CC BY
15www.mai.ru/science/trudy/
Труды МАИ. Выпуск №84
УДК 519.687.4
Автономные отказоустойчивые веб-приложения для систем обеспечения доступа к данным дистанционного зондирования Земли
Гинзбург И.Б.
Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), МАИ, Волоколамское шоссе, 4, Москва, A-80, ГСП-3, 125993, Россия
e-mail: iliagi@mail.ru
Аннотация
В работе представлен новый метод функционирования веб-приложений для Единой территориально-распределенной информационной системы дистанционного зондирования Земли (ЕТРИС ДЗЗ), расширяющий возможности этой системы. Предложенный метод основывается на введении в состав клиент-серверной системы программно-информационного комплекса - автономного веб-приложения (АВП), позволяющего сохранять всю попавшую в него информацию (как полученную с сервера, так и введенную пользователем) до тех пор, пока она необходима. АВП обеспечивает качественные и количественные преимущества по сравнению с традиционным веб-приложением. Качественными преимуществами являются: возможность автономной работы пользователей с полученными с сервера данными и автоматическая актуализация локально сохраненных данных; возможность аварийного резервирования вводимых пользователем данных и автоматическая отправка сохраненных данных при возобновлении соединения с сервером.
Количественными преимуществами являются: уменьшение расхода трафика; уменьшение времени ожидания загрузки веб-страниц.
Ключевые слова: геосервисы, клиентские приложения для систем обеспечения доступа к данным дистанционного зондирования Земли, автономные веб-приложения.
На современном этапе развития отечественной космической инфраструктуры, наряду с расширением и модернизацией орбитальной группировки, требуется активизация использования полученной с помощью космических аппаратов информации в различных областях деятельности [1], что, по сути, соответствует повышению эффективности данной инфраструктуры. Это отражено, в частности, в «Концепции развития российской космической системы дистанционного зондирования Земли на период до 2025 года» [2]. В ней значительное внимание уделяется созданию современного наземного комплекса приема, обработки и распространения космических данных, получаемых от космических аппаратов дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Данный комплекс создается в виде Единой территориально-распределенной информационной системы ДЗЗ (ЕТРИС ДЗЗ) [2]. В концепции директивно указана необходимость расширения возможностей доступа потребителей к данным ДЗЗ, обеспечив им различные способы формирования запросов и получения данных ДЗЗ с использованием
ведомственных и других каналов связи, включая сеть Интернет, и с использованием различных терминальных устройств.
В рамках ЕТРИС ДЗЗ создаются Интернет-порталы [3], состоящие из банка данных космической информации ДЗЗ, куда собирается информация с космических аппаратов, и веб-интерфейса информационно-справочной системы, с помощью которого осуществляется поиск, заказ, получение данных и аналитической информации, а также управление всей системой.
Известные в настоящее время технологии функционирования веб-сервисов обеспечивают ограниченные возможности работы пользователей с данными порталов. Это касается, в частности, ограничений, связанных с доступом к ним с разнородных мобильных терминальных устройств, особенно в условиях разрывов или долговременных потерь соединений с порталами, что позволяет говорить о низком уровне отказоустойчивости известных мобильных веб-сервисов. Соответственно, эти ограничения распространяются и на ЕТРИС ДЗЗ, сужая круг потенциальных пользователей данной системы, так как, во-первых, требуют от них наличия определенных терминальных устройств, а, во-вторых, ограничивают возможности работы с космической информацией в условиях нестабильно работающих каналов связи.
В связи с этим требуется обеспечить отказоустойчивый доступ к информации ЕТРИС ДЗЗ с различных клиентских устройств, включая мобильные, а также возможности автономной работы пользователей с полученными с сервера данными на их персональных устройствах.
Для этого предлагается новый метод функционирования клиент-серверной системы, базирующийся на использовании возможностей стандарта HTML5 [4] и содержащий в своей основе механизмы сохранения данных и манипулирования ими на клиентском устройстве средствами только веб-приложения.
Основная идея предлагаемого метода состоит в том, что в состав клиент серверной системы вводится программно-информационный комплекс (рис. 1), названный автономным веб-приложением (АВП), который обладает следующим свойством: информация, попавшая в него с клиентского устройства или с сервера, сохраняется до тех пор, пока она необходима.
