Boletín de problemas 4

Fecha de entrega: viernes 15 de marzo de 2002

Problema 1: Recursión [15%]

Los lenguajes de muchos pequeños microprocesadores no tienen instrucciones para multiplicar. Un algoritmo lógico es multiplicar mediante sumas repetidas, pero con cierta inteligencia. Por ejemplo, para multiplicar 17 por 12, primero sume 17 tres veces, luego añada el resultado y, a continuación, vuelva a añadir el resultado. 

Escriba un algoritmo recursivo para multiplicar rápidamente un número entero por otro sin utilizar un operador multiplicador. Puede escoger arbitrariamente si utilizar el primer o el segundo número como multiplicador, esto es, el número que controla cuántas sumas se hacen. (Tal vez sea una buena heurística utilizar el número más pequeño como multiplicador. ¿Intuye el motivo? ¿Debería hacer el intercambio en el programa llamante o en el método recursivo?; ¿Con qué frecuencia se invocaría el intercambio?).

Utilice JOptionPanes para recibir los números de entrada. Recuerde, no puede utilizar el operador multiplicador (*) en ninguna parte del programa. Su método debe ser rápido; no debe limitarse a añadir repetidamente uno de los números. Debería ser capaz de multiplicar, digamos, 49.783 por 41.976 utilizando alrededor de 25 sumas.

(En un pequeño microprocesador real, no dejaría la implementación en forma recursiva; existen formas mecánicas de convertir la recursión en iteración y, en este caso, utilizaría un algoritmo iterativo. Se basaría en la solución recursiva que está usted escribiendo).

Fase de prueba: haga la prueba con cero y con números negativos. No tenga en cuenta cifras grandes o desbordamiento.

Problema 2: Gestión de red de telecomunicaciones [85%]

Descripción del problema 

Los sistemas de gestión de redes de telecomunicaciones muestran el status y el rendimiento de un conjunto de dispositivos de telecomunicación en un red. Usted va a escribir un subconjunto muy simplificado de un sistema semejante, pero que recoja las ideas clave de software en las que se basan estos sistemas. El sistema mostrará un conjunto común de indicadores de estado y rendimiento para cada dispositivo, pero existen también variables específicas de cada dispositivo que conviene mostrar y gestionar. Igualmente, el sistema de gestión de la red ha de ser extensible de modo que, a medida que se diseñen nuevos dispositivos y se pongan en marcha la red, su estado y su rendimiento puedan mostrarse sin tener que rescribir todo el sistema.

A continuación, le presentamos una relación de los dispositivos y sus características. No es necesario que estudie su significado; el enunciado del problema facilita suficiente información para acabar el programa. El índice de fallos se ha exagerado en varios órdenes de magnitud de modo que es probable que vea algunos fallos cuando ejecute el programa con un número reducido de dispositivos.

Todos los dispositivos de telecomunicaciones de su sistema tendrán cuatro campos comunes:

• Cada uno tiene un número único que es su identificador. Genere el número de identificación (ID) con una variable static para tener localizado el siguiente número de dispositivo.
• Cada uno tiene un atributo de Estado: Activo o Averiado. Se inician con el estado ‘Activo’ pero cambian a ‘Averiado’ cuando sucede alguna anomalía, en ese caso, debe volver manualmente al modo ‘Activo’ a través del teclado, tal como se describe más abajo. En un sistema de gestión de redes real, se abriría una ventana de consola para el dispositivo a fin de que se pudiesen ejecutar pruebas, cambiar parámetros y resolver cualquier problema. En esta versión simplificada, simplemente se escribe en el ID del dispositivo y el problema desaparece.
• Cada uno tiene un tipo funcional: puede ser:
• un circuito de acceso, que conecta una entidad (MIT, por ejemplo) a la red de telecomunicaciones de larga distancia
• un conmutador, que conecta circuitos de acceso a circuitos de larga distancia
• un circuito de larga distancia, que conecta conmutadores a otros conmutadores
• Cada dispositivo tiene un tipo específico. En nuestro ejemplo, sólo tenemos dos tipos: un circuito T1 y un circuito inalámbrico fijo (FW). Ambos son circuitos de acceso, que conectan un sitio (empresa o investigación) a la red de larga distancia. Un sistema real tendría cientos de dispositivos en cada tipo funcional (como DSL, circuitos de módem por marcación, ISDN, etc.)

La figura siguiente representa un ejemplo de una red de telecomunicaciones que conecta a laboratorios de 4 universidades, muestra los circuitos de acceso, los conmutadores y el circuito de larga distancia.

