627_Mekshan_V.I._Vizual'noe_modelirovanie_

Федеральное агентство связи

Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования

«Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики» (СибГУТИ)

В.И. Мейкшан

Визуальное моделирование процессов предоставления услуг мобильной связи

Методические указания по выполнению лабораторных работ

Новосибирск

2012

1

УДК 681.142

Мейкшан В.И. Визуальное моделирование процессов предоставления услуг мобильной связи: Методические указания по выполнению лабораторных работ / Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики; Кафедра телекоммуникационных сетей и вычислительных средств. – Новосибирск, 2012. – 28 с.

Аннотация. Методические указания предназначены для выполнения цикла лабораторных работ по дисциплине «Программное обеспечение систем связи с подвижными объектами», входящей в учебный план подготовки специалистов профиля 210402 «Средства связи с подвижными объектами». Выполнение этих лабораторных работ направлено на приобретение студентами навыков работы с инструментарием, который повсеместно применяется при разработке встраиваемого программного обеспечения, в том числе для телекоммуникационного оборудования. В качестве компьютерной поддержки соответствующих CASEтехнологий используется широко известный пакет TAU фирмы Telelogic.

2

Оглавление

Введение

Лабораторная работа №1. Изучение организатора Telelogic TAU Лабораторная работа №2. Изучение редактора диаграмм взаимодействия Лабораторная работа №3. Изучение редактора SDL диаграмм Лабораторная работа №4. Построение SDL диаграмм для блоков системы Лабораторная работа №5. Синтаксическая проверка SDL диаграмм Список литературы Приложение

3

Введение

Важно понимать, что к разработке сложной программной системы привлекается большое число специалистов разного профиля, которые постоянно участвуют в разнообразных видах совместной деятельности. Отсюда вытекает, что получение окончательного продукта (исходные тексты программ, проверочные тесты, вспомогательные программы компоновки и установки и др.) сопровождается построением иерархического набора многочисленных моделей, предназначенных для формулировки общих требований к системе и ее элементам, а также для описания ее структурных и функциональных особенностей.

Более того, многие передовые технологии разработки программного обеспечения (например, Model-Driven Development – MDD) отводят моделям центральную роль. Основная идея таких технологий заключается в том, что процесс создания программного продукта должен представляться в виде цепочки преобразований исходной модели в готовую программную систему.

Общеизвестно, что наиболее удобным и легким для восприятия способом абстрактного представления любой системы является ее графическое отображение, что можно обеспечить с помощью средств визуального моделирования. Принцип визуального моделирования состоит в графическом отображении обсуждаемых и принимаемых проектных решений. При этом достигаются следующие главные цели: упрощается понимание проекта в целом; обсуждение становится предметным и конструктивным.

Стремление унифицировать графические элементы, которые используются для построения визуальных моделей, привело к тому, что Международный союз электросвязи (ITU-T) в 1972 г. (тогда эта организация называлась Международным консультативным комитетом по телеграфии и телефонии – МККТТ)

начал разработку языка SDL (Specification and Description Language). Самая первая версия языка, опубликованная в 1976 г., обеспечивала только полуформальное описание систем с помощью графического псевдокода. В последующих версиях семантика языка была улучшена и появилась текстовая форма для машинной обработки (SDL-84), а также язык приобрел полное формальное определение (SDL-88). С версии SDL-92 началось включение некоторых элементов концепции объектно-ориентированного программирования (механизм наследования, абстрактные базовые типы и др.), а в самой последней версии языка (SDL-2000) эта концепция получила полную реализацию.

Средства языка SDL достаточно просты и одновременно обладают большой выразительностью, что делает этот язык естественным и удобным для применения, причем не только в сфере телекоммуникаций, но даже в такой широкой области, как распределенные процессы и системы реального времени. Требуется совсем небольшая практика, чтобы научиться понимать информационное содержание, передаваемое графическими символами языка. Вместе с тем, строгая семантика языка SDL, которая накладывает жесткие ограничения на правила использования его элементов, предоставляет возможности формального анализа и валидации построенных моделей.

Среди известных средств визуального моделирования важным и полез-

4

ным дополнением языка SDL считается язык диаграмм взаимодействия – Message Sequence Charts (MSC). Этот язык позволяет описать поведение интерактивной системы в виде последовательности событий, которые могут относиться к отдельным компонентам системы, а также к взаимодействиям (между компонентами системы или между системой и ее окружением). Соответствующие «стрелочные диаграммы» имеют выразительную графическую форму, они интуитивно понятны и просты в использовании даже для обычного пользователя без специальной подготовки.