Хранилище полученных с сервера данных
Клиент Сервер
Обмен данными
Клиент
Клиентские средства
АВП
Единый программный комплекс.
Отказоустойчивый обмен данными и функционалом
Хранилище введенных пользователем данных
а)
б)
Рис. 1. Клиент-серверное взаимодействие а) на основе традиционного веб-приложения; б) на основе АВП Для сохранения в АВП информации используются механизмы [5, 6], предоставляемые стандартом HTML5.
Анализ особенностей и проблем системы обеспечения доступа к данным ДЗЗ позволил сформулировать следующие требования к данной системе:
- кроссплатформенность - возможность использования различных типов стационарных и мобильных клиентских устройств в качестве терминалов ЕТРИС ДЗЗ;
- отказоустойчивость - возможность резервирования вводимых пользователем данных при потере соединения с сервером и автоматическая отправка их на сервер при восстановлении соединения;
- автономность - возможность работы с ранее загруженными с сервера данными без подключения к серверу.
Результаты анализа соответствия сформулированным требованиям современных приложений, обеспечивающих доступ к центрам хранения и обработки информации через сеть Интернет, представлены в табл. 1.
Таблица 1. Соответствие требованиям различных типов приложений
\ Требование Тип \ приложения \ Кроссплатформенность Отказоусто йчивость Автономность
Сохранение введенных данных при разрыве соединения с сервером Отправка данных на сервер при восстановлении соединения Возможность автономной работы с полученными данными Актуализация локально сохраненных данных при их изменении на сервере
Отдельное приложение для ПК Поддержка отдельных платформ ПК Не зависит от наличия соединения Ручное Всегда работает автономно Ручное
Клиент-серверное интегрированное приложение АРМ для ПК Поддержка отдельных платформ ПК Автоматическое Автоматическое Частичная, может не быть долговременного кэша Автоматическое
Традиционное веб-приложение Все устройства с веб-браузером Вероятен возврат к заполненной форме при нажатии кнопки «Назад» веб-браузера (зависит от конкретного веб-браузера), откуда пользователь должен вручную скопировать и сохранить данные Ручное Только с открытой вебстраницей Автоматическое, но данные недоступны автономно после закрытия веб-браузера
Традиционное веб-приложение с асинхронной передачей данных, без учёта возможного разрыва связи Все устройства с веб-браузером Нет Ручное Только с открытой вебстраницей Автоматическое, но данные недоступны автономно после закрытия веб-браузера
Традиционное веб-приложение с асинхронной передачей данных, с учётом возможного разрыва связи Все устройства с веб-браузером До получения ответа сервера форма не закрывается, что позволяет вручную скопировать и сохранить данные Ручное или полуавтоматическое при оставлении пользователем открытого окна веб-браузера до восстановления соединения Только с открытой вебстраницей Автоматическое, но данные недоступны автономно после закрытия веб-браузера
Мобильное приложение Поддержка отдельных платформ мобильных устройств Автоматическое Автоматическое Частичная, может не быть долговременного кэша Автоматическое
Предлагаемое решение Все устройства с веб-браузером стандарта HTML5 Автоматическое Автоматическое Есть Автоматическое
На сегодняшний день проблемой являются потери информации за счет сбоев и помех в каналах передачи данных, особенно при использовании беспроводных каналов [7, 8], а также необходимость повторной загрузки больших объемов данных при использовании веб-приложений.
Данные обстоятельства особо негативно сказываются при доступе к ЕТРИС ДЗЗ через Интернет, поскольку вероятность помех ограничивает длительность сеансов работы с данными, а использование веб-приложений исключает возможность автономного локального сохранения и использования индивидуальных наборов данных отдельными пользователями.
С принятием стандарта HTML5 названные ограничения стало возможным устранить с помощью реализации долговременных локальных хранилищ данных на стороне клиента, средствами HTML5. Данное обстоятельство вылилось в предложение нового метода функционирования веб-приложений для ЕТРИС ДЗЗ, называемых в работе автономными веб-приложениями (АВП). Основные положения предложенного метода включают:
1. в состав клиент-серверной системы вводится программно-информационный комплекс, названный выше АВП, который обладает следующим свойством: информация, попавшая в него с клиентского устройства или с сервера, сохраняется до тех пор, пока она необходима;
2. для реализации клиентской части АВП на клиентском устройстве выделяется память для долговременного сохранения данных, получаемых с сервера и вводимых пользователем;
3. для сохранения в АВП информации, пока она необходима, используются механизмы, предоставляемые стандартом HTML5;
4. управление локальным сохранением полученных с сервера данных на стороне клиента осуществляется на основе манифеста кэша (МК);
5. исключение повторной передачи статической информации.
