автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Методика проектирования систем автоматизации процессов делопроизводства с использованием объектно-ориентированных технологий

Введение

Глава 1. Проектирование систем автоматизации процессов делопроизводства.

1.1. Архитектура системы автоматизации процессов делопроизводства.

1.2. Технология взаимодействия компонент системы автоматизации процессов делопроизводства.

1.3. Принципы построения систем автоматизации процессов делопроизводства на основе технологии CORBA.

Выводы:.

Глава 2. Анализ параметров функционирования систем автоматизации процессов делопроизводства.

2.1. Выбор показателей эффективности функционирования систем автоматизации процессов делопроизводства.

2.2. Описание двухуровневой модели расчетов параметров функционирования систем автоматизации процессов делопроизводства

2.3. Описание алгоритмов и методов решения задач статической и динамической оптимизации на уровне узла сети.

2.4. Описание методов решения задачи по выбору архитектуры вычислительной сети на уровне сети.

2.5. Описание методов решения задачи по анализу параметров функционирования вычислительной сети на уровне сети.

Выводы:.

Глава 3. Проектирование архитектуры САПД с использованием объектноориентированных технологий.

3.1. Выбор первоначальной архитектуры САПД на уровне сети.

3.1.1.Этап подготовки данных.

3.1.2.Этап предварительной и заключительной обработки данных.

ЗЛ.З.Этап обучения сети.

3.1.4.Этап диагностики.

3.2. Определение степени влияния исходных параметров САПД на выбор архитектуры с целью корректировки первоначальных требований к этим параметрам.

3.3. Анализ параметров функционирования вычислительной сети САПД на уровне сети.

Выводы:.

Глава 4. Разработка системы автоматизации процессов делопроизводства с использованием объектно-ориентированной технологии CORBA.

4.1. Задачи подлежащие решению в процессе разработки системы автоматизации процессов делопроизводства.

4.2. Интеграция технологии CORBA и баз данных с целью организации доступа пользователей к документам и другим объектам системы автоматизации процессов делопроизводства.

4.3. Обеспечение параллелизма в работе пользователей системы автоматизации процессов делопроизводства.

4.4. Управление ресурсами серверов приложение системы автоматизации процессов делопроизводства.

4.4.1.Управление памятью.

4.4.2.Управление потоками.

4.4.2.1.0тдельный поток для каждого соединения (Thread-persession).

4.4.2.2.Пул потоков (Thread pooling).

4.4.3.Управление соединениями.

4.5. Обеспечение масштабируемости.

4.6. Обеспечение отказоустойчивости.

Выводы:.

В связи с тем, что гетерогенные компьютерные среды стали на сегодняшний день реальностью для многих организаций, повышаются требования к интеграции разнородных приложений в рамках единой корпоративной информационной системы (КИС), которая автоматизирует деятельность предприятия и функционирует в распределенной среде с поддержкой широкого диапазона платформ и сетей. К подобному классу систем относятся и системы автоматизации процессов делопроизводства (САПД). САПД позволяет организовать работу с документами, как с традиционными бумажными документами, реализуя функции ввода, хранения документов в электронном виде, поиска документов по любым критериям, в том числе, и по тексту документа, управления правами доступа к документам и функциям системы, аудита работы пользователей с отдельными документами, безопасности и т.д. Документы и инструменты управления документами (программные продукты различного функционального назначения) приобрели статус информационных ресурсов и концентрируются в рамках САПД. Объединение ресурсов на основе информационно-коммуникационного взаимодействия информационных систем (ИС) выводит их на уровень корпоративных информационных ресурсов и позволяет говорить о Едином Информационном Пространстве (ЕИП). Реализация ЕИП масштаба корпорации возможна при создании и последующем соблюдении международных стандартов на взаимодействие между собой как ИС, так и их отдельных компонентов.

