Диссертация (Автономные отказоустойчивые веб-приложения для геоинформационных систем с использованием данных дистанционного зондирования Земли)

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего образования«Московский авиационный институт(национальный исследовательский университет)»На правах рукописиГИНЗБУРГ Илья БорисовичАВТОНОМНЫЕ ОТКАЗОУСТОЙЧИВЫЕ ВЕБ-ПРИЛОЖЕНИЯ ДЛЯГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДАННЫХДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИСпециальность 05.13.01Системный анализ, управление и обработка информации(авиационная и ракетно-космическая техника)ДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степени кандидата технических наукНаучный руководительдоктор технических наук,профессор С.

Н. ПадалкоМосква – 20162ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ .............................................................................................................................. 4ГЛАВА 1.ОПРЕДЕЛЕНИЕАВТОНОМНОГООТКАЗОУСТОЙЧИВОГОВЕБ-ПРИЛОЖЕНИЯ ДЛЯ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ........................................... 111.1 Место АВП в структуре системы дистанционного зондирования Земли ипредъявляемые к АВП требования.................................................................................... 111.2 Влияние клиент-серверных технологий на эволюцию ГИС..................................... 221.2.1 Отдельные приложения для ПК ..........................................................................

221.2.2 Клиент-серверное интегрированное приложение АРМ для ПК ........................ 221.2.3 Традиционное веб-приложение .......................................................................... 231.2.4 Мобильное приложение ...................................................................................... 261.3 Основные положения и базовые процессы метода функционирования клиентсерверных систем с использованием АВП ....................................................................... 291.3.1 Основные положения метода .............................................................................. 291.3.2 Базовые процессы метода ................................................................................... 331.4 Основные компоненты АВП ......................................................................................

38ГЛАВА 2. МОДЕЛИ И АНАЛИЗ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ОЦЕНОК ХАРАКТЕРИСТИКАВП И ТРАДИЦИОННЫХ ВЕБ-ПРИЛОЖЕНИЙ ............................................................... 432.1 Модели взаимодействия клиентов с сервером ГИС ................................................. 432.2 Традиционное веб-приложение ................................................................................. 562.2.1 Сетевой трафик традиционного веб-приложения .............................................. 582.2.2 Время загрузки страниц, количество запросов и время ожидания ответасервера традиционного веб-приложения......................................................................

592.2.3 Время использования канала связи традиционным веб-приложением ............. 612.3 Автономное отказоустойчивое веб-приложение ...................................................... 622.3.1 Сетевой трафик АВП ........................................................................................... 692.3.2 Время загрузки страниц, количество запросов и время ожидания ответасервера АВП .................................................................................................................. 702.3.3 Время использования канала связи АВП............................................................ 712.4 Сравнение традиционного веб-приложения и АВП ................................................. 722.4.1 Экономия трафика в АВП ...................................................................................

722.4.2 Уменьшение времени загрузки страниц, снижение количества запросов ксерверу и уменьшение времени ожидания ответа сервера АВП ................................. 732.4.3 Уменьшение времени использования канала связи в АВП ............................... 7432.5 Исследование моделей работы традиционного веб-приложения и АВП ................ 752.5.1 Уменьшение трафика, количества запросов к серверу и времени загрузкистраниц при загрузке подтверждений доставки введенных данных АВП .................. 782.5.2 Уменьшение трафика, количества запросов к серверу и времени загрузки призагрузке страниц АВП ................................................................................................... 81ГЛАВА 3. ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС АВП ...............................................................

913.1 Общая схема функционирования АВП ..................................................................... 923.1.1 Процедура отправки на сервер с локальным сохранением вводимых данных . 933.1.2 Процедура восстановления на сервер локально сохраненных данных ............. 953.1.3 Процедура обновления данных в локальном хранилище Application Cache..... 973.2 Программная реализация ......................................................................................... 1003.2.1 Архитектура разработанных программных модулей ....................................... 1013.2.2 Модули на стороне клиента ..............................................................................

1023.2.3 Модули на стороне сервера............................................................................... 1193.2.4 Модернизация традиционного веб-приложения до АВП ................................ 1213.3 Интеграция модулей АВП с платформой WackoWiki ............................................ 1223.4 Тестирование ............................................................................................................ 1253.5 Решение практических задач с помощью АВП ......................................................

1283.5.1 Использование АВП при работе с данными ДЗЗ в задачах мониторингалесного хозяйства ........................................................................................................ 1283.5.2 Использование АВП при работе с данными ДЗЗ при проведении геодезическихработ ............................................................................................................................ 134ЗАКЛЮЧЕНИЕ ....................................................................................................................

141СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .................................................................................................... 1434ВВЕДЕНИЕАктуальность темы исследованияВ«Концепцииразвитияроссийскойкосмическойсистемыдистанционногозондирования Земли на период до 2025 года» отдельно говорится (глава 7) о необходимостисозданиясовременногоназемногокомплексаприема,обработкиираспространениякосмических данных, получаемых от космических аппаратов дистанционного зондированияЗемли (ДЗЗ), как неотъемлемого компонента отечественной космической инфраструктуры.В настоящее время данный комплекс создается в виде Единой территориально-распределеннойинформационной системы ДЗЗ (ЕТРИС ДЗЗ). Задачей ЕТРИС ДЗЗ является объединениеразрозненных систем, обеспечивающих сбор, хранение, обработку и доступ к данным ДЗЗразных тематик, и обеспечение доступа широкого круга пользователей к этим данным,используя как ведомственные или иные линии связи, так и сеть Интернет посредством вебприложений.В настоящее время существующие системы мониторинга земной поверхности игеоинформационные системы (ГИС), использующие данные ДЗЗ, обеспечивают доступ к своимресурсам на основе традиционных веб-приложений, которые недостаточно учитываютспецифику веб-представления геопространственных данных.

В то же время эта спецификасогласуется с возможностями, предоставляемыми недавно принятым стандартом HTML5. Вэтой связи актуальным является исследование возможностей использования названнойспецифики для создания веб-приложений на базе стандарта HTML5, расширяющих применениегеоданных при решении социально-экономических задач за счет использования мобильныхклиентских устройств с минимизацией последствий разрыва соединений в процессе обменаинформацией между клиентом и сервером ГИС.Степень разработанности темы исследования. Согласно приведенному в работеаналитическому обзору, близкими к теме диссертации являются две группы известныхрезультатов, которые базируются на: 1) рекомендациях стандартов веб-представленийгеоданных Open Geospatial Consortium; 2) результатах в области современных веб-технологий.При этом первые из них никак не ориентированы на обеспечение отказоустойчивости ивозможности автономной работы, а вторые, в первую очередь, базирующиеся на рекомендацияхстандарта HTML5, хотя и имеют соответствующие универсальные механизмы, но никак неучитывают специфику веб-представления геоданных.Результаты, на получение которыхориентирована работа, а именно: обеспечение отказоустойчивого доступа к геоданным сразличных клиентских устройств с помощью веб-приложений с возможностью автономнойработы и резервированием вводимых пользователем данных – среди известных отсутствуют.5Целью работы является исследование возможностей использования технологийстандарта HTML5 для создания веб-приложений, обеспечивающих мониторинг земнойповерхности и работу пользователей с геоданными с различных клиентских устройств, включаямобильные, в условиях:а) сбоев соединения с сервером ГИС (отказоустойчивость);б) полного отсутствия соединения с сервером ГИС (автономность).Научная новизна работы состоит в том, что в ней проведено исследование, котороеучитывает специфику геоданных (объем, срок актуальности, пространственное разрешение,многослойность структуры) и использует хорошо согласующиеся с этой спецификойвозможности стандарта создания веб-приложений HTML5 (механизмы сохранения данных иманипулирования ими на клиентском устройстве средствами только веб-приложения).На основе результатов исследования предложено автономное отказоустойчивое вебприложение (АВП).

Его основная идея состоит в том, что в состав клиент-серверной системывводится программно-информационный комплекс, обладающий следующим свойством:информация, попавшая в него с клиентского устройства или с сервера, сохраняется до тех пор,пока она необходима.Для сохранения в АВП информации используются механизмы, предоставляемыестандартом HTML5. Управление локальным сохранением и актуализацией полученных ссервера данных на стороне клиента осуществляется на основе конфигурационного файлалокального хранилища, предусмотренного этим же стандартом и называемого манифестомкэша.Объектомисследованийявляетсясистемаобеспечениядоступакданнымдистанционного зондирования Земли с произвольных типов стационарных и мобильныхклиентских устройств посредством сети Интернет/Интранет.Областью исследований является разработка на базе стандарта HTML5 метода иоснованных на нем алгоритмов функционирования клиент-серверного компонента системымониторинга земной поверхности и обеспечения доступа к геопространственным данным.Основные задачи, решаемые в работе:1.анализ специфических особенностей геоданных, структуры веб-представленийгеоданных и их сопоставление с возможностями, предоставляемыми стандартом HTML5;2.