Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
1. ПРОБЛЕМЫ МЕЖСИСТЕМНОГО ИНФОРМАЦИОННОГО
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ 15
1.1 Содержание задачи обеспечения межсистемного информационного
взаимодействия 15
Функционалыюториентированный способ организации процессов сбора и обработки информации 15
Определение и основные свойства виртуального межсистемного комплекса 18
1.2 Проблема организации межсистемиого информационного
взаимодействия 22
1.2.1 Проблема межсистемного информационного взаимодействия 22
1.2.3 Проблема несовместимости структур данных 24
1.3 Способы организации межсистемиого информационного
взаимодействия 26
Множество исходных альтернатив 26
Множество ограничений, влияющих на выбор решения 28
1.4 Современные методы автоматизации информационного
взаимодействия в виртуальных межсистемных комплексах 30
Выводы 37
2. ТЕХНОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ МОДЕЛИ
ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ 39
Общее описание задачи создания межсистемного информационного комплекса 39
Основные принципы создания межеистемных информационных комплексов 46
Существующие принципы создания межсистемных информационных комплексов 46
Принцип инвариантности к технологиям учета 48
Принцип единства модели учета 50
2.3 Объектно-ориентированный подход к моделированию предметной
области 51
Суть объектно-ориентированного подхода 51
Объектно-ориентированное абстрагирование 56
Объектно-ориентированная классификация 58
Объектно-ориентированная декомпозиция 62 2.4 Создание информационной объектной модели предметной области65
Основные элементы объектно-ориентированной метамодели 65
Метод обработки данных информационной модели 67
Основные элементы информационной модели 72
Метод разработки информационной модели 78
Метод хранения данных информационной модели 81 . 2.4.6 Метод передачи данных информационной модели 85
Выводы 87
3. ТЕХНОЛОГИЯ СИНТЕЗА МЕЖСИСТЕМНОГО
ИНФОРМАЦИОННОГО КОМПЛЕКСА 89
Определение интеграционной платформы как системы и ее взаимодействие со средой 89
Определение целей системы 93
Определение множества ресурсов, продуктов и ограничении 93
Определение процесса формирования конечных продуктов системы 95
Определение функций системы 97
Определение множества элементов системы 99
Определение схемы взаимодействия элементов системы 102
3.9 Метод интеграции информационных ресурсов на основе общей
информационной модели предметной области 104
3.10 Сравнение полученного варианта системы с идеальным
вариантом 112
Выводы 114
4. ОПИСАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ
ИССЛЕДОВАНИЯ 116
Средства создания и использования объектных информационных моделей 116
Проектирование межсистемного информационного комплекса «недвижимость территории» 131
4.2.1 Краткая характеристика объектов автоматизации 131
Объектные информационные модели предметных областей 132
Интеграция информационных ресурсов путем интеграции информационных моделей 138
Внедрение средств АПП МИВ «МОБИНОМ» в процесс разработки программного обеспечения АИС «Собственность Томской области» 143
Внедрение средств АПП МИВ «МОБИНОМ» в решение задачи интеграции Реестра объектов культурного наследия и ГАИР «Культурное наследие Томской области» 147
Выводы 151
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 152
ЛИТЕРАТУРА 155
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ТЕЗАУРУС 168
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. DTD XML-ДОКУМЕНТА, ИСПОЛЬЗУЕМОГО ДЛЯ
ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ
СИСТЕМЕ 172
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 173
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ РАЗРАБОТОК 174
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. СВИДЕТЕЛЬСТВА ОБ ОТРАСЛЕВОЙ
РЕГИСТРАЦИИ РАЗРАБОТОК 184
Введение к работе
Актуальность темы
В настоящее время информационные технологии распространили свое влияние практически во всех областях человеческой деятельности. Сложно представить себе какую-либо отрасль, в которой бы не использовались компьютеры и соответствующее программное обеспечение. Сектор информационных технологий занимает с каждым годом все больший объем в мировой экономике. Практически вся информация, появляющаяся в мире, имеет свое отражение в компьютерных базах данных и прочих информационных массивах, предназначенных для автоматизированной обработки с применением вычислительной техники. Современные средства коммуникации позволяют иметь доступ к информационным ресурсам в любой момент времени в любой точке земного шара.
