Размещено на http://www.allbest.ru/

Институт Систем Информатики имени А. П. Ершова СО РАН Новосибирска

На правах рукописи УДК 004.738.5:004.942

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Методы обеспечения интеграции распределенных слабосвязанных информационных систем

05.13.11 - Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей

Платонов Юрий Георгиевич

Новосибирск - 2013

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте Систем Информатики имени А. П. Ершова СО РАН г. Новосибирск.

Научный руководитель: Доктор физико-математических наук, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт Систем Информатики им. А.П.Ершова Сибирского отделения Российской академии наук, профессор, Марчук Александр Гурьевич

Официальные оппоненты:

Тузовский Анатолий Федорович, доктор технических наук, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет», профессор

Шахов Владимир Владимирович, кандидат физико-математических наук, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт вычислительной математики и математической геофизики Сибирского отделения Российской академии наук, доцент

Ведущая организация: Федеральное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук

Защита состоится 28 января 2014 года в 16 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 003.061.02 на базе Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института вычислительной математики и математической геофизики Сибирского отделения Российской академии наук (ИВМиМГ СО РАН) по адресу: 630090, г. Новосибирск, проспект академика Лаврентьева, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН. Автореферат разослан 24 декабря 2013 года.

Учёный секретарь диссертационного совета Д 003.061.02 при ИВМиМГ СО РАН, д.ф.-м.н. Сорокин Сергей Борисович.

Общая характеристика работы

В настоящей диссертационной работе рассматриваются методы обеспечения взаимодействия между слабосвязанными информационными системами, то есть системами, изначально независимыми, но теоретически пригодными для построения межсистемного взаимодействия. В работе предложена новая концептуальная модель, позволяющая расширить область применения CQRS и представлена новая методология интеграции, разработанная на основе использования модифицированного шаблона CQRS (Command-Query Responsibility Segregation), обеспечивающая высокий уровень межсистемного взаимодействия.

Объект исследования - распределенные слабосвязанные информационные системы и методы обеспечения информационного взаимодействия между ними.

Актуальность темы. С увеличением сложности программных комплексов на фоне общемировой тенденции глобализации, проблема интеграции двух и более информационных систем является весьма актуальной и, в целом, часто исследуемой.

При этом стандартные методы интеграции зачастую не способны удовлетворить всем современным требованиям в части надежности используемого программного обеспечения, целостности структуры базы данных, экономической разумности ведения разработок и прочих аспектов.

Кроме того, появление на рынке целого класса мобильных устройств повысило пользовательский интерес к использованию этих устройств в качестве рабочих станций.

В настоящее время методы интеграции, позволяющие обеспечить настраиваемое (гибкое) взаимодействие между подсистемами в составе объединенного информационного комплекса, автору не известны.

Целями диссертационной работы являются разработка концептуальной модели, описывающей объединенную ИС и позволяющей интегрировать несколько слабосвязанных подсистем на основе использования модифицированного шаблона CQRS. Модель предполагает использование новой методологии построения объединенной информационной системы, включающей в себя теоретическое и экспериментальное обоснование новых методов построения интеграции и использующей в своем описании механизм «слабых» связей.

Основными требованиями к предлагаемым методам являются:

· Возможность применения для сложной системы на предприятиях с повышенными требованиями к качеству конечного программного продукта;

· Корректная работа методов при разработке сложных систем с возможным использованием в качестве рабочих станций устройств с небольшими ресурсами (например, мобильных);

· Обеспечение гибкого (динамически настраиваемого) взаимодействия между подсистемами.

Научная новизна:

1. Разработана модификация CQRS как шаблона, дающего возможность обеспечить информационное взаимодействие в слабосвязанных системах, посредством чего расширена научная область его применения.

2. Разработана методология построения интеграции, использующая преимущества сервисно-ориентированной архитектуры (SOA) и модифицированного шаблона CQRS, пригодная для потребностей предприятий с повышенными требованиями к качеству ПО.

3. Предложен не имеющий в настоящее время аналогов метод разработки сложных промышленных приложений с возможностью их дальнейшего использования на устройствах с ограниченными вычислительными ресурсами (в т. ч. мобильными) с обеспечением высокого уровня безопасности данных и сохранением полного набора функций по отношению к стационарному прообразу.

4. На основе авторской модификации шаблона CQRS разработан метод создания информационного сообщества, позволяющий обеспечить гибкое взаимодействие нескольких гомогенных систем («Business Community»). Под гомогенными системами здесь подразумеваются информационные системы, имеющие одинаковую предметную область и предназначенные для автоматизации предприятий, работающих в близких отраслях, но использующих разное программное обеспечение.

