Введение к работе
Актуальность темы. Современные развитые информационные системы формируются на основе интеграции, как правило, разнородных программно-аппаратных компонентов. В этих условиях требуется разработка решений, обеспечивающих доступ к информации в реальном времени тогда и в том месте, когда и где в ней возникает необходимость, с оптимизацией доступа к этой информации независимо от ее физического местоположения. Такие решения, связанные с интеграцией информационных компонентов, должны обеспечивать эффективное использование вычислительных ресурсов путем:
обмена данными между гомогенными и гетерогенными базами данных;
разрешения взаимодействия между приложениями;
- обмена информацией с несколькими территориальными регионами в
рамках одной организации;
- репликации данных между базами данных.
Интеграционные процессы улучшают принятие решений в рамках реального времени, обеспечивая адекватное представление данных, независимо от того, где эти данные фактически расположены. Такие решения обеспечивают повышенную эффективность эксплуатации, а также совместную работу нескольким приложениям. В условиях развития распределенных информационных систем локальные СУБД определяют принципиальную гетерогенность интегрированных ИС, вызванную неоднородностью используемых аппаратных и программных платформ, что существенно снижает уровень оперативности операций информационного поиска и принятия решений ввиду использования стандартных вычислительных ресурсов. Это обусловливает практическую актуальность решения вопросов создания специальных программно-аппаратных средств, позволяющих компенсировать гетерогенность соответствующего информационного пространства.
Таким образом, актуальность темы диссертационной работы продиктована необходимостью дальнейшего развития средств математического и программного обеспечения информационных систем реального времени, ориентированных на обработку данных в условиях управления транзакциями и обеспечивающих повышение уровня качества и оперативности доступа к распределенной гетерогенной информационной среде.
Тематика диссертационной работы соответствует одному из основных научных направлений ФГБОУВПО «Воронежский государственный технический университет» «Вычислительные комплексы и проблемно-ориентированные системы управления», а также госбюджетной НИР кафедры
автоматики и информатики в технических системах (ГБ №504310).
Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка комплекса средств математического и программного обеспечения процессов управления транзакциями в распределённых гетерогенных информационных системах реального времени на основе реализации современных технологий информационного обмена, обеспечивающих повышение качества и оперативности формирования данных на базе сложноструктурированных параметрических запросов.
Исходя из данной цели в работе определены следующие задачи исследования:
анализ содержания и специфики решения задач управления транзакциями в гетерогенных распределенных информационных системах реального времени, а также современных подходов к их построению;
разработка средств математического обеспечения оперативного формирования данных на основе параметрических сложноструктурированных запросов к гетерогенной информационной среде СУБД;
разработка алгоритма разрешения конфликтов в условиях тупиковых ситуаций транзакций на основе специального ориентированного двудольного графа ожидания;
разработка модифицированного языка запросов к СУБД, включающего в себя как свойства языка запросов SQL, так и вызов методов, использование условий и циклов, работу с математикой и строками при обработке результатов сформированных данных;
разработка общей структуры координатора транзакций с двухфазным завершением, построенной на использовании модифицированного языка распределенных запросов;
разработка информационной модели преобразования на логическом уровне гетерогенной распределенной информационной среды в гомогенную;
разработка средств программного обеспечения процессов управления транзакциями в распределенных гетерогенных информационных системах реального времени (HSystem).
Методы исследования основаны на использовании соответствующих разделов аппарата теории построения информационных систем, теории графов, теории баз данных, объектно-ориентированного программирования.
Результаты соответствуют следующим пунктам паспорта специальности: п.З «Организация баз данных и знаний, построение систем управления базами данных и знаний».
Научная новизна. В работе получены следующие результаты,
характеризующиеся научной новизной:
средства математического обеспечения разрешения конфликтов тупиковых ситуаций транзакций, обеспечивающие оперативное формирование данных на основе запросов к гетерогенной информационной среде СУБД за счет применения специального ориентированного двудольного графа.
алгоритм редукции специального графа ожидания транзакций, обеспечивающий разрешение конфликтов тупиковых ситуаций в условиях параметрических сложноструктурированных запросов и отличающийся реализацией процесса редукции в условиях управления параллельными транзакциями с СУБД реального времени;
язык LQL распределенных запросов на основе языков SQL и Lua, обеспечивающий построение сложноструктурированных запросов к СУБД реального времени, но отличающийся обработкой результатов полученных данных (вызов методов, использование условий, использование циклов, работа с математикой и строками);
разработана структура взаимодействия внешнего приложения с координатором транзакций, построенным на основе скриптового языка LUA и языка запросов SQL, а также эвристической модели разрешения конфликтов транзакций, обеспечивающая оперативное формирование данных распределенной гетерогенной информационной системы реального времени;
Практическая значимость работы состоит в следующем:
создан сервис преобразования логического представления гетерогенного информационного пространства в гомогенную информационную среду, отличающийся реализацией менеджера ORB объектов, предоставляющих единый интерфейс доступа к данным различных СУБД;
разработано специальное программное обеспечение процессов управления транзакциями (независимого от программно-аппаратной части оборудования), обеспечивающее формирование пользовательских запросов в рамках гетерогенной информационной среды в условиях учета конкретной проблематики управления транзакциями;
разработано программное обеспечение, реализующее модели и алгоритмы преобразования на логическом уровне распределенной гетерогенной среды в гомогенную с использованием языка LQL, технологий CORBA и ODBC, повышающее эффективность решения задач оперативного формирования данных на базе пользовательского запроса.
Реализация и внедрение результатов работы. Основные теоретические и практические результаты работы реализованы в виде средств специального программного обеспечения системы управления базами данных в условиях
гетерогенной информационной среды. Результаты работы получили практическое внедрение в УГИБДЦ Воронежской области в рамках оптимизации работы с гетерогенными СУБД. Кроме того, они внедрены в учебный процесс при обучении студентов по дисциплинам «Моделирование систем», «Информационное обеспечение систем управления» на кафедре «Автоматика и информатика в технических системах» ФГБОУВПО «Воронежский государственный технический университет».
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: Всероссийской конференции «Новые технологии в научных исследованиях и проектировании» (Воронеж, 2007), Всероссийской научно-технической конференции «Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве» (Воронеж, 2008), первой молодежной научно-практической конференции «Молодежь и наука: реальность и будущее» (Невинномысск, 2008), Всероссийской конференции «Интеллектуальные информационные системы» (Воронеж, 2010), а также на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежского государственного технического университета и научных семинарах кафедры автоматики и информатики в технических системах (2007-2011).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 14 научных работах, в том числе 5 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: [1,2,5,8] - структура взаимодействия внешней информационной среды с координатором транзакций, построенным на основе скриптового языка LUA и языка запросов SQL; [4] - алгоритм редукции специального графа ожидания транзакций, обеспечивающий разрешение конфликтов тупиковых ситуаций в условиях параметрических сложноструктурированных запросов; [7,11] - сервис преобразования логического представления гетерогенного информационного пространства в гомогенную информационную среду; [13,14] - специальное программное обеспечение процессов управления транзакциями.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 104 наименований и приложений. Основная часть работы изложена на 169 страницах, содержит 46 рисунков, 15 таблиц.
