автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.10, диссертация на тему:Модели и алгоритмы интеграции и управления web-сервисами образовательного учреждения

На правах рукописи

УЖАРИНСКИЙ АНТОН ЮРЬЕВИЧ

МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ ИНТЕГРАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ \УЕВ-СЕРВИСАМИ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ

05.13.10 — Управление в социальных и экономических системах

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

14 ОКТ 2015

Брянск - 2015

005563201

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК»

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор, Косыгин Александр Васильевич

Подольский Владимир Ефимович,

директор Тамбовского областного центра новых информационных технологий ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет», доктор технических наук, профессор

Подвесовский Александр Георгиевич,

заведующий кафедрой «Информатика и программное обеспечение» ФГБОУ ВПО «Брянский государственный технический университет», кандидат технических наук, доцент

ФГАОУ ВПО «Белгородский государственный национальный исследовательский университет» (НИУ «БелГУ»)

Защита состоится «17» ноября 2015 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д212.021.03 на базе ФГБОУ ВПО «Брянский государственный технический университет» по адресу: 241035, г. Брянск, б-р 50-летия Октября, д. 7, ФГБОУ ВПО «Брянский государственный технический университет», учебный корпус №4, ауд. Б101.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Брянский государственный технический университет» и на официальном сайте: http://www.tu-bryansk.ru/content/nauka/zacsh

Автореферат разослан 30 .С&.2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент М.Ю.Рытов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. По мере развития информационного общества приобретают актуальность вопросы интеграции и управления различными информационными ресурсами, в том числе и в современных образовательных учреждениях. Деятельность современного образовательного учреждения носит многопрофильный характер, а управление ВУЗом на основе информационных технологий является сложной актуальной комплексной задачей, требующей решения ряда организационных и технологических проблем.

В настоящее время в образовательных учреждениях функционирует множество различных информационных систем, автоматизирующих отдельные сферы и функции управления. При этом часто возникают проблемы, связанные с информационным обменом между отдельными сферами деятельности ВУЗа. Существующая практика управления в сфере образования позволяет говорить о противоречии между традиционной культурой принятия управленческих решений и происходящими изменениями в сфере образования. Это определяет ряд проблем, связанных с информационным обменом в образовательных системах.

Процессы модернизации образования обусловили тенденцию к укрупнению образовательных учреждений путём их реорганизации и слияния. Это привело к появлению проблемы интеграции информационных потоков, протекающих в объединяемых учреждениях в единую систему управления.

На основе изложенного актуальным представляется проблема построения системы управления (СУ) образовательным учреждением, позволяющей объединить в единую систему как существующие, так и внедряемые в будущем решения в сфере автоматизации работы образовательного учреждения. Важной проблемой при построении СУ ВУЗа на основе шеЬ-сервисов является проблема интеграции независимых сервисов в единую информационную систему. В связи с этим актуальность приобретает проблема разработки моделей и алгоритмов интеграции и управления \уеЬ-сервисами при построении информационной системы образовательного учреждения.

Целью диссертационного исследования является разработка методологических и технических решений интеграции разнородных приложений при построении системы управления образовательным учреждением. Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:

1. Анализ специфики задач управления в образовательных системах, методов их решения и инструментальных средств, используемых для решения-данных задач.

2. Разработка модели поиска управленческих решений при построении системы управления ВУЗом.

3. Разработка методики интеграции разнородных приложений посредством интегрирующей схемы данных.

4. Описание механизмов построения интегрирующей схемы данных на основе информации о реальных источниках данных и осуществления доступа к данным на основе сервера интеграции.

5. Описание механизмов контроля целостности и непротиворечивости данных при построении интегрированной информационной системы образовательного учреждения.

6. Программная реализация и внедрение прототипа сервера интеграции и управления web-сервисами, оценка эффективности внедряемой системы.

Объект и предмет. Объектом исследования в данной работе является автоматизация процесса управления образовательным учреждением. В качестве предмета исследования рассматриваются математические и технологические модели построения и оценки качества интегрированных систем управления образовательным учреждением.

Методология и методы исследований. В диссертационном исследовании использованы методы теории систем, теории нечётких множеств, когнитивного моделирования, реляционной алгебры, теории грамматик и автоматов, теории реляционных баз данных. При проектировании программного средства интеграции и управления разнородными web-сервисами использовался стандарт UML.

Научная новизна диссертационного исследования:

1. Разработана структура интегрированной системы управления образовательным учреждением с использованием технологии распределённого доступа к ресурсам информационной системы посредством web-сервисов с применением сервис-ориентированной технологии SOA (Service Oriented Architecture).