Практическая значимость:

Предложенное автором значительное расширение области применения архитектурного шаблона CQRS позволяет организовывать информационное взаимодействие систем, не подвергая их при этом значительной модернизации и с невысокими трудозатратами.

Методы разработаны для сложных условий построения интеграции и могут быть применены в следующих случаях:

· на предприятиях с высокими требованиями к ПО;

· при построении производственных комплексов с возможностью удаленной работы пользователей на современных мобильных устройствах, в том числе при неустойчивом Интернет-соединении;

· для случаев, когда условия и состав интеграции не устойчивы, т.е. периодически возникает необходимость добавлять и исключать системы из интеграции, а также открывать и закрывать часть данных для внешнего доступа без риска для остальных данных.

Все предлагаемые методы обеспечивают высокий уровень безопасности данных.

В рамках реализации предлагаемых технологий передана в промышленную эксплуатацию подсистема «Документооборот» ИС «АСПИД», разработанная для ОАО ИСС им. Решетнева (г. Железногорск).

Кроме того, переданы в промышленную эксплуатацию мобильные приложения «TRIS for iPad» и «TRIS for iPhone», разработанные для компании Recruitment Systems Pty Ltd (Австралия).

Апробация. Основные положения диссертации докладывались на следующих конференциях, конкурсах и семинарах:

· 8 Международная Ершовская конференция (8 PCI 11). Секция «Наукоемкое программирование» (Новосибирск, 2011);

· Конференция ИНФО-2011 (Москва, МИЭМ, 2011);

· Семинар ИСИ СО РАН «Системное программирование» и кафедры программирования НГУ, 2012. Тема: «Методы обеспечения интеграции в распределенных слабосвязанных информационных системах»;

· Семинар ИСИ СО РАН «Системное программирование» и кафедры программирования НГУ, 2011. Цикл докладов «Шаблоны программирования и проектирования».

Методы исследования включают в себя методы математической логики, методы теории множеств, методы конечных автоматов, методы языков программирования, объектно-ориентированный анализ, вычислительный эксперимент, технологии документно-ориентированного программирования, и разработки, управляемой моделями.

Объем и структура работы: Диссертационная работа состоит из Введения, четырех глав, Заключения и списка литературы. Объем диссертации 107 стр. Список литературы содержит 70 наименований. Работа включает 29 рисунков и графиков, полученных в результате расчетов на ЭВМ.

На защиту выносятся:

· Обоснование и описание новых технологий, являющихся результатом исследований, направленных на расширение области применения CQRS в сфере обеспечения интеграции слабосвязанных информационных систем:

· Метод интеграции систем, основанный на использовании модифицированного архитектурного шаблона CQRS, пригодный для эксплуатации на предприятиях, имеющих повышенные требования к качеству программного обеспечения;

· Метод интеграции сложных производственных систем, позволяющий использовать в качестве рабочих станций устройства с ограниченными вычислительными ресурсами и обеспечивающий корректную работу пользователей при неустойчивом Интернет-соединении;

· Метод Business Community обеспечения настраиваемого информационного взаимодействия систем, в том числе с возможностью реализации в «Облачных» вычислениях.

Содержание работы

Во Введении обосновывается актуальность темы исследований и приводится краткое содержание работы.

В Главе 1 кратко описываются современные технологии, использованные автором в процессе разработок, в частности, сервисно-ориентированная архитектура (SOA) и архитектурный шаблон проектирования систем Command and Query Responsibility Segregation (CQRS).

В Главе 2 описана авторская технология интеграции программных модулей. Опираясь при разработке метода на преимущества SOA, автор предлагает использовать модифицированный шаблон CQRS [6], позволяющий обеспечить перевод произвольной системы с клиент-серверной архитектурой на SOA, не прибегая к масштабной модернизации.

В отличие от широко применяемого классического шаблона CQRS, пригодного для интеграции систем, разрабатываемых заново, где при их проектировании изначально используются принципы CQRS, предложенная автором модификация шаблона может быть применена не только в интеграции новых разрабатываемых систем, но и к разработанным ранее произвольным системам, что существенно расширяет его область применения. вычислительный гомогенный промышленный

Технология предполагает передачу функциональности, изначально обеспечиваемой серверной частью системы, набору независимых служебных сервисов. Путем добавления нужного количества таких сервисов, становится возможным добавлять к уже существующей интеграции новые подсистемы.

