Разработка моделей и методов синтеза объектно-ориентированных систем с открытой архитектурой

Яблонский, Алексей Сергеевич

автореферат диссертации по документальной информации, 05.25.05, диссертация на тему:Разработка моделей и методов синтеза объектно-ориентированных систем с открытой архитектурой

кандидата технических наук: Яблонский, Алексей Сергеевич
город: Москва
год: 2004
специальность ВАК РФ: 05.25.05

Диссертация по документальной информации на тему «Разработка моделей и методов синтеза объектно-ориентированных систем с открытой архитектурой»

Автореферат диссертации по теме "Разработка моделей и методов синтеза объектно-ориентированных систем с открытой архитектурой"

На правах рукописи

Яблонский Алексей Сергеевич

РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ И МЕТОДОВ СИНТЕЗА ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННЫХ СИСТЕМ С ОТКРЫТОЙ АРХИТЕКТУРОЙ

05.25.05 - Информационные системы и процессы, правовые аспекты информатики

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2004

Работа выполнена в Фонде социального страхования Российской Федерации и предприятии «Инвестинформ».

Научный руководитель - доктор технических наук, доцент

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, доцент Максимов Николай Вениаминович Доктор технических наук, доцент Зайцев Константин Сергеевич

Ведущая организация - Институт проблем управления им. В .А Трапезникова РАН

Защита диссертации состоится « /»^¿РРр -О- 2004 года в

«_» часов на заседании диссертационного Совета № Д 212.198.02 при

Российском государственном гуманитарном университете по адресу: 125267, Москва, Миусская пл., д.6

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного гуманитарного университета.

Автореферат разослан 2004 г.

Косяченко Станислав Анатольевич

Ученый секретарь диссертационного совета

гоъъъ

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Процессы информатизации в обществе, начиная с 90-х годов, базируются на идее интеграции, которая проявляется в объединении созданных ранее и создаваемых в настоящее время автоматизированных систем (АС), развитии интегрированных информационно-телекоммуникационных систем, облегчении массового доступа к информационным ресурсам. Создание новых информационных и информационно-управляющих систем, а также их модернизация происходит одновременно на предприятиях, в организациях и учреждениях различных уровней и регионов России. При этом результативность их внедрения, как правило, различна и зависит от конкретных условий.

В 1994 г. Роскоминформ разработал «Концепцию формирования и развития единого информационного пространства России и соответствующих государственных информационных ресурсов», определяющую цели и направления информатизации в нашей стране с учетом мировых тенденций. Прикладные АС должны иметь возможность использования аппаратных и программных средств разных поставщиков, что определяет необходимость следовать стандартам открытых систем.

Принцип открытости позволяет обеспечить: функциональную расширяемость, т.е. эволюцию развития функций конкретных АС при изменении требований к их реализации с сохранением сделанных ранее приложений; мобильность программного обеспечения, т.е. модернизацию аппаратной базы систем, находящихся в эксплуатации, также эволюционным путем за счет возможности переноса программного обеспечения на новые аппаратные платформы; интероперабельность прикладных систем, т.е. простое решение проблем взаимодействия прикладных программ, реализованных на разных аппаратных платформах, и интеграцию соответствующих информационных ресурсов; мобильность персонала, т.е. облегчение перехода пользователя от одной аппаратно-программной платформы к другой в процессе эволюционного развития.

В развитии и широком применении открытых систем заинтересованы все участники процесса информатизации: пользователи АС, проектировщики АС и системные интеграторы, разработчики и поставщики программных средств, производители средств вычислительной техники и оборудования телекоммуникаций.

Основными целями создания и применения концепции, методов и стандартов открытых систем являются:

- повышение общей эффективности разработки, отладки и функционирования автоматизированных систем, а также логической и технической совместимости их компонент;

- снижение трудоемкости, стоимости и длительности разработки сложных распределенных автоматизированных систем, программных средств и баз данных;

- обеспечение высокого качества и надежности функционирования программных средств и баз данных в автоматизированных системах.

Одним из направлений повышения эффективности создаваемых открытых систем является использование при их разработке формальных методов и моделей проектирования программного и информационного обеспечения. Решение задачи создания таких систем позволит перейти на качественно новый, более прогрессивный уровень в процессе подготовки управляющих решений и в использовании средств вычислительной техники.

При этом значительно сокращаются общие затраты и время разработки и внедрения с использованием готовых наработок; увеличивается надежность программного обеспечения благодаря многократной проверке функциональных частей; значительно облегчается эксплуатация системы, подготовка персонала и его взаимозаменяемость, что и определяет актуальность темы диссертационной работы.