Благодаря этому АВП имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционным веб-приложением, которые делятся на:
1. качественные (что традиционное веб-приложение не может обеспечить): возможность автономной работы пользователей с полученными с сервера данными и автоматическая актуализация локально сохраненных данных; возможность аварийного резервирования вводимых пользователем данных и автоматическая отправка сохраненных данных при возобновлении соединения с сервером.
2. количественные: уменьшение расхода трафика; уменьшение времени ожидания загрузки веб-страниц.
Для оценки количественных преимуществ разработана математическая модель, содержащая зависимости основных показателей клиент-серверной системы с АВП от характеристик данных, постоянных локальных хранилищ клиентского устройства, канала передачи данных и последовательности событий (рис. 2).
Расчет трафика АВП
Экономия трафика
\ Расчет экономии
) трафика АВП
Расчет трафика традиционного веб-приложения
Расчет экономии времени ожидания загрузки страниц АВП
Расчет времени ожидания загрузки страниц АВП
Расчет времени ожидания загрузки страниц традиционного веб-приложения
Рис. 2. Схема модели АВП и традиционного веб-приложения Приведенная на рис. 2 модель включает в себя: Характеристики данных
рполуч _ получаемый с сервера элемент веб-страницы; р°тпр - отправляемые
на сервер введенные пользователем данные; рп°дтвтрад - получаемый с сервера
элемент веб-страницы; подтверждения доставки введенных данных традиционного
получаемое с сервера подтверждение доставки
введенных данных АВП.
Характеристики локальных хранилищ
Спостприл - кэш в Application Cache для локального хранения данных рполУч, полученных с сервера (объем хранилища может достигать максимального объема свободной памяти устройства); Спостдан - кэш в Local Storage для локального
веб-приложения; рподтвАВП
хранения введенных пользователем данных р°тпр, которые не были доставлены на
сервер (объем хранилища до 10 мегабайт); Mкэш - файл манифеста кэша, управляющий сохранением данных в Cпостприл; н - доля запросов (по количеству), обслуживаемых из кэша Cпостприл; B - доля данных (по объему), подаваемых из кэша Cпост прил.
Характеристики канала передачи данных
VC - пропускная способность канала связи; tC - время отклика сервера.
Последовательность событий (определяется протоколом HTTP)
D - мультипоследовательность получения данных (входящий трафик); d -последовательность получения данных; U - мультипоследовательность отправки данных (исходящий трафик); u - последовательность отправки данных.
В разработанной модели приняты следующие обозначения: i - индекс последовательности получения или отправки клиентом сообщений; j - индекс принимаемого или отправляемого файла или сообщения в рамках последовательности с индексом i; j' - индекс принимаемого файла или сообщения в рамках последовательности получения подтверждения доставки на сервер введенных пользователем данных файла или сообщения с индексом j . Введены операторы: size : X ^ Y, где X - файл, Y - размер данного файла в килобайтах; len : W ^ V, где W - конечная последовательность или мультипоследовательность, V - число элементов данной последовательности или мультипоследовательности.
Благодаря наличию кэшей Спост дан и СпостприлАВП может резервировать все вводимые пользователем данные и обеспечивать несколько режимов работы с данными, получаемыми клиентом с сервера, в зависимости от объема локально сохраненных данных.
Работа клиентской части АВП состоит из первоначальной загрузки данных с сервера для инициализации кэша Спостприл, загрузки новых данных с сервера при работе кэша Спостприл, отправки введенных пользователем данных на сервер с использованием кэша Спост'дан для резервирования введенных данных. Работая с АВП можно свободно закрывать браузер и даже выключать устройство - данные в Спостдан и спостприл не пропадут.
