены технически и морально устаревших стандартов DIS и ALSP в 1998 г. HLA — это технология, предназначенная для обеспечения взаимодействия территориально распределенных участников моделирования различных типов . Она объединяет вместе системы, построенные для различных целей, технологии разных периодов времени, продукты и платформы различных фирм и позволяет им взаимодействовать в едином синтетическом окружении. Синтетическое окружение представляет собой высоко реалистичное виртуальное пространство и создается посредством обмена данными в реальном времени между участниками моделирования с помощью стандартизованных компьютерных сетевых служб. Для поддержки технологии HLA архитектура системы моделирования реализуется в виде набора сетевых программных Компьютерные и информационные технологии в науке, инженерии и управлении 197 компонент — серверов, а взаимодействие серверов между собой реализуется посредством стандартных сетевых компонент. Breunese A.P.J., Top J.L., Broenink J.F., Akkermans J.M. Libraries of Reusable Models: Theory and Application// Simulation, Vol. 71. 1998. Р. 7-22. , Толковый словарь по информатике. — М.: Финансы и статистика, 1991. — 543 с. Park H.C., Kim T.G. A Relational Algebraic Framework for VHDL Models Management// Transactions of the Society for Computer Simulation International, Vol. 15. 1998. Р.43- 55. Murdock, J. W., Szykman, S., Sriram, R. D. An Informaion Modeling Framework to Support Design Databases and Repositories// 1997 ASME Design Engineering Technical Conferences, Sacramento, CA, pp. DETC97/DFM-4373, 1997. Lyashev V.A., Reznikov V.B., Zolotovsky V.E. Modeling Environment For Complex Multicomponent Engineering Systems, International Conference «IT-2004», part#3, Taganrog: TSURE, Nov. 2004. P.56-59. Lutz R., Scrudder R., Graffagnini J. High Level Architecture object model development and supporting tools// Simulation. Vol. 71. 1998. Р.401-409.