Разработанная по замыслу автора, серверная часть информационной системы представляет собой набор сервисов, спроектированных согласно принципам CQRS, в основе которого находится блок «описания области знаний», отвечающий за управление доступом на основе ролей, настройки конечных автоматов, описывающих жизненный цикл исполнительных документов, и т. д. Технология гарантирует надежную работу и возможность масштабирования обобщенной системы, а также высокий уровень защиты информации от несанкционированного доступа.

Рис. 1. Сервисно-ориентированная архитектура информационной системы

Примером эволюции информационной системы может служить система АСПИД, разработанная для ОАО ИСС им. Решетнева (г. Железногорск). Следует отметить, что опытный образец этой информационной системы с использованием сервисно-ориентированной архитектуры в настоящее время реализован и находится в эксплуатации.

В Главе 3 углублены и расширены результаты Главы 2 и приведено решение задач интеграции произвольных независимых информационных систем.

Автор приводит универсальную технологию разработки мобильных приложений для работы с любыми корпоративными информационными системами, не имеющими web-интерфейса.

В качестве основы для рассматриваемого архитектурного решения используется шаблон CQRS, что позволяет существенно снизить сетевой трафик и достаточно просто, с точки зрения реализации, применить такие технологии, как Domain model и Data Transfer Object. Это позволяет успешно решать проблему несоответствия между высокими требованиями, предъявляемыми к корпоративным системам, и ограниченными возможностями пользовательских устройств, на которые будет устанавливаться клиентская часть такого приложения.

Описываемый метод не требует внесения изменений в реализацию серверной части приложения. В отличие от популярной технологии Cloud, данный метод не требует стабильного соединения с интернетом. Для эффективной работы будет достаточно, если приложение будет проводить сеанс связи с сервером лишь иногда, для проведения синхронизации данных.

Предлагаемая технология обеспечивает методу универсальность и позволяет применять его для произвольных корпоративных информационных систем.

На Рис. 2 представлена схема шаблона CQRS, адаптированная для работы с мобильным приложением. В этом случае клиентская часть приложения переносится на мобильное устройство, а серверная остается неизменной.

Рис. 2 - Схема измененного клиента и его взаимодействия с сервером, реализованным с использованием модификации шаблона CQRS

При создании подобных систем, особое внимание предлагается уделить системе взаимодействия между серверной и клиентской частью. Использование архитектурного шаблона CQRS легко позволяет внести изменения в клиентскую часть практически любого корпоративного приложения, и, в конечном итоге, перенести его на мобильную платформу. Предлагаемый метод может быть вполне успешно использован и в ситуации, когда разработчик сохраняет изначальное трехуровневое решение.

Предлагаемая автором технология предусматривает достаточно высокий уровень изолированности серверной и мобильной клиентской частей приложения, что позволяет развивать их независимо друг от друга и, соответственно, минимизировать затраты на модернизацию всей системы в будущем. Ввиду невысокой трудоемкости при реализации метод, открывает достаточно широкие перспективы для дальнейшего развития и использования на современном рынке приложений для мобильных устройств. Он может быть успешно применен для любой стандартной корпоративной системы, поскольку использует универсальную технологию, не зависящую от особенностей проектирования и разработки «материнской» системы.

Обобщая результаты, автор приводит специфику использования метода в зависимости от степени открытости интегрируемых систем к внешним воздействиям, в частности, по возможности их взаимодействия с внешними сервисами, а также описывает технологию обеспечения масштабируемости объединенной информационной системы для подсистем каждого из этих типов.

Кроме того, автор описывает технологию защиты объединенных систем от несанкционированного доступа.

В настоящее время данный метод успешно реализован при разработке приложений `TRIS for iPad' и `TRIS for iPhone', разработанных для компании Recruitment Systems Pty Ltd (Австралия).

Глава 4 посвящена описанию авторского метода слабо-связанных бизнес-коммуникаций в гомогенных системах - Business Community.

Технология позволяет создать единое информационное бизнес-пространство (Business Community) для совместной работы нескольких гомогенных систем с возможностью быстро включить в Business Community, либо, наоборот, исключить из него одну или несколько систем без ущерба для остальных, и обеспечить быстро настраиваемый обмен частью информации с гарантией безопасности остальных данных.

При использовании метода Business Community полученное объединенное информационное пространство (Business Community) будет обладать следующими свойствами:

· Информационные системы, включенные в Business Community, остаются независимыми;

· Системы могут иметь разное программное обеспечение, но должны иметь одинаковую природу данных;

· Для общего доступа предоставляется строго определенная часть информации, в то время, как остальные данные защищены от просмотра, копирования и редактирования;

· Предоставляемая для общего доступа информация легко конфигурируема;

· Интеграция обеспечивает динамическое добавление и исключение систем из бизнес-сообщества;

· Система защиты Business Community исключает несанкционированное добавление новых информационных систем в ранее зарегистрированное бизнес-сообщество.