Описания режимов работы с данными, получаемыми клиентом с сервера, отличаются разными значениями коэффициентов 0 < Н < 1 и 0 < В < 1, учитывающих попадание запросов в кэш данных веб-приложения как по числу запросов, так и по количеству переданных байт. В ходе эксплуатации АВП кэш С пост, прил пополняется новыми рполУч и значения коэффициентов Н и В
увеличиваются. Н = 1, В = 1 означает полностью автономную работу с обращением к серверу только для проверки наличия обновлений сохраненных данных.
Представленная модель описывает функционирование АВП, а также распространяется на традиционное веб-приложение, как частный случай, если
Н = 0, В = 0 при Б^еС Спост дан) = 0, Спост,прил) = 0, Мкэш) = 0.
Данная модель включает в себя взаимодействие клиентов с сервером ЕТРИС при работе традиционного веб-приложения и АВП и описывает: сетевой трафик; время загрузки страниц, количество запросов и время ожидания ответа сервера; время использования канала связи.
На основе модели проведен анализ преимуществ АВП по сравнению с традиционным веб-приложением по критериям уменьшения количества запросов к серверу, экономии трафика, уменьшения суммарного времени ожидания ответа сервера, времени использования каналов связи и времени загрузки страниц.
Экономия трафика АВП
Экономия трафика АО при загрузке данных с сервера при работе с АВП по сравнению с традиционным веб-приложением достигается за счет загрузки некоторой определенной доли данных от общего объема загружаемых данных из локального хранилища Спостприл и определяется по формуле
АО = отрад _ оАВП = £ В £ рп°луч) _ мкэш )
1еп(О)
I=1
1еп^г-)
(1)
V у=1
где Отрад- трафик при загрузке данных с сервера традиционным веб -приложением, ОАВП- трафик при загрузке данных с сервера АВП, 1еп( О) -количество последовательностей di получения клиентом данных с сервера, 1еп( ) - количество страниц, файлов и сообщений, получаемых клиентом с сервера в последовательности di, Бие(р1П°1^уч) - размер в КБ у -й страницы, файла или
сообщения в последовательности di, 8ке(Мкэш) - размер в КБ файла манифеста кэша Мкэш.
При этом АО > 0, так как при предлагаемой организации работы кэша АВП размер закэшированных файлов всегда больше размера файла манифеста кэша
•^кэш
Рассматриваются четыре режима работы кэшей:
1. Резервирование вводимых пользователем данных в Споап.дан = {ротпр};
2. Режим работы АВП с минимальным начальным объемом локальных данных Спост прил с ^ (все сохраненные данные есть на каждой странице);
3. Режим работы АВП с универсальным набором локальных данных С пост. прил и ^ (сохраненные данные в разном составе есть на разных страницах);
4. Автономный режим работы АВП с хранением данных автономных последовательностей в Спост прил = } (все данные группы страниц сохранены локально).
У режимов 2 и 3 есть модификации: «с изображениями» - для страниц с графическими данными ЕТРИС ДЗЗ, «только текст» - для загрузки только слоев текстовых данных описаний для предварительно сохраненной графической подложки.
Отправка введенных пользователем данных на сервер у традиционного веб -приложения и у АВП происходит с одинаковым расходом исходящего трафика; существенные отличия возникают при получении подтверждения от сервера. Традиционному веб-приложению требуется сначала загрузить набор связанных
элементов р°дтвтРад^, чтобы удостовериться, что сервер получил введенное сообщение, и только потом загрузить следующую страницу р™лу4} с данными, в то время как АВП достаточно загрузить одно единственное сообщение р™дтв АВП.
Отличие загрузки ответа сервера, подтверждающего доставку отправленных клиентом на сервер данных от обычной загрузки страниц состоит в том, что первым запросом является не запрос веб-страницы, а отправка введенных пользователем данных.
