Nástroj pro práci s NDL

Transkript

1 Univerzita Karlova v Praze Matematicko-fyzikální fakulta DIPLOMOVÁ PRÁCE Bc. Elena Myazina Nástroj pro práci s NDL Katedra softwaroveho inženyrstvi Vedouci diplomove prace: Doc. Ing. Karel Richta, CSc. Studijni program: Informatika Studijní obor: Softwarové systémy Praha 2013

2 1

3 Podekování Mé poděkování patří vedoucímu diplomové práce, Doc.Ing. Karlu Richtovi, CSc. za odborné vedení, trpělivost a ochotu. Děkuji za pomoc při gramatické kontrole práce.

4 Prohlašuji, že jsem svou diplomovou práci napsala samostatně a výhradně s použitím citovaných proměnných. Souhlasím se zapůjčováním práce. Beru na vědomí, že se na moji práci vztahují práva a povinnosti vyplývající ze zákona č. 121/2000 Sb., autorského zákona v platném znění, zejména skutečnost, že Univerzita Karlova v Praze má právo na uzavření licenční smlouvy o užití této práce jako školního díla podle 60 odst. 1 autorského zákona. V Praze dne

5 Nazev prace: Autor: Katedra (ustav): Vedouci diplomove prace: vedouciho: Nástroj pro práci s NDL Elena Myazina Katedra softwaroveho inženýrství Doc. Ing. Karel Richta, CSc. richta@ksi.ms.mff.cuni.cz Abstrakt: Aktuální výzkumy sítě umožňují koncovým uživatelům vytvářet vlastní aplikacespecifické spojení (lightpaths) a optické privátní sítě (OPNs). To vyžaduje jasnou komunikaci mezi žádající aplikací a sítí. Síť Description Language (NDL) je slovník určen pro popis optických sítí založených na Resource Description Framework (RDF). Tato práce se zaobírá analýzou současného návrhu jazyka NDL a Optické komponenty systémy. Porovnává jeho možnosti a hledá nedostatky návrhu. Zároveň navrhuje grafickou reprezentaci odpovídající danému jazyku, který implementuje do grafického nástroje. Vytvořený nástroj následně umožní návrh dialogových (hlasových) aplikací. Klíčová slova: NDL, RDF, mapování, optická technologie. Title: Author: Department: Supervisor: Supervisor's address: Tool for NDL Elena Myazina Department of Software Engineering Doc. Ing. Karel Richta, CSc. Supervisor's richta@ksi.ms.mff.cuni.cz Abstrakt: Current research networks allow end users to build their own application-specific connections (lightpaths) and Optical Private Networks (OPNs). This requires a clear communication between the requesting application and the network. The Network Description Language (NDL) is a vocabulary designed to describe optical networks based on the Resource Description Framework (RDF). These descriptions aid applications in querying the capabilities of the network and allow them to clearly express requests to the network. This work deals with the analysis of the current draft language NDL systems and optical components. He compares its potential and shortcomings of the proposal seeks. It also proposes a graphical representation corresponding to that language, which implements the graphical tool. The developed tool will allow the subsequent dialogs (voice) applications. Key words: NDL, RDF, optical mapping technology. 2

6 Obsah 1. Úvod Cíl práce Rozsah práce Použité a související technologie Optické sítě Historie Asynchronní Synchronní (SONET) Povolení technologie Network Management Hybridní sítě Problém prohlášení PRÁCE NDL Jazyk popisu sítě Nástroje a ukázky Koncepce Multi-vrstva NDL XML Syntaxe XML Atributy XML deklarace Další prvky XML dokumentů Příklad XML XML schéma XML Namespaces Příklad XSD dokumentu RDF Terminologický slovník RDF Schéma RDF Příklad použití RDF Specifikace požadavků a rozbor problematiky Vizualizace NDL Vícevrstvé rozhraní Graf generace sítě Příklad popisu NDL Použití společných technologií Inverzní multiplexování Příklad Simple Network Netherlight

7 3.8 Využití NDL Analýza možných implementací Graph drawing Přehled Metrice Mapping Toolbox Boston turné s Map Viewerem Navigační stopy Forma Stanovení Pozice Zobrazení plavební dráhy Systém interaktivního vyhledávání světových měst GPS Výpočet pozice Algoritmus GLONASS Implementace Použité nastroje Algoritmus hledání cesty Floydův-Warshallův algoritmus A* algoritmus Dijkstrův algoritmus Příklad (experiment) - hledání cesty v konkrétním grafu Realizace programu Vyhodnocení splnění cílů, otevřené problémy Optická technologie u rychlosti světla Bezpečnost a spolehlivost Vlákno budoucnosti Závěr Odkazy A Dijkstruv algoritmus A.1 Diagram Dijkstruv algoritmus A. 2 Dijkstruv algoritmus B Obsah CD-ROM C1 Přiklad C2 Priklad

8 Seznam obrázků Obrázek 1: Optické sítě Obrázek 2. Rozvoj sítě Obrázek 3. Topologické schéma Obrázek 4: Schéma RDF Obrázek 5: Možnosti Obrázek 6: Doménové schéma Obrázek 7: Fyzikální schéma Obrázek 8: Spolupráce s CIM Obrázek 9: Použité technologie GraphViz Obrázek 10: GraphViz Obrázek 11: GraphViz dot v praxi Obrázek 12: Logické rozhraní Obrázek 13: Příklad ethernetového rozhraní v přepínači SONET Obrázek 14: Příklad číselného popisu sítě Obrázek 15: Příklad sítě Netherlight Obrázek 16: Příklad Screenshotu Obrázek 17: Graph drawing, práce s mapami Obrázek 18 :Mapa Bostonu Obrázek 19: Mapa Bostonu Obrázek 20: Cesta grafu Obrázek 21: Plánování nejkratší cesty Obrázek 22: Plánování nejkratší cesty Obrázek 23: Zobrazení plavební dráhy Obrázek 24: Mapa světa Obrázek 25: Města světa Obrázek 26: Atlanta Obrázek 27: Příklad mapy trasy. GPS Obrázek 28 Hledáni cesty pomocí GPS Obrázek 29: GLONASS. Schéma světa Obrázek 30: MOSKVA. Foto z družice

9 Kapitola 1 Úvod V posledních letech návrhu výzkumných sítí byly pohybující se na hybridní model [1], [2], [3]. Optické hybridní sítě se skládají z části IP směrování a přepínání okruhů optické části ( lehké cesty ). Na těchto hybridních sítích konec-uživatel může nastavit ( lehké cesty prostřednictvím sítě na vyžádání. Lehké cesty lze použít k rychlému přesunu velkého množství dat, nebo získat garantovanou fixní kvalitu služeb týkající se šířky pásma, zpoždění, nebo chvění. S těmito Lehké cesty uživatelé mohou dynamicky Optické stavět privátní sítě (OPNs) a optimální OPN topologie je možné nastavit pro každou konkrétní aplikaci. V současné době je většina lehkých cest konfigurováno manuálně, což je proces, který může trvat dny nebo týdny. Pokud jdou světelné dráhy přes více domén, může proces trvat i déle. Dotování světelná délka připojení vyžaduje jasnou komunikace mezi všemi zúčastněnými stranami. Aplikace, které vyžadují tyto druhy služeb zahrnují experimenty v novém urychlovači částic v CERNu, LHC [4], který bude produkovat několik PB fyziky údaje za rok. Tato data se rozloží do několika výzkumných ústavů po celém světě. Dalším příkladem je VLBI Společenství [5], kde jsou experimenty prováděny pomocí několika radio-teleskopů paralelně. Údaje z těchto dalekohledů je zaslány korelátor stanice, kde jsou data v reálném čase spolu. Toto účinně vytváří velké interferometr, který může být použit ke studiu rádia objektů na obloze. Konzistentní zpoždění, jiter je velmi důležité, v tomto případě. Navrhujeme Popis sítě jazyk (NDL), ontologie založená na Resource Description Framework (RDF). NDL je primárně určena pro použití v rámci optických sítí k popisu topologie ve formátu počítače. NDL stanoví společný sémantický na aplikace, sítě a služby tak, aby komunikace mezi nimi byla jednoznačná. To může být použito k vytvoření inter-domain síťových grafů v různých abstraktních úrovních, poskytovat informační servis model pro zjišťování, a usnadnit poskytování světelné dráhy. Jednou z výhod používání NDL přes jiné sítě datových modelů, je, že můžeme využít již zavedené sémantické web nástroje při použití ontologie speciálně pro optické oblasti. To dělá aplikace a nasazení NDL jednoduché. 1.1 Cíl práce Cílem této diplomové práce je vytvoření nástroje pro práci s optickými sítěmi, nástroje spadajícího do kategorie modelovacích nástrojů. Tento nástroj bude poskytovat grafické prostředí pro návrh. Tyto nástroje poskytují grafické prostředí sítě. Základem je vytvoření vizualizace algoritmu graf a jeho aplikace v kategorii grafických nástrojů NLD. Především globální mapy a navigační systém. 6

10 Hlavní myšlenkou této práce je ukázat, jak je pomocí nástrojů pro vylíčení optických sítí možné graficky zobrazit síť, a používaje výsledky pracovat v oblasti navigace, sledování a zjišťování požadovaných zařízení objektů. 1.2 Rozsah práce Tato práce je logicky a tematicky rozdělena do následujících kapitol: V první kapitole je popsaný úvod do problematiky a seznámení se s cílem a smyslem práce. Druhá kapitola je věnována optickým sítím, jejich historii, výkonu a použitím technologie. Jen dát definici NLD a popisuje jeho nástroje. Ve třetí kapitole napsány způsoby vizualizace sítě. Definice vyhledávací algoritmus. Analýza existujících a možných implementací. Čtvrtá a pátá kapitola jsou věnovány na provádění detailů, přinesl zajímavé technologie a postupy. Šesté (poslední) kapitola obsahuje zhodnocení navrhovaného řešení, nastínění budoucích události nebo možná zlepšení. Současné využití NDL, výsledky a plány do budoucna jsou popsány v oddílu 7. Závěr je uveden v části 8. 7

11 Kapitola 2 Použité a související technologie Tato kapitola se věnuje jazykům pro popis sítě a možnosti nahrávat a vybírat přístup z historického hlediska. Zahrnuje různé technologie využívající reprezentaci optických sítí (RDF, XML, NDL). Vzhledem k tomu, že tato práce souvisí především s jazykem NDL, který poslouží jako základ pro specifikaci požadavků a možnosti této práce, věnuje se tato kapitola právě jemu. 2.1 Optické sítě Historie V 80. letech začala revoluce v telekomunikačních sítích zapříčiněná použitím relativně nenápadné technologie: optického kabelu. Od té doby došlo ke zvýšení kvality sítě a obrovským úsporám nákladů, a to vedlo k mnoha pokrokům v technologiích potřebných pro optické sítě, výhodám, které se teprve začínají realizovat. Propojení světa se pomalu blíží k bodu, kdy je směrování dražší než doprava paketů. Zároveň však svět vědy může těžit z vysoké přepravní kapacity mezi velmi omezeným množstvím destinací. Tento vysoký objem síťového provozu nepotřebuje drahé služby LAYER 3, ale může být dokonale odbavován LAYER 2 a 1 technologiemi. Na několika málo místech na světě se používá prototyp optické výměny zařízení za účelem vybudovat a naučit se poskytovat tyto nové aplikace orientované na služby. Nejvýrazněji se tento výzkum provádí na Starlight, Canarie a NetherLight. Telekomunikační sítě se vyvinuly v průběhu stoleté historie technického pokroku a sociálních změn. Sítě, které poskytovaly základní telefonní služby prostřednictvím přátelského místního operátora, nyní přenáší ekvivalent tisíců encyklopedií za sekundu. Díky tomuto rozvoji se má digitální síť vyvinout do tří základních fází: asynchronní, synchronní, a optické Asynchronní První digitální sítě byly asynchronní sítě. V asynchronních sítích vnitřní zdroj hodin každého síťového prvku překračoval jeho vysílaný signál. Vzhledem k tomu, že každé hodiny měly určité množství variací, přicházející a vysílací signály mohly mít velké rozdíly v načasování, které často vyúsťovaly v bitové chyby. 8

12 Důležitější je však skutečnost, že i přes zvětšení rozmístění optických vláken, neexistovaly žádné nařizovací standardy formátování optického signálu síťovými prvky. Objevilo se nesčetné množství patentovaných metodik, které ztížily podmínky poskytovatelům sítí propojením zařízení od různých výrobců Synchronní (SONET) Potřeba optických standardů vedla k vytvoření synchronní optické sítě (SONET). SONET zahrnuje standardizované line kurzy, kódovací schémata, bit-rate hierarchii, provoz, údržbu a funkčnost. SONET také definoval typy síťových prvků, síťovou architekturu, kterou by mohli prodejci realizovat, a funkce, které každý uzel musí provést. Síť by mohli nyní používat různí dodavatelé optických přístrojů a zařízení s jistotou alespoň základní kompatibility. Jeden aspekt sítě SONET, který jí umožnil přežít v době obrovské změny v potřebách kapacity sítě je její škálovatelnost. Na základě růstového plánu pro vyšší přenosové rychlosti teoreticky neexistuje žádný horní limit pro přenosové rychlosti SONET. Nicméně, vzhledem k tomu, že se využívá vyšších přenosových rychlostí, fyzická omezení v laserových zdrojích a optickém vláknu začne představovat pro nekonečně stoupající rychlost přenosu na každém signálu nepraktické řešení. Připojení k sítím prostřednictvím prstenů mělo rovněž zvýšené požadavky. Zákazníci požadují více služeb a možností pro větší množství a různé typy dat. Pro zajištění plné endto-end connectivity byl vyvinut nový model, který musí splňovat vysoké nároky na kapacitu a různorodost dat. Optické sítě poskytují požadovanou šířku pásma a pružnost pro endto-end služby vlnové délky. V optických sítích se začala využívat vlnová délka multiplexing (WDM) na dodatečné kapacity na místě stávajících vláken. Stejně jako v případě SONETu, definované síťové prvky a architektura poskytnou základ pro optické sítě. Na rozdíl od SONET však místo definované bit-rate a rámové konstrukce jako základního stavebního bloku, optické sítě budou založeny na vlnových délkách. Součásti optických sítí budou definovány podle způsobu, jakým jsou vlnové délky přenášeny, upravovány, nebo prováděny v síti. Na základě informací o síti pro vrstvený přístup, optické sítě vyžadují přidání "optické vrstvy." Síťové funkce jsou definovány na základě rozdělení sítě do několika fyzických nebo virtuálních vrstev. První vrstva, vrstva služeb, je místo, kde služby, například datový provoz, vstupuje do telekomunikační sítě. Další vrstvu, SONET, poskytuje restaurování, monitorování výkonu a opravných položek, který je transparentní k první vrstvě. Třetí vrstvou je optická vrstva. Normalizační orgány stále definují optickou vrstvu, která nakonec poskytuje stejnou funkčnost jako vrstva SONET během provozu ve zcela optické oblasti. Optická síť má také další požadavek na plnění různých druhů vysoce bitrate nesonetových optických signálů, které zcela obejdou vrstvu SONET. Stejně jako je vrstva SONET transparentní k službám vrstvy, optická vrstva bude v ideálním případě transparentní k vrstvě SONET poskytující restaurování, monitorování výkonu a jednotlivé vlnové délky místo elektrických signálů SONET. 9