Диаграммы такого типа, которые называют сценариями, очень распространены на ранних этапах разработки коммуникационных систем, управляемых событиями. В дальнейшем при имитационном моделировании системы, поведение которой описано средствами языка SDL, автоматически созданные диаграммы MSC выступают в роли мощного графического средства трассировки происходящих событий. Это дает разработчикам удобную возможность проследить реакцию системы на поступающие сигналы и тем самым провести проверку корректности построенных алгоритмов работы системы.

Язык MSC был впервые стандартизован в 1992 г. (Рекомендация ITU-T Z.120). С 1996 г. вступил в силу новый, значительно расширенный вариант этой Рекомендации. Введение объектно-ориентированных компонентов является отличительным признаком самой последней версии – MSC-2000.

В современных технологиях визуального моделирования (особенно для сферы телекоммуникаций) языки MSC и SDL находят совместное применение, поскольку они дают разную информацию о динамическом поведении некоторой группы объектов и, по сути, удачно дополняют друг друга. В частности, язык MSC ориентирован в основном на внешние аспекты взаимодействия и не затрагивает внутреннюю логику поведения каждого из взаимодействующих объектов. В результате формируется точка зрения стороннего наблюдателя, который может только догадываться, по каким принципам объекты принимали свои решения в процессе взаимодействия. В отличие от этого, язык SDL позволяет подробно описать внутренний алгоритм функционирования каждого объекта (включая выбор того или иного варианта поведения в зависимости от информации, хранящейся в соответствующих переменных), но в деталях описания трудно проследить общую логику поведения.

Наиболее развитые средства инструментальной поддержки названных языков визуального моделирования включают в себя: 1) графические редакторы для построения диаграмм; 2) синтаксический анализатор для поиска ошибок в диаграммах; 3) аниматор (имитатор), позволяющий в динамике проследить функционирование модели; 4) генератор исполняемого кода, который автоматически осуществляет трансляцию из SDL в среду языка программирования высокого уровня (например, C/C++). Всеми этими возможностями в полной ме-

5

ре обладает пакет Telelogic TAU SDL1, который широко известен как средство разработки программного обеспечения для систем реального времени (в том числе – телекоммуникационных протоколов) [1, 2].

Предлагаемый цикл лабораторных работ преследует цель практического знакомства с технологиями визуального моделирования на примере этого пакета. Лабораторные работы включают в себя набор упражнений, которые студент должен выполнить на компьютере. Важно отметить, что все упражнения логически увязаны друг с другом и позволяют проследить процесс построения законченной модели. При этом в итоге осуществляется проверка корректности модели путем ее запуска на исполнение. Детальный анализ результатов функционирования модели дает возможность студентам лучше понять суть изучаемых процессов.

Основой для построения лабораторных упражнений послужила спецификация процедуры мягкой передачи обслуживания (Soft Handover), которая применяется в системе мобильной связи UMTS [3]. Описание этой процедуры с подробными текстовыми пояснениями дано в Приложении. Здесь же приводятся спецификации еще нескольких аналогичных процедур, относящихся к процессам обработки вызовов в системе UMTS. Этот материал может быть полезным при самостоятельной работе студентов или для выдачи им дополнительных тестовых заданий.

1 В 2008 г. фирма Telelogic стала собственностью компании IBM, которая в настоящее время занимается поддержкой и распространением этого пакета под названием IBM Rational SDL Suite.

6

Лабораторная работа № 1. Изучение организатора Telelogic TAU

Организатор – это центральный элемент управления в среде Telelogic TAU, позволяющий запускать все остальные инструменты среды. После выполнения упражнений данной лабораторной работы вы сможете научиться:

настраивать области Организатора; создавать дерево системы; создавать новую диаграмму системы; сохранять диаграммы.

1.1. Работа с областями Организатора

Окно Организатора. После запуска Telelogic TAU открывается окно Организатора (Organizer), показанное на рис. 1.1. Здесь присутствуют следующие стандартные области:

Analysis Model («модель анализа»); Used Files («используемые файлы»);

SDL System Structure («дерево системы»);

TTCN Test Specification («спецификации тестов»);

Other Documents («прочие документы»).