К сожалению, в ряде случаев под информационными ресурсами понимают только данные, т.е. решение проблемы построения ЕИП сводится к организации доступа к удаленным базам данных. В результате понятие ЕИП сужается до понятия Единого Пространства Данных (ЕПД), а ИС выступают в роли клиента и сервера, взаимодействуя друг с другом по следующему сценарию. Информационная система-клиент (ИСК) посылает информационной системе-серверу (ИСС) запрос, получая в качестве результата данные, подлежащие дальнейшей обработке. В качестве языка запросов используется язык манипулирования данными (ЯМД), в роли которого может рассматриваться, например, Structured Query Language (SQL), выступающий как стандарт обращения к реляционным системам управления базами данных (СУБД). Доступ к удаленным базам данных (БД) в большинстве случаев осуществляется с помощью общепринятых протоколов, например, с использованием протоколов Open DataBase Connectivity (ODBC), Java DataBase Connectivity (JDBC), либо с использованием шлюзов, поставляемые производителями СУБД или третьими фирмами-разработчиками. Фактически, при построении ЕПД используется архитектура доступа к удаленным данным, являющаяся аналогом двухуровневой архитектуры клиент-сервер. Эта архитектура предполагает реализацию на стороне клиента как функций ввода и отображения документов, так и чисто прикладных функций приложения, т.е. методов обработки отдельных документов. Клиент направляет запросы к серверу, который их обрабатывает и возвращает клиенту результат, оформленный как блок данных. Существенным недостатком рассмотренного сценария является дублирование приложений ИСС в ИСК, что приводит к неэффективному использованию ресурсов взаимодействующих ИС. Кроме того, на стороне ИСК необходимо знать особенности используемой СУБД и структуру удаленной БД ИСС САПД, что снижает уровень безопасности всей системы в целом. Затруднено сопровождение и модификация тех приложений ИСК, которые общаются с базами данных ИСС, т.к. любое изменение схемы удаленной БД САПД на стороне ИСС влечет за собой изменение приложений в ИСК, что усложняет обслуживание, обновление или замену приложений, установленных на десятках - сотнях компьютеров. Значительно усложняется администрирование БД ИСС, включающее управление правами доступа пользователей ИСК.

Рост популярности глобальной сети Internet и технологии World-Wide-Web (WWW) в последнее время вызывает повышенный интерес к ним со стороны разработчиков САПД. Изначально WWW создавался только как средство, предоставляющее графический интерфейс в Internet и упрощающее доступ к информации, распределенной по миллионам компьютеров во всем мире. При этом основными компонентами являлись броузеры Web и серверы Web. С использованием данного набора средств пользователям была предоставлена возможность навигации по Internet с использованием технологии гипертекста, поддерживаемой протоколом Hypertext Transfer Protocol (HTTP) и стандартом языка Hypertext Markup Language (HTML). Появление Common Gateway Interface (CGI) решило проблему обмена информацией между сервером Web и такими программами как базы данных, которые не могут непосредственно обмениваться данными с браузерами Web. В результате появилась возможность реализации интерактивного взаимодействия конечного пользователя с программами на стороне Web-сервера, которые обрабатывали информацию, введенную пользователем в браузер, и в качестве результата возвращали сформированную HTML-страницу. Многие из существующих решений доступа к БД в среде Internet и основаны на данном подходе [31]. Однако возможности, предоставляемые WWW-технологией, безусловно, расширили спектр решений, которыми руководствуются проектировщики при построении САПД, но не способны решить проблему построения ЕИП. Поскольку при рассмотрении взаимодействия ИС, ИСК с браузером выступает в роли компонента представления, а ИСС с WWW-сервером и приложениями выступает в роли компонента, реализующего бизнес-логику и логику доступа к данным, что, по сути, соответствует двухуровневой архитектуре с интеллектуальным сервером - архитектура сервера-приложений. Так, одним из недостатков, несомненно, является реальное отсутствие возможности реализации процесса обработки данных, поставляемых WWW-сервером, на стороне ИСК. Действительно, ИСК получает информацию от ИСС в виде HTML-страниц, что практически делает невозможным организацию процесса обработки полученных данных компонентами ИСК. Как следствие, это приводит к отсутствию требуемой эффективности использования вычислительных ресурсов ИС. С другой стороны, остро встает проблема поддержания безопасности системы в целом, которая в настоящий момент не имеет целостного решения в среде Internet, что не допустимо для организаций, выдвигающих повышенные требования к безопасности. И, наконец, как и в предыдущем подходе, существенно усложняется администрирование ресурсов ИСС, включающее управление правами доступа пользователей ИСС.