13 Obrázek 1: Optické sítě Nether Light, který se nachází v SURFnet bodě přítomnosti (SARA, Amsterdam Science Park ), je moderní optická infrastruktura a prokázání důvodu pro síťové služby je optimalizované pro výkon aplikací. NetherLight, který je v provozu od léta 2001, je v současné době více GigE SONET a spínací zařízení, má výkonný přístup k sítím a představuje čistou lambdu spínacího zařízení pro vlnové délky obvodů optických technologií a jejich kontroly letadla. NetherLight mezinárodní konektivita zahrnuje vyhrazenou lambdu v New Yorku, Starlight zařízení v Chicagu, CERN ve Švýcarsku, UKLight v Londýně a CzechLight v Praze. V Nizozemsku se SURFnet připojuje k ASTRON v Dwingeloo to NetherLight formou 32-vlnové délky DWDM dopravní sítě. Počítačové cluster zařízení v Science Park Amsterodamu jsou spojeny s NetherLight zařízením s 10 GigE od února V NetherLight Starlight zařízení jsou používána výzkumníky z University of Amsterdam ve spolupráci s dalšími partnery, jako je University of Illinois v Chicagu, North western University a University of California v San Diegu, za účelem prošetření nových koncepcí optického pásma, poskytování a získávání zkušeností v oblasti této nové techniky. Zvláště výzkumníci zkoumají různé scénáře, jak může být lambda použita v poskytování přizpůsobených sítí výkonu pro náročné aplikace mřížky. Důležité otázky jsou: jak se dostat do styku s lambdou, jak se mapa zatížení sítě promítá na mapě lambdy, jak se vypořádat s lambdou na základě prozkoumání bodů, jak vyřešit otázku dotací, když se účastní více správních oblastí, a jak získat dotace aplikace gridové lambdy jemného zrna v téměř reálném čase. Kromě toho se náš výzkum zaměřuje na rozvoj a podporu autorizace, autentizace a účetnictví (AAA), služeb, které lze i přes určité organizační překážky, uplatnit na celou řadu internetových služeb. AAA transakce umožňují mnoha zúčastněným stranám zároveň poskytovat aplikace nezávislé na relacích mechanismů řízení, disponují silnými bezpečnostními mechanismy laděnými podle místní politiky a škálovatelnými pro globální internetovou síť. Tato aktivita se vyvinula díky týmu z IETF pracovní skupiny AAA a je převedena do Global Grid Forum. NetherLight je založena a financována SURFnet, nizozemskou organizací Výzkumná síť Povolení technologie Základním kamenem optické sítě jsou moderní optické technologie, které vykonávají veškeré nezbytné optické funkce. Optické technologie i nadále patří k předním geniálním technikám a využívají se ke zlepšení výkonnosti a schopností optické sítě. 10

14 Obrázek 2. Rozvoj sítě Network Management Klíčové funkční bloky pro přepravu systémů WDM Jedna z nejdůležitějších a nejobtížnějších otázek spojených s optickou sítí je její správa, a to z několika důvodů: restaurování, výkonu a vlnové délky služby. Přestože správa sítě z optických sítí je téma příliš obsáhlé, některé důležité otázky jsou stručně popsány v tomto modulu. Za prvé, optické sítě se vyvíjejí a jsou prováděny za stávající architektury SONET, která poskytuje vlastní obnovu a ochranu. Bez vysoce inteligentní sítě systému řízení je velmi obtížné zajistit, aby obnova systémů mezi elektrickými a optickými vrstvami byla bez konfliktu. Kromě zprostředkování mezi optickou a SONET vrstvou, musí být síťový systém řízení schopen zabránit možným konfliktům nebo alespoň poskytovateli služeb umožnit zjištění problémů. Kromě správy celkové síťové architektury, musí být systémy pro správu sítě schopny sledovat signální výkon pro každou vlnovou délku. S přidáním optického zvýšení/poklesu multiplexorů a optických přepojení, end-to-end výkon vlnových délek se stává obtížnějším. Správci optické sítě musí pomáhat poskytovatelům řešit problémy v síti izolací problematických vlnových délek a možného umístění degradace. Jakmile se počet vlnových délek na každé vlákno blíži čtyřiceti nebo více, je důležité mít inteligentní způsob jejich kontroly. Zřejmě nejdůležitější pro poskytovatele služeb je schopnost řídit a rychle poskytovat nové služby zákazníkům. Jak již bylo uvedeno výše, poskytování end-to-end služby, může být obtížné, zejména pokud snižuje kapacitu sítě. Inteligentní síťový systém řízení může pomoci poskytovatelům vytvářet a monitorovat nové end-to-end služby vlnové délky a maximalizovat své příjmy šířky pásma. 2.2 Hybridní sítě Hybridní sítě jsou sítě nabízející jak tradiční směrovaný IP přístup k internetu, tak i přecházení na bod připojení přepojováním okruhů. Tyto spoje jsou obvykle 11

15 označovány jako lehké cesty. Jsou založeny na vrstvě OSI 1 nebo 2 vrstvy. Tato technologie zvyšuje kvalitu služeb. V posledních letech národního výzkumu a vzdělávání sítě (NREN) se aktivně sleduje vize hybridních sítí tím, že získávají vlastní optické sítě. V praxi se tak přeprava hradí poskytovateli místo nákupu těchto služeb od dopravců. Kromě ekonomické výhody to umožňuje NREN poskytující výzkumným pracovníkům s lehkými cestami na vyžádání hybridní sítě. Vzhledem k tomu, že NREN má vlastní vlákno, je kapacita sítě určena hardwarem připojeným k vláknům. Zpravidla se používá husté vlnové multiplex (DWDM) [6] zařízení umožňující propouštění paralelních vlnových délek přes stejné vlákno. V současné době je možné pojmout téměř 100 různých vlnových délek, z nichž každá má kapacitu 10 Gigabit za sekundu. S využitím Time Division Multiplexing (TDM, SONET) [7], každé z těchto propojení s kapacitou 10 Gb / s může být sníženo na menší kapacitu linky. Světelná délka může být kompletní (10 Gb / s), nebo částečná s využitím TDM. Obě technologie nabízejí zákazníkům speciální datový kanál se stanovenou kapacitou, zpátečním časem a jitrem. Následující dva oddíly popisují příklady sítí poskytujících lehké cesty, SURFnet6 a GLIF. SURFnet6 je jedna doména sítě, zatímco GLIF je provoz několika sítí na základě mezidoménové světelné délky řízení a poskytování. Aktivně spolupracujeme s oběma organizacemi a provádíme experimenty s NDL v následujících sítích. Surfnet SURFnet6 [8] je nová síť NREN nizozemské Surfnet. Skládá se z 6000 km temné sítě optických vláken. Hybridní síť využívá Nortel DWDM a TDM zařízení a směrovače. TDM zařízení se skládají z OME6500 zařízení Nortel připojených prostřednictvím sítě DMWM s kapacitou 10 Gb / s k jiným OME6500 zařízením. Zákazníci, tj. univerzity, vysoké školy a výzkumné ústavy zpravidla využívají připojení s kapacitou 1 nebo 10 Gigabit za sekundu. Tyto TDM okruhy jsou tvořeny opravnými položkami v síti OME6500 a mohou být využity k lehkým cestám směrování IP služeb. GLIF GLIF, Global Lambda Integrated Facility [9], je mezinárodní virtuální organizace výzkumných sítí, výzkumných sdružení a institucí, jejichž cílem je vybudování celosvětové sítě zařízení pro vědecký výzkum. GLIF sestává ze sbírky optické výměny bodů, GOLEs (otevřená světelná délka výměny GLIF) a vazby mezi nimi. Globální síť je tvořena pomocí světelné dráhy připojení k další GOLEs. Globální síť se v současné době skládá z více než dvanácti GOLEs v Severní Americe, Evropě, východní Asii, a Austrálii, a to jak napříč, tak i mezi kontinenty.díky tomuto zařízení vědci mohou kompletně uplatnit své aplikace. Výhodou je přizpůsobivost infrastruktury od začátku do konce cesty. Vezmeme-li v úvahu to, že koncepce výpočetní sítě dynamicky vycházejí vstříc potřebám a dostupnosti, pak GLIF je v podstatě lambda sítě. K lehkým cestám lambda sítě jsou podle potřeby přiřazeny na dobu potřebnou k provádění výpočetních úkolů a inženýrství v souvislostí s dostupností základních síťových zdrojů. 12

16 2.3 Problém prohlášení S cílem začlenit dynamické světelné dráhy zprovoznění s pracovní tokem management middleware používaná v nových vědeckých projektech on-line, je pro podporu automatického zjišťování závazná topologie a cesta hledání pro tato připojení přes vícero administrativních domén. Z tohoto důvodu musí umět různými doménami vyměňovat potřebné informace vyjádřené ve spojitých formátech a umožnit tak porozumění komplexnosti vyplývající z jednotlivé světelné délky. V současné době, kdy vědec potřebuje mít světelnou dráhu v rámci jedné NREN ( intra-domény ), mu kontaktní osoba bude moci poslat nebo telefon na NREN. Během rozhovoru se NREN-kontakt pokusí vědci přeložit potřebné parametry pro připojení, např. konecbody, šířku pásma, zpoždění, jiter, apod. Požadavek je dále předán inženýrům, kteří zajistí spojení. Tento proces obvykle trvá několik dní až několik týdnů. Pokud však vědec vyžaduje připojení pokrývající více domén, např. přes oceán nebo přes kontinenty, jedná se o více stran, které musí být kontaktovány. Vědec v tomto případě buď musí postupovat samostatně anebo požádat o pomoc NREN. Dotační proces se však tím komplikuje: 1) Na základě externích referencí a zkušeností, kontakt určuje, přes které domény by mohla jít cesta. 2) Pro každou ze zapojených oblastí je nutné se informovat: ohledně možnosti cesty přes domény, zda segment souhlasí s požadavky, ohledně rezervy segmentu. 3) V případě jakýchkoliv problémů se vraťte ke kroku č. 1. 4) Nastavení konce hostitele a zahájení řešení problémů připojení. Všimněte si, že cesta určení není zdaleka triviální. Objevuje se zde řada parametrů zapojených při konfiguraci inter-domain lehké cesty. Tato nastavení musí být správně nakonfigurována na obou stranách spojení, které o tom musí být informovány. Viz [10] pro diskusi o Parametrech souvisejících s požadavkem světelné dráhy. V současné době proces získávání (pracovní) světelné dráhy pro více domén často trvá několik týdnů, vyžaduje mnoho ů a telefonátů a rozsáhlé testování. Z toho vyplývá, že celý proces je třeba zlepšit a zautomatizovat k zajištění stupnice pro mnoho oblastí. V GLIF si několik stran uvědomilo, že k zajištění světelných dráh v tomto měřítku, musí být proces poskytování (částečně) automatický. V současné době existuje několik aplikací, které jsou k tomu dotovány a zprostředkovány, a to UCLP, DRAGON a DRAC, UCLP. Uživatelem ovládané lehké cesty [11], je jednou z prvních aplikací umožňujícíh uživatelům neomezeně konfigurovat lehké cesty. Jedná se o projekt financovaný kanadským výzkumem sítě Canarie,. V současné době jsou prováděcí verze 2, která uživatelům umožňuje zažádat o lehkou cestu pomocí webové služby. DRAGON, dynamické přidělení prostředků prostřednictvím optické sítě GMPLS [12], je rámec, který může poskytovat připojení na heterogenních sítích. Poskytuje spojení pomocí GMPLS, a to i pro síťování zařízení, která nepodporují. Třetí rámec je DRAC, dynamické přidělení prostředků regulátoru Nortel. Umožňuje to aplikacím zažádat o připojení prostřednictvím sítě. Očekává se, že bude brzy připraven pro nasazení a testování na SURFnet6. Žádosti, jak je uvedeno výše, jsou stále ve fázi vývoje, ačkoliv důkazy tohoto pojetí již existují. V současné době 13

17 jsou zaměřeny na poskytování síťových funkcí pro jednu doménu, a pro více domén s použitím stejných aplikací. V současné době nelze tyto aplikace v poskytování připojení přímo propojit. V rámci GLIF cílem by bylo nechat všechny tyto aplikace spolupracovat a podpořit tak zprostředkování inter domény a opravných položek. Z toho vyplývá důležitost jasné komunikace mezi aplikacemi. Klíčovým požadavkem je stejné porozumění všech zúčastněných aplikací GILF síťovým zdrojům a topologii sítě. Pokud je světelná délka dotována od začátku do konce, způsobuje to problémy s připojením. Řešení problémů je procesem velmi obtížným [13], a to z důvodu úzké vrstvy sítí, což znamená, že standardní nástroje jako je trasování cesty nebo ping nelze použít k odstranění problému. Každá doména musí kontrolovat svou část světelné dráhy a tento proces je dále omezován (často velkými) rozdíly mezi časovými zónami. Při odstraňování světelné délky je potřeba vědět podrobnosti o trase světelné délky, které prvky sítě jsou aktivní, jaké je rozhraní, jaké jsou časové drážky nebo vlnové délky. 2.4 PRÁCE V této části budeme diskutovat o souvisejících pracích popisujících sítě. Jeden z prvních standardů pro popis informací, pokud jde o síť SMI, která je součástí SNMP [14], je jednoduchý Network Management Protocol1. Umožňuje jednoduché vyhledávání a aktualizaci diagnostiky, výkonu a konfigurace informací pomocí MIB, Management Information Base. MIB je strom dvojic jménovitých hodnot obsahující standardní dodavatele i dodavatele ze specifických oborů. Zatímco většinu informací je možné uložit ve standardním oboru, prodejci často používají svůj vlastní prostor. Model poskytovaný SNMP je zaměřen na samotné zařízení a neobsahuje téměř žádné informace o zbytku sítě. Komplexnější informace o modelu CIM [15], společné informace o modelu vyvinutém DMTF, jsou distribuované pomocí Management Task Force. CIM je objektově orientovaný model definovány pomocí unifikovaného modelového jazyka (Unified Modeling Language). Model může zachytit informace týkající se počítačových systémů, operačních systémů, sítí a dalších diagnostických údajů. Je to realizováno především ve spotřebitelsky orientovaném výpočetním zařízení a operačních systémech, jako jsou Windows a Solária. Data Center Markup Language (DCML) [16] je informační model, který používá RDF a OWL k popisu dat středisek, včetně výpočetní techniky, sítí a dalšího hardwaru. DCML je stále ve vývoji a zatím nebyl zveřejněn, ale podle všeho má za cíl stejnou úroveň složitosti jako model CIM. Podle aktuálních informací modely pro sítě a síťová zařízení jsou zaměřena na diagnostické informace a název 'Simple Network Management Protocol' pro tuto normu je klamný. Název celé architektury definuje protokol a informační model a poskytuje. informace o samotném zařízení. Naše práce s NDL se na druhou stranu snaží poskytnout jednoduché schéma, které lze použít pro přehled o síti a vztazích mezi jednotlivými zařízeními. Tento druh popisu mohou využívat aplikace, které potřebují pouze mít přehled o síti a ne všechny diagnostické informace. Přesně to potřebuje světelná délka při poskytování aplikací umožňujích konečným uživatelům konfigurovat vysokorychlostní připojení. 14

18 2.5 NDL Jazyk popisu sítě Co je NDL? Počítačové sítě jsou důležitou součástí našeho každodenního života. Umožňují nám zobrazit stránku, kterou si právě prohlížíme. Tyto sítě jsou stále složitější a také rychlejší. Jazyk pro popis sítě (NDL) přispívá ke zjednodušení problémů v počítačových sítích. Cílem je umožnit aplikacím NDL lépe pochopit tuto síť a snadněji ji přizpůsobit vlastním potřebám. Jazyk popisu sítě představuje způsob, jak popsat počítačové sítě věrohodným způsobem. Pomocí popisu rámcového (RDF) jsme vytvořili ontologii pro počítačové sítě. S touto ontologií lze vytvořit jednoduchý a jasný popis sítě. I přesto, že to může znít komplikovaně, vytvořili jsme jednoduchý generátor, který vám umožní uskutečnit popis během několika minut. Potřeba sdílení společného slovníku popisujícího síť je zvláště důležitá v optických sítích, konkrétně v usnadnění multidoménového dotování lehké cesty. V současné době se spolupracuje i s dalšími výzkumnými pracovníky v GLIF v podpoře NDL jako společného jazyka pro komunitu Nástroje a ukázky Nástroje a ukázky jsou k dispozici na internetových stránkách NDL nástroje. This includes Python and Perl tools for NDL generation, parsing, validation, visualization, path finding and monitoring. Zahrnuje to Perl NDL nástroje pro vytváření, analýzy, ověřování, vizualizace a cestu k nalezení a sledování Koncepce Jazyk popisu sítě (NDL) schéma je souborem pěti stěžejních schémat. Přehled všech schémat je v diagramu NDL UML-Class (pdf). Objekty v grafu jsou barevně odlišeny pro 5 subschémat podrobněji popsaných níže: V topologickém schématu je originál schématu NDL k popisu zařízení, rozhraní a vazby, a propojení mezi nimi na jedné vrstvě. Umístění třídy je také definováno v topologii schématu. Schéma vrstev je abstraktní schéma popisující konkrétní síťové technologie a vztah mezi síťovými vrstvami. Schéma možností slouží k popisu možností, které zařízení poskytuje. Doménové schéma popisuje správní oblasti a služby v rámci domény, a poskytuje teoretický pohled na sítě v doméně. 15

