CC BY
40
УДК 004.358:377/378 А.Г. Ханин
Программный имитатор измерительной информации с использованием продукции компании й-Ыпк
Представлен вариант качественного улучшения образовательных программ в технических вузах, основанный на их сотрудничестве с организациями и фирмами. Приводится пример успешных партнёрских отношений компании Б-Ьшк с российскими образовательными учреждениями. Также приводится информация о научной работе автора, связанной с разработкой и исследованием методов и алгоритмов координатно-временных определений на основе программного имитатора измерительной информации.
Ключевые слова: инновации в образовании, сетевые технологии, имитационное моделирование, координатно-временные определения.
Задачи совершенствования образовательных программ и эффективного развития технических вузов
Качественное улучшение образовательных программ в технических вузах, как показывает опыт, может основываться на сотрудничестве данных учебных заведений с организациями и фирмами. Подобные партнёрские отношения предполагают множество взаимных выгод.
Во-первых, для студентов это возможность получить более качественные и востребованные знания, практические навыки, реализовать в рамках научной деятельности или дипломных проектов свои умственный и творческий потенциал, получить социальную поддержку в виде возможных именных стипендий и грантов, иметь лучшие возможности будущего трудоустройства.
Во-вторых, для вузов это реальная возможность перенять от компаний практический опыт, разработки и технологии, интегрировав всё это в учебный процесс. Появляется возможность совершенствования на качественном уровне образовательных программ, лабораторий и классов, регулярного повышения квалификации преподавателей. Всё это даёт учебным заведениям инновационное развитие, дополнительную рекламу и, как следствие, преимущество на рынке образовательных услуг.
В-третьих, для самих компаний сотрудничество с образовательными учреждениями - это, прежде всего, инвестиции в собственное развитие. У организаций и фирм появляются возможности поиска молодых и талантливых кадров непосредственно в вузах, содействия в их обучении с последующим привлечением на работу после получения дипломов, повышения квалификации собственных сотрудников на базе созданных совместными усилиями лабораторий, классов и учебных центров, дополнительной рекламы.
Инициативы компании Б-Ыпк в области высшего образования
Примеров успешных партнёрских отношений между техническими вузами и ведущими фирмами достаточно много [1-3]. Заинтересована в партнёрстве и международная компания Б-Ьтк. Являясь ведущим мировым производителем сетевого оборудования, компания Б-Ыпк параллельно разрабатывает и развивает собственные образовательные проекты, направленные на сотрудничество с учебными заведениями не только высшего, но и среднего профессионального образования с целью формирования в них благоприятной информационно-образовательной среды для подготовки высококвалифицированных специалистов.
Для эффективного обучения студентов сетевым технологиям компания Б-Ыпк совместно с квалифицированными преподавателями ведущих учебных заведений России занимается разработкой оригинальных учебных материалов. Например, совместно с преподавателями МГТУ им. Н.Э. Баумана в 2011 г. издано учебное пособие «Построение коммутируемых компьютерных сетей» с грифом УМО для направления «Информатика и вычислительная техника» [4]. Также изданы и активно используются в образовательных процессах вузов-партнёров учебные пособия по коммутаторам локальных сетей, беспроводному оборудованию и 1Р-телефонии [4-6]. В 2012 г. планируется издание учебного пособия по технологиям межсетевого экранирования и безопасности вычислительных сетей, которое разрабатывается совместно с преподавателем факультета ВМК МГУ им. М.В. Ломо-
носова. Готовится к изданию учебное пособие «Основы сетевых технологий», разработанное совместно с Уральским федеральным университетом им. Первого Президента России Б.Н. Ельцина.
Не менее важным является руководство курсовым и дипломным проектированием студентов сотрудниками D-Link, которые зачастую являются по совместительству штатными сотрудниками профильных кафедр. В ходе их выполнения студенты решают практические задачи, позволяющие им гораздо лучше ориентироваться в производственной специфике.
Для приобретения практических навыков работы с сетевым оборудованием компания D-Link способствует организации производственной практики студентов на базе региональных офисов и лабораторий сетевых технологий.