2. Предложена методика организации интеграции и управления разнородными web-сервисами, в основе которой лежат механизмы формирования интегрирующей модели данных и организации доступа к данным на основе расширенного автором аппарата реляционной алгебры.

3. Построена модель интеграции разнородных источников данных в единую объектную схему данных, с использованием расширенного аппарата реляционной алгебры.

4. Разработаны алгоритмы безопасного доступа к ресурсам интегрированной системы управления образовательным учреждением посредством web-сервисов отличающиеся применением единой модели данных и предложенного автором способа контроля целостности и непротиворечивости данных.

Положения, выносимые на защиту:

1. Структура системы управления образовательным учреждением с использованием технологии распределённого доступа к ресурсам информационной системы посредством web-сервисов с применением технологии SOA.

2. Методика интеграции и управления web-сервисами образовательного учреждения на базе сервера интеграции и управления разнородными web-

сервисами, в основе которой лежат механизмы формирования интегрирующей схемы данных (ИСД) и осуществления доступа к данным посредством сервера интеграции.

3. Модель построения интегрирующей схемы данных для объединения разнородных ин формационных ресурсов на основе информации об объединяемых источниках данных с применением разработанного автором расширенного аппарата реляционной алгебры.

4. Алгоритм доступа к ресурсам системы управления образовательным учреждением посредством технологии ууеЬ-сервисов и единой интегрирующей схемы данных, а также алгоритм контроля целостности и непротиворечивости данных при доступе к ресурсам информационной системы.

Практическая ценность диссертационного исследования:

1. Выполнена программная реализация прототипа сервера интеграции и управления разнородными иеЬ-сервисами.

2. Проведено внедрение разработанных моделей и алгоритмов в практику работы интегрированных образовательных комплексов.

3. Предложены рекомендации по масштабированию системы управления разнородными веб-сервисами.

Практическое применение. Основные результаты диссертационной работы внедрены в деятельность ФГБОУ ВПО «Госуниверситет - УНПК» в виде программного комплекса интеграции разнородных приложений на базе единого сервера интеграции, а также применялись на предприятии НПО «Информ-система» (г. Москва) при разработке модуля книгообеспеченности образовательного учреждения для Автоматизированной информационно-библиотечной системы «МАРК».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на второй международной научно-технической конференции «Компьютерные науки и технологии» (2011 г., Белгород), международной научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, образовании и производстве» (2012 г., 2014 г., Орёл), международной молодежной конференции «Теория и практика системного анализа» (2012 г., Белгород), всероссийской научно-методической конференции «Телематика 2014» (2014 г., Санкт-Петербург).На основе результатов проведённого исследования был выигран грант на реализацию системы для интеграции и управления разнородными приложениями с использованием \УЕВ-сервисов. (договор № 0003006 от 03.02.2014 г.).

Соответствие паспорту специальности. Проблематика, рассмотренная в диссертации, соответствует п. 3 «Разработка моделей описания и оценок эффективности решения задач управления и принятия решений в социальных и экономических системах», п. 6 «Разработка и совершенствование методов получения и обработки информации для задач управления социальными и эконо-

мическими системами» и п. 12 «Разработка новых информационных технологий в решении задач управления и принятия решений в социальных и экономических системах» паспорта специальности 05.13.10 «Управление в социальных и экономических системах».

Публикации. По теме исследования опубликовано 13 научных работ; (в том числе 5 публикаций в рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК Минобрнауки России и 1 свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, приложений. Работа изложена на 213 страницах машинописного текста, включающего 63 рисунка, 26 таблиц, список литературы из 145 наименований, 3 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы ее цель и задачи, научная новизна, практическая значимость и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ специфики образовательного учреждения как объекта управления и информатизации, выявлена роль информационной системы (ИС) в процессе управления образовательным учреждением, рассмотрены существующие АСУ ВУЗов и подходы к построению ИС образовательного учреждения, проанализированы существующие технологии интеграции разнородных приложений в единую систему, выявлено место \уеЬ-сервисов при построении интегрированной системы управления (ИСУ) ВУЗа.