Тем не менее, вопрос управления этим огромным массивом информации остается открытым, а задача совершенствования соответствующих методов относится к числу наиболее сложных и актуальных задач области информационных технологий, стоящих перед учеными и инженерами. Различные организации, в целях автоматизации внутренних процессов создают терабайты программного обеспечения и массивов данных, зачастую не предавая особого значения тому, что в масштабах всего экономического пространства конкретный объект автоматизации лишь небольшой участок, и для общего повышения качества процессов производства и управления он должен быть интегрирован с этим пространством не только в физическом, но и в информационном плане. При этом проблему усугубляет тот факт, что в эпоху глобализации количество смежных организаций, с которыми необходимо наладить контакты и информационное взаимодействие, исчисляется не единицами, а десятками и даже сотнями. Это не позволяет решать проблему интеграции в каждом частном случае, необходимо создание индустриальных методов интеграции, способных решить данную проблему с небольшими временными и материальными затратами.
Описанная выше ситуация все чаще и чаще находит свое проявление в различных отраслях человеческой деятельности. Налицо парадокс - все информационные ресурсы предназначены для автоматизированной обработки, однако автоматизация обработки их совокупности во многих случаях затруднена либо невозможна.
Для промышленного внедрения средств интеграции информационных ресурсов необходимы мощные средства обработки метаданных, основанные на специальных математических моделях. Применение теории реляционных моделей данных [55, 103, 27] для решения этих задач затруднительно, так как требует разработки сложных алгоритмов интерпретации метаданных вычислительной техникой, не согласующихся с реляционной алгеброй.
Современные средства семантического моделирования (entity-relationship, unified modeling language) ориентированы в первую очередь на получение структур данных и не предназначены для обработки больших массивов метаданных. Перспективное направление model driving architecture [121], охватывающее четыре уровня моделирования (данных, модели, метамодели и мета-метамодели) не имеет под собой строгой математической модели, что затрудняет обработку метаданных с помощью вычислительной техники.
Весьма перспективным в решении задач интеграции информационных
ресурсов на первый взгляд кажется применение технологии создания хранилищ
данных [87], особенно такое направление, как виртуальные хранилища данных
[87, 2]. Однако, при ближайшем рассмотрении таких технологий, выявляется их
четкая ориентация на системы с централизованной оргструктурой и устойчивой
моделью данных (неизменных хранилищем метаданных). '
Ряд промышленных интеграционных платформ (Microsoft Biztalk, BEA WebLogic Integration, IBM WebSphere Business Integration Server Foundation и т.д.) ориентированы, в первую очередь, на бизнес-процессы и сервисно-ориентированную архитектуру [86]. Моделям передаваемых данных в них уделяется незначительное внимание, что существенно затрудняет определение потенциальных информационных потоков между системами.
В настоящее время принята федеральная целевая программа, направленная на создание автоматизированной системы ведения государственного земельного кадастра и государственного учета объектов недвижимости [98]. В соответствии с данной программой субъектами Российской Федерации ведутся работы по созданию комплексных территориальных имущественных кадастров, способствующих достижению целей, поставленных в федеральной целевой программе [75, 31, 32, 80]. Кроме того, ведутся работы по созданию Системы персонального учета населения в ряде субъектов Российской Федерации [54, 45]. Тем не менее, в целевых программах субъектов Российской Федерации учитываются интересы лишь отдельных ведомств органов власти. Отсутствие комплексного подхода в решении задачи не может не отразиться на технологии организации сбора и использования информации, что значительно снижает эффективность внедрения информационных систем и сужает круг их использования.
Технологической платформой для создания пилотного проекта системы персонального учета населения (СПУН) является Microsoft Biztalk, а также Среда Электронного Взаимодействия (СЭВ) разработанная ООО АйФерст. Технологической платформой для создания пилотного проекта системы ведения комплексного кадастра недвижимости (ЕСД Кадастр) является Среда Электронного Взаимодействия. Обе используемые платформы диктуют сервисно-ориентированную архитектуру создаваемым информационным системам с вытекающими отсюда недостатками.
Проведенный анализ позволяет сделать вывод о том, что в настоящее время не существует единого мнения о способах организации информационного взаимодействия в распределенных разнородных системах. Существующие стандарты в этой области слабо связаны и не представляют собой единую технологию.
Цель работы
Целью работы является создание технологии, обеспечивающей автоматизацию информационного взаимодействия организаций различных
форм собственности на основе концептуальных моделей предметных областей, связанных с учетом недвижимости, населения и т.п. Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:
Провести анализ класса систем с децентрализованной оргструктурой управления и функционально-ориентированным подходом к процессам сбора и обработки информации, с целью постановки основных задач обеспечения информационного взаимодействия.
Провести обзор литературы с целью выявление и систематизации существующих положений, выделения основных требований к системам обеспечения информационного взаимодействия.