Одной из наиболее плодотворных форм работы с вузами компания D-Link считает участие в научно-практических конференциях в области телекоммуникаций, которая способствует «живому» контакту представителей компании со студентами и преподавателями, необходимому для корректирования направлений сотрудничества.
Уникальным мероприятием для студентов учебных заведений профессиональной подготовки является ежегодная Международная олимпиада в сфере информационных технологий «IT-Планета», в которой компания D-Link традиционно отвечает за разработку и оценку заданий в номинации «Протоколы, сервисы, оборудование». За победу в финале Олимпиады соревнуются студенты учебных заведений России, Украины, Казахстана, Белоруссии и Узбекистана.
Автор успешно реализует образовательные проекты компании D-Link в учебных заведениях Сибирского федерального округа и ведёт сотрудничество с такими вузами региона, как Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики (СибГУТИ), Сибирский государственный аэрокосмический университет им. академика М.Ф. Решетнева (СибГАУ), Омский государственный технический университет (ОмГТУ).
Особо стоит отметить партнерские отношения с Новосибирским государственным университетом экономики и управления (НГУЭУ). В рамках подготовки специалистов по направлению «Информационная безопасность» автором был разработан учебный курс «Безопасные информационные технологии», который в большей степени содержит фундаментальные знания в области информационной и сетевой безопасности.
Программный имитатор измерительной информации, внедрение результатов научноисследовательской работы в преподавательскую деятельность
Довольно часто партнерские отношения развиваются между компаниями и научно-исследовательскими институтами. Например, для тестирования программного имитатора ModBis24, в разработке которого автор принял активное участие, компания D-Link предоставила Сибирскому научно-исследовательскому институту метрологии (ФГУП СНИИМ) необходимое сетевое оборудование для проведения вычислительных экспериментов и научных исследований. В свою очередь, имитатор ModBis24 послужил основой для курса лабораторных работ, проводимого на кафедре систем сбора и обработки данных в НГТУ. Поскольку данная работа стала частью научно-исследовательской деятельности автора, рассмотрим её более детально.
Программный имитатор ModBis24 - это пакет прикладных программ, предназначенный для имитирования траекторных измерений, т.е. математического расчета информативных параметров движения спутников космических навигационных систем ГЛОНАСС и GPS. В имитаторе рассчитывается движение орбитальной группировки навигационных спутников, задаётся сеть беззапросных измерительных станций (БИС), рассчитываются геометрические дальности от спутников до станций и имитируются факторы, влияющие на точность траекторных измерений.
Метод имитационного моделирования, положенный в основу пакета ModBis24, предполагает использование нескольких математических моделей. Кратко рассмотрим их.
Движение НС описывается системой обыкновенных дифференциальных уравнений
x(t) = f [x(t), s(t), w (t)], x(?c) = xo , (1)
где x(t) - Nx -мерный вектор текущих навигационных параметров спутника; f [] - Nx -мерная известная гладкая вектор-функция; s(t) - Ns -мерный вектор действующих на объект моделируемых возмущений; w(t) - Nw -мерный вектор возмущений случайной природы.
Уравнение беззапросных траекторных измерений в общем виде представляется равенством
z(t) = Цх^), р^), v(t)], (2)
где z(t) -п -мерный вектор данных траекторных измерений; h[ ] - известная гладкая вектор-функция; p(t) -Ыр -мерный вектор моделируемых влияющих факторов; v(t) -N -мерный вектор
погрешностей измерений случайной природы.
Основным информативным параметром траекторных измерений является геометрическая дальность от НС до приёмной антенны БИС, определяемая по известной формуле
Р(и НС, u БИС ) = V(ХНС - ХБИС )2 + (УНС - У БИС )2 + (2НС - 2БИС )2 , (3)
где иНС =[ХНС, УНС, 2НС ] и uБИС = [иС , У БИС, 2БИС ] - векторы текущих координат НС и координат БИС соответственно.