Целью работы является разработка моделей и методов синтеза оптимальной по различным критериям эффективности структуры объектно-ориентированных информационных систем с открытой архитектурой и их использование при разработке Единой интегрированной информационной системы Фонда социального страхования РФ «Соцстрах».

Методы исследования. Основные результаты диссертационной работы получены и математически обоснованы с использованием аппарата исследования операций, теории графов, методов оптимизации и других разделов современной теории управления.

Научная новизна. В результате проведенных исследований, анализа и обобщения опыта проектирования и эксплуатации автоматизированных систем впервые:

- сформулированы особенности и этапы проектирования открытых систем на основе объектно-ориентированного подхода, описаны их содержание и роль в процессе разработки;

- поставлена общая задача оптимального синтеза автоматизированных систем с открытой архитектурой;

- предложена формализованная методология проектирования открытых систем, оптимальных по различным критериям эффективности с учетом системных и технологических ограничений; сформулированы показатели «открытости» систем;

- поставлены и решены задачи оптимального синтеза открытых систем по каждому из рассматриваемых критериев;

- полученные результаты использованы при создании Единой интегрированной информационной системы Фонда социального страхования РФ «Соцстрах», что позволило поставить и решить задачу оптимального синтеза компонентов ЕИИС, максимально унифицировать техническое и программное обеспечение, достичь требуемого уровня мобильности функциональных подсистем, их интероперабельности, упростить обслуживание ЕИИС и процесс адаптации ее к изменяющимся и возникающим задачам, снизить стоимость ее создания и последующих модификаций.

Практическая ценность. Предложенная формальная методология проектирования автоматизированных систем с открытой архитектурой позволяет существенно повысить эффективность разработки, отладки и функционирования систем данного класса, повысить логическую и техническую совместимость их компонент, снизить трудоемкость и стоимость разработки сложных информационных систем, программных средств и баз данных, обеспечить высокое качество и надежность функционирования программных средств и баз данных.

Использование предлагаемой методологии позволяет свести проектирование открытой системы к оптимальному синтезу функционально независимых компонент (объектов), совместно выполняющих заданные функции системы с требуемой эффективностью, и позволяющих адаптировать систему к вновь появляющимся задачам и требованиям за счет учета свойств и возможностей открытых систем. Разработанные методы и алгоритмы могут быть использованы при создании открытых информационных систем широкого класса и назначения в научно-исследовательских институтах, проектных организациях и вычислительных центрах, разрабатывающих, внедряющих и эксплуатирующих автоматизированные системы управления.

Внедрение. Эффективность разработанной в диссертационной работе формальной методологии подтверждена положительным опытом ее использования при создании Единой интегрированной информационной системы, предназначенной для центрального аппарата и подразделений различного уровня Фонда социального страхования РФ. При непосредственном участии автора она использована при проектировании, внедрении и эксплуатации функциональных подсистем ЕИИС ФСС РФ «Соцстрах».

Использование полученных результатов позволило существенно сократить временные и стоимостные затраты на проектирование, внедрение и эксплуатацию ЕИИС, повысить ее функциональные характеристики. Официально подтвержденный экономический эффект от внедрения предложенной методологии составил около 1,5 млн. руб.

Апробация результатов диссертационного исследования. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных конференциях: «Проблемы управления безопасностью сложных систем», Москва 2000, 2001, 2002, 2003 гг., «Проблемы регионального и муниципального управления», Москва 2001 г., «Теория активных систем», Москва 2001 г.

Публикации. Результаты проведенных автором научных исследований опубликованы в 12 печатных работах.

Структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка цитируемой литературы и приложения.

Текст работы содержит 161 страницу машинописного текста, 24 рисунка, 10 таблиц.

Содержание работы. Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель исследования и задачи, рассматриваемые в работе. Представлена структура диссертационной работы, взаимосвязь и краткое содержание ее разделов.

В первой главе показана роль открытых систем в процессах информатизации, проходящих в Российской Федерации. Обоснована необходимость использования принципа открытости при проектировании и создании автоматизированных систем. Свойства открытых систем в совокупности составили новое качество, позволяющее говорить о новом уровне методологии построения автоматизированных систем.

Приводится обзор существующих моделей открытых систем, сформулированы их основные достоинства и недостатки. Проведен анализ международных стандартов, рассмотрены современные направления развития открытых систем. Описаны различные модели систем, такие как семиуровневая модель OSI/ISO, модели MUSIC и MIC, а также эталонная модель среды OSE/RM. С учетом существующих результатов предложены основные принципы создания открытых систем.

