автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.11, диссертация на тему:Математическое и программное обеспечение интеграции отдельных независимых информационных систем образовательного учреждения в единый гетерогенный информационный комплекс

Ордынцев Павел Анатольевич

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИНТЕГРАЦИИ НЕЗАВИСИМЫХ ИНФОРМАЦИОН НЫХ СИСТЕМ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ В ЕДИНЫЙ ГЕТЕРОГЕННЫЙ ИНФОРМАЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС

Специальность 05.13.il

Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 2 :.|Д? 2072

Москва-2012

005013364

Работа выполнена на кафедре "Математическое обеспечение вычислительных систем" в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет радиотехники, электроники и автоматики"

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Григорьев Виктор Карлович

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор

Гридина Елена Георгиевна

Кандидат технических наук, в.н.с Федосеев Андрей Алексеевич

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

учреждение науки Институт проблем . : , • - управления им. В.А.Трапезникова

Российской академии наук

Защита диссертации состоится «03» апреля 2012 г. в 11 часов 00 минут в аудитории Г-412 на заседании диссертационного совета Д 212.131.05 при МГТУ МИРЭА по адресу: 119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ МИРЭА Автореферат разослан «02» марта 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доцент

Андрианова Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

В настоящее время, проблема модернизации информационных систем в области образовательных учреждений занимае'г все большее внимание как зарубежных, так и отечественных исследователей. Разрозненные системы, автоматизирующие один или группу бизнес-процессов, не связанные друг с другом, снижают общую управляемость вуза. При этом существующие решения, как правило, достаточно эффективно решают задачи, для которых они создавались и с помощью этих систем накоплен большой наработанный банк данных. Для эффективной работы образовательного учреждения требуется простой и удобный доступ к необходимым данным из любого структурного подразделения, при этом требуется избегать повторного ввода данных. Одним из решений проблемы связности между системами является построение централизованных систем, но это приводит к необходимости решения сложной задачи конвертации накопленных данных. Использование централизованных систем с единым хранилищем данных затрудняет независимую модификацию элементов интегрированной системы. При • этом также имеется сложность при интеграции территориально распределенных систем-: Одним из важнейших свойств информационно-управляющей системы является приспособляемость к возможным изменениям, таким образом, система должна обладать возможностью простой модификации своих компонентов. Для решения проблем, возникающих при использовании цсшралкзсвашшх свстсдг можно связа'/ь (шиегрировать) существующие системы подразделений вуза в единую информационную систему, обеспечив взаимодействие интегрированных систем подразделений как элементов единой системы. Это позеолит объединить работающий ин-с:рулюигарьа оЗра^сиа;единого учреждения в единую систему и качественно улу-шзюь его управление, а также сократит трудозатраты на ввод н обработку документов за счет исключения необходимости подпорного ¿вода. При этом с одной сюропы, позволит пользователям продошк&уь испольгоидть прикычыыс программное продукты; а с другой стороны, обеспечит доступность пользователей всей необходимой информацией. Такйл! образом, исследование методов интеграции, обеспечивающих независимую модификацию и позволяющих использовать накопленный багаж данных, является актуальной задачей.

Цель к задачи исследования. Целью данной работы является разработка математических и программных средств, обеспечивающих интеграцию независимых информационных систем подразделений образова-

тельных учреждений в единый гетерогенный (состоящий из систем, реализованных под различные платформы и под различные СУБД) распределенный информационный комплекс, позволяющую независимую модификацию интегрированных элементов. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Исследовать информационные потоки вузов и оценить возможность построения интегрированного информационного пространства. Разработать обобщенную информационную модель вузов, обеспечивающую построение интегрированную информационную систему, не использующую распределенные транзакции

2. Проанализировать методы, подходы и технологии интеграции с точки зрения их применимости в области образовательных информационных систем

3. Построить модель обмена информацией, которая позволит обеспечить независимую модификацию элементов интегрированных информационных систем

4. Разработать и реализовать методику преобразования информационных систем подразделений в элементы единого распределенного информационного комплекса

5. Разработать и исследовать прототип интеграционной платформы для обеспечения процесса интеграции информационных систем, независимой модификации интегрированных компонентов и возможности автоматического добавления новых компонентов в систему

Объект исследования

Объектом данного исследования является процесс объединения разнородных информационных систем в интегрированный информационный программный комплекс; методы построения единого, распределенного, кластируемого информационного пространства образовательного учреждения; методы и технологии независимой модификации компонентов интегрированных систем

Методы исследования

В основе проводимых в диссертационной работе исследований были использованы следующие научные методы. При анализе систем интеграции и описания модели данных использовались методы системного анализа. При построении информационной модели использовалась теория множеств. При построении архитектуры системы использованы концепции сервис-ориентированного программирования. При разработке модели интегрированной платформы был использован асинхронный подход при построении алгоритмов служб обмена сообщениями и концепции архитектуры, управляемой событиями.

Научная новизна состоит в следующем:

Предложена модификация модели информационного пространства вуза, обеспечивающая синхронизацию глобальных данных на основе прав владения без использования распределенных транзакций.

Предложена новая модель пересылки сообщений, обеспечивающая независимую модификацию отдельных подсистем интегрированного информационного комплекса, основанную на передаче прав на модификацию глобальных сущностей (прав владения) между элементами интегрированной информационной системы.

Предложен новый алгоритм маршрутизации сообщений, использующий предложенную автором модель информационного пространства и реализующий модель пересылки сообщений.