В отличие от рассмотренных подходов, в концепции ЕИП предусматривается, что в роли информационных ресурсов ИС могут выступать не только данные, но и различные приложения ИС. Тогда в каждой из ИС часть методов обработки данных реализуется в виде приложений, доступных из других ИС. Данный подход соответствует распределенной одноранговой архитектуре взаимодействия. Согласно этой архитектуре, любые приложения из различных ИС могут выступать как в роли клиента, так и в роли сервера по отношению друг к другу, совместно решая те или иные задачи. Такой подход минимизирует дублирование приложений. Распределение приложений по различным ИС позволяет добиться оптимального баланса загрузки приложений и аппаратных средств, и, следовательно, приводит к эффективному использованию информационных ресурсов систем в целом. Знание схемы базы данных необходимо только тому приложению, которое обрабатывает данные из этой базы данных. Использование ИСК сервисов, предоставляемых ИСС и реализующих методы обработки данных, позволяет решить проблему изменения схемы удаленной базы данных САПД. При этом статичность интерфейсов компонентов, предоставляющих ИСС набор сервисов, достигается путем применения методологий объектно-ориентированного анализа и проектирования, распределенных объектно-ориентированных технологий (Common Object Request Broker Architecture (CORBA), Distributed Common Object Model (DCOM), Enterprise JavaBeans (EJB)) на различных этапах создания САПД [32]. И, наконец, так как в рамках конкретных ИС локализованы не только данные, но методы их обработки, происходит существенное уменьшение затрат на администрирование, сопровождение и модификацию ИС, составляющих ЕИП.

Однако, создание САПД связано со значительными материальными затратами, что определяет необходимость количественного обоснования принимаемых технических решений и требует рассмотрения широкого круга задач анализа и синтеза САПД и ее компонентов. Решение подобных задач основывается на измерениях либо моделировании функционирования исследуемой системы. Однако измерения можно осуществить лишь при наличии уже действующей системы либо ее аналога. На практике часто речь идет о разработке новой системы, не имеющей аналогов, так что моделирование является в таких условиях единственно возможным путем проведения необходимых количественных оценок. Наиболее важное при этом значение приобретают аналитические модели и методы, которые обладают большой гибкостью и удобством использования. Особенно удобен аналитический подход на начальных этапах создания системы, когда при невысокой точности и малом объеме исходных данных построение имитационных моделей отличается громоздкостью и трудоемкостью.

Поэтому в последние годы в связи с широким развертыванием практических работ в области проектирования КИС как у нас в стране, так и за рубежом особенно актуальной становится проблема аналитического моделирования процессов функционирования САПД в составе сетей ЭВМ и поиска оптимальных решений на различных этапах проектирования и эксплуатации выделенного класса систем автоматизации. Однако имеющиеся по данной тематике работы в значительной степени разрознены и отражают, как правило, отдельные частные аспекты указанной проблематики. В связи с этим назрела необходимость в обобщении в рамках единой методики комплекса подходов и методов, позволяющих решать вопросы проектирования архитектуры САПД и проведения количественной оценки различных аспектов их функционирования.

Целью диссертационной работы является разработка методики проектирования и анализа параметров функционирования САПД, ориентированных на использование объектно-ориентированных технологий. Достижением цели диссертационной работы является решение следующих основных задач:

1. Исследование принципов построения САПД с использованием объектно-ориентированных технологий;

2. Разработка формализованной модели расчетов параметров функционирования выделенного класса систем автоматизации, ориентированных на использование объектно-ориентированных технологий;

3. Решение задачи по проектированию архитектуры САПД в рамках представленной формализованной модели расчетов с использованием нейросетевого подхода;

4. Исследование параметров функционирования САПД с использованием" аппарата теории систем массового обслуживания для оценки показателей эффективности данного класса систем автоматизации.