Принципиальным моментом при оценивании с помощью имитатора М^ВІ824 траектории движения НС является её сравнение с опорной (реальной) траекторией Х5 ^) и анализ относительного движения НС Лx(t) = x(t) - Х5 ^) вдоль этой опорной траектории. Опорная траектория может быть
получена на основе информации, транслируемой с борта НС. Это позволяет применить линеаризованное уравнение для описания относительного движения НС:
AX(0 = ^^) • Ax(t)+д-(-)• Дs(t) + ^ (t) • Aw(t), Ax(to) = Axo (4)
0x5 ^5 Эw
и линеаризованное уравнение беззапросных траекторных измерений
гг,. дh(t^ ,. Эh(t^ . ^(0 ...
Z(t)=-^•Ax(t)+-^- Ap(t)+-++• Av(t), (5)
0x5 Ф5 ду
где S5 (t) и Р5 ^) - некоторые опорные представления возмущений и влияющих факторов.
Действующие на НС моделируемые возмущения s(t) и факторы р^), влияющие на точность измерений, можно представить в виде двух групп.
Первая группа объединяет возмущения (гравитационное воздействие на НС Луны и Солнца, нецентральность гравитационного поля Земли) и факторы (задержка навигационного сигнала в ионосферном слое, погрешность от релятивистских эффектов, смещения фазовых центров приёмной и передающей антенн), которые представляются математическими моделями с определёнными параметрами. Это позволяет рассчитать компенсирующие поправки для возмущений s(t) и факторов р^) первой группы и ввести эти поправки в уравнение движения (1) и уравнение измерений (2).
Вторая группа включает возмущения (от радиационного давления на НС солнечного излучения) и факторы (уход бортовых часов и часов БИС, задержки навигационного сигнала в ионосферном и тропосферном слоях, изменения параметров вращения Земли), которые могут быть представлены согласующими математическими моделями с неопределёнными параметрами.
Основная идея, отраженная в математической модели, заключается в дополнении линеаризованного уравнения движения НС (4) согласующими математическими моделями возмущений s(t) и
т т т т
факторов р^) второй группы и в оценивании вектора состояния X ^) = (Ах ^), As ^),Ар ^))
расширенного объекта
X(}) = А^) • X^)+В^) • ), Х(^) = Хо (6)
на основе данных траекторных измерений Z(t) с помощью тех или иных алгоритмов оценивания. В уравнении (6) А^), ) - матрицы согласующих математических моделей для возмущений s(t) и
факторов р^).
Обобщённая математическая модель программного имитатора ModBis24 с высокой точностью воспроизводит реальную модель группировки НС и сети БИС. Имитатор имеет удобный графический интерфейс для упрощения процедуры изменения параметров и визуализации результатов (рис. 1).
Для автора разработанный программный имитатор стал научно-исследовательским инструментом, позволяющим реализовать на своей основе различные методы и алгоритмы оценивания и восстановления измерительной информации, а также провести их сравнительный анализ. Полученные оценки погрешностей КВО в виде аналитических выражений позволили провести выбор параметров алгоритмов и режимов проведения измерений из условий достижения требуемой точности КВО.
й McdBis24 0@Щ
Расчет Настройки ?
0 II О X и . Ш Вь Ф
Запуск Пауза Остановить Выгрузить | Орбиты Поправки Настройка | Помощь Выход
Статистика моделирования | Отладочная база данных | Выходная база данных | Карта видимости | Г рафики ; Карта мира
*1 _»l ^ J] _bJ #| г|
Рис. 1. Пример графического отображения траектории движения НС в имитаторе ModBis24
Результатом научно-исследовательской работы стали полученные рекуррентные алгоритмы на основе калмановской и медианной фильтраций и их программные приложения. Данные алгоритмы позволяют провести предварительную обработку данных траекторных измерений, а также обеспечивают исключение выбросов и пачек выбросов из состава данных, гладкое восполнение пропущенных данных и идентификацию скачков фазовой неоднозначности в фазовых измерениях.
