Микросервисная архитектура виртуальных тренажерных комплексов
Ключевые слова:
микросервисная архитектура, микросервисы, виртуальные тренажерные комплексы, межмодульное взаимодействие, оптимизация передачи данныхАннотация
В представленной работе рассматривается задача автоматизации и снижения сложности процесса разработки виртуальных тренажерных комплексов. Проведенный анализ предметной области показал необходимость перехода от монолитного подхода к сервис-ориентированному варианту архитектуры. Выявлено, что использование монолитной архитектуры при реализации виртуальных тренажерных комплексов ограничивает возможность модернизации системы, увеличивает ее программную сложность, затрудняет реализацию интерфейса для управления и мониторинга процесса подготовки. Представлена общая концепция микросервисной архитектуры виртуальных тренажерных комплексов, даны определения основных и второстепенных компонентов. Научная новизна исследования заключается в переходе от классической монолитной архитектуры в предметной области ВТК к микросервисной архитектуре и устранении недостатков данного подхода за счет реализации единого протокола обмена информацией между модулями и отделения процедур сетевого взаимодействия в программные библиотеки в каждом микросервисе для унификации и повышения надежности работы системы. Применение изолированных, слабо связанных микросервисов позволяет использовать оптимальные технологии, платформы и фреймворки для их реализации, отделить графический интерфейс инструктора тренажера от системы визуализации и виртуальной реальности, обеспечить возможность гибкой замены основных компонентов (визуализации, интерфейса, взаимодействия с виртуальной реальностью) без изменения архитектуры и влияния на остальные модули. Осуществлена декомпозиция структурной модели микросервисной архитектуры, представлена специфика функционирования основных компонентов. Рассмотрена реализация библиотек сетевого взаимодействия микросервисов и протокола обмена данных на основе JSON. Практическая значимость предложенной архитектуры состоит в возможности распараллеливания и снижения сложности процесса разработки и модернизации тренажерных комплексов. Проанализированы особенности функционирования систем, реализованных на предложенной микросервисной архитектуре.
Литература
2. Saldana D. et al. Applications of head-mounted displays for virtual reality in adult physical rehabilitation: a scoping review // The American Journal of Occupational Therapy. 2020. vol. 74. no. 5. pp. 7405205060p1-7405205060p15.
3. Jerdan S.W. et al. Head-mounted virtual reality and mental health: critical review of current research // JMIR serious games. 2018. vol. 6. no. 3. pp. e9226.
4. Zulueta A. et al. Virtual reality-based assessment and rating scales in ADHD diagnosis // Psicología Educativa. Revista de los Psicólogos de la Educación. 2019. vol. 25. no. 1. pp. 13-22.
5. Alcañiz M. et al. Eye gaze as a biomarker in the recognition of autism spectrum disorder using virtual reality and machine learning: A proof of concept for diagnosis // Autism Research. 2022. vol. 15. no. 1. pp. 131-145.
6. Obukhov A.D. et al. The study of virtual reality influence on the process of professional training of miners // Virtual Reality. 2022. pp. 1-25
7. Drossis G., Birliraki C., Stephanidis C. Interaction with immersive cultural heritage environments using virtual reality technologies // International Conference on Human-Computer Interaction. Springer, Cham. 2018. pp. 177-183.
8. Shinde P.P., Shah S. A review of machine learning and deep learning applications // 2018 Fourth international conference on computing communication control and automation (ICCUBEA). IEEE. 2018. pp. 1-6.
9. Qi X. et al. Applying neural-network-based machine learning to additive manufacturing: current applications, challenges, and future perspectives // Engineering. 2019. vol. 5. no. 4. pp. 721-729.
10. Delazio A. et al. Force jacket: Pneumatically-actuated jacket for embodied haptic experiences // Proceedings of the 2018 CHI conference on human factors in computing systems. 2018. pp. 1-12.
11. Andrews C. et al. Extended reality in medical practice // Current treatment options in cardiovascular medicine. 2019. vol. 21. no. 4. pp. 1-12.
12. Obukhov A. et al. Methodology for the Development of Adaptive Training Systems Based on Neural Network Methods // Proceedings of the Computational Methods in Systems and Software. Springer, Cham. 2021. pp. 238-253.
13. Tapia F. et al. From monolithic systems to microservices: A comparative study of performance // Applied sciences. 2020. vol. 10. no. 17. p. 5797.
14. Niknejad N. et al. Understanding Service-Oriented Architecture (SOA): A systematic literature review and directions for further investigation // Information Systems. 2020. no. 91. p. 101491.
15. Cerny T., Donahoo M.J., Trnka M. Contextual understanding of microservice architecture: current and future directions // ACM SIGAPP Applied Computing Review. 2018. vol. 17. no. 4. pp. 29-45.