19 Fyzické schéma slouží k popisu síťových prvků z fyzikálního hlediska, rozmístění zařízení s čepelí a podvozky a další vlastnosti třídy. Kromě toho existuje devět technologických schémat uvádějících údaje, jako je například postup v rámci schématu vrstev: Technologické schéma Ethernet popisující Ethernet (LAN / VLAN) a MAC vrstvy Ethernet, Technologické schéma ATM popisující VCI a VPI kanály přes ATM síť, Technologické schéma TDM detailně popisující sítě SDH a SONET, Technologické schéma WDM pro popis vlnové délky přes Fiber, Měděné technologické schéma popisující UTP a STP připojení, Soubor technologických schémat popisující soubory vláken a sdílených rizik s odkazy přenosy dat, Technologické schéma IP popisující propojení v IP vrstvě sítě, Technologické schéma VPN popisující některé další technologie, jako je například L2TP, MPLS a PPP, Bezdrátové technologické schéma pro popis připojení pomocí bezdrátové sítě Schéma pro NDL není definitivní. Tyto stránky popisují schémata, která jsou k dispozici v současné době. Do budoucna by se situace měla změnit. V případě, že chcete pracovat s větším schématem, bližší informace naleznete v síti Markup Language pracovní skupiny (NML-WG) v Open Grid Forum (OGF), jejímž cílem je poskytnout rozšířené schéma pro popis počítačové sítě. Topology scheme Obrázek 3. Topologické schéma 16

20 Layer scheme Terminologie síťových vrstev a vzájemných vztahů mezi vrstvami sítě Obrázek 4: Schéma RDF Možnosti schématu Terminologie dynamických možností síťového zařízení Obrázek 5: Možnosti Domain scheme Terminologie správy sítě, vymezení oblastí, teoretický pohled a zobrazení zařízení v doméně. 17

21 Obrázek 6: Doménové schéma Toto schéma se v současné době testuje a s největší pravděpodobností dojde ke určitým změnám. Před použitím režimu je tedy nutné vyčkat až se stabilizuje. Lze doufat, že se některé jeho koncepce vykrystalizují a že se mu podaří začlenit do některých z návrhů předložených v NML Workgroups v OGF. Fyzikální schéma Fyzikální schéma je terminologické vymezení fyzikálních aspektů sítě, včetně fyzikálních vlastností zařízení a lokalit. Nejedná se o definici údajů na rovině vlastností, jako je například regenerace. Toto schéma opakuje některé koncepce společného informačního modelu (CIM) fyzického modulu, dále rozšiřuje umístění tříd s vlastnostmi zařízení, pokoj, stojan a panel, a nakonec umožňuje podrobnější popis zařízení pomocí podvozku, karty a čepelí. Obrázek 7: Fyzikální schéma 18

22 Kromě toho jsme z těchto vlastností použili fyzické vlastnosti CIM. Zahrnuli jsme je pro ilustraci způsobu spolupráce s CIM. Obrázek 8: Spolupráce s CIM Toto schéma se v současné době testuje a s největší pravděpodobností dojde ke určitým změnám. Před použitím režimu je tedy nutné vyčkat až se stabilizuje Lze doufat, že se některé jeho koncepce vykrystalizují a že se mu podaří začlenit do některých z návrhů předložených v NML Workgroups v OGF( Multi-vrstva NDL NDL Network Description Language - je jazyk pro popis sítě založené na Resource Description Format (RDF). Multi-vrstva NDL je verze NDL, která umožňuje popis sítí s více vrstvami (např. vrstvy WDM, SONET a Ethernet ), a vztahů mezi těmito vrstvami. 2.6 XML Extensible Markup Language (zkráceně XML, rozšiřitelný značkovací jazyk) je obecný značkovací jazyk, který byl vyvinut a standardizován konsorciem W3C. Je zjednodušenou podobou staršího jazyka SGML. Umožňuje snadné vytváření konkrétních značkovacích jazyků (tzv. aplikací) pro různé účely a různé typy dat. Používá se pro serializaci dat, v čemž soupeří např. s JSON či YAML. Zpracování XML je podporováno řadou nástrojů a programovacích jazyků. Jazyk je určen především pro výměnu dat mezi aplikacemi a pro publikování dokumentů, u kterých popisuje strukturu z hlediska věcného obsahu jednotlivých částí, nezabývá se vzhledem. Prezentace dokumentu (vzhled) může být definován pomocí kaskádových stylů. Další možností zpracování je transformace do jiného typu dokumentu nebo do jiné aplikace XML Syntaxe XML 19

23 XML dokument je text, vždy Unicode, který je v České republice obvykle kódován jako UTF-8, ale jsou přípustná i jiná kódování. Na rozdíl od např. HTML, efektivita XML je silně závislá na struktuře, obsahu a integritě. Aby byl dokument považován za správně strukturovaný ( well-formed ), musí mít nejméně následující vlastnosti: Musí mít právě jeden kořenový (root) element. Neprázdné elementy musí být ohraničeny startovací a ukončovací značkou. Prázdné elementy mohou být označeny tagem prázdný element. Všechny hodnoty atributů musí být uvedeny v uvozovkách jednoduchých (') nebo dvojitých ("). Opačný pár uvozovek může být použit uvnitř hodnot. Elementy mohou být vnořeny, ale nemohou se překrývat. To znamená, že každý (nekořenový) element musí být zcela obsažen v jiném elementu Atributy Mezi další prvky jazyka XML patří atributy. Zapisují se jako součást počáteční značky elementu a sestávají ze dvou částí - názvu a hodnoty uzavřené do uvozovek, oddělených znakem "=". Vyjadřuji tak vlastnost příslušnou pro daný element. Příklady atributů jsou označeny tučným písmem v následující časti. <diagram typ="scxml"> <titulek>jednoduchý chleba</titulek> <autor>zbynek Sir </autor> <url src="statechart.xml"/> </diagram> XML deklarace Na začátku XML dokumentu by před jeho kořenovým elementem měla být uvedena XML deklarace. Ta obsahuje 3 atributy určující použitou verzi jazyka XML (version), znakovou sadu (encoding) a informaci o nutnosti použití externě definovaných značek (Standalone). <?xml version="1.0" encoding="utf-8" standalone="yes"?> Další prvky XML dokumentů XML dokument může obsahovat i následující prvky: komentář představuje libovolný text uzavřený mezi řetězci znaků "<!-" a "-->" vyskytující se mimo značky. 20

24 Nepodléhá zpracování a je vhodný ke komentáři, případně k označení určité části XML dokumentu. <!-- Popis elementu <diagram> --> Sekce CDATA Sekce CDATA označuje libovolný text mezi řetězci znaků "<! [CDATA [" a "]]>". Může se vyskytovat všude, kde je povolen výskyt znakových dat. Uvnitř této sekce se ignoruje význam speciálních znaků ("<", ">", "&", apod..). Text s daným znakem by mohl být považován za značky a způsobit chyby v dokumentu. <![CDATA[<Příklad> >Hello, world!</příklad>]]> Příklad XML Jména elementů v XML rozlišují malá a velká písmena: např. <Příklad> a </Příklad> je pár, který vyhovuje správně strukturovanému dokumentu, pár <Příklad> a </Příklad> je chybný. Jednoduchý recept v XML jako příklad by mohl vypadat takto: <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <!-- Poznamka je nutné přidat více receptů. --> <recept jméno="chleba" čas_přípravy="5 minut" čas_vaření="3 hodiny"> <titulek>jednoduchý chleba</titulek> <přísada množství="3" jednotka="šálky">mouka</přísada> <přísada množství="0,25" jednotka="unce">kvasnice</přísada> <přísada množství="1,5" jednotka="šálku">horká voda</přísada> <přísada množství="1" jednotka="kávová lžička">sůl</přísada> <instrukce> <krok>smíchejte všechny přísady dohromady a dobře prohněťte.</krok> <krok>zakryjte tkaninou a nechejte hodinu v teplé místnosti.</krok> <krok>znovu prohněťte, umístěte na plech a pečte v troubě.</krok> </instrukce> </recept> Další informace Podrobné informace týkající se jazyka XML naleznete v [23]. 21

25 2.7 XML schéma XML schéma zveřejněné jako doporučení W3C v květnu 2001 je jedním z několika jazyků schématu XML. Jednalo se o první samostatný jazyk pro XML schéma pro dosažení stavu doporučení W3C. Vzhledem k tomu, že záměna mezi XML schématem jako zvláštní specifikací W3C a použití stejného termínu popisuje schéma jazyka obecně, některé části uživatelské komunity podle tohoto jazyka jako WXS, zkratka pro W3C XML schéma, zatímco jiní jen jako XSD, zkratka pro XML dokument schématu - dokument napsaný v jazyce XML schématu, typicky obsahující "xsd" předponu oboru názvů XML a uloženy s ". XSD" příponou souboru. V návrhu na příští verze, 1.1, W3C rozhodl přijmout XSD jako přednostní název používaný v tomto článku. Podobně jako všechny XML schématické jazyky, se XSD používá k vyjádření souboru pravidel, se kterými musí být XML dokument v souladu, aby mohly být považovány za platné podle toho schématu. Nicméně, na rozdíl od většiny ostatních jazyků schématu, byl také navržen XSD za účelem určení platnosti dokumentu, který by shromažďoval informace podle datových typů. Takový postvalidační informační servis může být užitečný při vývoji zpracování softwaru XML dokumentu, ale jazyk schématu závislý na specifických datových typech vyvolal kritiku XML Namespaces Jmenné prostory označují prostředí, ve kterém jsou názvy všech elementů v rámci elementu i jeho atributů unikátní. Jmenný prostor je jednoznačně určen svým URI13. Jmenné prostory tak umožňují definovat XML schéma pomocí více sad značek. K elementu a jeho podelementům se může přiřadit jmenný prostor pomocí atributu xlmns : «prefix» = «URI». Při následném použitím elementu nebo atributu se použije zápis s prefixem jmenného prostoru: «prefix»: «název elementu» nebo «prefix»: «název atributu». Následující příklad zobrazuje definování XML dokumentu s použitím elementů definovaných ve dvou jmenných prostorech. <?xml version="1.0"?> <basic:state xmlns:basic='zakladneelementy' xmlns:special='specializovaneelementy'> <basic:nazev>muj priklad </basic:nazov> <special:id>123456</special:id> </basic:state> Použití popisuje přípustný obsah dokumentu umožňuje kontrolovat správnost dat umožňuje pracovat s daty uloženými v databázi 22

26 umožňuje konvertovat data mezi různými datovými typy Příklad XSD dokumentu <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <xs:schema xmlns:xs=" <xs:element name="wikipedista"> <xs:complextype> <xs:sequence> <xs:element name="jmeno" type="xs:string"></xs:element> <xs:element name="prijmeni" type="xs:string"></xs:element> <xs:element name="poceteditaci" type="xs:integer"></xs:element> </xs:sequence> <xs:attribute name="uid" type="xs:string"></xs:attribute> </xs:complextype> </xs:element> </xs:schema> Další informace Podrobnosti ohledně struktury jazyka XML schématu jsou popsány v [25] a ohledně datových typů v [26]. 2.8 RDF Systém popisu zdrojů je rodina specifikací vypracovaných organizací World Wide Web Consortium (W3C), původně navržených jako model metadat. Používá se jako obecná metoda pro modelování informací v různých syntaxích. Metadatový model RDF je založen na myšlence přiřazení výrazu ve tvaru podmětvlastnost-předmět k jednotlivým zdrojům. Těmto výrazům se v terminologii RDF říká trojice. Předmět určuje o jaký zdroj se jedná a vlastnost určuje charakter zdroje a vyjadřuje vztah mezi předmětem a objektem. Například jeden způsob reprezentace výroku: Obloha má modrou barvu v RDF je trojice řetězců: předmět je obloha, vlastnost je má barvu a objekt je modrá. Způsob popisu zdrojů je hlavní komponentou sémantického webu, což je návrh konsorcia W3C: evoluční stupeň World Wide Webu, ve kterém mohou aplikace ukládat, vyměňovat a používat strojově čitelné informace distribuované přes síť, což umožňuje uživatelům pracovat s informacemi efektivněji a s větší jistotou. Jednoduchý datový model RDF a schopnost modelovat různorodé abstraktní koncepty jej činí 23

27 použitelným v aplikacích pro řízení znalostí, které se neslučují s aktivitou sémantického webu Terminologický slovník RDF Třídy rdf:resource - třída zdrojů rdfs:literal- třídy hodnot XML, např. řetězce a celá čísla rdf: XMLLiteral - třída hodnot XML rdfs:vlase - třída tříd rdf: Property - třída vlastností rdfs: Typ dat - třída datových typů RDF rdf: Prohlášení - třída prohlášení RDF rdf: Alt, rdf: Bag, rdf: Seq - kontejnery alternativ, neuspořádané kontejnery a nadřízené kontejnery (rdfs: Kontejner je třetí supertřídy) rdfs: Kontejner - třída kontejnerů RDF rdfs: ContainerMembershipProperty - třída členského vlastnictví kontejneru, rdf: _1, rdf: _2,..., z nichž všechny jsou subvlastnosti rdfs: member rdf: Seznam - třída RDF seznamů rdf: nil - instance rdf: Seznam reprezentující prázdný seznam Vlastnosti rdf: typ - instance rdf: Property - zdroj je instancí třídy rdfs: subclassof - předmět je podtřídou třídy rdfs: subpropertyof - předmět je podřízený vlastnictví rdfs: domain - doména předmětu vlastnictví rdfs: range - rozsah předmětu vlastnictví rdfs: label člověk - čitelný název předmětu rdfs comment - popis předmětu zdroje rdfs: member - člen předmětu zdroje rdf: first - první položka v seznamu předmětů RDF rdf: rest - zbytek seznamu předmětů RDF po první bod rdfs: seealso - další informace o tématu zdroje rdfs: isdefinedby - vymezení předmětu zdroje rdf: value - idiomatický majetek používaný pro strukturované hodnoty rdf: subject - předmět je předmětem prohlášení RDF rdf: predicate - predikát subjektu je předmětem prohlášení RDF rdf: object - objekt předmětu je předmětem prohlášení RDF 2.6 Schéma RDF 24

