Методические указания и задания к выполнению курсовой работы и лабораторных работ по дисциплине Системные методы разработки инфокоммуникационных услуг

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Московский технический университет связи и информатики»

Кафедра Интеллектуальных систем в управлении и автоматизации

Методические указания и задания к выполнению

курсовой работы и лабораторных работ

по дисциплине

СИСТЕМНЫЕ МЕТОДЫ РАЗРАБОТКИ

ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫХ УСЛУГ

для магистрантов по направлению подготовки

15.04.04 – Автоматизация технологических процессов и производств

Москва – 2016

Методические указания и задания к выполнению курсовой работы и лабораторных работ

по дисциплине

СИСТЕМНЫЕ МЕТОДЫ РАЗРАБОТКИ

ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫХ УСЛУГ

Составители: В.Н Максименко М.А.Васильев А.А.Филиппов

Пособие содержит теоретическую часть по проектированию информационных систем и информационно-коммуникационных услуг с использованием возможностей универсального языка моделирования UML и практическую часть с указаниями по выполнению лабораторных работ по разработке диаграмм (моделей) языка UML с использованием CASE-средств.

Учебное пособие предназначено для магистрантов по направлению подготовки 15.04.04 очной формы обучения в качестве методического руководства по курсовому и диссертационному проектированию информационных систем и информационно-коммуникационных услуг, и углубленному изучению разделов учебных дисциплин «Системные методы разработки информационно-коммуникационных услуг» и «Универсальный язык моделирования UML».

Издание рассмотрено и рекомендовано к использованию на заседании кафедры ИСУиА протокол № 2 от 20 июня 2016 г.

2

1.1.Процесс проектирования информационных систем и

1.2.UML как стандарт для создания модели информационной системы.. 8

1.3.Методика системного проектирования инфокоммуникационных услуг 8

2.1.Особенности работы в средстве проектирования Rational Rose 200323

3

Введение

Курс «Язык универсального моделирования (UML)» направлен на изучения объектно-ориентированного подхода проектирования информационных систем и информационно-коммутационных услуг (ИК-

услуг) с помощью языка унифицированного моделирования UML. Пособие содержит теоретическую часть с описанием основных компонентов и элементов, а также пошаговое руководство по созданию основных диаграмм.

В работе использовалось средство проектирования Rational Rose 2003 Enterprise Edition, но допускается использовать более новые версии продукта.

4

1. Теоретическая часть

1.1. Процесс проектирования информационных систем и информационно-коммуникационных услуг

Успехи в области микропроцессорной техники, беспроводных и волоконно-оптических широкополосных технологий пакетной передачи данных сформировали условия для лавинообразного роста числа параллельных и распределенных систем, а также систем реального времени. Телекоммуникации являются одной из наиболее прогрессивных предметных областей, в которых информационные технологии находят свое практическое применение. Сочетание информационных и коммуникационных технологий дает синергетический эффект ускорения разработки информационных систем (ИС). Глобализация оказания услуг и территориальная распределенность современных предприятий связи базируется на вычислительных сетях, объединяющих несколько тысяч компьютеров. Сеть оператора фиксированной или сотовой связи представляет собой вычислительную систему с фиксированной структурой, каждый узел (объект) которой представляет универсальный или специализированный вычислительный модуль, ориентированный на решение одной или нескольких задач (функций сети) программными или программно-аппаратными средствами. Распределенная вычислительная система предприятия связи предназначена для решения наборов не связанных, слабосвязанных и сильно связанных сложных задач управления предприятием в целом, мониторинга технологических процессов, оценки и управления качества услуг и защиты информации и инфраструктуры сети от несанкционированного вмешательства. В области телекоммуникаций идет интенсивный процесс внедрения информационно-коммуникационных (ИК-услуг) и гео- информационно-коммуникационных услуг (LBS – location based cervices - услуг на основе определения местоположения абонента).