Современное образовательное учреждение представляет собой сложную открытую систему. Под открытостью данной системы понимается её способность постоянно обмениваться информацией с внешней средой. На основе анализа структур различных ВУЗов проведём структурную декомпозицию типового образовательного учреждения. Можно перечислить следующие виды деятельности, выполняемые современным образовательным учреждением: образовательная, научная, производственная (инновационная), финансовая, работа с кадрами, социальная, международное сотрудничество. Каждая из перечисленных сфер деятельности описывается своими параметрами, показывающими качество управления в данной отрасли. С другой стороны, можно провести описание современного образовательного учреждения с точки зрения управления, то есть в первом приближении его структур и подразделений с распределением по задачам. На основе такого подхода можно выделить следующие элементы образовательного учреждения: ректорат, институты, факультеты, кафедры, отдел кадров, бухгалтерия, социальный отдел, отдел международных связей и др.

Каждое структурной подразделение решает свой набор задач и нуждается в соответствующем информационном обеспечении.

Учитывая сложность структуры и разнообразие решаемых задач управление образовательным учреждением становится практически невозможным без использования информационных технологий и компьютерной обработки данных. При этом необходимо создание централизованной системы, обеспечивающей единый механизм управления всеми сферами деятельности, а также эффективные технологии для реализации принятых управленческих решений на местах. Перед каждым учреждением возникает задача выбора между покупкой существующей информационной системы или разработкой собственного решения.

В настоящее время в образовательных учреждениях функционирует множество различных информационных систем, автоматизирующих отдельные сферы и функции управления. При этом часто возникают проблемы, связанные с информационным обменом между отдельными сферами деятельности ВУЗа. На основе анализа существующих в настоящее время решений в сфере автоматизации деятельности ВУЗов можно выделить два класса систем:

1. Узкоспециализированные решения, автоматизирующие отдельные сферы деятельности ВУЗов. Сюда относятся как самостоятельные решения, реализуемые силами самих образовательных учреждений, так и ряд коммерческих сервисов, предлагаемых компанией IBS и другими поставщиками. Основным недостатком данного подхода является то, что данные решения решают специфические задачи и отсутствуют механизмы для эффективного взаимодействия и обмена информацией. Это обусловливает большие трудности, связанные с управлением данными решениями на верхнем уровне.

2. Использование комплексных решений в сфере автоматизации деятельности ВУЗов. Примерами таких решений выступают комплексные ERP-системы, разрабатываемые компаниями Галактика, RedLab, 1С. Данные решения основываются на единой модели данных, используемой для автоматизации различных областей деятельности и централизованном механизме управления. Однако данный подход применим только для крупных учреждений, обладающих значительными финансовыми возможностями из-за высокой стоимости подобных комплексных решений. Кроме того, данные решения не решают вопросов интеграции и переноса в систему уже накопленной информации и документов, а также обладают избыточностью и отсутствием гибкости.

С учётом проведённого анализа можно сделать вывод о том, что существующие на сегодняшний день информационные системы не решают до конца вопросов, связанных с автоматизацией и управлением деятельностью современных образовательных учреждений. В результате возникает необходимость в разработке нового подхода к построению информационной системы ВУЗа, его методологической и технической основы.

Во второй главе рассматривается математическая модель управления образовательным учреждением, предложен механизм расчёта интегрального критерия качества управления образовательным учреждением, описана модель выбора управленческих решений.

Основываясь на классической теории системного анализа и управления (Ф.П. Тарасенко), можно выделить пять основных компонентов процесса управления: объект управления, цель управления, управляющее воздействие, модель управляемой системы, система управления объектом. Схема процесса управления представлена на рис. 1.

Рис. 1. Контур управления образовательным учреждением

Важнейшим элементом описанного контура управления является информационная система управления. В основе построения системы управления образовательным учреждением лежит модель объекта управления. Учитывая сложность образовательного учреждения как объекта управления, использование классического математического аппарата для построения модели представляется затруднительным.

Для построения математической модели используем метод анализа иерархий. В основе данного метода лежит разбиение анализируемого процесса на ряд подзадач и построение многоуровневой иерархии, объединяющей в себе все представляющие интерес компоненты задачи. В качестве базового множества критериев для формирования иерархии в работе использовались показатели, характеризующие деятельность ВУЗа в различных сферах, основанные на показателях мониторинга деятельности ВУЗов, утверждённых Министерством образования РФ. Для построения иерархии все показатели были разбиты на 9 категорий, в зависимости от области управления: качество образовательной деятельности, качество научно-исследовательской деятельности, качество международной деятельности, качество финансово-экономической деятельности, качество кадровой политики, качество производственной деятельности, уровень информатизации, качество социальной работы, качество руководства ВУЗом.