Экономия трафика АОподтв, затрачиваемого на загрузку ответа сервера, подтверждающего доставку отправленных клиентом на сервер данных при работе с АВП по сравнению с традиционным веб-приложением достигается за счет уменьшения количества загружаемых файлов подтверждения доставки и снижения их объема, и определяется по формуле
д^подтв_руподтвтрад_руподтвАВП _
, /7-7ч, ^ ч ({\„„/.1Подтв
1еп(^) 1еп(щ)
I I
> =1 ]=1
1еп(^ 0дтв)
I рп°дт&трад) /=1
- Бие( Р"одтв АВП)
(2)
где Бподтвтрад - трафик при загрузке подтверждения доставки данных на
сервер традиционным веб-приложением, БподтвАВП - трафик при загрузке
подтверждения доставки данных на сервер АВП, 1еп(^) - количество последовательностей щ отправки клиентом данных на сервер, 1еп( щ) - количество
сообщений, отправляемых клиентом на сервер в последовательности щ, 1еп( ^°дтв)
- количество страниц, файлов и сообщений, загруженных клиентом с сервера для подтверждения доставки отправленных на сервер данных традиционным веб-
приложением в последовательности щ, р™°дтвтрад) - размер в КБ / -й
загружаемой с сервера традиционным веб-приложением страницы, файла или сообщения, последовательности элементов, подтверждающих доставку сообщения ротпр, отправленного пользователем на сервер, Бие(рп°дтвАВП) - размер в КБ сообщения об успешном получении введенных данных, отправляемого сервером клиенту АВП в ответ на получение каждого сообщения р.°тпр.
\еп(а"°дтв)
При этом ЛВподтв > 0, так как £ р™ трад) > Рподт&АВП)
/=1
и даже Бке(р™дтвтрад) > Бке(рподтвАВП), поскольку р™дтвтрад является
ИТМЬ-файлом или ИТМЬ-сообщением (в случае асинхронного подтверждения), содержащим информацию и ИТМЬ-разметку для формирования интерфейса, в то
время как рподтвАВП содержит только информацию, а все неизменяемые компоненты
интерфейса уже находится в Спостприл на момент отправки пользователем каких-либо введенных данных на сервер.
Сами отправляемые на сервер введенные пользователем данные одинаковы в обоих случаях, как при работе с традиционным веб-приложением, так и при работе с АВП.
Уменьшение времени загрузки страниц, снижение количества запросов к серверу, уменьшение времени использования канала связи и ожидания ответа сервера АВП
Уменьшение времени загрузки Д?О страниц клиентом с сервера информационной системы (ИС) при работе с АВП по сравнению с традиционным веб-приложением достигается за счет уменьшения загружаемого объема данных и снижения количества запросов к серверу (что, в свою очередь, влияет на уменьшение времени ожидания ответа сервера и уменьшение времени использования каналов связи), и определяется по формуле
д > _ > трад_ . АВП
Д[о — I о ^г
ДО
1о
V
+1
с
с
1еп(О)
Н 1еп( О) + £
I—1
Н (1еп( йг) -1) -1
^марал
(3)
где ?трад - время загрузки страниц традиционным веб-приложением, ?АВП
О
время загрузки страниц АВП, у - пропускная способность канала связи (скорость
передачи данных), ¿с - время отклика сервера - время между отправкой клиентом
по каналу связи запроса или первого байта введенных данных на сервер и получением первого байта ответа сервера, кпарал - количество одновременных соединений веб-браузера клиента с сервером, [•] - операция округления до ближайшего большего целого.
В формуле (3) ДО - снижение времени использования канала связи в АВП
с
при загрузке данных,
с
1еп(О)
Н 1еп( О) + £
I—1
Н (1еп( йг) -1) -1
^парал
уменьшение времени
ожидания ответа сервера при загрузке данных за счет снижения количества запросов к серверу.
При этом AtD > 0, так как в среднем для сайтов в Интернете при использовании АВП H = 0,46 и len(di) = 96 по статистике HTTP Archive. Из формулы (3) видно, что чем больше H - доля количества запросов, обслуживаемых из кэша Cпостприл, тем больше экономия времени загрузки страниц за счет снижения суммарного времени использования канала передачи данных и времени ожидания ответа сервера.
Уменьшение времени загрузки AtnDdme подтверждения с сервера о получении введенных данных при работе с АВП по сравнению с традиционным веб-приложением достигается за счет уменьшения загружаемого объема подтверждений и снижения количества запросов к серверу, и определяется по формуле
кр.подтв len(U)len(«,-)
д^подтв_ ^подтвтрад_^подтвАВП_ ^D ,
D D D jt C ^^
VC i=1 j=l
len( dподтв) -1
^парал
, (4)
где 1В°дтвтрад - время загрузки подтверждения с сервера о получении
введенных данных традиционным веб-приложением, tВ°дтвАВП - время загрузки подтверждения с сервера о получении введенных данных АВП.