Разработано оригинальное программное обеспечение (интеграционная платформа, сервисный стек которой зарегистрирован во ВНТИЦ), обеспечивающее интеграцию информационных систем подразделений вузов в единую информационную систему.

Практическая ценность работы заключается в создании программного обеспечения для интеграции действующих информационных систем в единую систему. Разработанная интеграционная платформа внедрена в МГТУМИРЭА и позволила объеднннть его информационные системы. Научные положения диссертационной работы внедрены в учеб-шш гтрсчесс МГТУ МИРЭА при чтении курса. «Проектирование информационных систем». Реализация интеграционной платформы позволило ".¡гачрггельно снизить нагрузку на службу технической поддержки и улучшить качество клиентов (клиентами интеграционной платформы являются информационные системы).

Апробация работы

Основные результаты работы доложсе;ы па следующих конференци-КВТИ-2011, ЮЗ Международная конференция «применение новых технологий в образовании» («КТО-Троицк-2010»), «Международная конференция "Информационные технологии в образовании ИТО-Москва-201С:>, Телештика'2010: XVII Всероссийская научно-методическая конференция, III Международная научно-практическая конференция Информационная среда вуза XXI века (2009), Научно практические конференции МИРЭА (2007,2008, 2009, 2010, 2011)

Публикации

Результаты теоретических и прикладных исследований опубликованы в 11 научных статьях, в том числе в журналах из перечня ВАКа. По теме диссертации получено свидетельство о регистрации алгоритмов и программ во ВНТИЦ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы, формулируется цель и задачи исследования, решение которых необходимо для достижения цели.

Первая глава посвящена обзору и анализу подходов к процессу интеграции информационных систем. В настоящее время, одним из направлений в области интеграции является построение интегрированной системы, основанной на централизованном хранилище данных, что приводит к возникновению проблемы с жестко связанной системой, имеющей трудно модифицируемую архитектуру. При использовании распределенных баз данных возникают организационные трудности в поддержке ее структуры, также возникают проблемы при интеграции гетерогенных информационных систем. Анализ научных работ в области интеграции показывает недостаточное освещение задачи интеграции гетерогенных распределенных систем в образовательных учреждениях. В открытых публикациях не рассмотрена задача независимой модификации элементов в интегрированной системе, что является одной из ведущих проблем системной интеграции. Не рассмотрена также задача сохранения накопленных данных.

В связи с вышесказанным, целью данной работы является разработка математических и программных средств обеспечения интеграции независимых информационных систем подразделений образовательных учреждений в единую слабосвязанную гетерогенную распределенную систему, позволяющую независимую модификацию интегрированных элементов. Для этого необходимо решить проблему, связанную с жесткой связью между узлами интегрированной системы, при этом, не нарушая связности между ними. На основании проведенного аналитического исследования и в соответствии с целью диссертационной работы сформулированы основные задачи исследования.

Во второй главе проводится построение модели информационного пространства вуза, обеспечивающей интеграцию информационных систем подразделений в единую систему вуза. Для оценки информационных потоков автором построен механизм для сбора данных информационных систем вуза. Был проведен анализ по следующим показателям: поток студентов поток оценок (V ), поток платных студентов, поток данных управления платных образовательных услуг.

Поток передаваемых сообщений б вычисляется следующим образом.

студ Е1Л/ , где л;, - студент деканата 1

/=| /=1

прейм

= У (1,, где й] - контрольная дисциплина

у=1

платн ( ' р

Ыр

(1) (2)

(3)

(4)

Автором был реализован механизм сбора данных и в течение 3-х лет собирались данные деканатов и управления платных образовательных услуг (УПОУ) в МИРЭА. Результат анализа полученных данных приведен в таблице 1.

Таблица 1. Интегральные данные потоков по подразделениям и по типам

Поток студен- Поток платных Поток оценок

тов V*, студентов

ИТ 6383 1269 455500

Кибернетика 4989 1033 379366

РТС 2797 346 149652

МФИ 432 310 19546

ЭИУ 467 255 10239

Исходя из данных таблицы 1, видно, что voч»vcmy(¡, при этом оценки необходимы только для работы системы деканат, а платные студенты необходимы как для системы деканат, так и для УПОУ. Таким образом, нужно выделить локальные данные системы деканат (оценки) и глобальные или общие данные двух систем.

В диссертационной работе предложена модель информационного пространства вуза, основывающаяся на проведенном анализе данных (табл. 1). Данные информационного пространства разделены на локальные к глобальные. Уточним эти понятия для нашей модели, локальные сущности — это те, которые используются только в одном экземпляре информационной системы; глобальные — те, что используются различными информационными системами или различными элементы интегрированной системы. Элемент интегрированной информационной системы, построенный в соответствии с концепциями СОА, принадлежащий подразделению, был назван сервисом. При этом автор определяет, что экземпляры сервисов, установленные в различных подразделениях, являются разными сервисами.

Ниже представлена, построенная автором, модель информационно-

го пространства вуза, обеспечивающая выделение глобальных данных и их кластеризацию.

Пусть Р, - подразделение ВУЗа, где / = (1, /V) - номер подразделения вуза; экземпляр информационной системы подразделения/;, где ] = (1 ,М)~ номер информационной системы в 1 подразделении; гик-информационная сущность или атрибут сущности, используемая в системе 1, где к = (1, К) - номер информационной сущности или атрибута сущности; для удобства /- (к можно представить как привязку

гил к)

к

, ~ и г< 1 к ~ информационное пространство информационной си-

к=1

стемы X,

Информационное пространство вуза определено как объединение пересечения информационных пространств его информационных систем

5 = ^ (5,. ]. п Б, „), где Б * 0. Если мощность потока Я,. 1»(5, ] п 5), то

можно сделать вывод о необходимости использования локальной базы данных в 1 подразделении.