28 RDF Schéma (zkráceně různě RDFS, RDF (S), RDF-S, nebo RDF / S) je rozšiřitelnou reprezentací znalostí jazyka poskytované základními prvky pro popis ontologií, jinak se hovoří o slovnících Resource Description Framework (RDF) určených ke strukturování RDF zdrojů. První verze byla zveřejněna ve World-Wide Web Consortium (W3C) v dubnu 1998 a v konečném znění W3C doporučení vyšla v únoru Mnoho RDFS součástí je zahrnuto v expresivnějším jazyce Web Ontology Language (OWL). Třídy rdfs: Ressource - Všechny body jsou popsané ve zdrojích RDF, rdfs:vlase - prostředek třídy z jiných zdrojů, Typickým příkladem rdfs: třídy je slovní zásoba foaf: osoba je přítel přítele (FOAF). Instance foaf: osoba je zdroj, který je spojen s třídou foaf: osoba pomocí rdf: typu vlastnictví, jako je tomu v následujícím formálním vyjádření přirozeného jazyka pomocí věty: 'John je osoba'. Definice rdfs: Třída je rekurzivní rdfs: třída je rdfs: třída jakékoliv rdfs: třída. Jiné třídy popsaných specifikací RDF a RDFS: rdfs:literal - doslovné hodnoty jako jsou struny a celá čísla. Vlastnické hodnoty, jako jsou textové řetězce, jsou příklady litorálů RDF. Laterály mohou být hladké nebo napsané, rdfs:datatype - třída datové typy; datový typ RBP je jak instancí, tak i podtřídou RBP: Class. Každá instance rdfs: datového typu je podtřídou rdfs: Literal, rdf:xmllitera l - třída hodnot XML Literal. rdf: XMLLiteral je instancí rdfs: datových typů (a tedy podtřídou rdfs: Literal). rdf:properte - třída vlastností Vlastnosti Vlastnosti jsou instance třídy rdf: Properte a popisují vztah mezi subjektem a objektem zdroje. Když je jako vlastnost použit predikát (viz též RDF: reification). rdfs:domain z rdf: predikát deklaruje třídu předmětu v trojkombinaci, jehož druhou složkou je predikát, rdfs:range z rdf: predikát deklaruje třídu nebo datový typ objektu v trojkombinaci, jehož druhou složkou je predikát. Následující prohlášení se například používá k vyjádření toho, že vlastnictví ex:employer se týká tématu, které je typu foaf:person, o objektu, který je typu foaf:organization: ex:employer rdfs:domain foaf:person ex:employer rdfs:range foaf:organization 25

29 rdf:type - vlastnost sloužící ke konstatování, že zdroj je instancí třídy, rdfs:subclassof - umožňuje deklarovat hierarchii tříd, rdfs:subpropertyof - je instancí třídy rdf: Properte, která se používá ke konstatování, že všechny zdroje vztahující se na jednu vlastnost, jsou také příbuzné jiným, rdfs:label - je instancí třídy rdf: Properte, která může být použita pro čitelnou verzi zdrojového jména, rdfs:comment je instancí třídy rdf: Property, která může být použita k čitelnému popisu zdroje. Přínosnost rdfs:seealso je instancí třídy rdf: Properte, která se používá k označení prostředku, který by mohl poskytnout další informace o předmětu zdroje, rdfs:isdefinedby - je instancí třídy rdf: Properte, která se používá k označení prostředku vymezujícímu předmět zdroje. Tato vlastnost může být použita k označení slovníku RDF, ve kterém je zdroj popsán Příklad použití RDF <html xmlns=" xmlns:cal=" xmlns:xsd=" <head> <title>jo's Friends and Family Blog </title> </head> <body> <p typeof="cal:vevent I'm holding <span property="cal:summary one last summer Barbecue </span>, on <span property="cal:dtstart" content= " T16:00:00-05:00" datatype="xsd:datetime"> September 16th at 4pm </span> </ > </ body > < /style='font-size:9.0pt; mso-ansi-language:en-us'> </html> 26

30 Kapitola 3 Specifikace požadavků a rozbor problematiky Cílem této práce je vytvořit příklady popisu sítě, vizualizace možných schémat a vytvoření projektů pomocí těchto nástrojů NDL. Network Description Language poskytuje způsob smysluplného popisu počítačové sítě. Pomocí Resource Description Framework (RDF) byla vytvořena ontologie pro počítačové sítě. S touto ontologií lze vytvořit jednoduchý a jasný popis sítě. I přesto, že to pravděpodobně zní složitě, se nám podařilo vytvořit jednoduchý generátor umožňující popis během několika minut. RDF je standardní model pro výměnu dat na webu. RDF má funkce, které usnadňují sloučení dat, i když se základní schémata liší, což podporuje časový vývoj schémat bez nutnosti změny všech údajů spotřebitelů. RDF rozšiřuje spojující strukturu webu používanou URI k popisu vztahu mezi věcmi, stejně jako oba konce spojení (obvykle se hovoří o "triple"). Pomocí tohoto jednoduchého modelu umožňujícího propojení strukturovaných dat, jejich zveřejnění a sdílení různými aplikacemi. Kromě klasických webových dokumentů W3C také pomáhá budovat technologický zásobník na podporu webových dat a řazení dat do databází. Konečným cílem webových dat je umožnit počítačům fungovat efektivněji a vyvinout systémy, které mohou podporovat důvěryhodné interakce na síti. Pojem sémantický web" odkazuje na vizi W3C na webu propojených dat. Sémantické webové technologie umožňují vytvářet úložiště dat na webu, vytvářet slovníky, a psát pravidla pro manipulaci s daty. Propojení dat je podporováno technologiemi, jako je RDF, SPARQL, OWL a SKOS. 3.1 Vizualizace NDL Grafické znázornění na RDF grafu může být užitečné, ale má tendenci se velmi rychle komplikovat. Vyvinuli jsme vizualizační nástroj speciálně pro soubory NDL. Od NDL vstupního souboru jsme vytvořili výstupní soubor, který se může použít jako podklad pro GraphViz. GraphViz je bezplatný a otevřený kód nástroje, který se může automaticky využívat při tvorbě grafů.graphviz objevuje zdroj grafu pomocí vizualizačního softwaru. Graf vizualizace je způsob, jak reprezentovat informace o struktuře, diagramy abstraktních grafů a sítí. Lze to aplikovat v oblasti sítí, bio 27

31 informatiky, softwarového inženýrství, databázového a webového designu, strojového učení a ve vizuálním rozhraní pro jiné technické oblasti. Vlastnosti Plánovací programy Graphviz popisují grafy v jednoduchém textovém jazyce a vytvářejí diagramy v užitečném formátu, jako jsou obrázky a SVG pro webové stránky, PDF nebo Postskript pro zařazení do jiných dokumentů nebo zobrazení v interaktivním grafu prohlížeči. (Graphviz také podporuje GXL, dialekt XML.) Graphviz má mnoho užitečných funkcí pro konkrétní diagramy, například možnosti barev, písem, tabulkových uzlů rozložení, stylů čar, hypertextových odkazů, a vlastních tvarů Rolland. Obrázek 9: Použité technologie GraphViz Obrázek 10: GraphViz 28

32 Obrázek 11: GraphViz dot v praxi 3.2 Vícevrstvé rozhraní Popis vícevrstvého rozhraní Základním stavebním kamenem v NDL je logické, nikoli fyzické rozhraní. Logické rozhraní existuje pouze na jedné konkrétní vrstvě, zatímco fyzické rozhraní se může skládat z více vrstev, které proto musí být popsány jako více logických rozhraní. Například rozhraní "gi3 / 1" může obsahovat Ethernet přes lambda na 1310 nm přes vlákno s LC / PC konektorem. Toto rozhraní obsahuje tři vrstvy: Ethernet vrstvu s vlastnostmi jako MTU, lambda vrstvy s vlastnostmi jako je vlnová délka, a vrstvy vlákniny. Rozhraní "gi3 / 1", jak bylo zmíněno výše, je modelováno jako 3 logická rozhraní, což je znázorněno na následujícím obrázku: Obrázek 12: Logické rozhraní 29

33 Dvě vrstvy jsou prvořadé v popisu rozhraní sítě připojeného k zařízení. První z nich je spojovací vrstva rozhraní. Pro Ethernet přepínač jsou to vrstvy Ethernet ; pro SDH přepínač vrstvy VC-4 (pro SONET přepínač je to buď vrstva STS-1 nebo STS-3 JZU); pro fotonové je to vlákno vrstvy. Druhá vrstva je důležitá pro přenosnost každého rozhraní. Jedná se o fyzické vrstvy, obvykle vlákninové, UTP nebo etherem vrstvy (pro bezdrátový přenos). V případě, že odkazy v popisu sítě nepředstavují fyzické odkazy, ale pouze logické spojení (obvodu), má přenosná vrstva v popisu vrstev sítě logickou souvislost. Pro ethernetové odkazy, přenosnou vrstvou je vrstva Ethernet pro lehké cesty, přenosná vrstva je lambda vrstva. Popis tedy nezahrnuje pouze vrstvy, ale také úpravu funkcí mezi vrstvami a vlastnosti rozhraní pro každou vrstvu. V NDL je to popsáno v následující trojici (ve formátu N3): <# gi3 / 1: vláknového> <rdf:type> <ndl:interface>. <# gi3 / 1: vláknového> <rdf:type> <wdm:fibernetworkelement>. <# gi3 / 1: vláknového> <wdm:polish> <wdm:pc>. <# gi3 / 1: vláknového> <wdm:connector> <wdm:lcconnector>. <# gi3 / 1: vláknového> <wdm:wdm> <# gi3 / 1: lamda>. <# gi3 / 1: lamda> <rdf:type> <ndl:interface>. <# gi3 / 1: lamda> <rdf:type> <wdm:lambdanetworkelement>. <# gi3 / 1: lamda> <wdm:wavelength> "1310,0" ^ ^ # float. <# gi3 / 1: lamda> <wdm:eth1000base-x> <# gi3 / 1: Ethernet>. <# gi3 / 1: ethernet> <rdf:type> <nd:interface>. <# gi3 / 1: ethernet> <rdf:type> <eth:ethernetnetworkelement>. <# gi3 / 1: ethernet> <eth:framesize> <eth:framesize:1500>. Případně ekvivalentně v RDF / XML: <ndl:interface rdf:about="#gi3/1:fiber"> <rdf:type rdf:resource=" m#fibernetworkelement" /> <wdm:polish rdf:resource=" m#pc" /> <WDM: konektor RDF: zdroj = " uva.nl / výzkum / národní odborník / ndl / WDM # LC-Connector "/> <wdm:wdm> <ndl:interface rdf:about="#gi3/1:lamda"> 30

34 <RDF: RDF typu: zdroj =" http : / / / výzkum / národní odborník / ndl / WDM # LambdaNetworkElement "/> <wdm:wavelength rdf:datatype=" 1310,0 </ WDM: vlnová délka> <wdm:eth1000base-x> <ndl:interface rdf:about="#gi3/1:ethernet"> <RDF: RDF typu: zdroj = " / výzkum / národní odborník / ndl / ethernet # EthernetNetworkElement "/> <eth:framesize rdf:resource=" hernet#framesize:1500" /> </ ndl: interface> </ WDM: eth1000base-x> </ ndl: interface> </ WDM: WDM> </ ndl: Interface> Výše uvedené příklady popisují všechny vrstvy rozhraní. V některých případech není nutno popisovat rozhraní stejně podrobně. Pokud je například statické vlákno mezi dvěma ethernetovými rozhraními, podrobnosti o vlnové délce nebo dokonce skutečnost, že data jsou přenášena na jedno vlákno, není podstatná. V takovém případě stačí pouze popsat logické ethernetové rozhraní, tedy lambda a vlákninové rozhraní. Pokud je ethernetové rozhraní připojeno k optickému připojení kříže, podrobnosti týkající se vlnové délky a vlákniny hrají důležitou roli a musí být popsány. 3.3 Graf generace sítě Jednou z výhod použití NDL jako jazyka pro popis hybridních sítí je dostupnost sémantických webových nástrojů pro RDF, které mohou analyzovat a přijímat informace v jakémkoliv souboru NDL. To znamená, že získávání informací potřebné pro správu sítě, v našem případě světelná délka poskytování, je přímočaré a jednoduché. Naše první použití jazyka byla generace sítě map. Vzhledem k tomu, že lehká cesta stále má z větší části manuální opravné položky, alespoň pokud překračují organizační hranice, mapy se staly vizuálními pomůckami používanými v sítích inženýry pro nastavení obvodů. Informace o spojení mezi doménami musí být aktuální, přesné a konzistentní, protože chyby v údajích o světelné délce mohou mít dopad na ostatní lehké cesty a v případě hybridních sítí také na pravidelný provoz. 3.4 Příklad popisu NDL <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> 31

35 <rdf:rdf xmlns:rdf=" ns#" xmlns:ndl=" <ndl:location rdf:about="#netherlight"> 5 <ndl:name>netherlight Optical Exchange</ndl:name> </ndl:location> <ndl:device rdf:about="#tdm3.amsterdam1.netherlight.net"> <ndl:name>tdm3.amsterdam1.netherlight.net</ndl:name> <ndl:locatedat rdf:resource="#netherlight"/> 10 <ndl:hasinterface rdf:resource="#tdm3.amsterdam1.netherlight.net:501/1"/> </ndl:device> <ndl:interface rdf:about="#tdm3.amsterdam1.netherlight.net:501/1"> <ndl:name>tdm3.amsterdam1.netherlight.net:pos501/1</ndl:name> <ndl:connectedto rdf:resource="#tdm4.amsterdam1.netherlight.net:5/1"/> 15 <ndl:capacity rdf:datatype=" </ndl:capacity> </ndl:interface> <ndl:device rdf:about="#tdm4.amsterdam1.netherlight.net"> <ndl:name>tdm4.amsterdam1.netherlight.net</ndl:name> 20 <ndl:locatedat rdf:resource="#amsterdam1.netherlight.net"/> <ndl:hasinterface rdf:resource="#tdm4.amsterdam1.netherlight.net:5/1"/> </ndl:device> <ndl:interface rdf:about="#tdm4.amsterdam1.netherlight.net:5/1"> <ndl:name>tdm4.amsterdam1.netherlight.net:pos5/1</ndl:name> 25 <ndl:connectedto rdf:resource="#tdm3.amsterdam1.netherlight.net:501/1"/> <ndl:capacity rdf:datatype=" dl: capacity> </ndl:interface> </rdf:rdf> Existují tři hlavní výhody pro popis rozhraní jako logického rozhraní místo pouze popisu fyzického rozhraní. First of all, it is easier to describe multiplexing and inverse 32

36 multiplexing. Za prvé, je snadnější popsat multiplexování a inverzní multiplexování. In case a fiber carries multiple wavelengths, the fiber interface is only described once, not for each wavelength. V případě, že vlákna přenáší více vlnových délek, je rozhraní vláken popsáno pouze jednou, nikoliv pro každou vlnovou délku. Secondly, the properties at each layer are only described in the context of that layer. Za druhé, v každé vrstvě jsou vlastnosti popsány v rámci této vrstvy. So a fiber interface does not have a VLAN tag and an Ethernet interface has not a specific wavelength.vlákninové rozhraní tedy nemá tag VLAN a ethernetové rozhraní nemá specifické vlnové délky. Third, it is more modular: by using a generic structure to describe interfaces and layers, a parser can understand the layer concept, and even the properties, and do basic deductions for path finding and stitching. Za třetí, je více modulární: pomocí generické struktury pro popis rozhraní a vrstev analyzátor dokáže pochopit koncepci vrstvy, ale i vlastnosti, jakými jsou základní odpočty pro cestu k nalezení a šití. RovněžAlso, it is easier to simply leave out unnecessary information, such as the lambda or fiber layer if that information is not required.rovněž je snadnější vynechat zbytečné informace, jako jsou lambda nebo vlákninové vrstvy, pokud se tyto informace nepožadují. 3.5 Použití společných technologií NDL je koncipován jako obecný jazyk pro popis sítě. Hlavní schémata (topologie, domény, vrstva) nepopisují konkrétní technologie, nicméně vrstvy schématu mohou být použity k popisu technologie. Jako příklad univerálního charakteru NDL jsme popsali schémata pro Ethernet: WDM, SONET / SDH, ATM a další. Níže jsou uvedeny vrstvy a úpravy mezi vrstvami pro několik společných kódování. Vzhledem k tomu, že úpravy jsou konkrétně definovány mezi klientem a serverem vrstvy, vrstvy zásobníku automaticky vyplývají z úpravy komína. Je pravda, že výjimku tvoří jeden případ importu: pokud nedojde k úpravě, jako je rozhraní na fotonovém křížovém připojení. Doporučuje se při popisu kódování popsat všechny podrobnosti uvedené výše. Nejenže to umožní začlenění vlastností mezilehlé vrstvy (o vlnové délce 1310nm), ale také podpoří multiplexování a inverzní multiplexování. Pokud to není možné, doporučuje se, aby seznam přepínání vrstvy, přenos vrstvy a přizpůsobení komína alespoň začínal nejvyšší úpravou v zásobníku. Varování: Tyto příklady ukazují pouze univerzálnost NDL. Technologické definice nejsou součástí NDL, což se v budoucnu s největší pravděpodobností změní. 1 Gb / s ethernetem přes vlákno Přepínání vrstvy: # EthernetNetworkElement Předání vrstvy: # 33