На Рис. 3 представлена общая схема работы такого бизнес-сообщества.

Рис. 3 - Общая схемы работы метода Business Community

Основные результаты работы

· Разработана концептуальная модель, позволяющая расширить область применения CQRS.

· Проведены дополнительные исследования работоспособности обобщенной системы в условиях нестабильного канала связи и при больших объемах обобщенного хранилища файлов.

· Предложены новые технологии построения интеграции, использующие преимущества SOA и модифицированного шаблона CQRS:

1. Методология интеграции, пригодная для нужд предприятий с повышенными требованиями к качеству ПО;

2. Метод построения сложной интеграции, допускающей использование устройств с ограниченными вычислительными ресурсами;

3. Метод построения настраиваемой интеграции гомогенных систем «Business Community»;

4. Модификация метода «Business Community» с использованием «Облачных» технологий.

О личном вкладе автора:

Совокупный личный вклад автора в разработку предлагаемых методов составляет 100%.

При реализации программного комплекса АСПИД вклад автора в разработку составляет около 50%. Вклад автора в разработку остальных программных комплексов составляет 100%.

Работы автора по теме диссертации

Работы, опубликованные в журналах из перечня ВАК Министерства образования и науки РФ:

1. Платонов Ю.Г., Артамонова Е.В. МЕТОД BUSINESS COMMUNITY И «ОБЛАЧНЫЕ» ВЫЧИСЛЕНИЯ (CLOUD COMPUTING) // Фундаментальные исследования. - 2013. - № 4 (часть 5). - стр. 1089 - 1093; URL: http://www.rae.ru/fs/?section=content&op=show_article&article_id=10000577 (дата обращения: 17.04.2013).

2. Платонов Ю.Г. Метод слабосвязанных бизнес-коммуникаций в гомогенных информационных системах // Современные проблемы науки и образования. - 2013. - № 1; URL: http://www.science-education.ru/107-8263 (дата обращения: 17.04.2013).

Другие работы по теме диссертации:

1. Ю.Г.Платонов. Анализ требований к системе «Электронный документооборот» на предприятии с повышенной степенью ответственности за конечный продукт и возможности использования для этих нужд современных информационных систем: ИСИ СОРАН препринт № 159 - Нск 2010 (http://www.iis.nsk.su/files/preprints/159.pdf)

2. Ю.Г.Платонов. Анализ необходимости перевода информационных систем на сервисно-ориентированную архитектуру для предприятий с повышенной ответственностью за качество кода: материалы 11-ой Ершовской конференции секция Наукоемкое программирование (208-215), Нск 2011

3. Ю.Г. Платонов. Анализ требований к системе Электронный документооборот на предприятии с высокой степенью ответственности за конечный продукт с точки зрения применения современных информационных систем:

Проблемы информатики (№1 -2011, 34-51) Нск 2011 (http://elibrary.ru/item.asp?id=16495695)

4. Ю.Г.Платонов. Разработка мобильных приложений для работы с корпоративными информационными системами: Проблемы информатики (№3 - 2011, 15-33) Нск 2011 (http://elibrary.ru/item.asp?id=17013604)

5. Ю.Г.Платонов. ПРИМЕНЕНИЕ СЕРВИСНО-ОРИЕНТИРОВАННОЙ АРХИТЕКТУРЫ ДЛЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ, РАЗРАБАТЫВАЕМЫХ ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ С ПОВЫШЕННОЙ МЕРОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТИ ЗА КОНЕЧНЫЙ ПРОДУКТ: материалы ИНфо-2011, Москва 2011

6. Ю.Г.Платонов. РАЗРАБОТКА МОБИЛЬНЫХ ПРИЛОЖЕНИЙ ДЛЯ РАБОТЫ С КОРПОРАТИВНЫМИ ИНФОРМАЦИОННЫМИ СИСТЕМАМИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АРХИТЕКТУРНОГО ШАБЛОНА COMMAND AND QUERY RESPONSIBILITY SEGREGATION (CQRS): молодая информатика, Нск 2011

7. Ю.Г.Платонов. Анализ перспектив перехода информационных систем на сервисно-ориентированную архитектуру: Проблемы информатики (#4 - 2011, 56-65) Нск 2011- (http://elibrary.ru/item.asp?id=17246260)

Размещено на Allbest.ru