В информационном пространстве вуза. является владельцем г,

если существует/; у к равное гиу(;. может изменять значения г.

Право владения было обозначено через 7)]к, являющееся элементом^, если существует г такой что гчк = г е Б, где я, 1 является владельцем^ ^. В каждый момент времени всякая г имеет одного и только одного владельца. То есть для всех ¡, к, где ^п, \ф1

(&м)п (&,-,,*) = 0 (5)

I I

Право владения означает, что модифицировать сущность может только одна информационная система, а использовать многие другие информационные системы.

г, , к <6>

Таким образом, встает вопрос о репликации значений этой сущности ги к. Процесс репликации можно интерпретировать в виде правил и

списков подразделений и сервисов подразделений, абонентов для рассылки документов об изменении сущности.

Модель глобальных данных, их принадлежность к информационным системам и состояние прав владения могут быть записаны в виде дискретной трехмерной матрицы А(1, .ь к), где строка определена системой , а столбец к - сущностями и атрибутами.

=

О, если r¡]k є S

1,если r¡Jk eSnrIJk=rIJk (7)

"-"(null), если ríJk <£ S

На основании формулы (5) одной сущности соответствует только один владелец. Матрица А зависит от времени и может быть изменена в соответствии с функцией F. Функция F дискретна и определена на пространстве событий, определенных документами. Документ d можно записать в следующем виде: d:={[ sl .],[r¡ Jk]h}, где h - количество сущностей,

на которые влияет документ. В документе указано, для каких сущностей необходимо передать права значений. Функция F обеспечивает передачу прав владения из одной информационных системы в другую информационной сущности г путем установки значения матрицы А, с 1 на 0 и установка значения ! в узле с новым владельцем (/',, /,), указанным в документе d. При этом не нарушается требование, установленное формулой (5). Механизм построения функции F(A, d) обеспечивает синхронизацию работы с общими сущностями и гарантирует непротиворечивость данных. Пример работы функции показан на рис. 1.

Л =F(A, d) A(i,j,k) F(A'd)

1 2 3 4

(1,1) 0 - - 0

(1Д) и - 0 0

(1,3) - 0 1 0

(2,1) - 0 - 1

(2,2) - 0. 0 -

(2,3) - 1 - 0

(4,5) 0 - - -

! 2 3 4

(1-і) 0 - - 0

(1,2) 0 - 0 0

(1,3) - 0 1 0

(2,1) - 0 - 1

(2,2) - 1 0 -

(2,3) - 0 - 0

(4,5) 1 - - - '

d:={[(4.5)],[<(l,2),1>], [<(2,3),2>]}

Рис. 1. Передачи прав владения управляющей функцией

Изменение размерности матрицы сущностей происходит в момент создания или удаления сущности, и не описывается функцией управления. Использование данной модели позволит обойтись без использования распределенных транзакций. Права владения разделяют глобальные данные на слои. Такой подход позволяет не нарушить целостность данных при их модификации в распределенной системе. Исходя из модели информационного пространства, была предложена модель обмена сообщениями. Для изменения привязки сущности к системе автором была введена функция Н(А, я), где я:={И,[г,;кХ} - запрос на подписку, где Ь=0 для

отказа от подписки и Ь=1 для подписки, при этом должно соблюдаться условие г, ]кФ г]к. Работа функции продемонстрирована на рис. 2.

А =Н(А, я) А(У,к) Н(А,Ч)

к 1 2 3 4

(1,1) 0 ■ 0

(1,2) 0 0 0

(1,3) Е • 1 0

(2,1) 0 - 1

(2,2) - 1 0 -

(2,3) - 0 0

(4,5) 1 - - -

1 2 3 4

(1,1) 0 - - 0

(1,2) 0 - 0 0

(1,3) - 0 1 0

(2,1) - 0 - 1

(2,2) - 1 0 -

(2,3) - 0 - 0

(4,5) 1 - - -

Ф={[Щ<(1,3),1>], [<(1,1),2>]}

Рис. 2. Модель подписки

Для реализации предложенных моделей был построен алгоритм маршрутизации, реализующий функции БиН (Рис. 3).

Алгоритм основан на функции, записанной в формуле (7) модели информационного пространства для очереди сообщений. В качестве сущности и события используется информационное сообщение, передающее документ. В результате работы алгоритма получается массив с перечнем подразделений-получателей сообщения с уточнением систем-получателей для каждого подразделения, который далее передается в метод пересылки сообщения.

Была предложена методика интеграции сервисов в единую информационную систему вуза. Методика решает задачу синхронизации общих сущностей и построение таблицы связи между компонентами системы.

Конец

Т..

Запрос первого сообщения из

очереди

Сообщение!=пи11

Да

Запрос списка подписки

Systems +=cnMCOK.Systems; Divisions+=cnncoK.Divisions;

Г

Systems=null

And Divisions=null

Запрос списка установлен ных систем

Перебор элементов списка

элемент.Омэюпз . содержится в Division

Divisionsl+=3fleMeHT.Divisions;

Systems!=null

nun —j да

I

Divisions= cnncoK.Divisions

edogadau "пэноя

Divisions=Division si

Отправка сообщения всем подразделениям Divisions

Удаление сообщения из очереди

Рис. 3. Алгоритм маршрутизации на основании механизма подписки

Автором была исследована применимость данной методики на примере построения распределенных систем МИРЭА для автоматизации учебно-методического управления и управления платных образовательных услуг.

