CC BY
28
УДК 004.72
Network CADD Development Experience
Zotov Sergei Valerievich,
senior engineer, JSC "Sozvezdie "Concern"
Kuznetsov Alexey Mikhailovich,
software developer, "Softline" Ltd.,
Abstract. The article discusses the experience of CADD development from mathematical model to the object model of telecommunication network editor . Authors present the implementation of a mathematical model multigraph telecommunications network and the transition to its use.
Key words: graph, set, multigraph, editor, CADD, object model, OSI/ISO.
Опыт разработки САПР гетерогенных телекоммуникационных
сетей
Зотов Сергей Валерьевич, ведущий инженер-конструктор, АО «Концерн «Созвездие»
Кузнецов Алексей Михайлович, разработчик ПО, ООО «Софтлайн», e-mail: dj_stormy@mail.ru
Аннотация. В статье обсуждается опыт разработки графического редактора САПР от математической модели к ООП-модели, реализованной в ПО. Предложены улучшения для редактора телекоммуникационных схем. Представлены реализация математической модели мультиграфа телекоммуникационной сети и переход к ее использованию.
Ключевые слова: граф, множество, мультиграф, редактор, САПР, объектная модель, OSI/ISO.
Введение.
Мобильные сети транспортных средств (МСТС, VANET) требуют соответствующих подходов в проектировании и обслуживании [1,2]. Графическое планирование, выполненное в САПР позволяет использовать одни и те же схемы в генерации настроечных данных, отображении вывода систем автоматизированного управления и контроля, использование в симуляциях по аналогии с Cisco Packet Tracer. Для разработки ПО необходимо разработать математическую модель,
а затем адаптировать ее в разработки ООП-структуры приложения, форматах хранимых и переносимых данных и реализовать в виде библиотеки, и в дальнейшем - в виде графического редактора [3].
Требования к редактору:
1. Возможность создания функциональных схем.
Обеспечить классификацию, поддержку и описание разнообразных типов, используемых в МСТС/VAENT/ других сетях устройств, входящих в состав телекоммуникационной сети транспортного средства/узла/узла связи. Такие схемы могут использоваться как в качестве шаблонов проектирования топологии сети, так и для контроля (визуального) уже действующей сети, а также для симуляции пакетного и информационного обмена в проектируемых сетях до ввода инфраструктуры в эксплуатацию. Для возможности перехода соединений из транспортного средства к другому транспортному средству, либо из узла к другому узлу (стыкование внутренней и внешней по отношению телекоммуникационных сетей) необходимо реализовать возможность добавления псевдоустройства «линейный щит».
2. Возможность создания слоев и вложенных слоев.
Схемы с количеством транспортных средств порядка 2000-3000 не читаемы при изображении в одном слое. Поэтому требовалось реализовать возможность в шаблоне группы транспортных средств свободных коннекторов, либо псевдоустройств, наподобие «линейного щита», для трансляции коннектора на внешний слой. Отдельно можно выделить требование реализовать копировать содержимое из слоя в слой, выделять содержимое блока в отдельный слой.
3. Создать возможность подписей и графических изображений (тип передаваемой информации) на линиях связи
Математическая модель
Имеем множество телекоммуникационных устройств K и множество связей между ними N. Такая схема телекоммуникационной сети является графом ^=1^ N1, где K - совокупность телекоммуникационных устройств, N - совокупность связей между парами устройств (Ki,Kj). Мы рассматриваем дуплексную связь между телекоммуникационными устройствами, потому граф Ю является неориентированным. Полудуплексный вариант при симметричном варианте обмена также будем отображать неориентированным графом.
То же самое верно и для транспортных средств, которые связаны телекоммуникационными связями. Более того, группы транспортных средств также могут обладать связями между ними.
Таким образом мы можем иметь множества ^ ... ^ и
т.д. нескольких порядков, каждое из которых является элементами
другого. Соответствующие этим множествам графы по определению являются мультиграфами, так как узлом такого графа также является граф.
В объектно-ориентированной модели было решено использовать следующие элементы для описания классов редактора:
• Canvas - подложка для рисования,
• Device - телекоммуникационное устройство,
• Port - физический порт (сетевой интерфейс),
• Line - линия связи (физическая линия, или подключение к радиоканалу)
• Unit - группа устройств с возможностью вложения (от транспортного средства, до их группы. Аналогия: сеть сетей, сети, подсети, с отсутствием на ограничение вложенности).
ООП-представление
Таким образом, можно отметить, что для отображения K1, т.е. для множества телекоммуникационных устройств использовался объект Unit, тоже самое можно сказать и про группы транспортных средств K2. При этом элементами K2 являлись множества вида K1, т.е. тоже Unit, при том, что множества K1 состояли из устройств Ki, которые отображались уже с помощью Device. Это входит в явное противоречие с нашей моделью, так как с точки зрения графовой организации нет разницы между группой транспортных средств, группой устройств, и телекоммуникационным устройством (которое, в свою очередь, также может обладать внутренней структурой).
Вышеописанный подход имеет ориентацию на систему и устройства телекоммуникаций. Тем не менее имеет смысл расширить возможности разрабатываемой билиотеки за пределы математической модели, что дает возможность его использования, скажем в ERP—системах, блока-схемах, визуальном проектировании и т.д. и т.п.