Процесс проектирования информационной системы (ИС) подразумевает выполнение целого комплекса взаимоувязанных между собой специализированных инженерных и конструкторских работ различного тематического профиля (информатика, вычислительная техника, программирование, математика, экономика, строительство и т.п.), которые можно в соответствии со спецификой их исполнения условно разделить на следующие направления[15,16]:

инженерно-техническое проектирование, связанное с разработкой информационно-вычислительной среды и средств инженерного обеспечения системы;

проработка проектных решений по созданию вычислительной, программной и информационной среды системы, в том числе осуществление математико-компьютерного моделирования информационно-длительных и коммуникационных процессов,

5

как для отдельных элементов системы, так и для системы в целом;

проектирование инженерных коммуникаций и средств жизнеобеспечения системы - проектирование кабельной коммуникационной системы, проектирование систем энергоснабжения, вентиляции, освещения, охранной и пожарной сигнализации, архитектурно-строительное проектирование производственных помещений для персонала, разработка интерьеров помещений и т.д.;

технико-экономическое обоснование проектных решений, включающее определение, оптимизацию и обоснование техникоэкономических показателей и характеристик проектируемой системы на основе заданных целевых критериев ее функционирования;

проектная проработка вопросов технической поддержки эксплуатации системы после ее создания и ввода в действие, включающая обеспечение технической поддержки программнотехнических средств системы в процессе эксплуатации;

управление ходом выполнения самого процесса проектирования, обеспечивающее:

o определение состава и этапности проектных работ;

o обеспечение календарного планирования хода выполнения проектных работ в соответствии с их этапностью;

o планирование материальных и людских ресурсов, выделенных на реализацию проекта, увязка ресурсного планирования с календарным;

o контроль хода реализации проекта;

разработка проектно-конструкторской документации на систему.

Вкачестве средств методической и программно-технической поддержки процесса проектирования в соответствии с приведенной классификацией проектных работ можно выделить:

для проектирования вычислительной среды - методы экспертных оценок и математико-компьютерного моделирования, а также соответствующие программно-технические средства (ПТС) на основе экспертных систем и ПТС для создания моделей вычислительной среды, в том числе ПТС имитационного моделирования;

для проектирования программной и информационной среды - компьютерное моделирование и CASE-технологии, а также соответствующие ПТС для проведения моделирования и

программные CASE-продукты.

Недостатком известных методов проектирования информационных систем и услуг является их фрагментарность, т.е. каждый метод используется для решения одной частной задачи и не формирует целостного

6

представления в случае проектирования сложной информационной системы. Выходом из создавшейся ситуации является использование сочетания

одного из методов технологии объектно-ориентированного проектирования и программирования с нотационными средствами визуальных языков проектирования.

Объектно-ориентированное программирование нацелено на разработку крупных программных комплексов, разрабатываемых командой программистов (возможно, достаточно большой). Проектирование системы в целом, создание отдельных компонент и их объединение в конечный продукт при этом часто выполняется разными людьми, и нет ни одного специалиста, который знал бы о проекте всё.

Объектно-ориентированное проектирование состоит в описании структуры и поведения проектируемой системы, то есть, фактически, в ответе на два основных вопроса:

Из каких частей состоит система.

В чём состоит ответственность каждой из частей.

Выделение частей производится таким образом, чтобы каждая имела минимальный по объёму и точно определённый набор выполняемых функций (обязанностей), и при этом взаимодействовала с другими частями как можно меньше.

Дальнейшее уточнение приводит к выделению более мелких фрагментов описания. По мере детализации описания и определения ответственности выявляются данные, которые необходимо хранить, наличие близких по поведению агентов, которые становятся кандидатами на реализацию в виде классов с общими предками. После выделения компонентов и определения интерфейсов между ними реализация каждого компонента может проводиться практически независимо от остальных (разумеется, при соблюдении соответствующей технологической дисциплины).