В третьей главе рассматривается реализация инструментальной поддержки исследования предложенных алгоритмов, методов и методик была реализована сервисная шина ИСШВ.

В работе было показано, что для реализации предложенных во второй главе моделей, обеспечивающей обмен данными на основе прав владения, наиболее целесообразно использовать сервисную шину, которая предоставляет механизм для интеграции гетерогенных информационных систем за счет обмена информацией. Это позволяет получить наибольшую отдачу от существующих систем и минимизировать стоимость и трудозатраты на интеграцию новых приложений в существующую инфраструктуру и позволит легко модифицировать существующие элементы.

Клиенты шины

Клиенты шины 4

Клиенты шины

Сервис подписки

Сервис Передачи сообщений

Локальное хранилище

Сервис Автоматического обновления

....................А..................

Сервис маршрутизации

1 1

Локальное хранилище

Сервис Резервного копирования Системы Деканат

Сервис Репликации баз Системы Деканат

..................Ж......................

Сервис Передачи сообщений

Локальное хранилище

- Клиенты шины

■ Клиенты шины

Клиенты шины

Программное обеспечения для управления и контроля

Рис. 4. Архитектура интеграционной платформы ИСШВ

На базе сервисной шины была построена интеграционная платформа вуза. В ее состав помимо сервисной шины входит инструментарий, для обеспечения поддержки сервисной шины и подключенных к ней сервисов (рис. 4).

Интеграционная платформа реализует методику объединения сервисов в единую информационную систему. Что позволяет подключить сервисы, реализованные на различных платформах, за счет использования адаптеров. Интеграционная платформа реализует предложенный алгоритм маршрутизации. Для своей работы интеграционная платформа не требует изменения сетевой структуры организации. В качестве основного транспорта используется широко используемый в вузах почтовый сервер, работающий по протоколам POP и SMTP (рис 5). Связь между системами в подразделении было предложено реализовать через локальную СУБД, используемую в качестве сервера системы подразделения. Для интеграционной платформы можно использовать различные СУБД путем добавления стандартной библиотеки доступа. В МИРЭА была протестирована работа с MSSQL и Interbase.

_I.............................................

Почтовый сервер МИРЭА

» ...........

Сервис подразделения

Почтояый модуль

п

ИУС сервиса

"4

БД ИУС

Подразделение 1

БД попетого модуля (SOLExprsss или IB)

Сервис пьресылки сообщений

Почтовый модуль

1 Сервис !гс\ираздв;дания

Почтовый модуль

ИУС сервиса

БД ИУС

Подразделение Z

&Д почто вен о модуля (SQLExpress или Ii

Сервис пересылки сообщений

Почгоиый модуль

2 Сервис подразделения

Почтовый модуль

ИУС серимса

БД ИУС

Сервис маршрутизации сообщений

*

Почтовый модуль

1

*

БД гючтоеою

робота

(SQLExpress)

* 4

і [оиьзоааієльскии

интер<ї>зйс

подсистемы

управления

рассыпка м и

Управляющая системная

службе

(Windows services)

Рис. 5. Реализация транспортного уровня интеграционной платформы

Для осуществления пересылки был предложен трехуровневый формат передачи данных, основанный на почтовом протоколе.

Модель сообщения, записанная в нотации Бэкуса — Наура Сообщение:=<3аголовок М1МЕ>[<Прикрепленные файлы>]п <Прикрепленные файлы> :=<Заголовки шины> [<Прикрепленные файлы>]т <3аголовки шины>:=<Данные маршрутизации><Метаданные сообщения> <Данные маршрутизации>:=<Данные о маршруте>[<Данные о передачи прав владения>]

В качестве рекомендуемого метода формирования данных для пересылки было предложено получение хт1 представления объекта с помощью сериализации.

В четвертой главе дается проведенное автором экспериментальное исследование интеграционной платформы, состоящее из исследования модели взаимодействия территориально распределенных частей информационной системы на примере системы УМУ; исследования особенностей поэтапного подключения действующей системы к интеграционной платформе на примере системы Деканат; анализа взаимодействия нескольких информационных систем на примере взаимодействия систем УМУ, Деканат и системы Расписание; исследования взаимодействия систем ВУЗа с внешними системами на примере автоматического получения банковских выписок системой УПОУ; анализа пересылаемых информационных потоков, оценка времени доставки сообщения в зависимости от загруженности сервисной шины и от объема трафика.

Для исследования параметров настройки разработанной интеграционной платформы был проведен анализ пересылаемых информационных потоков, оценки времени доставки сообщения в зависимости от загруженности сервисной шины и от объема трафика. Поскольку нагрузка, сервисной шкны подключенными системами недостаточна, была смоделирована иысокая нагрузка путем пересылки сообщения из сервиса А в сервис Б через сервис маршрутизации для оценки времени между отправкой сообщения из сервиса А и получением сообщения сервисом Б. Поскольку процесс приема-передачи управляется таймером, то время передачи одинакового сообщения, отправленного в разное время будет разным, поэтому в итоговых таблицах приводится среднее значение результата опытов, вычисленное по формуле:

— 1 "

X = - У X,, где анализируется выборка (ХГ..Х,) «/=1

Время передачи сообщения оценивалось в зависимости от объема сообщений, настроек таймеров сервисов пересылки сообщений и загру-

женности передающих сервисов. В данном эксперименте сообщения отправляются пакетом из нескольких сообщений (таблица 2).