Для этого в ООП-модели будем использовать следующие классы:
• Object
• Line
• Engine
Итак, изложим принципы реализации.
1. Объекты могут быть вложенными. Сам объект может отображаться в новом окне. Это свойство можно обозначить как «фракталь-ность». Реализуется оно с помошью класса Engine.
2. Для всех графических объектов используется один прототип. Его обозначим как GraphObject.
3. Основные объекты - это объект связи, линия связи, коннектор (две разновидности, для соединения с объектами и для соединения с линиями связи). Для их отображения используются классы Object, Line, Connector и LineConnector. Все они наследуют класс-прототип GraphObject.
Каждый объект может иметь ссылку на Engine, таким образом реализуя многослойность или «фрактальность».
На рисунке 1 отображены перечисленные типы объектов: Object, Line, Connector, LineConnector. Показан Engine и реализация слоев («фрактальности»)
На рисунке 2 отображается схема реализации объектов в UML.
Object
Рис. 1. Типы объектов
Рис. 2. Пример иерархии объектов в UML
Рис 3. Пример работы ПО
Рис.4. Пример работы ПО
Но при использовании модели для МСТС/VANET потребуется привести указание соответствующих классов к математической модели.
Элементом типа Object являются любой Kj, т.е. это может быть и устройство, и транспортное средство, и группа транспортных средств и группа объектов вышестоящей иерархии организации сети или использующей ее инфраструктуры и т.д.
Для возможности организации вложенности (и соответственно, мультиграфов), используется класс Engine, который связывается с соответствующим Object, имеющим внутреннюю структуру.
Для связи вида объект-объект N мы использовали элементы
• Connector
• Line.
При этом один каждый Connector принадлежит соответствующему Object, а Line и есть линия связи Na,b между Ka и Kb.
Назовем первую модель МСТС-ориентированной, а вторую -универсальной.
В соответствии с вышеописанным рассуждением теперь можно организовать конвертацию схем связи из МСТС-ориентированных в универсальные по схеме соответствия наименований объектов обеих моделей:
Canvas ^ Engine Device ^ Object Unit ^ Object + Engine Port ^ Connector Line ^ Line
Для организации беспроводных сетей, и аналогичных физических топологий типа шина был добавлен класс LineConnector, позволяющий объединять несколько Line. Как альтернатива можно использовать виртуальные хабы, изображая, например, радиоканал таким виртуальным устройством. Стоит отметить, что в исходной МСТС модели так и выполнялось, что треубет при преобразовании схем рас-позновать виртуальные хабы, имеющие тип Device с соответствующими Port и преобразование их в один LineConnector: Device + n • Port ^ LineConnector.
Способом определения можно использовать либо анализ текстовых свойств соответствующего Device, либо определение того, что Device не вложен в Unit первого уровня, а сразу в Unit второго или третьего уровня, т.е. вложен не в транспортное средство, а сразу в группу транспортных средств, хотя это менее явный и менее надежный показатель. Если имеется возможность использовать явные показатели (реализованные как текстовые подписи Label), следует в этом случае использовать именно их. Выводы
Получены математическая модель и два подхода к реализации механизма отображения схем (МСТС-ориентированный и универсальный), реализована билиотека для генерации схем и редактор САПР, который позволяет создавать новые схемы, редактировать, а
также использовать схемы в системах мониторинга и симуляции [910].
Библиографический указатель
1. Кручинин С.В. Мобильные сети транспортных средств: область и особенности применения // Научно-исследовательские публикации. 2015. № 11 (31). С. 135-136.
2. Кручинин С.В. Мультисервисные одноранговые мобильные сети - определение, характеристики //Общество и цивилизация. 2014. Т. 2. С. 31-34
3. Кручинин С.В., Зотов С.В. Генератор настроечной информации: заявка № 2007612850, 09.07.2007; свидетельство о регистрации программы для ЭВМ № 2007613777, 05.09.2007
4. Зотов С.В. Разработка графического редактора для статического планирования сети // Научные дискуссии. 2012. Т.1. С. 8-10.
5. Кузнецов А.М. Математическая модель мультиграфа телекоммуникационной сети и иерархия классов // Научно-исследовательские публикации. 2013. № 1. С. 87-93.
6. Кручинин С.В. Математическая модель акторов телекоммуникационной сети в проектировании САПР//Известия Волгоградского государственного технического университета. -2014. -Т. 20. № 6 (133). -С. 123-131.
7. Вишняков А.В., Кручинин С.В. Язык описания топологии вычислительных сетей КГОЬ // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2012. Т. 15. № 15 (102). С. 126-130.
8. Кручинин С.В. САПР телекоммуникационных сетей как один из подходов построения сетей транспортных средств // Информатика: проблемы, методология, технологии Материалы XVI Международной научно-методической конференции. Под редакцией Тюкачева Н.А.. 2016. С. 325-328.
9. Кручинин С.В., Кузнецов А.М., Зотов С.В. Графическое ядро визуализации и анализа инженерных схем//Свидетельство о государственной регистрации программа для ЭВМ № 2011618938 от 27.09.2011. -Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.
10. Кузнецов А.В., Свиридов А.А. Библиотека графических примитивов: заявка № 201161053, 29.03.2011; свидетельство о регистрации программы для ЭВМ № 2011613834, 18.05.2011