Для каждого показателя вычислены веса, определяющие степень влияния показателей на интегральный критерий качества управления. Комплексный показатель эффективности управления ВУЗом может быть представлен в виде линейной свертки критериев:

п ¡ = 1

где J, — значения частных показателей эффективности;

а, — весовые коэффициенты, рассчитанные с помощью стандартной процедуры метода анализа иерархий.

Для моделирования альтернативных вариантов управления образовательным учреждением используем метод когнитивного моделирования. В основе описанного метода лежит построение ориентированного графа. Факторы, влияющие на качество управления образовательным учреждением в различных сферах деятельности, будут являться вершинами графа. Дуга графа, соединяющая вершину и,с вершиной г/у, будет показывать влияние одного фактора на другой. При этом дуге приписывается знак «плюс» если степень влияния является положительной и знак «минус» если влияние является отрицательным. Степень влияния одного фактора на другой определяется величиной в интервале от 0 до 1, которую будем называть весом /-ого фактора. В результате была получена матрица смежности, описывающая существующие взаимосвязи между элементами системы.

Задача выбора альтернативного варианта управления заключается в выборе такого набора факторов, изменение которых позволит достичь максимального значения интегрального критерия качества управления на расчётный период. Для этого в некоторые вершины графа вносится управляющее воздействие, увеличивающее или уменьшающее их значения. Далее рассматривается распространение этого возмущения на остальные вершины графа в соответствии с его описанием. Значение вершины в момент времени t+1 будет вычисляться по следующей формуле:

v,(í+l)=v,(í) + Ху=1хЦ,и,-)рДО, (2)

где x(iij, ti¡) — вес дуги из вершины щв вершину u¡, при этом х(щ u¡) = 0, если дуга (tij, и,) отсутствует;

Pj(t) - изменение в вершине u¡ на шаге t.

Алгоритм развития импульсного процесса представим следующей матричной формулой:

V{t) = V(iicx.)t(!+A+A2+...+А')гР(0), (3)

где /— единичная матрица размером п уп;

А - матрица смежности графа;

У(исх.) - вектор начальных значений вершин графа;

Р(0) - вектор исходных возмущений.

Для оценки влияния изменения факторов информатизации ВУЗа на значения частных критериев качества управления выполнен эксперимент, в рамках которого смоделировано увеличение объёмов информационных ресурсов и количества автоматизированных сфер деятельности на 0,1 условной единицы. Полученный в результате график представлен на рис. 2.

/-„..„,...........—..............— ...... Качество образовательной деятельности

- - Качество научно-исследовательской деятельности

w ^ — ~ v. Г* — Международная деятельность

Itv — "^l*-?- ~ .................. Финансово-экономическая деятельность

' -' J^-""'5'---Кадровая политика

.....;.................,,,, , „ — . - Производственная деятельность

j ^ з д— g -] ——Уровень информатизации

——- Качество социальной работы .............Качество руководства ВУЗом

Рис. 2. Изменение показателей качества управления ВУЗом при увеличении объёма информационных ресурсов и количества автоматизированных сфер

деятельности

Из графика видно, что увеличение показателей информатизации ВУЗа на начальном этапе приведёт к снижению финансовых показателей, но существенному росту остальных показателей деятельности ВУЗа. В дальнейшем финансовые показатели начинают расти, и выходят на прежний уровень, даже демонстрируя незначительный прирост. Остальные показатели остаются на своих новых уровнях.

В третьей главе разработана структура и архитектура ИСУ, общая методика организации интеграции и управления разнородными web-сервисами на основе интегрирующей схемы данных (ИСД), предложена модель построения ИСД, разработана схема и алгоритм доступа к данным на основе ИСД с применением расширенного аппарата реляционной алгебры, описана модель контроля целостности при работе с данными ИСУ.

Для решения задачи объединения разнородных систем и создания единого механизма управления предложена структура ИСУ ВУЗа (рис. 3), которая базируется на классической сервис-ориентированной архитектуре SOA (Service Oriented Architecture). Отличительными особенностями предложенной архитектуры является децентрализация процессов обработки информации, основанная на использовании системы самостоятельных web-сервисов, решающих специализированные задачи обработки данных в различных сферах деятельности, и применение централизованного механизма доступа к данным, основанного на использовании сервера интеграции и единой интегрирующей схемы данных. Под web-сервисами в данной работе будем понимать самостоятельные приложения, доступные пользователям с помощью сети интернет и стандартного протокола доступа SOAP (Service Oriented Access Protocol).

Внутрення среда ВУЗа

Унаследованное приложение

\ .о.