37 FiberNetworkElement Vrstvový zásobník: ethernet přes lambda nad vlákno Úprava komína: < < 0base-X> 1 GB tagovaného ethernetu přes vlákno Přepínání vrstvy: # EthernetNetworkElement Předání vrstvy: # FiberNetworkElement Vrstvový zásobník: ethernet přes ethernet přes lambda nad vlákno Úprava komína: < agged-ethernet> < < 0base-X> Tagovaný ethernet (pomocí 802.1q štítků na drát) se označuje jako Ethernet in Ethernet. Je to obzvláště výhodné při popisování Q-in-Q jako v Ethernet Ethernet na Ethernet. 10 GB Ethernet LAN PY Přepínání vrstvy: # EthernetNetworkElement Předání vrstvy: # FiberNetworkElement Vrstvový zásobník: Ethernet přes Lambda nad vlákno 34

38 Úprava komína: < R> < 10 GB Ethernet WAN PY Přepínání vrstvy: # EthernetNetworkElement Předání vrstvy: # FiberNetworkElement Vrstvový zásobník: Ethernet přes OC-192 přes Lambda nad vlákno Úprava komína: < in-lambda> < 1 GB Ethernet přes SONET pomocí GFP-F Přepínání vrstvy: # EthernetNetworkElement Předání vrstvy: # FiberNetworkElement Vrstvový zásobník: Ethernet přes 7 VC-4 přes STS-3 přes OC-192 přes Lambda nad vlákno Úprava komína: Vlákno rozhraní OXC Na OXC je přes optické připojení a automatické opravy panel. Přepínání vrstvy: # FiberNetworkElement 35

39 Předání vrstvy: # FiberNetworkElement Vrstvový zásobník: Fiber 3.6 Inverzní multiplexování Většina rozhraní má jeden zásobník úprav: data extrahovaná z odkazu na předání vrstvy a na přepínání vrstvy, například z vláknové vrstvy na ethernetovou vrstvu. Rozhraní může ve skutečnosti obsahovat dva adaptační komíny, z nichž jeden nejprve extrahuje data a poté provádí úpravy pro přepínání vrstvy. Jedná se ovšem o situace, které se v praxi objevují jen zřídka. Následující obrázek ukazuje jeden z mála příkladů ethernetového rozhraní v SONET přepínači. Data jsou přenášena na fyzickém nosiči, v tomto případě UTP. Ethernetové balíčky jsou extrahovány a vestavovány v 21 kanálů STS, než se na SONET přepínač přepne ethernet bez předchozího přepojování paketů v tomto zařízení. Obrázek 13: Příklad ethernetového rozhraní v přepínači SONET Rozhraní se dvěma úpravami komínu může vždy existovat, ale je smysluplné pouze při kombinaci s funkcí inverzního multiplexování. Neexistuje žádná společná metoda pro popis rozhraní se dvěma komíny v úpravě NDL. V současné době se používají dvě fyzická rozhraní. 3.7 Příklad Simple Network 36

40 Obrázek 14: Příklad číselného popisu sítě Výše zmíněný obrázek popisuje vzorek výstupu vizualizačního nástroje. Modré boxy představují zařízení, názvy rozhraní jsou zobrazeny jako popisky pro spojení mezi zařízeními. Zařízení, která jsou ve vymezeném rámci, jsou definována v této oblasti, a jsou-li přítomné externí uzly, jsou uvedeny mimo pole. Tento vizualizační nástroj Python obsahuje soubor, který může dostat NDL název souboru a vytvořit dot-file. Dot souboru by pak měla být použita s jedním z nástrojů GraphViz pro vytvoření obrazu. Celý tento proces je také automatizovaný ve skriptu create_image.sh. Při instalaci GraphViz se ujistěte, že je ho schopen používat Netherlight Popis v síti Netherlight obsahuje také odkazy na vnější straně, které zatím neobsahují odkazy na jiná označení, což se však s největší pravděpodobností brzy změní. ( Upozorňuji, že tento graf byl pro lepší přehled vytvořen s jiným nastavením GraphViz, než bylo stanoveno ve skriptu.) 37

41 Obrázek 15: Příklad sítě Netherlight 3.8 Využití NDL Síťový inzerát: NDL pomáhá konečnému uživateli lehkou cestou zažádat o rezervaci, a poskytuje služby pro validaci proveditelnosti takové žádosti. Vizualizace: Vzhledem k tomu, že topologické informace lze korelovat v celé oblasti, NDL umožňuje automatické generování sítě mapy, které mohou být sdíleny mezi poskytovateli. Lehké cesty plánování rezervace: Makléři mohou využívat informace ke zpracování žádostí rezervace. SARA v současnosti používá NDL jak pro SURFnet6, tak i pro NetherLight. Dále se jedná o topologii generování obrázků a lehké cesty plánování. Předvádění v holandské Booth Ve spolupráci s výměnou bodů GLIF se nyní plně distribuuje popis sítě GLIF. Vizualizace této sítě je možné vidět na různých místech na show patra. V nizozemském Booth (1805) se demonstrují možnosti sítě NDL pomocí výpočtů dráhy a vizualizace. 38

42 Kapitola 4 Analýza možných implementací Tato kapitola se zabývá nástroji a projekty pro vizualizaci informací, především těmito systémy vyhledávání a sledování družic, navigačními systémy, vyhledáváním konkrétního města a optimální vzdálenosti mezi nimi. Obsahuje konkrétní příklady takových úkolů a jejich vizuální reprezentace, a to především v rámci systémů GPS, GLONASS, Mapping Toolbox a Graph drawing. 4.1 Graph drawing Kreslení nebo rozložení grafu, jako odvětví teorie grafů, odvozuje topologie a geometrie dvoudimenzionální reprezentace grafů. Kresba grafů v podstatě znázorňuje prostoupení grafu v rovině (obecně, s okrajem povolených křížení), obvykle zaměřené na pohodlnou vizualizaci některých vlastností grafu nebo na modelování grafu. Kreslení grafů je motivováno aplikacemi, jako je design obvodů VLSI, analýza sociální sítě, kartografie a bioinformatika, z nichž mnohé využívají vizualizace informací Přehled Grafy jsou obvykle reprezentovány obrazově, použité tečky reprezentují vrcholy a oblouky reprezentují hrany mezi vrcholy spojené. Šipky mohou být použity k zobrazení orientace okrajů. Všimněte si, že toto grafické znázornění (graf rozložení nebo vložení) by nemělo být zaměňováno se samotným grafem (abstraktní, není geometrické struktury). Velmi odlišné rozložení může odpovídat stejnému grafu. Záleží tedy především na tom, které vrcholy jsou spojeny a kolik je hran. Díky uspořádání vrcholů a hran výsledkem v betonu je srozumitelnost, užitečnost, výrobní náklady a estetika. Na základě těchto kritérií a námitek existují různé strategierozložení grafu, například: Plánování založené na kapacitě: gradientní minimalizace energetické funkce na základě fyzické metafory související s molekulární mechanikou. Spektrální rozložení: plánování pomocí souřadnic, jakými jsou vektory matice, Laplacian odvozené z matice v blízkosti grafu. 39

43 Ortogonální rozvržení: rozvržení s hranami vodorovně nebo svisle, s přístupy, které snižují počet hrany přechody a oblast působnosti. Jedná se o velký zájem v oblasti plánování designu VLSI a PCB. Symetrické rozložení: snaha o nalezení skupinové symetrie v grafu. Strom plánování: tato ukázka je založená na stromě jako formaci, vhodné pro stromy. Hierarchické uspořádání: snaha najít zdroj a výstup v orientovaném grafu a uspořádat uzly ve vrstvách s nejvíce hranami od zdroje směrem k výstupu Metrice K4 (úplný graf se 4 vrcholy) mohou být vypracovány s nebo bez překrývání hran (přesunout jeden z rohů uvnitř trojúhelníku tvořeného ostatními třemi rohy). Neexistuje žádné "nejlepší" rozložení grafu - různé způsoby zobrazování grafu zdůrazňují odlišné vlastnosti. Jedním z opatření při kreslení grafu a algoritmus kvality je počet hran přechodů: podle této metriky "dobré" algoritmy kreslí grafy s co nejmenším počtem křížení na okraji. Zatímco některé grafy nelze čerpat bez okraje přechodů, jiné zle (jedná se o tzv. rovinné grafy). Vizualizace informací Vizualizace informací je interdisciplinární studium "vizuálních reprezentací ve velkém měřítku souborů nečíselných údajů, jakými jsou soubory a řádky kódů v softwarových systémech, knihovny a bibliografické databáze, sítě vztahů na internetu, atd". Přehled Na dílčích mapách na internetu na začátku roku 2005 každý řádek představuje dvě IP adresy a zpoždění mezi těmito dvěma uzly. Oblasti vizualizace informací vyplynuly z výzkumu interakce člověk-počítač, počítačové vědy, grafiky, vizuálního designu, psychologie a obchodní metody. Stále více se uplatňují jako rozhodující složka ve vědeckém výzkumu, digitálních knihovnách, dolování dat, finančních údajích analýzy, studiích trhu, a řízení výroby a léčiv ". Vizualizace informací předpokládá, že "vizuální reprezentace a interakce techniky využívá lidské oko a jeho široké pásmo jako cestu k mysli za účelem umožnit uživatelům vidět, prozkoumat a pochopit velké množství informací najednou. Vizualizace informací je zaměřená na vytváření přístupů k přenosu abstraktních informací intuitivním způsobem. 40

44 Obrázek 16: Příklad Screenshotu Obrázek 17: Graph drawing, práce s mapami 4.2 Mapping Toolbox Pro analýzu a vizualizaci geografických informací Mapování Toolbox poskytuje nástroje pro analýzu geografických dat a vytváření map. Vektorová a rastrová data lze importovat ze shapefile, GeoTIFF, SDTS DEM a jiných formátů souborů, stejně tak jako on-line data ze serverů Web Map Servise (WMS). Panel nástrojů umožňuje přizpůsobit importovaná data pomocí podmnožin, ořezávání, křížení, úprav prostorového rozlišení a použití jiných metod. Geografická data 41

45 mohou být kombinována s vrstvami základní mapy z více zdrojů v jediném zobrazení mapy. S funkčním přístupem ke všem klíčovým funkcím je možné automatizovat časté úkoly v geoprostorových pracovních tocích Boston turné s Map Viewerem Mapový prohlížeč je interaktivní nástroj pro prohlížení dat mapy. S ním si můžete sestavit vrstvy vektorových a rastrových geodat ve 2-D. Můžete importovat, měnit pořadí, symbolizovat, skrývat a odstraňovat datové vrstvy, určovat souřadnice umístění a seznam atributů dat. Můžete si zobrazit vybrané údaje atributů jako datatips (ukazatele, které určují hodnoty atributů, jako je název místa nebo čísla trasy). Následující cvičení ukazuje, jak Map Viewer funguje a co dokáže. Obrázek 18 :Mapa Bostonu 1 Po dokončení importu silniční vrstvy Map Viewer vybere náhodnou barvu a obkreslí všechny tvary plnou čárou. Pohled pak vypadá takto: 42

46 Obrázek 19: Mapa Bostonu Navigační stopy Forma Navigační sledování formátu vyžaduje sloupcový vektor proměnné pro zeměpisnou šířku a délku bodové dráhy. Bodová dráha je trať obvykle odpovídající kurzu (nebo rychlosti) změn. Plavební dráhy jsou tvořeny úseky spojujícími tyto body na trase, které se nazývají nohy. V tomto formátu, tedy n nohy jsou popsány pomocí n +1 bodů, protože koncový bod pro závěrečnou část musí být definován. Navigační funkce Mapování Toolbox předpokládají uvedení úhlových jednotek ve stupních.. Obrázek 20: Cesta grafu Stanovení Pozice Základním cílem plavby je určit postup k cíli a zabránit tak nebezpečí na cestě. Prvním krokem je určení vaší aktuální pozice. První námořníci se opírali na dohled pevniny. Dnes, navigace na dohled (nebo radarový rozsah) půdy se nazývá pilotování. 43

47 Pozice jsou stanoveny korelací ložisek a / nebo rozsahy památek. V reálném životě pilotování je pozorování ložisek pomocí loxodrom, což jsou velké kruhy. Přes vzdálenosti spojené s vizuálním pozorováním (až námořních mil), tento předpoklad nezpůsobuje žádné měřitelné chyby a poskytuje významnou výhodu umožňující navigátoru vytvořit plán všech ložisek jako přímky na projekci Mercator. Mercator byl navržen přesně pro tento účel. Rozsah kruhů, které by mohly být stanoveny pomocí radaru, předpokládá, že pozemek se v grafu Mercator skládá z pravých kruhů. Umožňuje to navigátorovi ručně nakreslit oblouk rozsahu s kompasem. Tyto předpoklady vedou také k výpočetně fiktivním metodám pro stanovení pozice s počítačem. Nástroje zahrnuje navfix funkce, která napodobuje ruční kreslení a stanovuje postup používání těchto předpokladů. Chcete-li získat dobrou navigační fix, pak je nezbytné mít nejméně tři známé body. Opravit pochybnosti nebo chyby lze pomocí dvou známých bodů. Obrázek 21: Plánování nejkratší cesty Vzhledem k širokému použití NDL, teorie nalezení nejkratší cesty se v poslední době intenzivně rozvíjí. Hledání nejkratší cesty je velmi důležité a je používáno téměř všude, od nalezení optimální trasy mezi dvěma objekty na zemi (např. nejkratší cestu z města do města), přes systém autopilota, který může najít nejlepší trasu pro provoz, až po přechod na soubor informací na internetu ot m do n. Nejkratší cesta, která je zvažována některými matematickými objekty se nazývá grafem. Existují tři nejúčinnější algoritmy pro hledání nejkratší cesty: Dijkstrův algoritmus (používaný pro hledání optimální trasy mezi dvěma vrcholy); Floydův algoritmus (pro hledání optimální trasy mezi všemi dvojicemi vrcholů); Jenův algoritmus (pro hledání optimální trasy mezi dvěma vrcholy). 44

48 Tyto algoritmy lze snadno vypočítat s malým počtem vrcholů v grafu. S nárůstem jejich počtu je nalezení nejkratší cesty komplikovanější. Zde přichází na pomoc moderní technika. Počítačové a informační technologie poskytují více takových možností, včetně způsobu studia a tvorby, jako je modelování objektů, jevů a procesů, a to jak těch, které existují v přírodě, tak i těch, které jsou vytvořeny člověkem uměle. Víte, že nejkratší cesta mezi dvěma geografickými body je velký kruh. Námořníci a piloti mají zájem minimalizovat ujeté vzdálenosti, a tedy i uplynulý čas. Také víte, že loxodromy jsou cestou konstantních čísel, přírodních prostředků na cestování. Obecně platí, že pro následování cesty velkého kruhu je nutné neustále měnit kurz, což je nepraktické. Nicméně můžete se přiblížit cestě velkého kruhu segmenty loxodromy tak, aby přidaná vzdálenost byla menší a počet změn minimální. Paradoxně je velmi málo čárek kompasu odpovídá vzdálenosti vzdušné cesty. Vezměme si cestu z Norfolku ve Virginii (37 N, 76 W) k mysu Sv. Vincenta v Portugalsku (37 N, 9 W), jednu z obchodně nejvytíženějších tras v Atlantiku. Loxodromická cesta odpovídá námořním mílím, přičemž optimální vzdušná vzdálenost je 3141 námořních mil. Ačkoli loxodromická cesta je jen o něco málo než 2% delší, je to dalších 72 mil cesty, které pro 12-uzlový tanker vyústí v 6-hodinové zpoždění, a v lodní dopravě platí, že čas jsou peníze. Pokud jen tři segmenty loxodromy jsou použity pro vytvoření velkého kruhu, celková vzdálenost cesty je námořních mil. Náš tanker by měl jen půlhodinové zpoždění ve srovnání s kontinuální kurzem loxodromy. Níže je uvedena vizualizace kódu pro výpočet tří typů tratí mezi Norfolkem a St Vincentem: Obrázek 22: Plánování nejkratší cesty Zobrazení plavební dráhy Plavební dráhy jsou nejužitečnější, když jsou graficky zobrazeny. Navigátor zpravidla identifikuje body v dané rozloze na projekci Mercator a ty pak spojuje rovnou čárou, která je na této výsledné projekci ve stopě loxodromy. V předchozím 45