Курс лабораторных работ, основанный на программном имитаторе ModBis24, позволяет студентам изучить:
- накопленные методики и алгоритмы моделирования массивов траекторных измерений НС;
- обобщенные принципы накопления, формирования и предварительной обработки информации;
- влияние на измерения отдельных параметров, факторов и возмущений.
Заключение
В заключении хотелось бы отметить, что представленные инициативы по совершенствованию образовательных программ на основе сотрудничества с организациями и фирмами дают очень хорошие результаты. Как показал опыт, это необходимо в первую очередь для студентов. Учащиеся проявляют повышенный интерес к получению актуальных знаний и практических навыков, которых им действительно не хватает в процессе обучения, проявляют больше инициатив и стремлений в учебе. Кроме этого, будущие выпускники заинтересованы и в том, чтобы проявлять себя как можно лучше перед потенциальными работодателями.
Научно-исследовательская работа автора, построенная на программном имитаторе и оборудовании компании D-Link, позволила провести отработку технологий траекторных измерений ГЛОНАСС и GPS. Полученные с помощью имитатора ModBis24 эталонные орбиты навигационных спутников и соответствующие этим орбитам данные траекторных измерений позволили провести исследование алгоритмов восстановления параметров движения НС. Кроме этого, программный имитатор получил внедрение в образовательный процесс технического вуза.
"Гг
' пуск 6» ЕХЕ | Ф Modbis24 Г ій| Документ Microsoft ... ДП
Возможно, изложенная в статье информация заинтересует представителей вузов, а также послужит хорошим примером для других фирм и организаций, желающих развивать собственные образовательные проекты и сотрудничество с вузами. Это весьма эффективная мировая практика, которая несёт в себе инновационное развитие системы профессионального образования и в России.
Литература
1. Горвиц Ю.М. Инициативы ORACLE для поддержки инновационного образования школьников и студентов // Сб. избранных тр. VI Междунар. науч.-практ. конф.: учеб.-метод. пособие; под ред. В. А. Сухомлина. - М.: ИНТУИТ.РУ, 2011. - С. 76-77.
2. Сушков С.А. Реализация традиционных образовательных программ в рамках Microsoft IT Academy // Тр. Второй Всерос. науч.-практ. конф. «Интегративный характер современного математического образования». - Самара: ПГСГА, 2009. - С. 296-300.
3. Диго С.М. Развитие сотрудничества фирмы «1С» со сферой образования // Сб. тр. 8 открытой Всерос. конф. «Преподавание ИТ в России». - Петрозаводск, 2010.
4. Смирнова Е.В. Построение коммутируемых компьютерных сетей: учеб. пособие / Е.В. Смирнова, А.В. Пролетарский, И.В. Баскаков, Р. А. Федотов. - М.: Национальный открытый университет «ИНТУИТ»: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011. - 367 с.
5. IP-телефония в компьютерных сетях: учеб. пособие / И.В. Баскаков, А.В. Пролетарский, С. А. Мельников, Р. А. Федотов. - М.: Интернет-университет информационных технологий; БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008. - 184 с.
6. Беспроводные сети Wi-Fi: учеб. пособие / А.В. Пролетарский, И.В. Баскаков, Д.Н. Чирков и др. - М.: Интернет-университет информационных технологий; БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. -215 с.
Ханин Андрей Геннадьевич
Ассистент и соискатель каф. автоматики Новосибирского государственного технического университета,
менеджер по образовательным проектам компании D-Link
Тел.: 8 (383) 355-41-51
Эл. почта: akhanin@dlink.ru
Khanin A.G.
The software simulator of measurement data with the use of products of D-Link Company
A variant submitted of qualitative improvement of educational programs at technical Universities, based on cooperation with organizations and companies. The example submitted of successful partnership of D-Link Company with Russian Universities. The author also tells about his scientific work related to research methods and algorithms for the coordinate-time determinations, based on the software simulator of measurement information. Keywords: innovations in Education, network technologies, simulation modeling, coordinate-time determinations.
