Ух, наколотил студенту ☺
Mar. 16th, 2023 07:33 pm![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
eddy_emТема работы: "Веб-интерфейс управления астрофизическим экспериментом".
Пояснительная записка.
Проведение астрофизического эксперимента (далее - наблюдений) задействует многочисленное оборудование: телескоп и его купол с забралом, механические узлы наблюдательной аппаратуры (спектрографов, фотометров и т.п.), светоприемник гидирования и коррекции, научный светоприемник, а также различное вспомогательное оборудование.
По мере развития научно-технического прогресса аппаратный комплекс, с которым имеет дело астрофизик во время наблюдений, становится с каждым годом все сложней и сложней. И если еще 20 лет назад было возможно наблюдать "вручную" - без использования ЭВМ, современный эксперимент невозможно себе представить без привлечения сложных аппаратно-программных комплексов. Развитие систем дистанционного доступа к проведению эксперимента позволяет во многих случаях полностью отказаться от привлечения человека непосредственно к наблюдениям: его задача сводится лишь к подготовке списка объектов интереса и алгоритма наблюдения каждого объекта, телескопы-роботы "самостоятельно" в зависимости от погодных условий принимают решение о начале наблюдений и выбирают подходящие объекты по программе.
На крупнейшем в Евразии оптическом телескопе БТА Специальной Астрофизической Обсерватории РАН (САО РАН) с диаметром главного зеркала 6 метров система управления еще не позволяет полностью роботизировать процесс наблюдений, однако, углубление уровня автоматизации систем управления телескопом и научным экспериментом позволит в конце-концов и на нем избавить астронома от необходимости лично участвовать в процессе наблюдений.
Первым шагом к автоматизации любого процесса является создание удобного интерфейса. В наше время наиболее популярным стал веб-интерфейс, т.к. по сути он является кросс-платформенным, позволяя обеспечивать доступ к процессу даже со смартфонов.
Данная выпускная квалификационная работа посвящена разработке ядра веб-интерфейса управления научным экспериментом. Естественно, разработка будет осуществляться в операционной системе Linux - наиболее защищенной и удобной для разработки абсолютно любого вида ПО. Для полного контроля системы выбирается дистрибутив, не содержащий ущемляющего прав пользователя ПО: Gentoo или Calculate (последний включен в Росреестр). Язык разработки - С++ - обеспечит наибольшую эффективность ПО вкупе с наименьшим расходом ресурсов. Для выдачи пользователю статических ресурсов будет использоваться легковесный веб-сервер NGINX, веб-интерфейс будет разрабатываться на чистом HTML+JS+CSS для оптимизации нагрузки на ПК пользователя и сетевые ресурсы. Аутентификация пользователей - при помощи БД sqlite с сохранением сессионных ключей в Local Storage браузера клиента. Дуплексное двухстороннее соединение клиента и сервера - посредством веб-сокетов, обеспечивающих наименьшую нагрузку на сеть.
Веб-интерфейс позволит разделять пользователей по уровню доступа (гость, наблюдатель, инженер, администратор) и позволит управлять подвижными элементами аппаратуры с контролем их состояния в реальном времени. "Общение" сервера с аппаратурой - посредством локальных TCP-сокетов, UNIX-сокетов или зашифрованных TLS (по ключам) сетевых TCP-сокетов.
Актуальность работы состоит в том, что в САО РАН до сих пор нет ни одного научного прибора с полностью дистанционным управлением (по сути интерфейс управления запускается на удаленном компьютере через канал ssh). Использование веб-сокетов в разрабатываемом интерфейсе позволит в случае необходимости подключиться и посредством локального удаленного интерфейса, а не веб-браузера, либо даже автоматизировать управление аппаратурой при помощи простейших bash-скриптов. Выполненная работа позволит углубить уровень автоматизации проведения научного эксперимента в обсерватории и ускорить роботизацию.
Пояснительная записка.
Проведение астрофизического эксперимента (далее - наблюдений) задействует многочисленное оборудование: телескоп и его купол с забралом, механические узлы наблюдательной аппаратуры (спектрографов, фотометров и т.п.), светоприемник гидирования и коррекции, научный светоприемник, а также различное вспомогательное оборудование.
По мере развития научно-технического прогресса аппаратный комплекс, с которым имеет дело астрофизик во время наблюдений, становится с каждым годом все сложней и сложней. И если еще 20 лет назад было возможно наблюдать "вручную" - без использования ЭВМ, современный эксперимент невозможно себе представить без привлечения сложных аппаратно-программных комплексов. Развитие систем дистанционного доступа к проведению эксперимента позволяет во многих случаях полностью отказаться от привлечения человека непосредственно к наблюдениям: его задача сводится лишь к подготовке списка объектов интереса и алгоритма наблюдения каждого объекта, телескопы-роботы "самостоятельно" в зависимости от погодных условий принимают решение о начале наблюдений и выбирают подходящие объекты по программе.
На крупнейшем в Евразии оптическом телескопе БТА Специальной Астрофизической Обсерватории РАН (САО РАН) с диаметром главного зеркала 6 метров система управления еще не позволяет полностью роботизировать процесс наблюдений, однако, углубление уровня автоматизации систем управления телескопом и научным экспериментом позволит в конце-концов и на нем избавить астронома от необходимости лично участвовать в процессе наблюдений.
Первым шагом к автоматизации любого процесса является создание удобного интерфейса. В наше время наиболее популярным стал веб-интерфейс, т.к. по сути он является кросс-платформенным, позволяя обеспечивать доступ к процессу даже со смартфонов.
Данная выпускная квалификационная работа посвящена разработке ядра веб-интерфейса управления научным экспериментом. Естественно, разработка будет осуществляться в операционной системе Linux - наиболее защищенной и удобной для разработки абсолютно любого вида ПО. Для полного контроля системы выбирается дистрибутив, не содержащий ущемляющего прав пользователя ПО: Gentoo или Calculate (последний включен в Росреестр). Язык разработки - С++ - обеспечит наибольшую эффективность ПО вкупе с наименьшим расходом ресурсов. Для выдачи пользователю статических ресурсов будет использоваться легковесный веб-сервер NGINX, веб-интерфейс будет разрабатываться на чистом HTML+JS+CSS для оптимизации нагрузки на ПК пользователя и сетевые ресурсы. Аутентификация пользователей - при помощи БД sqlite с сохранением сессионных ключей в Local Storage браузера клиента. Дуплексное двухстороннее соединение клиента и сервера - посредством веб-сокетов, обеспечивающих наименьшую нагрузку на сеть.
Веб-интерфейс позволит разделять пользователей по уровню доступа (гость, наблюдатель, инженер, администратор) и позволит управлять подвижными элементами аппаратуры с контролем их состояния в реальном времени. "Общение" сервера с аппаратурой - посредством локальных TCP-сокетов, UNIX-сокетов или зашифрованных TLS (по ключам) сетевых TCP-сокетов.
Актуальность работы состоит в том, что в САО РАН до сих пор нет ни одного научного прибора с полностью дистанционным управлением (по сути интерфейс управления запускается на удаленном компьютере через канал ssh). Использование веб-сокетов в разрабатываемом интерфейсе позволит в случае необходимости подключиться и посредством локального удаленного интерфейса, а не веб-браузера, либо даже автоматизировать управление аппаратурой при помощи простейших bash-скриптов. Выполненная работа позволит углубить уровень автоматизации проведения научного эксперимента в обсерватории и ускорить роботизацию.