Научная новизна. В диссертационной работе получены и выносятся на защиту следующие научные результаты:

1. Принципы решения задачи проектирования и анализа параметров функционирования САПД на основе использования двухуровневой модели расчетов;

2. Метод и алгоритм решения задачи проектирования архитектуры САПД с учетом зависимости между общей и частными задачами проектирования на основе использования нейросетевого подхода.

Принципы решения задачи проектирования и анализа параметров функционирования САПД легли в основу предлагаемой методики проектирования выделенного класса систем автоматизации с использованием объектно-ориентированных технологий. Основными этапами методики являются следующие:

1. Анализ предметной области (выявление информационных потребностей объект автоматизации)

2. Проектирование САПД

2.1. Проектирование архитектуры САПД

2.2. Выбор технологии создания САПД

2.3. Выбор показателей эффективности функционирования САПД

3. Анализ параметров функционирования САПД в рамках двухуровневой модели расчетов

3.1. Моделирование на уровне узла сети

3.1.1. Выбор архитектуры вычислительных узлов САПД

3.2. Моделирование на уровне сети

3.2.1. Выбор архитектуры вычислительной сети САПД

3.2.2. Анализ параметров функционирования вычислительной сети САПД

4. Разработка САПД

4.1. Проектирование структуры БД

4.2. Обеспечение параллелизма в работе пользователей

4.3. Обеспечение масштабируемости

4.4. Обеспечение отказоустойчивости

4.5. Управление ресурсами серверов приложений и т.д.

5. Определение и анализ полученного варианта проектного решения

Практическая ценность диссертационной работы заключается в следующем:

1. Представлена методика проектирования САПД с использованием объектно-ориентированной технологии CORBA (Common Object Request Broker Architecture).

2. Предлагаемая методика была использована для решения задачи проектирования архитектуры и исследованию параметров функционирования САПД на примере автоматизированной системы "Делопроизводства - М" Аппарата Правительства Российской Федерации.

Выводы по работе в целом

1. В результате исследования принципов построения САПД наиболее предпочтительным подходом к проектированию данного класса систем автоматизации является использование распределенной одноранговой архитектуры и объектно-ориентированной технологии CORBA, которые позволяют построить масштабируемую и отказоустойчивую САПД корпоративного масштаба.

2. Разработанная двухуровневая итеративная модель расчетов позволяет решить основные задачи исследования, связанные с проектированием архитектуры и анализом параметров функционирования САПД.

3. С использованием нейросетевого подхода предложено решение задачи проектирования архитектуры САПД. Достоверность полученных результатов подтверждена результатами аналитического моделирования.

4. С использованием аппарата теории систем массового обслуживания проведена оценка показателей эффективности функционирования САПД.

5. На основе проведенных исследований предложена методика проектирования и анализа параметров функционирования САПД с использованием объектно-ориентированной технологии CORBA.

6. Результаты проведенных в настоящей диссертационной работе исследований доведены до уровня, позволяющего непосредственное их использование при проектировании САПД.

Заключение

Настоящая диссертационная работа связана с рассмотрением методики проектирования систем автоматизации процессов делопроизводства, построенных с использованием объектно-ориентированных технологий, а также с исследованием параметров функционирования данного класса системы на примере системы автоматизации процессов делопроизводства "Делопроизводство - М" Аппарата Правительства Российской Федерации, построенной с использованием объектно-ориентированной технологии CORBA. Достоверность полученных в настоящей диссертационной работе исследований подтверждена сравнением экспериментальных данных с результатами аналитического моделирования, показавшим адекватность полученного в рамках представленной двухуровневой модели расчетов варианта проектного решения, а также положительным результатом внедрения системы автоматизации процессов делопроизводства "Делопроизводство-М" Аппарата Правительства Российской Федерации.