Таблица 2. Экспериментальная оценка времени передачи сообщения в __сервисной шине МИРЭА__

Время пересылки, сек Сумма времени таймеров, сек Объем сообщения, байт Количество сообщений в очереди, шт Количество пересылаемых фрагментов, шт.

103 150 1950 1 1

99 90 1950 10 1

136 150 100817 4 1

123 90 3938415 1 1

128 150 3938415 1 1

131 90 9845505 1 1

220 90 9845505 10 1

155 90 20453212 1 2

199 90 20453212 2 2

250 90 30453223 1 3

280 90 41453223 1 4

282 150 41453223 1 4

Исходя из проведенного исследования, был сделан вывод о том, что оптимальным значением таймера при высокой нагрузке является 30 секунд. При пересылке потока больших, фрагментированных сообщений имеет смысл увеличить время таймера, это снизит нагрузку на сеть при сохранении скорости пересылки сообщений. При учете количества переданных данных за 3 месяца эксплуатации можно сделать вывод, о том, что интеграционная платформа имеет запас по нагрузке.

За 3 месяца через сервисную шину МИРЭА было передано более 600 мегабайт информации. В таблице 3 приведены результаты исследования взаимодействия территориально распределенных частей системы на примере тестового использования системы УМУ (подсистема утверждения и хранения учебных планов).

Исходя из проведенного исследования, была определена средняя нагрузка на сервисную шину. В среднем через сервисную шину было передано 70 сообщений в день, без учета служебных сообщений. Средний объем сообщения составляет 2 килобайта.

Таблица 3. Результат экспериментального исследования системы УМУ

Тип передачи сообщений Передаваемые данные Тип сообщения Кол-во переданных сообщений, шт Объем переданных сообщений, байт

утверждение расширенного учебного плана UMU.ApproveAdvanc edCurriculum 723 323601

удаление расширенного учебного плана UMU. DeleteAdvanced Curriculum 5 1107

Удаление УП UMU.DeletcLP 27 6686

Окончательно! утверждение УП UMU.FinalRati fLP 155 36014

сисок факультетов UMU.ImportFacult 12 5998

УП UMU.LP 6 2649015

Внутрисистемные Системное сообщение УМУ UMU.MailProcessor 84 24224

Создание нового расширенного УП UMIJ. New Advanced I, P 201 271317

Создание нового УП UMU.NewLP 381 4055505

Уюерждсние УП UMU.RatifLP 2634 643477

UMU.UpdalcAccourit 155 377319

Обновление расширенного УП UMU.UpdateAdvanced Lp 51 131046

обновление должностей UMU.UpdateEmployee Post 134 1157803

обл&ш.ьшк аллаунгов UMU.UpdalcPerson 87 96489

Учебный план для внешние систем AdvancedLPsForGloba lTransfer 9 148572

Связь с внешними Учебный план для внешних систем с группами AdvancedLPsForGloba ITransferFile 2 12234

системами Отправка групп из системы Деканат GroupsAU 5 23453

На основании исследования пропускной способности интеграционной платформы можно сделать вывод о достаточном запасе пропускной способности созданного программного обеспечения для интеграции существующих в вузе информационных систем.

В заключении приведено краткое резюме диссертационной работы и перечислены основные задачи, решенные в процессе работы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

На защиту выносятся следующие основные результаты диссертационной работы:

• Модель информационного пространства вуза, описывающая распределенную синхронизацию объектов, позволяющая провести интеграцию информационных систем без использования распределенных транзакций. Предложенная модель обеспечивает асинхронный режим работы интегрируемых систем, что позволяет интегрированному комплексу работать не зависимо от сбоев отдельных интегрированных систем (подсистем), что значительно повышает надежность полученного информационного комплекса;

• Методика преобразования действующих разнородных ИУС подразделений в сервисы с выделением глобальных данных для интеграции в ИУС вуза;

• Модель обмена сообщениями, обеспечивающая нежесткую связь между интегрированными системами и позволяющая проводить независимую модификацию компонентов интегрированной информационной системы;

• Алгоритм маршрутизации пересылаемого сообщения на основании модели обмена сообщениями, реализующий обмен информацией между информационными системами, используя механизм подписки и механизм адресной рассылки;

• Реализация интеграционной платформы, обеспечивающая процесс интеграции информационных систем, процесс внедрения новых информационных систем и техническую поддержку работающей информационной системы. Интеграционная платформа была внедрена в МИРЭА и позволила осуществить объединение информационных систем института.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Григорьев В. К., Ордынцев П. А. Сервисная шина как инструмент построения интегрированной гетерогенной ИУС ВУЗа // Университетское управление: практика и анализ, 4, 2011. - С. 65-70

2. Григорьев В. К., Ордынцев П. А. Интеграция ИУС подразделений вуза на основе сервис-ориентированной архитектуры // Системы управления и информационные технологии, 1.1(39), 2010. - С. 127-131

3. Ордынцев П. А., Методика модификации слабо связанных компонент приложения на примере информационной системы // Теоретиче-

ские вопросы вычислительной техники и программного обеспечения, Межвузовский сборник научных трудов. М, МИРЭА, 2010 г, стр. 86-91.