При этом ЛгВ°дтв > 0, так как 1еп( ап°дтв) > 1, поскольку каждому отправленному сообщению соответствует последовательность загрузки данных
т подтв
подтверждения а- , состоящая не менее чем из одного элемента.
В формуле (4) первое и второе слагаемые выражают соответственно снижение времени использования канала связи в АВП при загрузке подтверждения доставки введенных данных и уменьшение времени ожидания ответа сервера при загрузке подтверждения доставки введенных данных.
Таким образом, в результате анализа моделей традиционного веб-приложения и АВП установлено, что АВП, помимо наличия функции резервирования вводимых пользователем данных и возможности полностью автономной работы с данными, полученными с сервера ЕТРИС ДЗЗ, также превосходят традиционные веб-приложения по критериям уменьшения количества запросов к серверу, экономии трафика, уменьшения суммарного времени ожидания ответа сервера, времени использования канала связи и времени загрузки страниц.
На основе представленной модели проведен вычислительный эксперимент, в ходе которого подтверждена экономия трафика, уменьшение времени загрузки страниц, уменьшение времени использования каналов связи АВП по сравнению с традиционным веб-приложением при работе в различных режимах Спост прил.
Экономия трафика АВП
По результатам расчетов построены графики (рис. 2, 3), демонстрирующие преимущества АВП по снижению расхода трафика перед традиционным веб-приложением при работе на различных каналах связи.
-»- Традиционное веб-приложение
-♦-АВП, режим 2, с изображениями
АВП, режим 3, с изображениями
-X—АВП, режим 4, фоновая проверка манифеста
-Ж-АВП, режим 4, автономный
-Традиционное веб-приложение
-♦-АВП, режим 2, только текст
-АВП, режим 3, только текст
1 10 100 1000 Количество сеансов получения данных клиентом
1000
1 10 100 1000 Количество сеансов получения данных клиентом
Рис. 2. Суммарный расход трафика АВП от числа сеансов, включая инициализацию
Экономия трафика АВП в режимах с изображениями
Экономия трафика АВП в текстовых режимах
Cj -1100000
Л ZJ¡ ■ г
V
Традиционное веб-приложение
Vs
-•-Традиционное веб-приложение
-♦-АВП, режим 2, с изображениями
А АВП, режим 3, с изображениями
—X—АВП, режим 4, фоновая проверка манифеста -ж-АВП, режим 4, автономный
U -500000
Í1
'V Л-
N Л
«Í
Тр адици о нн ое в е б- пр н ие
иложе
-■»-Традиционное веб-приложение
-♦-АВП, режим 2, только текст
АВП, режим 3, только текст
0 200 400 600 800 1000 Количество сеансов получения данных клиентом
0 200 400 600 800 1000
Количество сеансов получения данных клиентом
Рис. 3. Суммарная экономия трафика АВП от числа сеансов, включая инициализацию
Суммарная экономия трафика АВП по сравнению с традиционным веб-приложением возрастает пропорционально количеству сеансов работы пользователя с данными ЕТРИС ДЗЗ, а суммарный расход трафика снижается.
Уменьшение времени загрузки страниц
Это становится возможным благодаря первичной инициализации на стороне клиента постоянного локального хранилища получаемых с сервера данных
1000000
1000000
100000
100000
10000
10000
1000
2000000
900000
1500000
400000
1000000
m -100000
500000
-600000
0
C
пост. прил
, что происходит автоматически при первом запуске АВП. Время
первичной инициализации C
пост. прил
варьируется в зависимости от V , t и
предполагаемого режима работы локального кэша (рис. 4).
При tc = 30 мс
При tc = 800 мс
X U 10000 ?