En esta tarea sólo proyectaremos circuitos de acceso, pero queremos tener una clase TelecomDevice general que nos permita ampliar nuestro software de gestión de redes para que pueda gestionar otro tipo de dispositivos, como conmutadores, circuitos de larga distancia y similares. La jeraquía lógica de dispositivos compatibles con nuestro sistema de gestión de redes se muestra en la figura siguiente. Las 4 entidades que proyectamos en esta tarea están en negrita; las otras se muestran para ilustrar cómo el sistema debe ser ampliable y compatible con dispositivos variados. (No se preocupe por la definición de los acrónimos).

Los dos tipos de circuitos de acceso en esta tarea son:

1. Circuito T1. Tiene los siguientes atributos:
1. Número de canales: 24
2. Transmisión de señales: “CAS” o“PRI”
3. Ancho de banda nominal y real= 1.5Mbps siempre
4. Tasa de errores: aleatoria uniforme entre 0 y 12 bits por 10¹⁰ bits
5. Estado averiado en tasa de errores > 10 bits por 10¹⁰ bits
2. Circuito inalámbrico fijo (FW). Tiene los siguientes atributos:
1. Número de canales: 2
2. Tecnología: LMDS, MMDS, NB (distinta de la transmisión de señales de T1)
3. Ancho de banda nominal: 64kbps
4. Ancho de banda real: aleatoria uniforme entre 0% y 100% de nominal
5. Tasa de errores (aleatoria uniforme entre 0 y 100 bits por 10⁶ bits)
6. Estado averiado en tasa de errores> 50 bits por 10⁶ bits o en ancho de banda real < 8 kbps (LMDS) o 16kbps(MMDS) o 32kbps (NB)

Imagine que los campos que comparten T1 y FW fuesen comunes a todos los circuitos de acceso.  Por ejemplo, tanto T1 como FW tienen canales, tasas de errores, etc.; puede asumir que todos los errores tienen canales, tasas de errores, etc. (Sólo hay una variable específica de T1 y otra de FW en esta tarea). Es un típico problema de modelos al diseñar un sistema de gestión de redes: los dispositivos que gestiona están fabricados por proveedores diferentes y tienen muchas características distintas, y usted debe decidir cuáles son comunes y cuales específicas de cada aparato, incluidos los cálculos de dispositivos de este tipo que aún no se han inventado. Si sus cálculos son buenos, no tendrá que cambiar el sistema cuando lleguen al mercado.

Es conveniente que disponga las clases de su programa para que formen una jerarquía. Llame a la clase básica TelecomDevice y haga que las otras hereden de ella. Debe decidir si TelecomDevice es abstracta o concreta. (¿Tiene sentido tener un objeto TelecomDevice?)

Es posible que las clases que hereden inmediatamente de TelecomDevice tengan que ser también abstractas. (De nuevo, ¿tiene sentido tener un objeto AccessDevice?) Mientras que en este problema sólo hay una clase AccessDevice, en general, habrá clases LongHaulDevice, Switch y otras. Ponga cada campo y método en la clase más alta de la jerarquía (TelecomDevice, luego AccessDevice, lueho T1 o FW) que tenga sentido.

Por último, deben definirse las clases que heredan de AccessDevice, T1 y FW.

Programa

Una vez que haya decidido el enfoque general, y haya efectuado un primer control en las definiciones de las clases, métodos y campos, junto con las relaciones hereditarias, hay ciertos temas que debe tratar:

Clase TelecomDevice:

1. Constructor. Debería establecer las variables privadas de la clase TelecomDevice, que serán instanciadas cuando una clase concreta (T1 o FW) sea instanciada, pero TelecomDevice debe tener un constructor al que sus clases derivadas puedan llamar. El constructor puede crear el ID (se requiere un poquito de lógica) y puede inicializar el status a ‘Activa’ si le interesa; un método computeStatus en clases derivadas reinicializará el status.
2. Necesitará varios métodos getXXX() y setXXX() para que las clases derivadas puedan obtener e introducir parámetros en los campos de la clase TelecomDevice. Todos los campos de todas las clases de este ejercicio tienen que ser privados.
3. Debe tener un método abstracto llamado computeStatus, que pedirá a las clases derivadas que implementen un método que determine si el status del dispositivo es activo o inactivo.  Lógicamente, no se puede poner en práctica este método en TelecomDevice.
4. Juzgará conveniente tener un método PrintData() al que puedan llamar las clases derivadas para mostrar los campos de TelecomDevice.