Большое значение имеет правильное построение иерархии классов. Одна из известных проблем больших систем, построенных по ООП -

технологии - так называемая проблема хрупкости базового класса. Она состоит в том, что на поздних этапах разработки, когда иерархия классов построена и на её основе разработано большое количество кода, оказывается трудно или даже невозможно внести какие-либо изменения в код базовых классов иерархии (от которых порождены все или многие работающие в системе классы). Даже если вносимые изменения не затронут интерфейс базового класса, изменение его поведения может непредсказуемым образом отразиться на классах-потомках. В случае крупной системы разработчик базового класса не просто не в состоянии предугадать последствия изменений, он даже не знает о том, как именно базовый класс используется и от каких особенностей его поведения зависит корректность работы классовпотомков.

7

1.2.UML как стандарт для создания модели информационной

системы

UML (сокр. от англ. Unified Modeling Language - унифицированный язык моделирования) - язык графического описания создания моделей. UML создавался для использования в процессе разработки программного обеспечения. Главной его целью было достижение единого видения разработчиков и пользователей на создаваемые программы.

Унифицированный язык моделирования (Unified Modeling Language) появился в конце 80-х в начале 90-х годов в основном благодаря усилиям Гради Буча, Джима Рамбо и Ивара Якобсона. В настоящее время консорциум OMG принял этот язык как стандартный язык моделирования, который предоставляет разработчикам четкую нотацию, позволяющую отображать модели общепринятыми и понятными каждому члену проекта графическими элементами[15] Производство программного обеспечения – высокозатратный процесс. Стоимость разработки во многом зависит как от объема необходимой работы и от качества принимаемых решений.

Неправильные решения уводят проект с нужного направления, что увеличивает его сроки и стоимость. Наиболее эффективный вариант проверки решений – это демонстрация результатов пользователям и изменение программ по их замечаниям. Однако, это и наиболее долгий и затратный вариант, поскольку пользователи зачастую не могут заранее подробно объяснить свои пожелания и до последнего момента оценить правильность реализации, что может привести к дорогостоящим переделкам кода, а иногда и всей концепции системы.

Создание моделей позволяет более наглядно документировать решения. До реализации идей в коде понять и объяснить другим участникам проекта, как будет работать программа. А пользователям предоставление моделей позволяет понять, соответствует ли заявленная работа тому, что им действительно нужно.

Создать модель можно быстрее, чем создать реальный прототип программы. Модель намного легче и быстрее доработать и изменить, если обсуждение покажет принятые решения не верными. В итоге создание моделей сокращается необходимость переделок в программах, что делает разработку дешевле и быстрее. Использование моделей при создании больших систем, позволяет охватить систему одним взглядом и достичь лучшего его понимания всеми заинтересованными лицами.

1.3.Методика системного проектирования инфокоммуникационных услуг

Большинство инфокоммуникационных услуг функционирует по принципу «клиент-сервер», при котором клиентская часть реализуется в оборудовании пользователя, а серверная – в специальном сетевом узле, называемым узлом служб (Service Node, SN). Среди множества инфокоммуникационных услуг наиболее востребованными в настоящее время являются услуги на основе определения местоположения. В отличие от

8

простых услуг, таких как услуги SMS и MMS [11,14], реализуемых по принципу «клиент-сервер», услуги на основе определения местоположения относятся к сложным услугам, реализация которых предполагает сбор сетевых исходных данных, их обработку, выбор из базы данных и передачу абоненту информации в виде мультимедийного сообщения. Большой класс инфокоммуникационных услуг базируется на данных рассчитываемых сервером сети оператора связи по внешней информации и результатам обработки измерений, проведенных внутри сети. При этом само местоопределение абонента может осуществляться несколькими методами в зависимости от ограничений на требуемое время расчета и точность (качество) местоположения [10].

Методику разработки и внедрения инфокоммуникационных услуг продемонстрируем на примере одной из услуг на основе определения местоположения абонента сетей 3G.