щ/ 7ч

■уеЬ-клиент

Рис. 3. Структура ИСУ ВУЗа с использованием технологии шеЬ-сервисов.

Для создания ИСУ ВУЗа предложена методика организации интеграции и управления у/еЬ-сервисами в ИСУ ВУЗа, которая представлена на рис. 4 и включает в себя два этапа: этап настройки системы интеграции и этап доступа к данным.

Этап настпонки системы интеграции

Анализ структуры интегрируемых источников данных

Проектирование интегрирующей схемы данных (ИСД)

Создание представления интегрируемых источников данных

Создание представления интегрирующей схемы данных

Настройка прав доступа к информации для разных групп пользователей

X

>

3 X х

2 X

х £ " я к Ч

I §

и

и

Я

Этап доступа к данным

Результат выполнения запроса

Формулировка запроса на доступ к данным ИСУ

Запрос в терминах ИСД

Преобразование запроса в подзапросы к источникам ланных

Множество запросов к интегрируемым источникам данных

Осуществление доступа к данным интегрируемых источников

Массивы данных от ин-^ тегрируемых источников

Фоомиоование везультата

Рис. 4. Методика организации интеграции и управления разнородными

\уеЬ-сервисами

Этап настройки системы интеграции включает в себя действия по сбору информации о структуре интегрируемых источников данных и создании на основе этой информации интегрирующей схемы данных - единой схемы данных для всех сервисов и приложений, которая будет использоваться для доступа к данным ИСУ ВУЗа. Этап доступа к данным включает в себя операции, связанные с формулировкой запроса в терминах ИСД для получения необходимых данных, получением и трансляцией запроса пользователя в запросы к реальным источникам данных, формированием подзапросов к интегрируемым источникам данных, выполнением подзапросов и получением массивов данных, формированием результирующего набора данных на основе полученных массивов и предоставлением результата пользователю.

Важнейшим элементом ИСУ является интегрирующая схема данных. ИСД служит для моделирования предметной области и описывает общую схему данных для всех сервисов и объектов, входящих в состав ИСУ. В диссертации предложена теоретико-множественная модель формирования ИСД. В качестве основы для построения ИСД используется диаграмма классов иМЬ. В качестве математического аппарата для формирования ИСД используется аппарат реляционной алгебры, расширенный рядом дополнительных операций с учётом специфики решаемой задачи:

1. Операция проекции позволит получить новое отношение г' с новой схемой ге1(г?) = {А\', ..., Ат'} арности ш. При этом имена атрибутов результирующего отношения могут отличаться от имён атрибутов исходного отношения, а значения атрибутов нового отношения получаются из значений атрибутов исходно отношения путём применения некоторого множества функций преобразования. Формула операции:

П■ = Пк1(п) = {/'\ге!(г, ')>=геКп), Л,'=Д/1т, ...,Ак)}, (4)

2. Операция объединения. Позволяет объединить информационные объекты из разных источников, содержащие одинаковые данные. Результатом данной операции будет новое отношение, содержащие в себе все кортежи первого отношения, дополненные недостающими кортежами второго отношения. Главным условием для выполнения данной операции является совпадение схем объединяемых информационных объектов. Для этого к объединяемым объектам необходимо сначала применить описанную ранее операцию проекции:

г' = /-|иг2и ... иг„ = Пге,(г-)Г,и Пге/(,у2 • • • и ПгеЦгУп. (5)

3. Операция условного соединения. Если необходимо объединить в один объект интегрирующей модели данных различную информацию, относящуюся к одному и тому же объекту предметной области, то можно использовать операцию условного соединения. Она позволит сформировать новый объект на основе существующего объекта путём присоединения к каждому кортежу исходного отношения кортежей соединяемого отношения, удовлетворяющих уело-

вию. При этом схема результирующего отношения будет равна сумме схем исходных отношений: rel(r) = rel(ri) + rel(r2) + ... + rel(r„). Формула операции: r'={f=<tu h>\<tu t2>e(rt®r2), B=(d],Qd2l), re/(r')=<re/(r,), rel(r2)>} (6)

Ключевой особенностью приведённых операций, отличающей их от классических операций реляционной алгебры является то, что они применяются к объектам, принадлежащим к различным моделям данных и имеющим произвольную структуру, позволяя интегрировать их в единый объект ИСД.

Для доступа к данным на основе ИСД был разработан синтаксис языка запросов OSQL, основанный на синтаксисе стандартного языка SQL с учётом особенностей объектного представления данных в ИСД.