49 případě byly body spojeny do velkého kruhu k přiblížení cesty, mohou ale být spojeny i jiným způsobem. Řekněme, že po příjezdu na mys Sv. Vincenta musí váš tanker přeplout Gibraltar a pokračovat v cestě do Port Saidu, severní bodu Suezského průplavu. Na stupnici od Středozemního moře po velkém okruhu cesty není příliš výhodné cestovat mnoha průlivy a pasážemi. Navigátor tedy vybírá vhodné body. K dosažení tohoto cíle můžete díky funkci mapování Toolbox na projekci Mercator zobrazit mapu os, zvolit příslušnou mapu zeměpisné šířky a délky, určit limity oblasti zájmu, data pobřeží a interaktivně myší vybrat body s funkcí inputu. Funkce vygeneruje body tratě, které následně spojí a zobrazí s plotem. Obrázek 23: Zobrazení plavební dráhy 4.3 Systém interaktivního vyhledávání světových měst Na tomto příkladě se podíváme na tvorbu map nejvýznamnějších světových měst, pobřeží a kontinentů. Za tímto účelem používáme upravený azimut projekce Briesemeister. Interaktivní mapa je zkonstruována tak, aby se při pohybu myší na mapě automaticky zobrazila nejbližší města, jejich název a souřadnice. 1. Přidání globální souřadnice pobřeží. 46

50 Obrázek 24: Mapa světa 1 2. Přidání na mapu a umístění velkých měst pomocí červeného markeru Obrázek 25: Města světa 3. Výběr měst 47

51 Obrázek 26: Atlanta. 4.4 GPS Sat-NAV umožnilo splnit přání americké armády vybavit své jednotky příslušným zařízením, které by určovalo polohu a zobrazovalo mapy na obrazovce počítače. I přesto, že taková zařízení jsou extrémně populární, zařízení s algoritmy poskytující informace o nejkratší vzdálenosti mezi výchozím a cílovým bodem jsou méně známá. V případě Sat-NAV do hry přicházejí dva hlavní algoritmy. První z nich je možná nejjednodušší: je to schopnost jednotky používat systém GPS (Global Positioning System) satelitů ke zjištění polohy jednotky ve světě. Druhá je poněkud složitější: je to schopnost Sat-NAV určit nejkratší vzdálenost od bodu A - kde jste - do bodu B - kde byste chtěli být. K vizuálnímu zobrazení trasy se používají i jiné algoritmy, ale tyto dva algoritmy jsou nejdůležitější. Polohovací algoritmus je poměrně jednoduchý. V současné době existuje 30 satelitů ve střední oběžné dráze Země, z nichž každý vysílá stejné informace. Zprávy se skládají ze tří hlavních částí dat: přesný čas, kdy byla zpráva předána, přesná orbitální data pro satelity (známý jako efemeridy) a celkový stav systému. Jednotka GPS přijímá tyto zprávy, které pak zpracovává. Podle času obdržení zprávy může přístroj GPS vypočítat, jak dlouho trvalo dostat danou zprávu a na základě toho pomocí údajů o rychlosti světla zjistit, jak daleko se nachází satelit Výpočet pozice Pouze pomocí zpráv z jednoho satelitu se může jednotka GPS na zemském 48

52 povrchu virtuálně soustředit na ten satelit, což je poměrně zajímavé a přínosné. Jednotka GPS tedy čeká na zprávy od ostatních satelitů. Pomocí zpráv ze dvou satelitů může přístroj GPS vypracovat vlastní postoj někde na okruhu, který tvoří průsečík obou sfér a soustředí se na oba satelity. Z geometrického hlediska se buď koule neprotínají vůbec nebo se protínají jen v jednom bodě (dotýkají se), nebo se v obecnějším případě protínají jako kruh. Vypadá to například jako dvě mýdlové bubliny, které se spojily. Je to zajímavé, avšak nepříliš přínosné zjištění. Pomocí tří družic GPS vypočítá svou pozici na jednom ze dvou bodů na kružnici, jako tomu bylo v předchozím případě. Z geometrického hlediska opět platí, že protínání mezi koulí a kruhem buď není žádné nebo v jednom či dvou bodech. V případě, že se přijímač GPS nachází v autě a je součástí systému sat-nav, bude jednotka využívat i další informace z auta, jako je rychlost, ujetá vzdálenost, zrychlení atd. Pomáhá to v městském prostředí, kde může být signál GPS blokován mosty, tunely, nebo se odrážet od budov apod. Samozřejmě výhodou je to, že se auto obvykle nachází na silnici, tudíž sat-nav může fixně umístit automobil na silnici na své vnitřní mapě. Nyní přejdeme k druhému algoritmu: stanovení optimální trasy z aktuální pozice (definované jako bod s určitou zeměpisnou délkou a šířkou) do místa určení (podobně definovaného). Bezprostředním předpokladem je mapa. Mapa v sat- NAV je zvláštní nástroj. Je to v první řadě vektorová mapa sestávající ze souboru dat, který je primárně ve vektorovém formátu. Vzhledem k tomu, že obsahuje soubor vektorů, zobrazovací část agregátu sat-nav kreslí vektory (to znamená většinou silnice) na obrazovce, a bere v úvahu orientaci a polohu vozu v daném okamžiku. Srovnejte to s mozaikou mapy (nebo kachlové mapy), který používá mapování webové stránky jako Google Maps. Zde se mapa skládá ze souboru obrazů náměstí (dlažba), které jsou zobrazují na plátně v prohlížeči. Dlaždice odeslané do prohlížeče jsou potřebné pro aktuální rozlišení na mapě a pro oblast působnosti v okně prohlížeče. Dlaždice jsou vždy orientovány stejným směrem, tedy s vrcholem na severu. Představte si vektory na vektorové mapě sat-nav jako rovné segmenty silnice. Skládají se ze dvou míst (začátek a konec), definované zeměpisné šířky a délky, a dalších informací, jako je název ulice nebo silnice, a zda se jedná o dálnici, silnici nebo menší ulici či o jednosměrný jízdní pruh. Silnice se pak skládá z několika segmentů umístěných od začátku až do konce. Nyní přejděme k praxi. Máme dva body zájmu: aktuální polohu a místo určení. Máme mapu, která je definována jako velký soubor vektorů. Musíme využít tento výpočet ke zjištění optimální trasy z aktuálního umístění na místo určení. Obvykle se používá Dijkstrův algoritmus pro hledání nejméně nákladné cesty mezi dvěma uzly v posuzovaném grafu nebo v síti. Pro připomenutí, graf je datová struktura, která se skládá z řady vrcholů (případně uzlů) s odkazy (obvykle známými jako hrany) mezi nimi. Graf má náklady spojené s každou hranou. Pokud si představíte, že vektorová mapa je takový graf, vektory jsou hrany a konce každého vektoru můžou být uzly. Vzhledem k tomu, že se silnice bude skládat ze souboru vektorů spojených svými konci, lze si představit, že většina uzlů na mapě má 49

53 jen dvě hrany. Obecně můžeme předpokládat, že počáteční a koncová místa jsou definována podle zeměpisné šířky a délky párů, a shodou okolností končí vektory (to znamená, že nechceme použít geometrický algoritmus, který by určoval vektor určitého místa). Obrázek 27: Příklad mapy trasy. GPS Výše je uveden zjednodušený příklad vektorové mapy místa, kde bydlím (vlevo dole je uzel, který, zbarvený do hněda, pokračuje dále). Označila jsem délky vektoru, které jsou vymezeny červenými uzly s přesností na 5 metrů. Pro každý vektor je důležité označení jeho funkce a délky. Můžeme si představit, že dálnice a silnice mají nízkou hodnotu a proto ulice a silnice C hodnotu vysokou. Náklady jsou úměrné délce vektoru. Dijkstrův algoritmus je určen pro výpočet rozvětvení nejkratších cest z daného uzlu, případně pro reorganizaci uzlů v síti do stromu tak, že při postupu podle odkazů z počátečního uzlu (kořene stromu) na jiného uzlu se nabízí cesta s nejmenšími náklady. To ovšem není tak zásadní, protože počet vrcholů a hran na jakékoliv sat-nav mapě města bude obrovský a při plánování trasy tedy sat-nav ignoruje naprostou většinu z nich. Dijkstrův algoritmus selhává také v případě, kdy všechny uzly jsou stejně důležité, zatímco my víme, že uzly ve směru, kterým chceme cestovat budou důležitější než jiné. Potřebujeme tedy verzi Dijkstrova algoritmu, která by brala v úvahu skutečnost, že databáze map sat-nav je přínosným zdrojem. Některé vektory na mapě zkrátka zvažovat nebude, jsou-li například v opačném směru. Je nutné zakódovat uzly, které jsou blíže k cíli, jako mnohem významnější než uzly, které jsou dál. 50

54 4.4.2 Algoritmus Jedná se o grafický algoritmus, který dokáže vypočítat cestu s nejmenší náklady od spuštění uzlu do cílového uzlu. Byl navržen Hartem, Nilssonem a Raphaelem v roce používá dvě hodnoty při výpočtu uzlu, který se připojí k cestě s nejmenšími náklady: reálné nejmenší náklady od začátku uzlu se obvykle označují písmenem g, a heuristický odhad vzdálenosti od výchozího uzlu k cílovému písmenem h. Nejjednodušší heuristický odhad můžeme provést jednoduchou 'vzdušnou čárou' označující vzdálenost k cíli, která nebere v úvahu rohy silnic, apod. Další hodnota zvaná f je vypočtena jako g + h. (Všimněme si mimochodem, že Dijkstrův algoritmus je ekvivalentní algoritmu s heuristickým odhadem (h) nastaveným na hodnotu 0 pro každý uzel. Obrázek 28 Hledáni cesty pomocí GPS Tímto způsobem to funguje. (Postupujme na obr. 2 při hledání cesty od A do Z na vektorové mapě). Hodnotu cesty nastavíme jako prázdnou. Pro zdrojový uzel g je 0 a h je přímá vzdálenost k cílovému uzlu. Přidáme ji do prioritní fronty, což je datová struktura, která uvolňuje uzly s nejvyšší prioritou jako první. Naší prioritou je zde jít do inverzní hodnoty f - čím nižší je hodnota f, tím vyšší má prioritu. Dále se postupuje ke smyčce, pokud je prioritní fronta prázdná nebo jsme našli cílový uzel (výhodnější výsledek). Při postupu přes smyčky odečtěte z prioritní fronty uzel s nejmenší hodnotou f a přidejte ji k aktuální cestě. Nyní se podíváme na všechny uzly, kterých může být dosaženo z tohoto uzlu (to znamená všechny vektory, které mají aktuální uzel jako koncový bod). Budeme ignorovat všechny uzly, které se nachází na aktuální cestě. Pro každý z těchto uzlů vypočítáme jejich možné hodnoty g (to znamená aktuální g hodnoty uzlu plus náklady na další uzel). Pokud byl uzel vidět předem (to znamená v prioritní frontě), může být g hodnota 51

55 menší než předchozí a může být v tomto případě nahrazena. Vypočítejte hodnotu h a pokud uzel není v prioritní frontě, přidejte hodnotu f. Samozřejmě pokud uzel z prioritní fronty je cílem, přidáme ji do aktuální cesty. Pokud budeme v prioritní frontě postupovat uzly dolů, znamená to, že cílový uzel není dosažitelný od začátku uzlu a nepodařilo se nám najít cestu. V reálném světě by se to samozřejmě stávat nemělo (pokud se například budeme snažit dostat z Londýna na ostrov Man pomocí sat-navu bez informací o trajektech). Poté, co jsme si našli nejkratší cestu (nebo spíše trasu s nejmenšími náklady), software v sat-navu pak má zobrazit jednotku na obrazovce, a to buď jako mapu 2D nebo v dnešní době častěji jako 3D projekci mapy, a pak ji během cesty aktualizovat. 4.5 GLONASS Jako alternativa k americkému systému GPS (NAVSTAR) existuje ruský globální satelitní navigační systém GLONASS. Hlavním účelem GLONASS je monitorování dopravy: pozemní, námořní, letecké (sledování, identifikace rychlosti, výpočet přesných souřadnic dopravy). Někdy je také nazýván GLANAS, v anglické verzi pak GLONASS. GLONASS funguje na podobném principu jako GPS - základem je systém satelitů, který odhaduje umístění objektu v prostoru. Celkem dvacet čtyři družice se pohybují na třech oběžných drahách ve výšce kilometrů nad Zemí pod úhlem 64,8 stupňů. První družice ruského globálního družicového navigačního systému byla vynesena na oběžnou dráhu 12. října 1982, oficiálně byl pak systém GLONASS uveden do provozu dne 24. září Systém GLONASS (GLANAS) se skládá ze tří vzájemně propojených subsystémů - Spotřebitelského navigačního zařízení, subsystému sondy a subsystému kontroly. Navigační zařízení pro zákazníky NAP zahrnuje několik prvků: navigační přijímače a zařízení na zpracování. Zařízení na zpracování je určené pro příjem signálu ze satelitů a vypočet souřadnic, času a rychlosti pohybu objektu. Subsystém sondy (PK) obsahuje dvacet čtyři satelitů. Každých osm družic patří do stejné orbitální roviny a jsou rozmístěny po délce v rozmezí 120 stupňů. Jednotný posun družic na šířce je 45 stupňů a každý další posun satelitů na zeměpisné šířce 15 stupňů. V souvislosti s umístěním družice poskytuje úplné a rovnoměrné pokrytí celého povrchu zeměkoule, stejně tak jako prostoru v blízkosti Země. Subsystém sledování a kontroly (PKU) se skládá ze dvou úrovní. První - kontrolní systém centra GLONASS. Druhá úroveň - zahrnuje všechny měřicí a kontrolní stanice Ruské federace. Hlavním účelem subsystému řízení je kontrola správného fungování sondy subsystémů. S pomocí stálé kontroly CDP nad parametry dráhy satelity dostávají příkazy, navigační údaje, dočasné programy, atd. Jak již bylo zmíněno výše, principy fungování systému GLONASS jsou podobné americkému systému GPS. Každý satelitní systém GLONASS má standard správnosti a přesnosti navigačních signálů. Navigační signály standardního rozlišení (CT) mají 52

56 řadu L1-1,6 GHz a vysokou přesnost navigace signály (VT) - L1 a L2 s frekvencí 1,2 GHz. Pomocí navigačních signálů ve standardním rozlišení lze definovat horizontální a vertikální souřadnice, přesný čas, složky vektoru rychlosti objektu. Tyto funkce jsou dostupné pro všechny uživatele z globálního družicového navigačního systému GLONASS přijímače. S cílem výrazně zlepšit přesnost můžeme použít metodu diferenciální navigace nebo jiné metody měření. Za účelem určení souřadnic v prostoru a přesný čas je nutné, aby přijímač zachytil navigační signály minimálně ze čtyř satelitů GLONASS. Přijímač, který zachycuje signál z družice pomocí známé rádiové metody, měří vzdálenost k satelitům v pásmu viditelnosti, stejně tak jako rychlost jejich pohybu. Při provádění měření přijímač zpracovává obdržené navigační signály spolu s časovými a digitálními informacemi. Digitální informace jsou základem pro výpočet souřadnic přijímače objektu a parametrů jeho pohybu. Pomocí digitálních informací lze řešit různé navigační úkoly. Digitální informace je charakterizována časovým a prostorovým umístěním satelitu vzhledem k jedinému měřítku času a kartézským souřadnicím a popisuje prostorové polohy ostatních satelitů ve Keplerově formě okružních elementů, apod. Při výpočtu souřadnic přijímače objektu metodou nejmenších čtverců a pro stanovení rychlosti je závazný harmonogram časové osy s vysokou přesností - UTC (univerzální čas osy stupnice). Systém GLONASS zatím pokrývá celé území Ruska, ale může se již používat i dalšími uživatelskými zeměmi. To je způsobeno tím, že se počet družic viditelných nad obzorem je tři nebo více. Tři satelity jsou dostatečné pro určení prostorové souřadnice a čtvrtý satelit poskytuje definice výšky objektu. V tomto ohledu je využívání systému GLONASS na vzdušné cíle stále omezené. V současné době součástí systému GLONASS jsou satelity GLONASS-M o hmotnosti 1415 kg každý, které se budou používat nejméně do roku Jak se dalo očekávat, v roce 2010 začalo testování nové generace satelitů GLONASS-K. Mají nižší hmotnost (850 kg) a lepší výkon. Mají záruku deset let. Také má třetí kmitočtové pásmo L, které bude spotřebitelům k dispozici. Poté, co se na oběžnou dráhu vypustí dvacet čtyři satelitů, mohou být vypuštěny dva nové satelity nutné k udržení normálního provozu systému GLONASS. Nové satelity budou využívat nosič "Unie", který má umožnit snížení provozních nákladů. Počínaje 1. lednem 2006 všechna vozidla uváděná do provozu v Ruské federaci, musí být vybavena přijímači globálního navigačního systému GLONASS nebo kombinovanými GPS přijímači. GPS sledování se vztahuje na pozemní dopravu, letadla, lodě, vybavení a zaměřování prostoru vozidla. 53