I СО
1 <
На графике линии Традиционное веб-приложение
и
АВП, режим 2
почти совпадают
--♦—Традиционное веб-приложение
-ж-АВП, режим 2
-АВП, режим 3
-АВП, режим 4
i m
1 <
го ^
ct s
I I
На графике линии Традиционное веб-приложение и
АВП, режим 2
почти совпадают
--♦—Традиционное веб-приложение
АВП, режим 2
АВП, режим 3 АВП, режим 4
64 640 6400
Пропускная способность канала связи, Кб/с
64 640 6400
Пропускная способность канала связи, Кб/с
Рис. 4. Время инициализации C
пост. прил
АВП от пропускной способности Ус канала
передачи данных при ¿с = 30 мс и при ¿с = 800 мс Учитывая большой объем предварительно загружаемых данных АВП, первый запуск такого приложения рекомендуется осуществлять при сетевом подключении с большой пропускной способностью Ус и минимальным временем отклика сервера
t . После инициализации C
пост. прил
количество запросов к серверу и объем
загружаемых с сервера данных уменьшается, благодаря чему время открытия страниц АВП становится меньше по сравнению с традиционным веб-приложением
(на рис. 5 это показано для средней веб-страницы по данным HTTP Archive).
100000
100000
ч 10000
1000
1000
100
га 100
10
10
1
1
АВП, режимы 2 и 3, 1:с = 30 мс
АВП, режим 4, 1с = 30 мс
-Традиционное веб-приложение
-АВП, режим 2, с изображениями
АВП, режим 3, с изображениями
-АВП, режимы 2 и 3, только текст
64 640 6400
Пропускная способность канала связи, Кб/с
з
►--Традиционное веб-приложение
-х-АВП, режим 4, отображемая страница
-■*■-АВП, режим 4, фоновая проверка манифеста
0 X-X-*----А—
64 640 6400
Пропускная способность канала связи, Кб/с
300
300
250
250
200
200
150
150
100
100
50
50
0
Рис. 5. Время получения данных с сервера традиционным веб-приложением и АВП
при работе с использованием данных из Спост прил Видно, что использование АВП позволяет значительно ускорить загрузку страниц веб-приложений клиентом за счет постоянного локального хранения части
повторно загружаемых данных. Численные значения экономии времени загрузки
страниц АВП зависят от режима работы Спост прил\
- АВП, режим 2, с изображениями - до 44%,
- АВП, режим 3, с изображениями - до 54%,
- АВП, режимы 2 и 3, только текст - до 97%,
- АВП, режим 4 отображает страницу мгновенно, а после этого загружает файл манифеста кэша, поэтому экономия времени загрузки именно страниц - до 100%.
Предлагаемые АВП наиболее применимы и эффективны в случаях, когда пользователь продолжительное время работает с повторно используемыми наборами данных. Разница становится особенно заметной на загруженных каналах связи с малой пропускной способностью.
Уменьшение суммарного времени отправки введенных данных
Суммарные затраты времени на отправку введенных данных на сервер и получение подтверждения при использовании АВП меньше, чем при использовании традиционного веб-приложения (рис. 6).
При 1С = 30 мс
При 1с = 800 мс
5 10,000
£
о 1,000
0,100
>—Традиционное веб-приложение, 1 КБ ^ АВП, 1 КБ
■■*—Традиционное веб-приложение, 10 КБ -X—АВП, 10 КБ
•■X—Традиционное веб-приложение, 100 КБ -•-АВП, 100 КБ
64
640
6400
£
Традиционное веб-приложение, 1 КБ
АВП, 1 КБ
Традиционное веб-приложение, 10 КБ
АВП, 10 КБ
■Ж—Традиционное веб-приложение, 100 КБ •—АВП, 100 КБ
64
640
6400
Пропускная способность канала связи, Кб/с
Пропускная способность канала связи, Кб/с
Рис. 6. Время передачи с подтверждением введенных данных на сервер
традиционным веб-приложением и АВП с резервированием Результаты уменьшения времени загрузки данных с сервера и суммарного времени доставки введенных данных на сервер с получением подтверждения, достигаемые при использовании АВП сохраняются на любых беспроводных и проводных каналах связи.
Разработанный программный комплекс АВП, реализующий предложенный метод, состоит из программных модулей [9,10], которые позволяет осуществлять аварийное резервирование вводимых пользователем данных и их отправку на сервер при восстановлении соединения, установку, автономную работу, обновление и удаление клиентской части АВП, а также управление ее конфигурацией с сервера системы.
1,000
0,010
0,100
Проведенное тестирование по предложенной методике тестирования [11] позволяет сделать вывод о возможности безошибочного перехода от традиционного веб-приложения к АВП.