Web-сервис, нуждающийся в данных, формирует запрос к серверу интеграции в терминах ИСД; запрос отправляется на сервер интеграции, где происходит его трансляция и формирование процедуры доступа к реальным источникам данных. Затем на основе интерфейсов источников данных выполняется доступ к реальным базам данных, и получаются множества кортежей в соответствии с заданными условиями. Далее сервер интеграции формирует из полученных множеств результат выполнения исходного запроса в терминах ИСД и возвращает его клиенту в виде xml-документа. Под сервером интеграции в данном случае понимается служебная программа, находящаяся на выделенном в сети компьютере и обслуживающая запросы клиентских приложений.

В соответствии с описанной схемой разработан алгоритм доступа к ресурсам ИСУ ВУЗа (рис. 5).

/ Ввод

исходного запроса ,

<Дпя каждого объекта""4-,, исходного запроса /

/Для каждого условиях из раздела where

..---""бее пг

"г;

1Я условия ........

принадлежат текущему ^ -—__ источнику __

Добавить поля нэ условия относящиеся к текущему источнику данных е раздел select запроса

Добавить условие в раздел where запроса к источнику данных

1

Выполнить соединение данных в соответствии с условиями запроса

/ Вывод результат / я запроса /

Рис. 5. Алгоритм доступа к ресурсам ИСУ ВУЗа на основе ИСД

В основе данного алгоритма лежит механизм двухфазной трансляции, преобразующей объектный запрос в терминах ИСД в запросы, описанные в терминах целевых СУБД. На первом этапе трансляции объекты, их методы и свойства заменяются на соответствующие им элементы реальных источников данных. В результате получается один общий запрос, который может содержать в себе данные из различных источников. На втором этапе трансляции происходит оптимизация полученного запроса и разбиение его на подзапросы к конкретным источникам данных. После этого осуществляется выборка необходимых данных из реальных источников и их объединение в результирующий набор данных. Полученный результат выполнения запроса возвращается пользователю системы.

В четвёртой главе предложена структурно-функциональная схема сервера интеграции и управления разнородными ууеЬ-сервисами, описаны модели хранения информации сервера интеграции и управления \уеЬ-сервисами, описана структура и правила формирования хш1-сообщений для обмена информацией между ууеЬ-сервисами и сервером интеграции, предложена модель разграничения прав доступа к данным и контроля целостности и непротиворечивости дан-нных, описаны алгоритмы реализации системы интеграции на основе \veb-сервисов.

В разработанной структурно-функциональной схеме сервера интеграции выделены роли пользователей сервера интеграции и описаны выполняемые ими функции в системе. Модель хранения информации ИСД включает в себя набор отношений, описывающих классы объектов ИСД, их атрибуты, методы и связи, а также источники данных, на основе которых формируются экземпляры объектов ИСД. При реализации модели хранения данных использовался механизм объектно-реляционного отображения, при котором объектно-ориентированная ИСД физически хранится в реляционной базе данных. Модель хранения информации о пользователях и правах доступа ИСУ включает в себя описание отношений для хранения групп пользователей и сервисов, а также связи между ними, характеризующие права пользователей на работу с сервисами и ресурсами ИСУ. Для обмена информацией между \уеЬ-сервисами и сервером интеграции был выбран формат и структура сообщений. В качестве такого формата в разработанной ИСУ выступает формат хш1. Выбор связан с тем, что это стандартизированный формат и существует ряд средств для описания структуры данных, представленных в данном формате (ХБЭ описание) и для работы с такими сообщениями.

Для решения вопроса безопасности при доступе к данным предложена модель разграничения прав доступа к ресурсам ИСУ, основанная на механизме ролей и групп пользователей и сервисов.

Для решения задачи построения ИСД на основе информации об интегрируемых источниках были разработаны алгоритмы сбора информации об инте-

грируемых источниках и построения на основе этой информации описания ИСД. Алгоритм сбора информации об интегрируемых источниках данных предназначен для формирования информации о структуре интегрируемых источников данных и использования её в процессе построения ИСД. На вход данного алгоритма поступает информация, необходимая для подключения к источнику данных. В процессе реализации алгоритма извлекается информация об имеющихся отношениях, их атрибутах, связях между отношениями и хранимых процедурах. Вся извлечённая информация сохраняется в хт1-документе и после завершения процедуры извлечения полученный хш1-документ возвращается пользователю.