4. В.К. Григорьев, A.A. Антонов, A.B. Грушин, П.А. Ордынцев, Интеграция отдельных подсистем в распределенную гетерогенную ИУС вуза // Телематика'2010: Труды XVII Всероссийской научно-методической конференции, СПб.: СПбГУ ИТМО,, 2010 г, стр. 116-117

5. Ордынцев П. А. Методика модификации слабо связанных компонент приложения на примере информационной системы вуза. // Теоретические вопросы вычислительной техники и программного обеспечения, Межвузовский сборник научных трудов. М:, МИРЭА, 2010 г., стр. 86-91

6. Ордынцев П.А. Апробация метода интеграции гетерогенных ИУС ВУЗа в общую системы ВУЗа на примере подключения системы УПОУ // «Международная конференция "Информационные технологии е образовании ИТО-Москва-2010», Часть II. Единая информационная среда образовательного учреждения, Москва -2010, стр. 127-131

7. Антонов А. А., Григорьев В. К., Ордынцев П. А., Экспериментальное использование методики интеграции автоматизированных подразделений ВУЗа // Информационная среда ВУЗА XXI века - Петрозаводск, 21-25 сентября 2009 г. Стр. 55-57

8. Ордынцев П. Л., Обеспечение надежности передачи сообщения а ESB II 58 Научно -техническая конференция МИРЭА. Сборник трудов. 4.1. Информационные технологии и системы - М., 2009, стр. 127-131

9. Ордынцев П. А., Схема взаимодействия подсистем ВУЗа на ochaos иочгоиого po£ci¡» // 57 Научно-техническая конференция МИРЗА. Сборник vpyAOí 4.5. Проблемы высшего образования - М., 2008, стр. 106-109

Ю.Ордыпдси П. Л., Проектирование формата обмена информацией для rcitpoi енней икформацйОчаой сети на примере информационной cela ВУЗа // Cúüp^!iciii.i>;e ^-.фермадаошшъ шхьолонш в управлении и об-раод&мни: Кивая ¿одаа, Сборник трудов, Москва, Издательство «Проспект» 2008, стр. 142-144

i I.Ордынцев П. Л.,. Мидель аыомагш^циь управления платными оЗраисьательаьша // 55 Hay 1;ий-'1ех:шчеек0Я конференции

1ЛИГЭЛ. Сборник трудов 4.4. Гуманитарные науки. Учебно-методические проблемы - М., 2007, стр. 54-57

Подписано в печать 27.02.2012. Формат 60x84 1/16. Усл. печ. л. 0,93. Усл. кр.-отт. 3,72. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 100

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет радиотехники, электроники и автоматики" 119454, Москва, пр. Вернадского, 78

61 12-5/2057

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ РАДИОТЕХНИКИ ЭЛЕКТРОНИКИ И

АВТОМАТИКИ

На правах рукописи

Ордынцев Павел Анатольевич

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ИНТЕГРАЦИИ ОТДЕЛЬНЫХ НЕЗАВИСИМЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ В ЕДИНЫЙ ГЕТЕРОГЕННЫЙ ИНФОРМАЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС

Специальность 05.13.11 Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей (технические науки)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: к.т.н., доцент ГРИГОРЬЕВ В.К.

МОСКВА, 2012 г.

Математическое и программное обеспечение интеграции отдельных независимых информационных систем образовательного учреждения в единый гетерогенный информационный комплекс

Оглавление

ОГЛАВЛЕНИЕ..............................................................................................2

ГЛОССАРИЙ................................................................................................7

ВВЕДЕНИЕ...................................................................................................9

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР МЕТОДОВ, ПОДХОДОВ И ТЕХНОЛОГИЙ ИНТЕГРАЦИИ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ГЕТЕРОГЕННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ......................................................................13

1.1 Анализ проблемы интеграции разрозненных информационных систем.....................................................................................................................13

1.2 Анализ подходов и принципы интеграции информационных систем.....................................................................................................................18

1.3 Концепции сервис-ориентированной архитектуры в рамках проблемы интеграции информационных систем...............................................25

1.4 Интеграция данных как неотъемлемая часть интеграции информационных систем. Анализ подходов и методов интеграции данных. 28

1.5 Сравнительный анализ технологий интеграции информационных' систем.....................................................................................................................32

1.6 Обзор существующих научных исследований в области интеграции данных и систем...............................................................................42

1.7 Аналитический обзор существующих решений по автоматизации учебного процесса................................................................................................44

1.8 Постановка задачи диссертационного исследования.......................50

ГЛАВА 2. МОДИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ И РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ И СРЕДСТВ ИНТЕГРАЦИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ ВУЗА.......53

2.1 Анализ особенностей информационной структуры вуза. Выделение особенностей автоматизации вузов...............................................54

2.2 Анализ информационных потоков вуза............................................58

2.3 Разработка модели информационного пространства вуза..............60

2.4 Определение критериев интегрируемости независимых гетерогенных приложений..................................................................................65

2.5 Применение концепции сервис-ориентированной архитектуры для улучшения интегрируемости приложений........................................................70

2.6 Методика преобразования информационных систем подразделений в сервисы с выделением глобальных данных для интеграции в интегрированную систему вуза.......................................................................71

2.7 Исследование применимости методики преобразования информационных систем вуза в сервисы на примере автоматизации подразделений вуза..............................................................................................75

2.8 Методика интеграции сервисов в единую информационную систему...................................................................................................................79

2.9 Разработка модели организации связи Между подсистемами на • основе объединения моделей обмена сообщениями.........................................80

2.10 Разработка алгоритма маршрутизации пересылаемого сообщения на основе построенной модели обмена сообщениями.....................................83

2.11 Выводы по второй главе.....................................................................86

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ПЛАТФОРМЫ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИНТЕГРАЦИИ ГЕТЕРОГЕННЫХ НЕЗАВИСИМЫХ КОМПОНЕНТОВ СИСТЕМЫ ВУЗА В ЕДИНУЮ РАСПРЕДЕЛЕННУЮ ИНФОРМАЦИОННУЮ СИСТЕМУ..................................................................88