Clase AccessDevice:

1. Tiene que decidir qué campos van en la clase AccessDevice y cuáles van en dispositivos específicos T1 o FW, como se indicó más arriba. Todos los campos son privados.
2. Constructor. Como de costumbre, pero debe definir el campo de tipo funcional en la clase TelecomDevice. Invoca el constructor de la superclase.
3. Escriba un método computeStatus(), que pueda ser el método por defecto para dispositivos de acceso. La mayoría de los estados de los dispositivos de acceso dependerán sólo de la tasa y del umbral de error.
4. Probablemente necesitará un método getXXX() para que las clases derivadas puedan calcular su status.
5. De nuevo, juzgará conveniente tener un método PrintData().

Clases T1 y FW: son bastante cortas.

1. Tendrán los campos específicos de la clase (probablemente uno cada una).
2. Constructor. Invoca al constructor de la superclase, definiendo los argumentos para la banda ancha, canales, errores, etc., sobre la base de los parámetros en el enunciado del problema anterior. Para los argumentos que sean números aleatorios, utilice Math.random(). Por ejemplo, si el ancho de banda en un enlace FW es aleatorio uniforme entre 0 y 64kbps, el argumento de ancho de banda real es 64.0*Math.random(). Cuando instancie estos objetos, dibujará los números aleatorios para caracterizarlos en este instante del tiempo. Su constructor también define el tipo y las variables privadas.
3. Escriba un método computeStatus() si es necesario para anular el cálculo por defecto en la clase AccessDevice
4. Será conveniente un método PrintData().

Por último, necesitará escribir una clase TelecomTest con un méodo main(). Es conveniente que su método principal:

1. Cree un Vector o array (usted decide) de 20 TelecomDevices.
2. Instancie 12 dispositivos T1 y 8 dispositivos FW, y calcule su status. Observe que sus constructores generarán números aleatorios para el ancho de banda, y el método computeStatus() generará aleatoriamente las tasas de error. Escoja cualquier valor de tecnología o de señales; los valores pueden ser los mismos para todos los objetos del mismo tipo (por ejemplo, todos “CAS” o todos “LMDS”). Observe que, en la vida real, estos serían dispositivos de verdad, que arrojarían datos sobre tasas de error y status; su sistema de gestión de redes obtendría estos datos de los dispositivos colocados. En este ejercicio, simulamos este proceso dibujando números aleatorios.
3. Si un dispositivo está inactivo, muestre su ID y status (utilice System.out.println).
4. Entonces, en un bucle, muestre un JOptionPane que solicite al usuario el ID del dispositivo para arreglar el fallo. Cuando el usuario introduce el ID, busca en el array o en el Vector para hallar el dispositivo y definir su status como ‘Activo’. Repita el proceso hasta que se hayan arreglado todos los dispositivos con fallos. De nuevo, este caso es mucho más sencillo que si se tratase de un sistema auténtico, pero es el mismo enfoque general. Utilice una búsqueda exhaustiva; más avanzado el curso aprenderemos métodos de búsqueda más eficaces.
5. Una vez realizado, imprima un mensaje que diga que todos los dispositivos de red están activos y finalice el programa.

Pero no tema, estimado desarrollador. La solución a todo esto son apenas 150 líneas de código, comentarios y espacios en blanco incluidos. Se trata más que nada de entender como funciona la herencia y como las clases pueden compartir muchos métodos y campos. La solución es bastante corta si primero la planea detenidamente. Comente el diseño con su compañero. Hable con el ayudante técnico sobre ella. También se hablará del ejercicio en los tutoriales.

Un par de notas adicionales: 

No es necesario que muestre o que utilice las unidades (Mbps, Gbps, kbps, etc.) o los factores de escala (10^x) en este tarea. (Piense que los usuarios del programa tienen experiencia y conocen las unidades y los factores de escala). Puede modelar las tasas de error ignorando los términos 10^x, ya que se cancelan. En un sistema de verdad, tendría que ocuparse de todas estas cosas, pero no es necesario en esta tarea.

Utilice Math.random() para generar los números aleatorios uniformes que necesita. Consulte Javadoc o el libro de texto para más información.

Entrega del trabajo

Requisitos

• Problema 1: solamente por correo electrónico. No es necesario entregarlo en papel.
• Problemas 2 y 3: copia en papel y copia electrónica de TODOS los códigos fuente (todos los archivos con la extensión .java).
• Incluya en TODOS los archivos que presente su nombre, el nombre de usuario, la sección, el nombre del profesor ayudante, el número de trabajo y una relación de las personas con las que haya comentado el boletín de problemas. 
• NO entregue copias electrónicas o en papel de código compilado (archivos .class).

Sanciones

• Por pérdida de copia en papel: -10% de la puntuación del boletín de problemas.
• Por pérdida de copia electrónica: -30% de la puntuación del boletín de problemas.
• Por entrega fuera del plazo: -20% de la puntuación del boletín de problemas si es un día de retraso. Por más de un día de retraso = NO SE PUNTUARÁ