Алгоритм создания описания ИСД включает в себя ряд самостоятельных процедур, позволяющих пользователю создавать новые объекты, определять их поля и методы, задавать на основе информации об интегрируемых источниках данных правила формирования значений для выделенных полей объекта, формировать связи между объектами. Завершающий этап алгоритма включает в себя действия по анализу массива сформированных объектов и массива связей и формирование на основе этой информации хт1-описания ИСД, которое передаётся серверу интеграции и сохраняется в базе данных ИСУ.

Для обеспечения достоверности данных, получаемых с использованием предложенного в работе механизма, был разработан алгоритм контроля целостности и непротиворечивости данных, использующий в своей основе метрику Дамерау-Левенштейна для оценки редакционного расстояния. Особенность данного алгоритма заключается в применении методов нечёткого поиска для сравнения значений атрибутов кортежей, являющихся результатами запроса, с целью выявления дублируемых или противоречивых данных. Идея алгоритма заключается в сравнении каждого кортежа результата выполнения запроса с кортежами, уже добавленными к результату. В процессе сравнения вычисляется суммарное редакционное расстояние между значениями всех атрибутов сравниваемых кортежей. Если расстояние равно нулю, значит, обнаружены полностью дублирующиеся данные и новый кортеж не включается в результат. Если расстояние между двумя сравниваемыми кортежами меньше выбранного минимального уровня, то делается предположение о том, что эти кортежи содержат одинаковые данные и пользователю предлагается либо исправить данные в одном из источников для достижения полной согласованности, либо добавить найденный случай в список исключений. Это действие выполняется в случае, если сравниваемые данные на самом деле являются разными записями и должны быть включены в результат как отдельные кортежи. Алгоритм контроля целостности и непротиворечивости данных представлен на рис. 6.

•'Начало i

Рис. 6. Схема алгоритма проверки целостности и непротиворечивости данных.

В пятой главе предложена программная архитектура системы интеграции и управления web-сервисами, которая включает в себя три уровня: клиента, администратора и сервера интеграции. Уровни представляют собой самостоятельные приложения, физически располагаемые на разных компьютерах. В качестве языка программирования для реализации сервера интеграции и управления использовался язык Java. Клиентская часть сервера интеграции и управления разнородными web-сервисами реализована с использованием фрэймворка GWT. Для решения задачи мониторинга деятельности ВУЗа разработан сервис мониторинга деятельности образовательного учреждения. В рамках данного сервиса проведён анализ информационных источников Госуниверситета-УНПК г. Орёл и предложена схема распределения интегрируемой информации по источникам данных.

На основе анализа показателей используемых при мониторинге деятельности образовательного учреждения и построенной схемы распределения информации построена интегрирующая схема данных сервиса. Далее с учётом опи-

санной схемы данных реализован сервис, позволяющий автоматически собирать и рассчитывать показатели мониторинга деятельности ВУЗа. Также в основе данного сервиса реализованы механизмы генерации альтернативных управленческих решений для достижения требуемых уровней показателей мониторинга на плановый период. Кроме того, в сервис включён модуль статистики и прогнозирования возможных результатов в будущие периоды.

В заключении сформулированы основные результаты работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработанная технология интеграции разнородных систем ВУЗа на основе единой схемы данных повысила эффективность сбора данных для мониторинга деятельности ВУЗа.

2. Разработанная математическая модель оценки качества управления ВУЗом и модель поиска управленческих решений предоставляют эффективный механизм для поддержки принятия управленческих решений административными работниками ВУЗов.

3. Предложенная методика построения интегрированной информационной системы ВУЗа позволила создать единый механизм для взаимодействия и управления разнородными информационными системами, функционирующими в Госуниверситет-УНПК.

4. С помощью разработанной модели формирования интегрирующей схемы данных осуществлён переход к использованию единой модели данных для всех приложений, функционирующих в ВУЗе вместо использования самостоятельных схем данных для каждого сервиса, что значительно упростило процесс внедрения новых сервисов в деятельность Госуниверситета-УНПК.

5. Реализованные алгоритмы контроля целостности и непротиворечивости данных позволили выявлять и устранять проблемы, связанные с несогласованностью данных в различных системах, функционирующих в ВУЗах, что повысило качество информации, используемой в различных приложениях.

6. Применение предложенной в диссертации математической модели управления образовательным учреждением позволило построить сервис мониторинга деятельности ВУЗа. Использование данного сервиса дало работникам управляющего звена эффективный механизм для получения актуальной информации о показателях деятельности ВУЗа и механизм моделирования принимаемых решений с целью оценки их качества. Применение описанного сервиса существенно повысило показатели качества управления во всех сферах деятельности.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК Минобрнауки России

1. Ужаринский, А.Ю. Место web-сервисов в системе управления образовательным учреждением [Текст] / А.Ю. Ужаринский, А.В.Коськин, Е.А. Титен-ко, Известия Юго-Западного государственного университета. —2013. — № 1/46. -с. 70-75.