57 Obrázek 29: GLONASS. Schéma světa Obrázek 30: MOSKVA. Foto z družice 54

58 Kapitola 5 Implementace V této kapitole jsou uvedeny informace týkající se výpočtu algoritmu při hledání optimální cesty. Zmíníme se o použitých nástrojích, architektuře a zajímavých částech implementace. 5.1 Použité nastroje Na základě předcházejících zkušeností byl pro implementaci programovací jazyk C ++. Vývoj se uskutečnil pomocí vývojového prostředí Microsoft Visual Studio 2008 v kombinaci s prostředím Microsoft Expression Blend Algoritmus hledání cesty Hledáni zpravidla nejkratší cesty je metoda vyhledávání grafu začínající v jednom bodě a objevující přilehlé uzly až do dosažení cílového uzlu. Ačkoli metoda vyhledávání grafů v případě dostatku času především hledá cestu, ostatní metody vyhledávání grafů inklinují k dosažení cíle co nejdříve. Obdobně se například člověk přemísťuje po místnosti, aniž by zkoumal všechny možné trasy předem. Obvykle tedy jde směrem k cíli a odchyluje se od cesty jen, aby předešel obstrukci s co nejmenšími odchylkami od cesty Floydův-Warshallův algoritmus Floydův Warshallův algoritmus porovnává všechny možné cesty v grafu se všemi dvojicemi vrcholů. Postupně vylepšuje odhad nejkratší cesty do té doby, než je zřejmé, že je odhad optimální. Vezměme například graf G s vrcholy V očíslovanými 1 až N. Dále vezměme funkci nejkratsicesta(i,j,k), která vrací nejkratší možnou cestou z i do j s použitím pouze vrcholů 1 až k jako mezivrcholů. Pomocí této funkce chceme najít nejkratší cestu mezi všemi dvojicemi i a j s použitím mezivrcholů 1 až k

59 Jako nejkratší cestu máme dvě možnosti: buď je nejkratší cesta v množině vrcholů (1...k), nebo existuje cesta od i do k + 1, a poté z k + 1 do j, která je lepší (kratší) než ta stávající. Nejlepší cesta z i do j používající pouze vrcholy 1 až k je definována funkcí nejkratsicesta(i,j,k). Délka nejlepší cesty z i do k + 1 a poté do j je pak zřejmě součet délek nejkratší cesty z i do k + 1 a nejkratší cesty z k + 1 do j. Funkci nejkratsi Cesta(i,j,k) pak můžeme rekurzivně definovat takto: nejkratsicesta(i,j,k) = min(nejkratsicesta(i,j,k 1),nejkratsiCesta(i,k,k 1) + nejkratsicesta(k,j,k 1)); nejkratsicesta(i,j,0) = cenahrany(i,j); Algoritmus nejprve spočte nejkratsicesta(i,j,0) pro všechny dvojice i a j, poté pro všechny dvojice spočte nejkratsicesta(i,j,1) atp., dokud nedosáhne rovnosti k = N, kdy jsme našli nejkratší cesty pro všechny dvojice vrcholů i a j v grafu G. Asymptotická časová složitost algoritmu je O(N 3 ). Při počítání k-té úrovně můžeme přepsat informace vytvořené na úrovni k - 1. Algoritmus pak používá kvadratické množství paměti vůči počtu vrcholů grafu. Asymptotická paměťová složitost je tedy O(N 2 ) A* algoritmus A* používá hladový princip pro nalezení optimální cesty z počátečního do požadovaného koncového uzlu. Optimální cestou se rozumí nejkratší, nejrychlejší, nejlevnější atd. cesta v závislosti na reprezentaci hodnot, vah, a hran v grafu. Pro účely tohoto článku je hledána nejkratší cesta. K tomu se obvykle používá funkce označená f(x), která ohodnocuje jednotlivé uzly pro určení pořadí, ve kterém se jimi má procházet. Tato funkce se skládá ze dvou funkcí: f(x) = g(x) + h(x), kde funkce g(x) je funkce představující vzdálenost mezi počátečním a daným uzlem, h(x) představuje heuristickou funkci. Tato funkce odhaduje správnost postupu při vyhledávání optimální cesty za pomoci vzdálenosti mezi výchozím a konečným uzlem. Zároveň musí být přípustná, tzn. nesmí nadhodnocovat vzdálenost k cíli. Například v navigaci může být použita jako heuristika vzdálenost vzdušnou čárou, jelikož je to fyzicky nejkratší možná cesta. Pokud heuristika h navíc splňuje podmínku pro každou hranu x,y grafu (d je délka této hrany), potom h je monotónní (někdy též označována jako konzistentní). V tomto případě algoritmus projde každým uzlem maximálně jednou. Samotný algoritmus se pak vypočítává následovně. Je vytvořena a udržována prioritní fronta otevřených, tj. ještě nenavštívených uzlů. Čím menší je hodnota f(x) pro daný uzel x, tím vyšší má prioritu. V každém kroku algoritmu je uzel s nejvyšší prioritou odebrán z prioritní fronty a jsou spočítány hodnoty f a h pro jeho sousední uzly. Tyto uzly jsou pak přidány do prioritní fronty. Algoritmus pokračuje, dokud nemá konečný uzel menší hodnotu f než libovolný uzel z fronty nebo dokud není tato fronta prázdná. 56

60 Hodnota f koncového uzlu je poté délkou nejkratší cesty grafu. Pokud je potřeba znát i konkrétní cestu, pak je nutné nechávat i seznam uzlů na této cestě. Časová složitost algoritmu závisí na použité heuristice. V nejhorším případě je počet prozkoumaných uzlů exponenciální vzhledem k délce řešení. V optimálním případě je složitost polynomiální. Optimálním případem se rozumí stav, kdy je prohledávaný prostor stromem, existuje pouze jeden optimální stav a heuristická funkce h splňuje následující podmínku: kde h * je optimální heuristika, tj. přesná vzdálenost z x do koncového uzlu. Jinými slovy podmínka říká, že chyba heuristiky h neporoste rychleji než logaritmus optimální heuristiky Dijkstrův algoritmus E. Dijkstra vytvořil klasický algoritmus pro průchod grafu, jehož polohy máji různou váhu. Na každém kroku hledá nezpracované uzly v blízkosti startu, pak prohledává sousední uzly a instaluje nebo obnovuje jejich vzdálenost od startu. Dijkstrův algoritmus slouží k výpočtu nejkratší cesty z jednoho uzlu do orientovaného grafu G = (V, E) s počáteční vrcholem s, ve kterém váhy všech hran nejsou záporné w((u, v)>= 0 pro všechny (u, v), které patřily do E). Formální vysvětleni Algoritmus Dijkstra obsahuje množiny S, které patří V, skládající se z vrcholu v, pro které je známo q(s, v). Algoritmus vybere vrchol U z V \ S s nejmenší d [u], přidá u do S a vypočítá všechny hrany z U. Cyklus se tak znovu a znovu opakuje. Uzly, které neleží v S, jsou uloženy do fronty Q s prioritami určenými hodnotami funkce d. Předpokladá se, ze graf definován seznamem sousedních bodů. Neformální vysvětleni Každý vrchol z V porovnáme pomocí znaménka - minimální vzdálenosti od vrcholu do bodu a. Algoritmus funguje krok za krokem - každý krok navštíví jeden vrchol a pokusí se snížit na znaménko. Algoritmus končí, když jsou navštíveny všechny vrcholy. Inicializace Znaménko nejvyššího vrcholu se rovná 0, znaménko zbývajících vrcholů - nekonečno. To znamená, ze vzdálenost od a do jiných vrcholů není známa. Všechny vrcholy jsou označeny jako nenavštívené. Krok algoritmu 57

61 Jakmile jsou všechny vrcholy navštíveny, algoritmus končí. Kupříkladu jako zatím navštívený vrchol je vybrán vrchol u, který má minimální znaménko. Zvažujeme všechny možné cesty, u kterých je u předposlední prvek. Vrcholy spojené hranami s vrcholem u, nazveme sousedy tohoto vrcholu. Pro každého souseda nová délka cesty se rovná součtu aktuálního znaménka u a délky hrany spojující u s tímto sousedem. Jeli výsledná délka menší než znaménko souseda, nahradíme znaménko této délky. Po zvážení všech sousedů označíme znaménko u jako navštívené a opakujeme krok. 5.3 Příklad (experiment) - hledání cesty v konkrétním grafu Prohlédneme si práci algoritmu na příkladu grafu na obrázcích uvedených níže. Předpokládejme, že chceme najit vzdálenost od vrcholu č. 1 do všech ostatních. Kruhy označuji vrcholy, čáry - cesty mezi nimi (hrany grafu). V kruzích označíme počet vrcholů, nad hranami jejich "hodnotu" - délku cesty. Každý vrchol označíme červeným znaménkem pro délku nejkratší cesty k tomuto vrcholu z předchozího vrcholu. První krok Prohlédneme si krok Dijkstrůva algoritmu pro náš příklad. Minimální znaménko má vrchol č. 1. Sousedními jsou vrcholy jsou vrcholy č. 2, 3 a 6. 58

62 První soused vrcholu č. 1 je znaménko 2, protože délka cesty k ní je minimální. Délka cesty přes vrchol č. 1 je nejkratší vzdálenost do vrcholu 1 + délka hrany z 1 do 2, tj = 7. To je menší, než je aktuální znaménko vrcholu č. 2, proto nové znaménko 2. vrcholu se rovná 7. Provedeme podobnou operaci s dalšími dvěma sousedy - vrcholy č. 3 a 6. 59

63 Všechny sousední vrcholy vrcholu č. 1 jsou zkontrolovány. Současná minimální vzdálenost do vrcholu č. 1 je konečná (na tuto skutečnost poprvé poukázal Dijkstra. Vrchol se škrtá z grafu, jakmile je navštíven. Druhý krok Krok algoritmu se opakuje. Znovu musíme najít nejbližší z ostatních vrcholů. Tento vrchol je 2 se znaménkem 7. Znovu zkusíme snížit znaménko sousedů vybraných vrcholů přes 2. Sousedními vrcholy 2 jsou 1, 3, 4. Prvním (v pořadí) sousedem vrcholu č. 2 je 1. Tento vrchol jsme už však navštívili, proto s ním nic neděláme. Dalšími sousedy vrcholu č. 2 jsou vrcholy 4 a 3. Pokročíme-li k nim přes 2, délka této cesty je nejkratší vzdáleností do 2 + vzdálenost mezi vrcholy 2 a 4 = = 22. Vzhledem k tomu, že 22 je menší než nekonečná množina, označíme znaménko vrcholu 4 jako

64 Všechny probrané sousedy vrcholu 2 označíme jako navštívené. Třetí krok Opakujeme krok algoritmu a vybereme vrchol č. 3. Další kroky Opakujeme krok algoritmu pro zbývající vrcholy (v pořadí 6, 4 a 5). Algoritmus dokončíme, když jsou odstraněny všechny vrcholy. Výsledkem je nalezení nejkratší cesty z vrcholu 1 do 2, a to 7; z 1 do 3 je to 9, z 1 do 4 20, z 1 do 5 20 a z 1 do Vzhledem k tomu, že Dijkstrův algoritmus vždy vybírá ke zpracování vrchol s odhadem nejkratší cesty, můžeme říct, ze je jedním z hladových algoritmů Realizace programu Program zobrazuje minimální cestu mezi dvěma vrcholy grafu a její délku. Při spuštění programu se na obrazovce objeví výzva k zadání hran grafu. Údaje zadané uživatelem jsou zobrazeny ve formě maticové sousednosti, ve které žádné hrany 61

65 nejsou označeny nulou. Poté zadaným hranám přiřadíme hodnotu 65535, což považujeme za nekonečno. Následující etapou programu je požadavek k očíslování vrcholů, mezi kterými musíme znát cestu. Pokud se počáteční a konečné vrcholy shodují, vypracuje se zpráva a pracovní programy se dokončí. V opačnem případě se provádí Dijkstrův algoritmus. Výsledkem programu je zobrazení vrcholu, přes který probíhá minimální vypočítaná délka cesty. Pokud cesta mezi danými body neexistuje, sepíše se zprava. Popis proměnných Proměnná Typ Popis n int počet bodů (vrcholů) i,j int čítač p int číslo nejkratší cesty a nejkratší délky xn int číslo počátecního bodu (vrcholu) xk int číslo konečného bodu (vrcholu) flag[11] int Soubor, i-tý prvek, který má hodnotu 0, pokud i-té cesty a vzdálenosti jsou dočasné, a hodnotu 1, pokud jsou tyto cesty a vzdálenosti konstantní c[11][11]. word (unsigned int). Soubor i-j prvků označující vzdálenosti mezi body (vrcholy) i-y a j-y poznamka: 1. с[i][i]=nekonečno 2. c[i][j]=c[j][i] s[80] char Soubor řádků, který má cesta poznámka: Po provedení Dijkstrova 62

66 algoritmu je délka cesty mezi prvky p a y je nejkratší l[11] word (unsigned int) Soubor obsahující délky cest (paths) Poznámka: Po provedení Dijkstrova algoritmu, je délka cesty mezi prvky p a y nejkratší path[80][11] char Soubor řádků cesty Poznámka: Po provedení Dijkstrova algoritmu, je délka cesty mezi prvky p a y nejkratší word minim(word x, word y) funkce, která vrací minimální číslo x a y. int min(int n) funkce, která vrací minimální číslo prvku souboru l[i] "neoznačené" délky cesty (flag [i] = 0). Nastup X<Y RETURN X RETURN Y Konecc Obrázek 31: Pracovní princip Předpis pro použití Při spuštění programu se objeví okno s následujícími předpisy. 63

67 1. Zadejte počet vrcholů. 2. Zadejte délku hran (čislo > 0). V programu délky оd хi do xi+1 a od xi+1 do хi budou stejné a vzdálenosti оd хi do хj neexistují. Pokud hrany mezi těmito body neexistuji, zadejte Na obrazovce se zobrazí matice sousednosti, která zobrazuje uloženou informaci 4. Zadejte číslo vrcholu, ve kterém cesta skončí. 5. Po ukončení programu a získání výsledku zmáčkněte Enter. 64