3.1 Структурная модель системы передачи глобальных данных в информационной модели вуза............................................................................89

3.2 Архитектурное решение интеграционной платформы.....................93

3.3 Формат передачи данных в интеграционной платформе................96

3.4 Хост-процесс компонентов сервисной шины...................................99

3.5 Методика обеспечения работы с гетерогенными сервисами при подключении клиентов к интеграционной платформе с использования адаптеров.............................................................................................................100

3.6 Структура данных хранилища сервиса пересылки сообщений и сервиса маршрутизации.....................................................................................102

3.7 Почтовый сервер как реализация транспорта сервисной шины.. 106

3.8 Реализация метода обеспечения гарантии доставки сообщения .108

3.9 Сервис автоматического обновления как инструмент сопровождения интегрированной системы и ее сервисов..............................109

3.10 Выводы по третьей главе.................................................................110

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ИНТЕГРАЦИОННОЙ ПЛАТФОРМЫ НА ПРИМЕРЕ ПОСТРОЕНИЯ ИНТЕГРИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ МИРЭА. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ .112

4.1 План проведения экспериментального исследования....................113

4.2 Методика инсталляции интеграционной платформы.....................114

4.3 Исследование возможностей интеграционной платформы по обеспечению взаимодействия частей распределенной системы учебно-методического управления.................................................................................115

4.4 Экспериментальное исследование добавления системы путем подключения системы «Деканат» к интеграционной платформе..................118

4.5 Экспериментальная проверка независимой модификации компонентов системы на основе взаимодействующих систем учебно-методического управления, Деканат и Расписание.........................................119

4.6 Экспериментальное исследование возможности получения данных из внешней системы на примере реализации системы управления платными образовательными услугами..............................................................................121

4.8 Анализ временных параметров переданных сообщений через интеграционную платформу..............................................................................122

4.9 Выводы по четвертой главе. ЗАКЛЮЧЕНИЕ...........................

126

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................129

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. СООБЩЕНИЕ СЕРВИСНОЙ ШИНЫ МИРЭА. ..140

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ФРАГМЕНТ ^СХОДНОГО КОДА МАРШРУТИЗАТОРА СООБЩЕНИЙ.............................................................143

Глоссарий

Список использованных сокращений

API - Application Programming Interface

CORBA - Common Object Request Broker Architecture

COM - Component Object Model

DCOM - Distributed Component Object Model

EAI - Enterprise Application Integration

EDA - Event-driven architecture

ERP - Enterprise Resource Planning System

ESB - Enterprise Service Bus (сервисная шина предприятия)

ETL - Extract, Transform, Load

1С - Integrations Consortium

MOM - Message Oriented Middleware (промежуточное ПО для обмена сообщениями)

MIME - Multipurpose Internet Mail Extension

POP - Post Office Protocol

RTC - Request for Comments

SMTP - Simple Mail Transfer Protocol

SOAP - Simple Object Access Protocol

SQL - Structured Query Language — «язык структурированных запросов»

XML - extensible Markup Language

UDDI - Universal Description, Discovery, and Integration

WSDL - Web Service Description Language

ИТ - информационные технологии

ИУС - информационно-управляющая система

МИРЭА - Московский институт радиотехники, электроники и

автоматики

ПО - программное обеспечение

COA/SOA - сервис-ориентированная архитектура/service-oriented architecture

СУБД - система управления базами данных

УМУ - учебно-методическое управление

УПОУ - управление платных образовательных услуг

Гетерогенные элементы интеграции - это разнородные информационные системы, реализованные на различных платформах и использующие различные СУБД

Интеграция - процесс объединения компонентов в единую систему. Сериализация - процесс преобразования объекта в поток байтов с целью сохранения его в памяти, в базе данных или в файле.

Хост-процесс - процесс, в адресное пространство которого загружается указанная библиотека с целью вызова той или иной экспортируемой ею процедуры или функции.

Хранилище данных - некая совокупность данных объединенных из различных источников, структурированная и оптимизированная для доступа к ним различных информационных систем

Введение

В настоящее время в нашей стране сформирована и утверждена «Стратегия развития информационного общества в России» на период до 2015 г., реализация которой должна стать одним из приоритетных национальных проектов дальнейшего развития страны. Практическая реализация этой стратегии является исключительно актуальной и важной задачей [1]. По экспертным оценкам отечественных и зарубежных специалистов, информационное развитие России идет в настоящее время достаточно быстрыми темпами [2].

Происходят изменения как в структуре подразделений, автоматизируемых информационно-управляющими системами (слияние, разделение, передача части бизнес-процессов в другие подразделения), так и в бизнес-процессах (появляются новые бизнес-процессы, постоянно меняются уже существующие бизнес-процессы как вследствие изменения в структуре подразделений, так из-за внешних факторов). Это приводит к тому, что существующие информационные системы уже не могут выполнять всех необходимых функций. Системы, которые не могут развиваться рано или поздно вытесняются новыми системами, более приспособленными к новым условиям. Из этого следует, что одним из важнейших свойств информационно-управляющей системы является приспособляемость к возможным изменениям. Из этого следует, что система должна обладать возможностью простой модификации своих компонентов.

Важным аспектом, влияющим на информационные системы, является появление новых технологий, а именно новых программных средств (операционных систем, технологических платформ, новых Е11Р-систем и

СУБД), а также новых технологий коммуникации. Это приводит к тому, что , на предприятии появляются информационные системы, реализованные с помощью различных технологий, которые зачастую оказываются не связанными со старыми разработками.

