Основной целью проекта являлась разработка концептуальных основ, архитектуры и программного обеспечения системы поддержки коллективной работы над конкретными проектами научных коллективов, состоящих из специалистов, территориально удаленных друг от друга. Разрабатываемая инструментальная программная система «Виртуальная лаборатория» (ВЛ), действующая на основе Web-технологий, позволит организовать эффективное взаимодействие сотрудников виртуальной лаборатории через Интернет и обеспечить их основными научными сервисами.

В ходе выполнения проекта было разработано и реализовано программное обеспечение инвариантного ядра системы, включая средства создания больших хранилищ данных и организации Web-доступа к таким хранилищам.

Система имеет трехзвенную архитектуру: клиент-сервер Web-приложений – сервер СУБД MySQL и вычислительный сервер. При этом программное обеспечение на стороне клиента может быть автоматически подгружено через Интернет. Всю информацию, хранящуюся в системе, должны загружать и сопровождать по разработанной технологии сами пользователи-сотрудники виртуальной лаборатории. Это позволит поддерживать правильность и актуальность информации. Объем загружаемой информации определяется только потребностями коллектива виртуальной лаборатории.

На данный момент инвариантное ядро информационной системы «ВЛ» состоит из следующих основных подсистем.

1. Расчетный центр. Обеспечивает работу экспериментально-расчетного центра, который позволит работать с наборами моделей различного типа (включая имитационные), решать на этих моделях конкретные задачи, используя базу программных компонентов. Основным модулем данной подсистемы является модуль планирования цепочки эксперимента.

2. Хранилище научных документов. Обеспечивает работу хранилища научных материалов различного типа с развитой системой поиска нужного материала и системой оценки научной значимости материала (существующие библиографические стандарты не полностью удовлетворяют требованиям, предъявляемыми научными коллективами к форме описания материалов исследований).

3. Конференц-зал. Обеспечивает работу зала виртуальных конференций, оснащенного развитыми средствами для обмена научной информацией различного вида (специальные тексты, графические объекты, видео- и аудио- материалы и т.п.) в режиме реального времени; организацию удаленных консультаций с ведением соответствующего архива (аналог общепринятого понятия «форум», но с использованием «научной клавиатуры»).

4. Дискуссии. Аналог общепринятого понятия «чат», но с использованием «научной клавиатуры».

Список научных сервисов может расширяться.

В настоящее время в рамках системы «Виртуальная лаборатория» реализованы следующие основные подсистемы.

Хранилище. Под научными материалами будем понимать профессиональный опыт, накопленный сотрудниками лаборатории. Главное требование к системе со стороны пользователя – удобный поиск. Поэтому для каждого Хранилища пользователем может быть сформирована древовидная структура тематик и ресурсов, связанных с этим Хранилищем. Научные материалы могут представлять собой тексты программ, html-страницы, графические изображения, видеоматериалы, текстовые документы, набранные в редакторах под различными платформами, а также документы, включающие в себя, например, химические, математические формулы и т.д. Файлы с соответствующими данными можно разбить на две группы:

1. файлы, которые могут быть отображены браузером под любой платформой;
2. файлы, которые пользователь должен сначала скачать на свой локальный компьютер, и только после этого работать с ними, воспользовавшись прилагаемым к файлам инструкциям.

Общая схема реализации Хранилища выглядит следующим образом. Имеется набор тематик, которые связаны между собой, образуя некую древовидную структуру, представляемую в виде каталога. Для конечного пользователя имеются средства редактирования структуры каталога и средства отображения каталога через Web-интерфейс.

Описание каждого ресурса содержит: название; сведения об авторе описания (как правило, это один из сотрудников виртуальной лаборатории); текстовое описание; список файлов, связанных с этим ресурсом. Каждый из этих файлов также имеет текстовое описание и название.

Поскольку ресурсы могут включать в себя текстовые файлы, то в качестве дополнительной возможности системы организовано полнотекстовое индексирование текстовых и html-файлов с возможностью поиска этих файлов по их содержимому, а не по ресурсу, их включающему.

Расчетный центр. В каждой предметной области накоплен богатый набор разнородных программных продуктов для решения определенных стандартных задач данной области. При проведении вычислительного эксперимента, соответствующего решению некоторой содержательной задачи, необходимо иметь возможность объединять такие программные продукты в различных комбинациях, затрачивая минимум усилий.

Описание каждого модуля содержит следующую информацию:

1. операционная система, для которой построен exe-код;
2. входные и выходные данные; методы получения и выдачи данных;
3. среда выполнения;
4. язык программирования.

Основная проблема – выполнение разнородных (как по способу представления данных, так и по среде выполнения) модулей в одной общей среде. Возможные варианты решения:

1. «Переработка» всех модулей для работы в «родной среде».
2. «Ручная» (не автоматическая) подготовка данных для ввода в следующий модуль.
3. Частичная переработка модулей для возможности работы с едиными стандартами данных.

При реализации данной подсистемы выбран вариант 3. Для упрощения переработки модулей, написанных под различные операционные системы, выделяются несколько серверов, каждый под свою ОС, и на каждом из них выполняются модули, соответствующие его ОС.

Обмен данными между модулями организован через специальную базу данных. Управление данными обеспечивает СУБД MySQL, имеющая средства отслеживания совместного доступа к одним и тем же данным, а также интерфейс доступа для всех широко распространенных ОС.

Цепочка эксперимента состоит из объектов и связей между ними. Под объектом понимается конкретный экземпляр стандартной программы, имеющий следующие свойства:

1. операционная система;
2. входные данные и их типы;
3. выходные данные и их типы;
4. статус выполнения (не выполнялся, готов к выполнению, выполняется, выполнен успешно, ошибка);
5. приоритет (объект не должен выполняться, если существуют невыполненные объекты с большим приоритетом; это необходимо, в первую очередь, для предотвращения преждевременного выполнения объектов).

Для описания цепочки эксперимента разработан Web-интерфейс, аналогичный RAD-средам.

В дальнейшем планируется разработать импорт/экспорт цепочки эксперимента в системы имитационного моделирования.

Реализация расчетного центра потребовала разработки отдельных модулей-демонов, каждый из которых описан под «свою» ОС и работает на «своем» сервере.

Конференц-зал. Дискуссии. Основная проблема, которая решалась при реализации научного чата и форума – отображение и хранение специализированных текстов. Необходимо было найти способ хранения данных, удовлетворяющий следующим требованиям: малый размер; простота и удобство редактирования; простота реализации поиска в тексте. После анализа хранения специализированных текстов, сравнения достоинств и недостатков была реализована следующая схема:

1. Пользователь набирает, пользуясь «научной клавиатурой», текст в ActiveX-компоненте. В итоге получается текст в rtf-формате.
2. При посылке текста серверу из чата или форума в rtf-формате сервер конвертирует текст в html-формат; при этом формулы представляются в виде графических изображений. В БД прописывается rtf-вариант, html-вариант текста; графические изображения хранятся на сервере в виде отдельных файлов (происходит дублирование информации в обоих форматах).
3. В форуме при цитировании ранее упомянутого текста, содержащего спецтекст, в ActiveX-компонент загружается цитируемый текст в rtf-формате и выполняется пункт 1.
4. Кроме того, в форуме имеется возможность сохранить набранный текст в rtf-формате.

Конкретное наполнение виртуальной лаборатории было осуществлено в ходе выполнения дипломных работ «Математическое моделирование задач теплопереноса» и «Логико-математические методы решения прикладных задач».

обсудить на форуме написать автору

Сервер поддерживается фирмой НПП "БИТ про" и Московским центром Федерации Интернет Образования