Вкаждой из этих областей может находиться несколько диаграмм, использование которых регламентировано назначением конкретной области.

Вверхней части окна Организатора находятся два символа, соответствующие системному файлу и рабочей директории для диаграмм. Рабочая директория используется для поиска диаграмм, а также для сохранения диаграмм.

Рис. 1.1 - Окно Организатора

Настройка областей Организатора. Удалите области Analysis Model, Used Files и TTCN Test Specifications:

1.Щелчком мыши на соответствующем символе в окне Организатора выбрать область Analysis Model.

2.Выбрать команду Remove из меню Edit Организатора.

7

3.Подтвердить удаление области Analysis Model в дополнительном диалоге (рис. 1.2) путем нажатия кнопки Remove.

Рис. 1.2 – Подтверждение удаления области

4. Повторить шаги 1-3 для областей Used Files и TTCN Test Specifications.

Переименуйте одну из оставшихся областей в соответствии с:

1.Выберите область SDL System Structure.

2.Выберите команду Edit в меню Edit.

3.В диалоге Edit (рис. 5.3) введите новое имя области – My first SDL system. Внимание: нельзя изменять текущий тип документа (Organizer) и его значе-

ние (Area).

Рис. 1.3 – Переименование области Организатора 4. Завершите выполнение операции, нажав на кнопку OK.

1.2. Работа с деревом SDL системы

Добавление корневого узла в дерево системы. Для добавления корне-

вого узла в дерево системы нужно проделать следующие операции:

1.Выберите область My first SDL system в окне Организатора.

2.Выберите команду Add New из меню Edit, что приведет к появлению окна Add New (рис. 1.4). Это окно позволяет задать имя и тип новой диаграммы.

3.В колонке New document type выберите SDL как тип нового документа и System как тип диаграммы (рис. 1.4).

4.С помощью поля New document name задайте имя диаграммы – SoftHandover (по умолчанию присваивается имя Untitled).

8

5.Выключите опцию Show in Editor.

6.Завершите процедуру, нажав кнопку OK.

Рис. 1.4 – Добавление новой диаграммы

После выполнения этих операций в окне Организатора появится корневой узел дерева SDL системы – диаграмма системы SoftHandover (рис. 1.5). Диаграмма пока не связана с каким-либо файлом, поэтому она обозначена как [unconnected].

Рис. 1.5 – Корневой узел дерева SDL системы

Сохранение дерева системы. При сохранении диаграммы системы нужно дополнительно сохранить дерево системы, созданное в Организаторе. Организатор использует для этой цели так называемый системный файл (System File). Системный файл уже существующей системы можно открыть с помощью команды Open из меню File Организатора.

Для сохранения системного файла нужно выбрать команду Save из меню File Организатора. Это приведет к открытию соответствующего окна (рис. 1.6), где предлагается имя системного файла – softhandover.sdt (суффикс *.sdt является стандартным для всех системных файлов). Для завершения операции сохранения достаточно нажать кнопку OK.

Существует возможность при помощи единственной команды сохранить сразу системный файл и все измененные диаграммы. Для этого нажмите кнопку Save All в диалоге Save (рис. 1.6). Сохранение всех диаграмм и дерева системы осуществляется без дополнительных подтверждений, за исключением случаев,

9

требующих вмешательства пользователя. Заметим, что «быстрая клавиша» Save на инструментальной панели Организатора (рис. 1.1) сохраняет только текущую диаграмму.

Рис. 1.6 – Диалог Save Организатора

Лабораторная работа №2. Изучение редактора диаграмм взаимодействия

Данная лабораторная работа позволит вам научиться: создавать диаграммы взаимодействия; редактировать диаграммы взаимодействия.

2.1. Создание диаграмм взаимодействия

Для создания диаграммы взаимодействия на языке MSC нужно выполнить следующие действия:

1.Выбрать область Other Documents в окне Организатора.

2.Выбрать команду Add New из меню Edit (или нажать аналогичную «горячую клавишу» на инструментальной панели Организатора).

3.В окне Add New (рис. 2.1) указать тип диаграммы как MSC, а также ввести имя диаграммы – SoftHandover.

4.Включить режим Show in editor.

Рис. 2.1 – Задание типа и имени диаграммы взаимодействия

5. Завершите выполнение процедуры нажатием кнопки OK. После этого в окне

10