При вводе новых инфокоммуникационных услуг в уже функционирующую сеть сотовой подвижной связи (СПС) приходится решать такие задачи как: физическое перераспределение вычислений и данных, обеспечение параллелизма вычислений, репликация базы данных (БД), обеспечение безопасности доступа к сети и услугам СПС, оптимизация балансировки нагрузки модулей сети СПС, устойчивость сети к сбоям и т.п. Построение модели информационной системы СПС до начала проведения архитектурной реконструкции сети СПС при внедрении новой инфокоммуникационной услуги столь же необходимо, как наличие проектных чертежей перед реконструкцией большого здания. Визуальные модели обеспечивают ясность представления выбранных архитектурных решений и позволяют понять разрабатываемую систему во всей ее полноте.

Построение визуальных моделей позволяет решить сразу несколько типичных проблем.

Во-первых, технология визуального моделирования, позволяет работать со сложными и очень сложными системами и проектами, к которым относятся сети СПС.

Во-вторых, визуальные модели позволяют содержательно организовать общение между операторами сетей СПС и разработчиками новых услуг.

В общем случае, при реконструкции сложной информационной системы (ИС) СПС ее разбивают на части, каждая из которых затем рассматривается отдельно. Возможны два различных способа такого разбиения ИС на подсистемы: структурное (или функциональное) разбиение и объектная (компонентная) декомпозиция.

Объектное разбиение называют компонентным, что нашло отражение в специальном термине: "разработка, основанная на компонентах" (Component Based Development - CBD). При этом используется принцип декомпозиции, при котором система разбивается на “активные сущности” – объекты или компоненты, которые взаимодействуют друг с другом, обмениваясь сообщениями, и выступая друг к другу в отношении “клиент-сервер”.

9

Сообщения, которые может принимать объект, определены в его интерфейсе. В этом смысле посылка сообщения "объекту-серверу" эквивалентна вызову соответствующего программного модуля объекта [1,2].

Так вот, если при проектировании используется подход, при котором информационная система разбивается на объекты (компоненты), то унифицированный язык моделирования UML (Unified Modeling Language) может быть использован для ее визуального моделирования [3]. Все современные RAD-средства программирования используют библиотеки компонент, позволяющие повторно использовать отлаженный программный код, что значительно облегчает сборку программных приложений. С точки зрения визуального моделирования, UML предоставляет выразительные средства для создания визуальных моделей, которые:

единообразно понимаются всеми разработчиками, вовлеченными в проект и

являются средством коммуникации в рамках проекта.

Порядок использования UML диаграмм упрощенно можно представить следующим образом.

1.Вначале для ИС определяется ее внешняя функциональность, выделяются все актеры и все прецеденты (функции, использовавшиеся в предоставлении уже оказываемых услуг и которые могут быть использованы при оказании разрабатываемой услуги). Отношения между ними изображаются на серии диаграмм использования.

2.Дальнейшая работа над проектом "управляется прецедентами".

Для каждого прецедента строится описание его динамики в виде серии диаграмм взаимодействия и диаграмм активностей.

Из этого описания определяются те объекты, которые задействованы в реализации данного прецедента.

3.Далее диаграммы классов определяют статическую структуру, описывающую взаимоотношения соответствующих объектов друг с другом.

4.Поведение классов, со сложной динамикой реагирования на события,

определяется на диаграмме состояний.

5.Размещение объектов по программным модулям описывается в компонентных диаграммах, а программных модулей по сети и компьютерам

-в диаграммах распределения.

Особенность использования UML состоит в том, что каждая модель (диаграмма) является самодостаточным взглядом на разрабатываемую систему и предназначена как для очерчивания проблем, так и для предложения решения. Самодостаточность моделей означает, что аналитик или разработчик может из конкретной модели почерпнуть всю необходимую ему информацию, не обращаясь к другим источникам.

Однако не следует забывать, что язык моделирования дает только инструмент описания и моделирования системы, а унифицированный процесс определяет методику использования этого инструмента. Таким образом, при создании модели инфокоммуникационных услуг сотовой

10