68 Kapitola 6 Vyhodnocení splnění cílů, otevřené problémy 6.1 Optická technologie u rychlosti světla Optické komponenty a systémy využívají letecké a obranné aplikace s vysokou rychlostí, nízkou hmotností a zvýšenou bezpečností. Poptávka po kompaktní, lehké a výkonné elektronice je umocněna tím rostoucí poptávkou po větší propustnosti dat a šířce pásma pro využití optických technologií ve vojenství a letectví. Optické komponenty a systémy jsou stále předmětem zkoumání, stejně tak jako aplikace, kterých se využívá v oblasti letectví, státní bezpečnosti, námořnictví a výzkumu vesmíru. Výhody Optické komponenty a systémy se využívají ke sběru video a sensorových dat v letectví, proto se usiluje o snížení SWaP, usnadnění instalace, EMI a imunity. Důležitými aplikacemi je bezpečnost bunkru v komunikaci, elektrooptika (EO), kontrolní stanice, nebo snímání RF informací přes vlákno. Na prvním místě je dálková optika, poté imunita EMI, bezpečnost a a nakonec snížení hmotnosti. Dále a rychleji Optické součásti umožňují vyšší výkon, což je velká výhoda vzhledem k množství získávaných dat a výměně informací o digitálním bojišti. "Optické propojení umožní rychlejší přenos dat, a tedy i vyšší rychlost zpracování," přiznává Andreas Gerster, celosvětový obchodní manažer pro rozvoj optiky v Agilent Technologies v Santa Claře v Kalifornii. Optické technologie poskytují možnost přepravy velkého objemu dat přes velké vzdálenosti. Měděné propojovací desky a kabelové sestavy jsou rozmístěny po celém mil-aero prostoru a jsou mimořádně citlivé na vzdálenosti. "Čím větší je vzdálenost, tím vyšší útlum a nižší rychlost přenosu dat," vysvětluje Gerster. "Optické vlákno má mnohem nižší útlum a umožňuje snížit vzdálenost na primární konstrukční omezení. Počítače, které potřebují mezi sebou komunikovat, tedy mohou být několik stovek metrů od sebe a pracovat, jako by byly ve stejné místnosti." "Přenosová rychlost v elektronice nyní dosáhuje 10G (10 gigabitů) a více na I / O (vstup / výstup) pin, který řídí všechny druhy digitálního propojení na bázi mědi na limit," říká Gerster. "Z tohoto důvodu jsou optické výpočetní technologie mnohem atraktivnější pro použití v letectví a obraně." 65

69 6.2 Bezpečnost a spolehlivost Vyšší bezpečnost je velkou výhodou v aplikacích mil-aero. Optika je od přírody "imunní vůči elektronickým protiopatřením a podle průzkum provedeného v této oblasti nevykazuje žádné elektromagnetické emise," dodává Gerster. Optická výpočetní technika, sítě, komunikace jsou odolné vůči TEMPEST (přechodovým elektromagnetickým impulsům Standard), což zvyšuje jejich bezpečnost. "TEMPEST se týká emisí z měděných kabelů, které by mohly být detektovány například čichem," říká Schleicher. Optické technologie hraje roli také ve fyzické bezpečnosti. Detekční technologie Fiber Optic, následně Fibre Technologies (FFT), v Mountain View v Kalifornii fyzicky chrání vysoce citlivé komunikační a datové sítě nejmenovaného amerického vojenského zařízení. Díky instalaci a používání bezpečných komunikačních systémů FFT Ochranný systém distribuce (PDS) chrání tajemství sítě datového přenosu mezi zařízeními Internet Protocol Routek (SIPRNET) proti nezákonnému zásahu, stahování dat a neoprávněným fyzikálním narušením. SIPRNET je vysoce bezpečnostní systém propojených počítačových sítí používaný americkým Ministerstvem obrany (DOD) a americkým Ministerstvem zahraničních věcí k přenosu tajných informací. Investiční odvětví Výhod optických technologií je mnoho a řada společností pracuje na dodání výkonných Fiber-Optic komponent, systémů, norem a informací mil-aero pro nesčetné aplikace. Výrobní společnost Calumet Electronics Corp. (Michigan) má nasazené nové optické propojení zařízení svých výzkumných laboratoří. Podle mluvčího společnosti potřeba elektronických operačních systémů zvyšovat rychlost digitálního přenosu dat v rámci on-board komponent, obvodů, a propojovacích desek neustále roste. V současné době aktuální optimální propojení systémů používá kov s omezenou přenosovou kapacitou dat. Prodlevy spojené s rychlostí přenosu dat omezuje celkový výkon systému. Inženýři z Calumetu spolupracují s odborníky Michiganské technologické univerzity v Houghton a společností Dow Corning Corporation Midland v Michiganu a Lockheed Martin v marylandském městě Bethesda, na společném výzkumném programu rozvoje financovaném Ministerstvem obrany k rozvoji výrobní kapacity pro výrobu plošných spojů pomocí optického propojení umožňujícího zpracování údajů. 66

70 6.3 Vlákno budoucnosti Optických technologie a komponenty mají zřejmě velkou budoucnost v aplikacích mil-aero. Technologické společnosti v nejbližší době plánují zavedení optického vylepšení pro nesčetné množství aplikací v letectví a ochraně životního prostředí. Budoucnost optické sítě Neustálý pokrok v optických technologiích slibuje další změny v rozvoji optických sítí ve službách vlnové délky end-to-end. Dopad nové optické vrstvy na telekomunikační sítě je ohromující. Lze ho měřit dvěma způsoby: ekonomicky a schopností dopravce nabízet nové služby. Optická vrstva těchto technologií zvyšuje síťovou kapacitu, která umožňuje poskytovatelům sítě přepravu více než čtyřicetinásobný provoz na stejných vláknech infrastruktury. V konečném důsledku to povede ke snížení cen a díky konkurenci v této oblasti (jako důsledek Telekomunikace 1996) se šířka pásma stane cenově dostupnější. Spotřebitelé budou mít přístup k novým službám s velkou šířkou pásma umožňující zvýšení kapacity díky optické vrstvě. Služby, které se považovaly za příliš drahé, jako je například promítaná videokonference (příp. videokonference z domova), elektronický obchod či vysokorychlostní video, se staly samozřejmostí, protože jsou technicky a ekonomicky proveditelné. Optická vrstva tak povede ke zdokonalení technologií, které denně používáme a které nám zjednodušují život. 67

71 Kapitola 7 Závěr V současné době existuje problém s nedostatkem dat v síti, které nelze zpracovat automaticky, protože nespecifikují sémantický význam. Navzdory silné technologické základně existují problémy, které brání širokému využívání technologií. Tyto problémy, jakož i řešení některých z nich, včetně přehledu standardů k jejich odstranění, jsou předmětem této práce. Standardy OWL, RDF, XML již dávno obdržely statut doporučení W3C a jsou aktivně používány. Pro práci s dokumenty v těchto formátech byly rovněž vytvořeny dodatečné standardy, jako jsou dotazovací jazyky SPARQL nebo XQuery. V současné době je většina údajů v nestrukturovaných formátech a neobsahují žádná meta-data. Tento stav brání rozvoji aplikací a prostředků sémantického webu, což stejně jako v případě podnikových sítí snižuje efektivitu činnosti firem. V těch oblastech, ve kterých jsou informace strukturované a jsou popsané v podobě ontologií, jsou také problémy, zejména pokud je nutné současně použít několik ontologií. Mezi související úkoly patří klasické otázky sémantického vyhledávání, výpis nových poznatků, získání poznatků z dat a popis dostupných dat pro další automatické zpracování. Koncepce sémantického webu poskytuje řešení dostupnosti informací a poskytuje nástroje pro jejich počítačové zpracování vytvářením globální úrovně v celé síti, která používá tyto technologie, v případě Internetu je to globální databáze. Tyto nástroje by měly poskytnout možnost získávání poznatků ze špatně strukturovaných informací a zajištění jejich výpisu pro vytvoření kvalitativně nových serverů. S ontologiemi v úzkých specifických oblastech vzniká otázka využití znalostí z většího množství různých ontologií. V tomto případě je zapotřebí jejich sdružení. Nutnou podmínkou je, aby toto sdružení bylo bezpečné, čili aby byl zachován původní význam a nebyl zkreslen. Druhou důležitou podmínkou pro využití této ontologie v kontextu jiných ontologií je úspornost importování konceptů jedné ontologie do druhé importují se pouze relevantní pojmy místo plného importu všech pojmů. V této práci byly posouzeny současné aktuální problémy při popisu dat ve veřejné a soukromé síti, které jsou v různých formátech. Byly rovněž posouzeny problémy při transformaci dat mezi různými formáty a jejich řešení. Byla zmíněna oblast týkající se využívání více ontologií pro vyřešení jednoho problému, což je obzvláště důležité vzhledem k velkému počtu různých ontologií ve specifických oblastech. 68

72 V práci jsou také popsány nástroje pro vizualizaci informací, základy navigace a také jsou uvedeny příklady navigačních systémů. Větší část práce je věnována optickým technologiím a jejich vývoji, byly ukázány jejich problémy a nedostatky. Otázka spolehlivosti informací v souvislosti s koncepcí je důležitá, do této práce však zahrnuta nebyla. Tato otázka bude předmětem budoucí vědecké činnosti. V příští práci bude osvětlen i nový doporučovaný standard RDF pro popis informací v RDF v těle dokumentu (X)HTML, který je, podle mého názoru, chybějícím článkem při využití technologií sémantického webu ve stávající infrastruktuře internetu. 69

73 Odkazy [1] C. de Laat, E. Radius, S. Wallace, The rationale of the current optical networking initiatives, Future Generation Computer Systems 19 (6) (2003) [2] L. Gommans, F. Dijkstra, C. de Laat, A. Taal, A. Wan, T. Lavian, I. Monga, F. Travostino, Applications drive secure lightpath creation across heterogeneous domains, Communications Magazine, IEEE 44 (3) (2006) [3] O. Martin, The ongoing evolution from packet based networks to hybrid networks in research & education networks, 2005: /proceeding2005/Martin.doc [4] CERN, Large hadron collider: [5] European large baseline interferometry network:. [6] International Telecommunication Union, Recommendation on DWDM (G.692): [7] G. Bernstein, B. Rajagopalan, D. Saha, Optical Network Control Architecture, Protocol and Standards, Addison-Wesley, 2004, Ch. 2, pp [8] SURFnet, SURFnet6 lightpaths mark start of new Internet era (press release). : content.jsp?objectnumber= [9] Global Lambda Integrated Facility (GLIF): [10] J. Sobiesky, T. Lehman, Common service definition, Tech. rep., Mid- Atlantic Crossroads (MAX) (2005). URL DRAGON/CommonServiceDefinition [11] User-Controlled LightPaths (UCLP): [11] T. Lehman, J. Sobieski, B. Jabbari, DRAGON: A framework for service provisioning in heterogeneous grid networks, IEEE Communications Magazine 44 [12] F. Dijkstra, Notes on fault isolation, Tech. rep., Universiteit van Amsterdam: [13] J. Case, M. Fedor, M. Schoffstall, J. Davin, Simple Network Management Protocol (SNMP), RFC 1157 (Historic) (May 1990): 70

74 [15] DMTF, Common Information Model (CIM): [16] OASIS, Data Center Markup Language (DCML): [17] Research Group System and Network Engineering (SNE) [18] Nástroje pro NDL: [19] Graphviz : [20] Mapping Toolbox-: [21] GLONASS: [22] Graphviz: [23] T. Bray, J. Paoli, C. M. Sperberg-McQueen, E. Maller, F. Yergeau: Extensible Markup Language (XML) 1.0 (Fourth Edition). W3C, [24] T. Bray, D. Hollander, A. Layman, R. Tobin: Namespaces in XML 1.0 (Second Edition). W3C, [25] H. S. Thompson, D. Bleech, M. Maloney, N. Mendelsohn: XML Schema Part 1: Structures Second Edition.W3C, [26] P. V. Biron, A. Malhotra: XML Schema Part 2: Datatypes Second Edition. W3C,

75 A Dijkstruv algoritmus A.1 Diagram Dijkstruv algoritmus NASTUP i=0 i ++ i<n ne ne c[p][i]!=65535 &&(!flag [i]) &&(i!=p) p=min(i) flag[p]=i p=xk ne l[i]>l[p]+c[p][i] ne KONEC p=p+i l[i]=min(l[i],l[p]+c[p][i]) 72

76 A. 2 Dijkstruv algoritmus int min(int n) { int i, result; for(i=0;i<n;i++) if(!(flag[i])) result=i; for(i=0;i<n;i++) if((l[result]>l[i])&&(!flag[i])) result=i; return result; } word minim(word x, word y) { if(x<y) return x; return y; } // algoritmus Dijkstra: for(i=0;i<n;i++) { flag[i]=0; l[i]=65535; } l[xn]=0; flag[xn]=1; p=xn; itoa(xn+1,s,10); for(i=1;i<=n;i++) { strcpy(path[i],"x"); strcat(path[i],s); } do { for(i=0;i<n;i++) if((c[p][i]!=65535)&&(!flag[i])&&(i!=p)) { if(l[i]>l[p]+c[p][i]) { itoa(i+1,s,10); strcpy(path[i+1],path[p+1]); strcat(path[i+1],"-x"); strcat(path[i+1],s); } l[i]=minim(l[i],l[p]+c[p][i]); } p=min(n); flag[p]=1; } while(p!=xk); 73

77 B Obsah CD-ROM Součástí diplomové práce je i přiložený CD-ROM obsahující text práce, zdrojové soubory, přeložený program a další dokumenty týkající se implementace. Obsahuje následující adresáře: /Doc adresar obsahující : - text diplomové práce - Uživatelský dokumentaci - dokumentaci ke zdrojovým kódům /Src adresař obsahujici : - cesta.cpp solution program Visual Studio cesta.exe obecný instalační soubor je zahrnuty do žádostí balíčku Windows - cesta.obj Objektové soubory - cesta.m - solution program Matlab r2009b(mapping toolbox) - složka metro přiklad projektu metro Petrohradu v 3D /Editor addresař obsahuji preloţeny a spustiteľny program a podadresař Examples s přikladami diagram 74

78 C1 Přiklad 1 #include<iostream.h> #include<iostream> #include<string.h> #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<conio.h> #define word unsigned int int i, j, n, p, xn, xk; int flag[11]; word c[11][11], l[11]; char s[80], path[80][11]; int min(int n) { int i, result; for(i=0;i<n;i++) if(!(flag[i])) result=i; for(i=0;i<n;i++) if((l[result]>l[i])&&(!flag[i])) result=i; return result; } word minim(word x, word y) { if(x<y) return x; return y; } void main(void) { cout<<"zadejte pocet bodu: "; cin>>n; for(i=0;i<n;i++) for(j=0;j<n;j++) c[i][j]=0; for(i=0;i<n;i++) for(j=i+1;j<n;j++) { cout<<" Zadejte vzdalenost ot x=" <<(i+1) <<" do x="<<(j+1)<<": "; cin>>c[i][j]; } cout<<" "; for(i=0;i<n;i++) cout<<"x="<<(i+1); cout<<endl<<endl; for(i=0;i<n;i++) { printf("x%d",i+1); for(j=0;j<n;j++) { printf("%6d",c[i][j]); c[j][i]=c[i][j]; } 75

79 printf("\n\n"); } for(i=0;i<n;i++) for(j=0;j<n;j++) if(c[i][j]==0) c[i][j]=65535; //nekonecno cout<<" Zadejte zakladny bod: "; cin>>xn; cout<<" Zadejte konecny bod: "; cin>>xk; xk--; xn--; if(xn==xk) { cout<<"zakladni a konecne body se shoduji."<<endl; getch(); return; } } for(i=0;i<n;i++) { flag[i]=0; l[i]=65535; } l[xn]=0; flag[xn]=1; p=xn; itoa(xn+1,s,10); for(i=1;i<=n;i++) { strcpy(path[i],"x"); strcat(path[i],s); } do { for(i=0;i<n;i++) if((c[p][i]!=65535)&&(!flag[i])&&(i!=p)) { if(l[i]>l[p]+c[p][i]) { itoa(i+1,s,10); strcpy(path[i+1],path[p+1]); strcat(path[i+1],"-x"); strcat(path[i+1],s); } l[i]=minim(l[i],l[p]+c[p][i]); } p=min(n); flag[p]=1; } while(p!=xk); if(l[p]!=65535) { cout<<"put: "<<path[p+1]<<endl; cout<<"dlina puti: "<<l[p]<<endl; } else cout<<"cesty neexistuje!"<<endl; getch(); 76

80 77