Ценность настоящей диссертационной работы состоит в том, что впервые разработана методика, предназначенная для решения выделенного в диссертационной работе класса задач проектирования систем автоматизации процессов делопроизводства в нейро-сетевом базисе, эффективность использования которой подтверждается в результате применения двухуровневой модели расчетов параметров функционирования системы автоматизации процессов делопроизводства на примере автоматизированной системы "Делопроизводство-М" Аппарата Правительства Российской Федерации. Результаты проведенного аналитического моделирования показывают, что полученный с использованием нейросе-тевого подхода вариант проектного решения по выбору архитектуры системы автоматизации процессов делопроизводства является приемлемым, поскольку значения показателей эффективностей удовлетворяют требованиям, определенным в рамках Технического задания на разработку системы автоматизации процессов делопроизводства Аппарата Правительства Российской Федерации, а нейросетевой подход позволяет решать задачи проектирования архитектуры САПД в условиях неопределенности.

В качестве некоторых направлений дальнейших исследований в рамках тематики настоящей диссертационной работы могут выступать следующие:

• Исследование вопросов построения экспертных систем, используемых для автоматизации процесса принятия решений при разработке и проектировании архитектур САПД;

• Исследование вопросов построения систем управления, используемых для выработки управляющих воздействий на основе накапливаемых в базе данных статистики о процессе функционирования САПД с целью проведения процедур ее динамической реконфигурации и обеспечения надлежащего уровня надежности и производительности в обработке запросов пользователей.

Материалы и основные положения диссертационного исследования достаточно полно отражены в следующих работах:

1. Иванов И.П., Самарский Д.А. Принципы построения систем управления делопроизводством с использованием технологии CORBA // Вестник МГТУ. Приборостроение. - 2002. - №2. - С. 95 - 111.

2. Ревунков Г.И., Самарский Д.А., Постников В.М. Исследование систем распределенной обработки данных, построенных с использованием компонентных технологий (СОМ- и COBRA- технологии) // Интеллектуальные технологии и системы. - 2000. - №2. - С. 40 - 47.

3. Ревунков Г.И., Самарский Д.А. Исследование методов построения систем распределенной обработки данных с использованием объектных технологий // Интеллектуальные технологии и системы. - 2001. - №1. - С. 69 - 84.

4. Углов А.В., Самарский Д.А. Исследование естественно-языкового описание предметной области АСОИУ // Интеллектуальные технологии и системы. -1998. - №1. - С. 246 - 267.

5. Иванов И.П., Самарский Д.А. Развитие опорной системы интегрированной с высокоскоростными телекоммуникационными каналами // Телематика - 2003 : Труды 10-й Всероссийской НМК. - Санкт-Петербург. - 2003. - С. 244-245.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседаниях кафедр "Системы обработки информации и управления" и "Высокопроизводительные компьютерные технологии" и заседаниях комиссий по аттестации аспирантов в 2000-2003 гг., а также на 10-й Всероссийской НМК.

1. Артемьев В.И. Строганов В.Ю. Организация диалога в САПР. Разработка САПР: В 10 кн., М.: Высшая школа, 1991. - Кн.5. - 170 с.

2. Балыбердин В.А. Методы анализа мультипрограммных систем. М.: Радио и связь, 1982. - 152 с.

3. Боггс У. Боггс М. UML Rational Rose. М.: Лори, 2000. - 582 с.

4. Буч Г. Рамбо Дж. Якобсон А. Язык UML. Руководство пользователя. М: ДМК Пресс, 2001. - 248 с.

5. Буч Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++, 2-е изд.: Пер. с англ. М. - СПб.: Бином, Невский диалект, 1998. - 298 с.

6. Венцель Е.С. Исследование операций. М.: Сов. Радио, 1972. - 550 с.

7. Галушкин А.И. Теория нейронных сетей. /Под ред. А.И. Галушкина. М.: ИПРРЖР, 2000.-Кн. 1.-320с.

8. Галушкин А.И. Нейрокомпьютеры. /Общая ред. А.И. Галушкина. М.: ИПРРЖР, 2000. -Кн.З. - 390 с.

9. Головкин Б.А. Параллельные вычислительные системы. М.: Наука, 1980. - 578 с.

10. Нейроинформатика. / А.Н. Горбань В.Л. Дунин-Барковский А.Н. Кирдин Новосибирск: Наука, 1998. - 245 с.

11. Горбань А.Н. Обучение нейронных сетей. М.: СП Параграф, 1991. - 190 с.