16. Rushani L. et al. Differences between Service-Oriented Architecture and Microservices Architecture // International Journal of Natural Sciences: Current and Future Research Trends. 2022. vol. 13. no. 1. pp. 30-48.
17. Maurya R. et al. Application of Restful APIs in IOT: A Review // Int. J. Res. Appl. Sci. Eng. Technol. 2021. vol. 9. pp. 145-151.
18. Taibi D., Lenarduzzi V., Pahl C. Architectural patterns for microservices: a systematic mapping study // CLOSER 2018: Proceedings of the 8th International Conference on Cloud Computing and Services Science; Funchal, Madeira, Portugal, 19-21 March 2018. SciTePress. 2018.
19. Li S. et al. Understanding and addressing quality attributes of microservices architecture: A Systematic literature review // Information and software technology. 2021. vol. 131. pp. 106449.
20. Cerny T. et al. On code analysis opportunities and challenges for enterprise systems and microservices // IEEE Access. 2020. vol. 8. pp. 159449-159470.
21. Velepucha V., Flores P. Monoliths to microservices-Migration Problems and Challenges: A SMS // 2021 Second International Conference on Information Systems and Software Technologies (ICI2ST). IEEE. 2021. pp. 135-142.
22. Городничев М.Г., Полонский Р.В. Оценка возможности использования микросервисной архитектуры при разработке пользовательских интерфейсов клиент-серверного программного обеспечения // Экономика и качество систем связи. 2020. № 3 (17). С. 33-43.
23. Bogner J. et al. Microservices in industry: insights into technologies, characteristics, and software quality // 2019 IEEE international conference on software architecture companion (ICSA-C). – IEEE, 2019. pp. 187-195.
24. Auer F. et al. From monolithic systems to Microservices: An assessment framework // Information and Software Technology. 2021. vol. 137. pp. 106600.
25. Huang L., Zhang C., Zeng Z. Design of a public services platform for university management based on microservice architecture // Microsystem Technologies. 2021. vol. 27. №. 4. pp. 1693-1698.
26. Krasnyanskiy M.N., Obukhov A.D., Dedov D.L. Control System for an Adaptive Running Platform for Moving in Virtual Reality // Automation and Remote Control. 2022. Т. 83. №. 3. С. 355-366.
27. Obukhov A. et al. Mobile Simulator Control System for Isolating Breathing Apparatus of Software-Hardware Platform // International Journal of Interactive Mobile Technologies. 2020. Т. 14. №. 8. С. 32-42.
Microservice Architecture of Virtual Training Complexes
Abstract
The task of automating and reducing the complexity of the process of developing virtual training complexes is considered. The analysis of the subject area showed the need to move from a monolithic to a service-oriented version of the architecture. It is found that the use of a monolithic architecture in the implementation of virtual training complexes limits the possibility of modernizing the system, increases its software complexity, and makes it difficult to implement an interface for managing and monitoring the training process. The general concept of the microservice architecture of virtual training complexes is presented, and definitions of the main and secondary components are given. The scientific novelty of the research lies in the transition from the classical monolithic architecture in the subject area of the HTC to the microservice architecture; eliminating the shortcomings of this approach by implementing a single protocol for the exchange of information between modules; separation of network interaction procedures into software libraries to unify and improve the reliability of the system. The use of isolated, loosely coupled microservices allows developers to use the best technologies, platforms and frameworks for their implementation; separate the graphical interface of the simulator instructor from the visualization and virtual reality system; provide the ability to flexibly replace the main components (visualization, interface, interaction with virtual reality) without changing the architecture and affecting other modules. The decomposition of the structural model of the microservice architecture is carried out, and the specifics of the functioning of the main components are presented. The implementation of microservices networking libraries and a JSON-based data exchange protocol is considered. The practical significance of the proposed architecture lies in the possibility of parallelization and reducing the complexity of the development and modernization of training complexes. The features of the functioning of the systems implemented in the proposed microservice architecture are analyzed.
Опубликован
Как цитировать
Раздел
Copyright (c) Артем Дмитриевич Обухов, Андрей Андреевич Волков, Александра Олеговна Назарова
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Авторы, которые публикуются в данном журнале, соглашаются со следующими условиями: Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале. Авторы сохраняют право заключать отдельные, дополнительные контрактные соглашения на неэксклюзивное распространение версии работы, опубликованной этим журналом (например, разместить ее в университетском хранилище или опубликовать ее в книге), со ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале. Авторам разрешается размещать их работу в сети Интернет (например, в университетском хранилище или на их персональном веб-сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению, а также к большему количеству ссылок на данную опубликованную работу (Смотри The Effect of Open Access).