2. Ужаринский, А.Ю. Модель интеграции разнородных источников данных при объединении разнородных приложений на основе web-сервисов [Текст] / Информационные системы и технологии. -2013. -№6(80). - С. 46-53.

3. Ужаринский, А.Ю. Методика формирования интегрирующей модели данных на основе имеющихся разнородных источников данных [Текст] / А.Ю. Ужаринский, A.B. Коськин, Информационные системы и технологии. - 2014. -№2(82).-С. 19-27.

4. Ужаринский, А.Ю. Механизмы доступа к данным на основе единой интегрирующей схемы данных [Текст] / Информационные системы и технологии,- 2015. -№1(84). - С. 21-30.

5. Ужаринский, А.Ю. Модель оценки качества принятия управленческих решений в ВУЗе [Текст] / А.Ю. Ужаринский, A.B.Коськин,Информационные системы и технологии. - 2015.-№4(90). - С. 69-75.

Свидетельства о регистрации программ для ЭВМ.

6. Сервер интеграции и управления разнородными приложениями / А.Ю. Ужаринский. - № 2014616830. - Зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 04.07.2014 г.

Другие публикации.

7. Ужаринский, А.Ю. Структурные и алгоритмические решения организации импорта данных в автоматизированной адаптивной системе административного мониторинга [Текст] / А.Ю. Ужаринский, A.B. Коськин, А.И. Фролов, Информационные системы и технологии: материалы Международной научно-технической Интернет-конференции, апрель-май 2011 г., г. Орел —Т. 1 / под общ.ред. д-ра техн. наук проф. И.С. Константинова. — Орел: ФГОУ ВПО «Гос-университет-УНГПС», 2011. - С. 42-46.

8. Ужаринский, А.Ю. Особенности реализации сервиса обеспечения мобильности баз данных бухгалтерского назначения [Электронный ресурс] «Информационные технологии в науке, образовании и производстве» (ИТНОП). Материалы V Международной научно-технической конференции. Орел: ФГБОУ ВПО «Госуниверситет - УНПК», 2012, Режим доступа: http://irsit.ru/articlel51.

9. Ужаринский, А.Ю. Механизмы интеграции в сервис-ориентированных системах [Электронный ресурс] / А.Ю. Ужаринский, A.B. Коськин // Информационные системы и технологии: материалы Международной научно-технической Интернет-конференции, апрель-май 2013 г., Орёл Режим доступа: http://irsit.ru/article347.

10. Ужаринский, А.Ю. Интеграция разнородных web-сервисов при построении интегрированной информационной системы образовательного учреждения [Текст] / А.Ю. Ужаринский, A.B. Коськин // Труды XXI Всероссийской научно-методической конференции Телематика'2014, Санкт-Петербург, 2014г. С. 209-211.

11. Ужаринский, А.Ю. Подсистема разграничения прав доступа к ресурсам интегрированной информационной системы образовательного учреждения [Электронный ресурс] / А.Ю. Ужаринский, A.B. Коськин // Информационные технологии в науке образовании и производстве, Орёл, 2014 г. Режим доступа: http://irsit.ru/article459.

12. Особенности построения сервиса поддержки принятия управленческих решений для образовательного учреждения [Электронный ресурс] / Наука и образование: новое время, №5, 2014 г. Режим доступа: http://www.arhiv.articulus-info.ru/assets/docs/ej_5_2014/5_2014_Ugarinskiy%20A.Yu..pdf. - ISSN 2312-4431

13. Механизмы обеспечения целостности и непротиворечивости данных при построении системы интеграции и управления web-сервисами [Электронный ресурс] / А.Ю. Ужаринский, A.B. Коськин // Информационные системы и технологии: материалы Международной научно-технической Интернет-конференции, апрель-май 2015 г., Орёл Режим доступа: http://irsit.ru/article569.

Подписано к печати 11.09.2015 г. Формат 60x84 1/16. Объем 1,0 усл. п л. Тираж 100 экз. Заказ № 1559

Отпечатано с готового оригинал-макета на полиграфической базе ФГБОУ ВПО «Государственный университет - учебно-научно-производственный комплекс» 302020, г. Орел, Наугорское шоссе, 29.