12. Евреинов Э.В. Хорошевский В.Г. Однородные вычислительные системы. Новосибирск: Наука, 1978. - 319 с.

13. Евреинов Э.В. Однородные вычислительные системы, структуры и среды. М.: Радио и связь, 1981. - 208 с.

14. Жожикашвили В.А. Вишневский В.М. Сети массового обслуживания. Теория и применение к сетям ЭВМ. М.: Радио и связь, 1988. - 224 с.

15. Иванова Г.С. Технология программирования. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 320 с.

16. Казаков С.И. Основы сетевых технологий. М.: Микроинформ, 1995. - 289 с.

17. Калан Р. Основные концепции нейронных сетей. М.: Вильяме, 2001. - 280 с.

18. Клейнрок Л. Вычислительные системы с очередями. М.: Мир, 1979. - 600 с.

19. Комарцова Л.Г. Максимов А.В. Нейрокомпьютеры. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 320 с.

20. Круглов В.В. Борисов В.В. Искусственные нейронные сети. Теория и практика. М.: Горячая линия - Телеком, 2001. - 340 с.

21. Ларман К. Применение UML и шаблонов проектирования. М.: Вильяме, 2001. - 315 с.

22. Липаев В.В. Распределение ресурсов в вычислительных системах. М.: Статистика, 1979. - 246 с.

23. Мамаев Е. Шкарина Л. Microsoft SQL Server 2000. М.: Питер, 2001. - 1088 с.

24. Мкртчян С.О. Нейроны и нейронные сети. М.: Энергия, 1971. - 325 с.

25. Новоженов Ю.В. Объектно-ориентированные технологии разработки сложных программных систем. М.: ДМК Пресс, 1996. - 245 с.

26. Олифер В.Г. Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. -СПб: Питер, 2001. 670 с.

27. Орфали Р. Харки Д. Эдварде Дж. Основы CORBA: Пер. с англ. М.: Малип, 1999. - 625 с.

28. Орфали Р. Харки Д. Java и CORBA в приложениях клиент-сервер: Пер. с англ. М.: Лори, 2000. -712 с.

29. Саати Т.Л. Элементы теории массового обслуживания и ее применения. М.: Советское радио, 1971. - 570 с.

30. Сигел Дж. CORBA 3 М.: Малип, 2002. - 520 с.

31. Цимбал А. А.Н. New York- New York.: New York. Технология CORBA для профессионалов - СПб: Питер, 2001. - 624 с.

32. Цимбал А. Аншина М. Технологии создания распределенных систем СПб: Питер, 2003. - 575 с.

33. Феррари Д. Оценка производительности вычислительных систем: Пер. с англ/Под ред. В.В. Мартынкжа. М.: Мир, 1981. - 576 с.

34. Хьюз Дж. Мичтом Дж. Структурный подход к программированию: Пер. с англ. М.: Мир, 1980. - 340 с.

35. Ченцов В.М. Системы распределения информации. М.: Связь, 1980. - 240 с.

36. Якобсон А. Буч Г. Рамбо Дж. Якобсон А. Унифицированный процесс разработки программного обеспечения. СПб: Питер, 2002. - 496 с.

37. Нейронные сети. Statistica Neural Networks. М.: Горячая линия - Телеком, 2002. - 182 с.

38. Основные концепции нейронных сетей. М.: Вильяме, 2001. - 190 с.

39. Henning М. Vinosky S. Advanced CORBA Programming with С++. New York.: Addison-Wesley, 1999. - 450 p.

40. Pedrick D. Weedon J. Goldberg J. Bleifield E. Programming with Visibroker. New York.: John Wiley & Sons, 1998. - 340 p.

41. Pope A. The CORBA Reference Guide. New York.: Addison-Wesley, 1998. - 460 p.

42. Siegel J. CORBA 3: Fundamental and Programming. New York. 2000. - 520 p.

43. Object Management Group. Object Management Architecture Guide. New York. 1992. -700 p.

44. Object Management Group. The Common Object Request Broker: Architecture and Specification. New York. 1995. - 650 p.

45. Object Management Group. CORBAservices: Common Object Services Specification. New York. 1995. - 620 p.