Выводы
В работе показано, что за счет использования современных технологий и стандарта ИТМЬ5 возможно создание нового типа веб-приложения - АВП, которое позволяет повысить доступность информации и расширить множество возможных терминальных устройств для ЕТРИС ДЗЗ.
Разработан метод функционирования АВП в качестве клиентского приложения ЕТРИС ДЗЗ для обеспечения автономной работы с полученными с сервера данными, автоматического аварийного резервирования вводимых пользователем данных и поддержки различных клиентских платформ.
Данное решение распространяется, в первую очередь, на мобильные устройства, для которых особенно актуальна возможность резервирования вводимых пользователем данных для достижения отказоустойчивости и возможность автономной работы.
Построены и проанализированы модели оценки экономии трафика, ускорения загрузки страниц, снижения загрузки каналов передачи данных и повышения отказоустойчивости АВП по сравнению с традиционным веб-приложением.
Показаны преимущества разработанного АВП перед традиционным веб-приложением.
Разработаны алгоритмы и на их основе созданы клиентские и серверные компоненты для модернизации традиционного веб-приложения до АВП с учетом необходимости поддержки стандартных веб-браузеров различных клиентских платформ.
Предложена методология модернизации существующего традиционного веб-приложения до АВП и его тестирования для обеспечения безошибочной интеграции разработанных компонентов с любыми существующими веб-приложениями для работы с данными ДЗЗ, применяемыми в решении различных задач, общее число которых достигает нескольких десятков и включает в себя картографию, охрану природы, составление кадастров, инвентаризацию посевов, контроль хода производственных процессов в сельском хозяйстве и других отраслях природопользования, прогноз урожая, выявление заболеваний и распространения насекомых-вредителей на лесных угодьях и сельскохозяйственных территориях, информационное обеспечение поиска полезных ископаемых, слежение за процессами урбанизации, подготовку строительства и прокладки транспортных магистралей и т.д [2].
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта №14-08-01028а.
Библиографический список
1.Коптев Ю.Н., Алавердов В.В., Бодин Б.В. Исследования по истории и теории развития авиационной и ракетно-космической науки и техники. URL: http://epizodsspace.airbase.ru/bibl/issled-po-istor/issl8-10/01 .html
2.Концепция развития российской космической системы дистанционного зондирования Земли на период до 2025 года. URL: http://www.gisa.ru/file/file766.doc
3. Сервис космических снимков. Режим доступа: http://gptl.ru/
4.HTML5. A vocabulary and associated APIs for HTML and XHTML. W3C Recommendation, 28 October 2014. URL: http://www.w3 .org/TR/html5
5.HTML5. A vocabulary and associated APIs for HTML and XHTML. W3C Recommendation, 28 October 2014. Offline Web applications. URL: http://www.w3.org/TR/html5/browsers.html#offline
6.Web Storage, URL: http://www.w3 .org/TR/webstorage/#the-localstorage-attribute
7. Департамент информационных технологий города Москвы. Сети сотовой подвижной связи. Методика проведения оценочных испытаний и нормы на показатели качества услуг связи стандарта GSM/GPRS/EDGE/UMTS URL: http://dit.mos.ru/signal/documents/Методика июнь 2013.pdf
8.Департамент информационных технологий совместно с Роскомнадзором подвели итоги измерений качества сотовой связи в пилотной зоне Москвы. URL: http://dit.mos.ru/presscenter/news/detail/799428.html
9.Гинзбург И.Б. Концепция построения распределенных систем информационной поддержки технического обслуживания аэрокосмической техники с использованием функционально насыщенных веб-клиентов // Научно-технический вестник Поволжья. 2014. №5. С. 159-161.
10.Гинзбург И.Б. Состав и архитектура взаимодействия модулей функционально насыщенного автономного веб-приложения для распределенных систем информационной поддержки различных этапов жизненного цикла аэрокосмической техники // Научно-технический вестник Поволжья. 2014. №6. С. 130-133.
11.Гинзбург И.Б. Методика тестирования автономных веб-приложений для систем обработки космической информации // Сборник научных трудов Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития современной науки и образования», Москва, 30 апреля 2015. С. 55-56.