Разработать технологию создания концептуальной модели предметной области, наделяющую программное обеспечение информационного взаимодействия свойством адаптируемости к эволюционным процессам, протекающим в системах рассматриваемого класса.
Разработать методы хранения и миграции данных в рамках технологии обеспечения информационного взаимодействия.
Разработать технологию синтеза единого информационного комплекса из множества информационных ресурсов.
6. Разработать алгоритмы интерпретации метаданных средствами
вычислительной техники.
7. Реализовать полученную технологию в виде комплекса программных
средств.
Методы исследования
Результаты диссертационной работы были получены на основе комплексного использования теории системного анализа, теории множеств, теории проектирования баз данных, теории реляционных баз данных. В работе были использованы методы семантического моделирования, объектно-ориентированные методы анализа и проектирования, методы структурного системного анализа, методы прикладного программирования, а также современные технологии хранения и обработки данных.
Научная новизна
Научной новизной в диссертационной работе обладают следующие результаты:
1. Основные понятия и модели виртуального межсистемного комплекса,
межсистемного информационного комплекса, позволяющие выполнять общую
постановку технологических задач организации межсистемного
информационного взаимодействия безотносительно к регламенту и структуре
документооборота.
2. Алгоритмы построения и обработки объектно-ориентированных
моделей, основанные на теории множеств, позволяющие проводить
автоматизированную обработку больших объемов метаданных при решении
задач интеграции информационных ресурсов.
Объектно-ориентированная информационная метамодель для концептуальных моделей систем рассматриваемого класса, предназначенная для автоматической интерпретации программным обеспечением информационных систем.
Алгоритмы обработки объектно-ориентированных моделей, обеспечивающие хранение данных в реляционных СУБД и возможность передачи и приема данных (в формате XML) между разными информационными системами независимо от структур передаваемых данных об исходных объектах предметной области.
5. Алгоритм синтеза общей модели предметной области из исходных
частных объектно-ориентировшшых моделей интегрируемых информационных
ресурсов, предназначенный для автоматизации процесса интеграции ИР, а
также получения высокой степени интеграции ИР.
Практическая ценность
Полученные результаты работы реализованы в виде конкретных формальных моделей, алгоритмов и программных компонент, которые могут быть использованы для решения задач синтеза межсистемных информационных комплексов.
Отдельные результаты работы были использованы при разработке технологии ведения реестра объектов градостроительной деятельности (АИС «БТИ» используется в ФГУП «Томский центр технической инвентаризации» с 2000г.), технологии контроля прохождения студентом жизненного цикла обучения (АИС «Приказы» используется в составе ИАСУ «Университет» в Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники с 2004г.), технологии ведения реестра памятников истории и архитектуры (АИС «Памятники истории и архитектуры» используется в ОГУ «Томский центр по охране и использованию памятников истории и культуры» с 2004г.), технологии ведения реестра государственной собственности (АИС «Собственность Томской области» используется Департаментом по управлении государственной собственностью с 2006г.).
Апробация работы
Результаты работы докладывались на различных конференциях и семинарах:
1. Всероссийской научно-технической конференции «Электронные
средства и системы управления» 18-20 мая 2004г., г. Томск.
2. Межрегиональной научно-технической конференции «Научная сессия
ТУСУР, посвященная 40-летию ТУСУР», Томск, 2002 г.
3. Всероссийской научно-технической конференции «Электронные
средства и системы управления» 21-23 октября 2003 г., г. Томск.
Всероссийской научно-технической конференции студентов и молодых ученых «Научная сессия ТУСУР-2004» 18-20 мая 2004 г., г. Томск.
Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов «Научная сессия ТУСУР-2005» 26-28 апреля 2005 г., г. Томск.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, в том числе 1 в журнале, рекомендованном ВАК.
Основные защищаемые положения
Использование разработанной информационной метамодели при проектировании информационных систем совместно с соответствующим интерпретатором либо генератором кода позволяет снизить затраты на разработку и сопровождение программного обеспечения по сравнению с методами, основанными на использовании UML, за счет генерации кода для функций сохранения и выборки данных.
Алгоритм синтеза межсистемного информационного комплекса из множества информационных ресурсов на основе разработанных правил обобщения информационных моделей позволяет обеспечить высокую степень интеграции информационных ресурсов.
Предложенный алгоритм динамического определения структуры объекта по информационной модели при обращении к данным, совместно с разработанными механизмами отражения информационной метамодели в ER-метамодель позволяет сохранять (и получать) данные об объектах с иерархической либо сетевой структурой и связях между ними в реляционной базе данных прозрачным для программиста образом (программист освобождается от необходимости использования SQL).