Для эффективной работы предприятия в целом требуется простой и удобный доступ к необходимым данным из любой части предприятия. Требуется избегать повторного ввода данных. То есть разрозненные информационные системы, которые автоматизируют один или группу бизнес-процессов, но не связаны друг с другом будут снижать общую управляемость предприятия. Имеется большой наработанный банк данных, накопленный в существующих системах. При этом существующие решения, как правило [3], достаточно эффективно решают задачи, для которых они создавались.

Реструктуризация всех существующих систем для обеспечения связности довольно трудоемкий процесс, и он решает проблему лишь на некоторое время [4] (до необходимости внесения изменения в компонент системы).

Для повышения эффективности работы предприятия целесообразно ' связать существующие элементы автоматизации предприятия в единую информационную систему, обеспечив взаимодействие компонент. В диссертации этот процесс назван интеграция. С технической точки зрения интеграция существует там, где необходимо взаимодействие двух и более систем. Необходимость интеграции вызвана не столько наличием нескольких систем, сколько отсутствием связности между автоматизацией бизнес-процесса и реальными связями между подразделениями организации.

Задача интеграции гетерогенных распределенных информационных систем является актуальной задачей. Ее решение позволит объединить работающий инструментарий предприятий в единую систему, что позволит качественно улучшить управление предприятием. Также это сократит' трудозатраты на ввод и обработку документов за счет исключения необходимости повторного ввода, и при этом, с одной стороны, позволит пользователям продолжать использовать привычные программные продукты, а с другой стороны, обеспечит доступность пользователей всей необходимой информацией.

В связи с вышесказанным, целью диссертации является восполнение пробелов в области интеграции гетерогенных распределенных систем образовательных учреждений. Необходимо создать инструментарий, позволяющий интегрировать существующие информационные системы, реализованные на различных платформах и использующие различные СУБД, с возможностью простой и удобной модификации интегрированных элементов. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ информационных потоков вуза

2. Построить модели информационного пространства типового вуза

3. Исследовать применимость существующих технологий интеграции в рамках построения интегрированной " системы управления -образовательным учреждением

4. Предложить метод интеграции существующих информационных систем

5. Разработать инструментарий для поддержки интеграции информационных систем

6. Экспериментально исследовать характеристики разработанного инструментария

7. Провести интеграцию информационных систем на примере вуза Таким образом, объектом данного исследования является процесс

интеграции разнородных программных комплексов в общую информационную систему, построение общего информационного пространства интегрированных систем и исследование независимой модификации компонентов интегрированной системы.

В основе проводимых в диссертационной работе исследований использован широкий спектр научных методов. При анализе функций систем интеграции данных и описания модели данных использовались методы системного анализа. При построении информационной модели использовалась теория множеств. При построении архитектуры системы использованы концепции сервис-ориентированного программирования и концепции архитектуры, управляемой событиями.'При разработке модели интегрированной платформы был использован асинхронный подход при построении алгоритмов служб обмена сообщениями.

Диссертация состоит из введения, четырех глав основного текста, заключения и библиографии (87 источников). Объем диссертации 135 страницы, включая 11 таблиц и 23 рисунка. Диссертацию предваряет краткий глоссарий, в котором содержатся расшифровка сокращений и необходимые определения.

Глава 1. Аналитический обзор методов, подходов и технологий интеграции распределенных гетерогенных информационных систем

1.1 Анализ проблемы интеграции разрозненных информационных систем

Автоматизация управляющих бизнес-процессов ведется давно, при этом к автоматизации были различные подходы, лоскутная автоматизация, были накоплены большие массивы данных. В последнее время эта предметная область привлекала большое внимание фирм-разработчиков, которые занимались автоматизацией предприятий. Разработано множество методик для построения корпоративных информационных систем. В области интеграции данных работы ведутся также давно. Существует множество технологий, позволяющих объединить информационные системы или перестроить существующие решение с новыми требованиями, но задача интеграции все еще остается труднейшей задачей. Все существующие подходов не лишены недостатков и не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к ним. Не решена такая проблема как обеспечение простоты модификации информационных систем при их интеграции.

Информационные системы, используемые на предприятиях, очень часто представляют собой независимые системы, не связанные с другими системами [5]. Используемые системы, как правило, реализованы на различных платформах, обладают различным функционалом, архитектурой и форматом хранения данных. При этом большая часть таких систем создавалась разработчиками для решения конкретных задач, и поэтому

подобные системы, как правило, не содержат механизмы обеспечения взаимодействия с другими информационными системами. Наличие независимых информационных систем, которые связаны логически, можно' считать первым этапом процесса интеграции, или этапом осознания необходимости изменений.

Отсутствие взаимодействия между информационными системами приводит к таким проблемам, как многократное дублирование информации в системах, которое приводит к необходимости повторного ввода информации, а значит и к дополнительным ошибкам; повышается сложность поиска данных. Также остро стоит задача поддержания непротиворечивости данных в несвязанных системах. В связи с этим, все актуальнее становится задача эффективного управления информационной структурой предприятия. При этом появляется необходимость использовать данные и функциональность различных информационных систем, которые ранее не были связаны друг с другом.

В процессе построения информационно-управляющей системы организации, которая будет объединять данные и функционал используемых информационных систем, возникает задача использования в объединенной системе используемых ранее приложений. Существует два пути решения подобной задачи. Первый путь - перепроектировать и переписать -существующие приложения с учетом задачи построения объединенной системы. Данный �