Содержание

Введение 6

1. Анализ предметной области. Постановка задачи на разработку 9

1.1. Комплектация помещений 9

1.2. Перечень технических устройств 9

1.3. Рабочая программа дисциплины «МИС» 10

1.4. Описание лабораторной работы 12

1.5. Пример решения задачи 17

1.6. Критерии оценки при выполнении лабораторной работы 21

1.7. Постановка задачи на разработку и требования к системе 22

1.8. Вывод 23

2. Выбор средств разработки приложения 26

2.1. Язык программирования 26

2.2. СУБД 31

2.3. Вывод 35

3. Разработка программного приложения для выполнения лабораторных работ 36

3.1. Архитектура приложения 36

3.2. Разработка базы данных 38

3.3. Пользователи и алгоритмы их работы 44

3.4. Проверка результатов 53

3.5. Разработка пользовательского интерфейса 55

3.6. Вывод 66

4. Реализация пользовательского интерфейса и тестирование приложения 68

4.1. Реализация интерфейса преподавателя 68

4.2. Реализация пользовательского интерфейса модуля «Алгоритм Косарайю» 70

4.3. Реализация пользовательского интерфейса модуля «Метод К-средних» 71

4.4. Тестирование разработанного приложения 73

4.5. Вывод 81

Заключение 82

Список использованных источников 85

Приложение А. Состав технических средств 87

Приложение Б. Схема сети 88

Приложение В. Архитектура приложения 89

Приложение Г. Даталогическая модель данных 89

Приложение Д. Интерфейс модуля «Приложение преподавателя» 91

Приложение Е. Интерфейс модуля «Лабораторная работа «Алгоритм Косарайю» 92

Приложение Ж. Интерфейс модуля «Лабораторная работа «Алгоритм К-средних» 93

Введение

Алгоритм Косарайю — это метод, предназначенный для нахождения сильных компонент в направленных графах, который работает за линейное время O(V+E), где V — количество вершин, а E — количество рёбер. Он состоит из двух основных этапов: сначала выполняется обход в глубину (DFS) по исходному графу для определения порядка завершения вершин, который сохраняется в стек, а затем строится транспонированный граф с инвертированными направлениями рёбер. На втором этапе снова применяется обход в глубину по транспонированному графу с использованием порядка из стека, что позволяет выявить все сильные компоненты [1].

Метод К-средних представляет собой один из наиболее распространённых алгоритмов кластеризации, используемых в анализе данных и машинном обучении. Его основная задача заключается в разделении набора данных на K кластеров, минимизируя внутрикластерное расстояние и максимизируя межкластерное расстояние. Алгоритм работает итеративно, начиная с случайного выбора K центров кластеров, после чего каждая точка данных присваивается ближайшему центру. Затем центры обновляются как средние значения всех точек, принадлежащих каждому кластеру. Этот процесс повторяется до тех пор, пока не будет достигнута сходимость, что делает метод простым и эффективным для реализации.

Мультимедийные информационные системы (МИС) представляют собой сложные интегрированные комплексы, объединяющие различные формы представления информации для обеспечения более эффективного восприятия и обработки данных. Эти системы играют значительную роль в современных коммуникационных технологиях, предоставляя пользователям возможность взаимодействовать с текстовыми, графическими, аудиовизуальными и интерактивными элементами в едином информационном пространстве.

Компоненты мультимедийных информационных систем:

• Текстовые данные: основной компонент, который служит для передачи информации и знаний;

• Графические элементы: включают статические изображения, иллюстрации и анимацию, способствующие визуализации информации;

• Аудиовизуальные компоненты: звуковые дорожки и видеоматериалы, которые обогащают контент и создают более полное восприятие информации;

• Интерактивные интерфейсы: элементы, позволяющие пользователям взаимодействовать с системой, включая гипермедиа и различные формы пользовательского ввода.

В условиях стремительного увеличения объема видеоконтента, передаваемого по сети, возникает необходимость оптимизации распределения нагрузки на узлы сети для обеспечения необходимого качества обслуживания. Это особенно актуально, когда речь идет о соблюдении временных параметров доступа к данным, таких как минимизация задержек при потоковой передаче. Одним из эффективных решений данной проблемы является применение методов балансировки нагрузки, включая алгоритм Косарайю и метод К-средних. Алгоритм Косарайю позволяет организовать узлы сети в соответствии с их зависимостями и связями, что способствует более равномерному распределению трафика. В свою очередь, метод К-средних помогает сегментировать узлы по их загрузке и характеристикам, что позволяет оптимизировать пути передачи данных и минимизировать узкие места в сети.

Для углублённого изучения методов кластеризации и анализа сетевой структуры с использованием данных алгоритмов в рамках курса «Мультимедийные информационные системы» студентам будет предоставлена возможность выполнить лабораторную работу.

Целью данной выпускной квалификационной работы является разработка и реализация приложения с модулями лабораторных работ, посвященного распределению мультимедийной информации в узлах сети передачи данных.

Модули приложения должны выполнять следующие функции:

• Ввод данных о каждом узле сети передачи данных, включая номер маршрутизатора, пропускную способность, задержку, время работы и интенсивность обработки пакетов.

• Представление сети передачи данных в виде графа на основе введённых данных о маршрутизаторах и их характеристиках.

• Применение алгоритма Косарайю для нахождения сильных компонент в направленных графах с выводом списка узлов, принадлежащих каждой компоненте.

• Выполнение метода К-средних для сегментации узлов графа по их характеристикам, что позволит оптимизировать маршруты передачи данных.

Достижением поставленной цели станет разработка приложения, использующего алгоритм Косарайю и методом К-средних. Это приложение позволит студентам более глубоко освоить принципы балансировки нагрузки в компьютерных сетях при передаче мультимедийной информации.