4. Предложенный механизм обработки метаданных автоматически
формирует информационные потоки между интегрируемыми
информационными ресурсами, позволяет определить их содержание, а также
обеспечить репликацию данных с помощью программного обеспечения,
работающего на основе универсальных алгоритмов.
Основное содержание работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, тезауруса и приложений. Список литературы содержит более 130 наименований.
В первой главе рассматриваются состояние и проблемы в области создания систем обеспечения информационного взаимодействия. Приведены краткие сведения о функционально-ориентированном способе организации процессов сбора и обработки информации. Дано определение виртуального
межсистемного комплекса и выделены общие свойства для всех систем этого класса. Дано определение межсистемного информационного комплекса. Выделены проблемы, связанные с информационным взаимодействием: проблема межсистемного взаимодействия и проблема несовместимости структур данных. Рассмотрено множество возможных решений проблем, множество ограничений, влияющих на выбор решений. Выбрано множество непротиворечивых решений, которые могут быть объединены в рамках единой технологии обеспечения информационного взаимодействия в виртуальных межсистемных комплексах. Проведен обзор современных методов разработки крупномасштабных распределенных информационных систем, использование которых может существенно облегчить решение задачи внедрения технологии межсистемного информационного взаимодействия.
Вторая глава начинается с общего описания задачи внедрения технологии межсистемного информационного взаимодействия. Сравниваются основные подходы к интеграции гетерогенных информационных ресурсов: связанные с созданием хранилищ данных и связанные с виртуальной интеграцией информационных ресурсов. Оценивается актуальность каждого из подходов применительно к решаемой задаче. Кратко характеризуется текущее состояние дел в области создания информационных ресурсов, а также абстрактно описывается задача их интеграции.
Для конкретизации задачи внедрения технологии межсистемного информационного взаимодействия приведены двенадцать основных принципов создания систем автоматизации информационного взаимодействия, которым должна удовлетворять идеальная автоматизированная система информационного взаимодействия.
Основной темой второй главы является описание объектно-ориентированной информационной метамодели предметной области, на основе которой должна осуществляться интеграция первичных информационных ресурсов виртуального межсистемного комплекса.
Приведено понятие объекта как такого, которое является
основополагающим в объектно-ориентированной парадигме. Приведены и
формализованы объектно-ориентированные методы, использование которых
направлено на получение объектно-ориентированной модели предметной
# области:
объектно-ориентированное абстрагирование;
объектно-ориентированная классификация;
объектно-ориентированная декомпозиция.
В качестве основы требуемой информационной метамодели используется
UML-метамодель (язык моделирования UML), наиболее распространенная в
настоящее время среди ученых и инженеров, работающих с объектно-
ориентированными методами. Основным фактором, затрудняющим
использование UML для решения поставленной задачи, является отсутствие
ф методов представления данной метамодели в памяти вычислительной системы
таким образом, чтобы она могла быть однозначно интерпретирована.
Далее приводится способ представления объектно-ориентированной
модели в памяти компьютера таким образом, чтобы она могла быть легко
интерпретирована, основанный на формировании графа, содержащего все
элементы модели и связи между ними.
^ Путем адаптации основных элементов UML-метамодели к решаемой
задаче и их формализации с помощью теории множеств, строится требуемая
информационная метамодель, использование которой позволяет реализовать
л большую часть принципов технологии автоматизации информационного
взаимодействия.
Далее показаны способы хранения объектно-ориентированных данных
информационных моделей в реляционных базах данных, а также способы
^ передачи данных посредством языка, производного от XML.
Третья глава целиком посвящена вопросам последовательного синтеза межсистемного информационного комплекса на базе исходного множества информационных ресурсов. Дано определение межсистемного
^-
информационного комплекса. С помощью содержательных моделей системного анализа определен состав программного обеспечения системы обеспечения информационного взаимодействия, а также ее цели и функции. Приведен алгоритм интеграции информационных ресурсов на основе общей информационной модели предметной области. Дана оценка соответствия полученного варианта системы идеальному варианту системы.
Четвертая глава содержит описание способов применения результатов диссертационной работы. Рассмотрена Автоматизированная программная платформа межсистемного информационного взаимодействия «МОБИНОМ». Описан ее состав, механизмы функционирования. Приведен пример создания межсистемного информационного комплекса для предметной области «недвижимость территории» на основе объектных информационных моделей и программных средств АПП МИВ «МОБИНОМ». Приведен пример использования АПП МИВ «МОБИНОМ» для создания новых информационных систем на основе объектных информационных моделей.