Даны основные определения и формализованные описания исходных данных, используемые при проектировании открытых систем и основанные на объектно-ориентированном подходе.

Дадим формальное определение объекта системы. Пусть

Ф*= {fhk, h = 1, й*} - множество задач обработки данных в системе; h-я задача из Ф считается реализуемой, если существует, либо может быть синтезировано преобразование (отображение) 7tA множества значений вектора входных переменных задачи в множество значений вектора У* выходных переменных, У* = Я ''(А^), где - вектор входных переменных

задачи, = , .. , ... - вектор выходных

переменных Й-Й задачи.

Область определения I/1 и область изменения Е!' преобразования Л1' определяется следующим образом:

где 2)? - область определения переменной X* вектора Е* — область изменения значений переменной вектора У1'', Х^ £ £)[';

Преобразованию ставится в соответствие мультиграф с петлями Г(А,Д) обработки данных, обеспечивающий получение вектора выходных переменных У'. Вершинами А — {(¡г\ Г — 1, Л} мультиграфа Г являются процедуры обработки данных (методы объектов), а ребрами - переменные, являющиеся общими для соответствующих процедур (данные объектов). Независимой обработке переменной внутри объекта в графе Г соответствует петля.

Любая процедура аг е А обеспечивает преобразование У — й,(Х), при котором

Енх х Е\ х ... х Е) х ... х где Л*"= {я,',;*:!;,.-

вектор входных переменных процедуры

- вектор выходных переменных процедуры - область изменения значений переменной

процедуры аг; х' е у) е Е)\ /=1,2,...,/; у = 1,2,...,/;

В объектно-ориентированных системах любая процедура является преобразованием множества входных либо промежуточных (внутренних) переменных задачи обработки данных в множество промежуточных (внутренних) либо выходных переменных задачи. Объединение по множеству процедур

совокупности входных и выходных переменных определяет множество Б входных, промежуточных (внутренних) и выходных переменных, то есть В = У {X* и У1}. }.

Через М{А) = {Мг,\— 1,(2^—1)} обозначим множество подмножеств множества А, где Мч — {а\}. Рассмотрим некоторое подмножество М\{А) множества М{А), элементы М„ которого удовлетворяют условию У МУ = А, где Мг е М\(А).

Подмножеству М\{А) соответствует • некоторое разбиение множества А. Множество подмножеств М\{А) (множество разбиений), удовлетворяющих вышеприведенному условию, обозначим через

Подмножеству М\{А) поставим в соответствие агрегированный граф й = (Г„, 5!), вершинами которого являются подграфы ГГ = (М„ДГ), М„ е М\{А\ Ду - множество дуг, инцидентных вершинам {а*}. Дугами графа 5 с Д является множество переменных, связывающих процедуры различных подграфов между собой. Множество дуг 5 агрегированного графа определяется следующим образом:

Каждое подмножество М\(А) и соответствующий ему граф О определяют конкретную реализацию преобразования ЖН вектора входных переменных А* в вектор выходных переменных У*.

Подграфы соответствуют преобразованиям векторов

входных переменных в векторы выходных переменных графа обработки данных Г.

Исходя из вышеизложенного, если преобразование У1 = п*1^) представимо в виде графа

определяет объект графа Г={А,Д) обработки данных, соответствующий преобразованию ЯА. В соответствии с определением, внешним интерфейсом графа обработки данных является^ и

Определим для объектов системы следующие свойства:

1. Объект Мг эквивалентен объекту если: Х'-Х\ К' = Т'; о; X X ... X В] X ... X Э] з />;' X /)'2' X ... X И- X ... X

Е] X Е\ х ... х г; х ... X Е) = £;'х£;'х...х£;!

X ... X

2. Объект Му включает объект Му>(Му с МД если: Г'сГ; Г с Г;2)^ £/)?;/= с 1,7.

3. Для объекта Л/,,, порожденного от объекта Л-/.', верны условия:

Г = Г = Г; 2)? э £>;';/ = э 1,7

4. Объект Му наследует свойства объекта М/, если он эквивалентен этому объекту либо порожден от него, то есть выполняются условия п. 1 или п. 3. Очевидно, что эквивалентность представляет собой вырожденный случай порождения.

Множество дуг S графа О - межобъектный информационный интерфейс системы объектов графа обработки данных. Обозначим /(у) X у(у') = Куу< и у(^) х /(у') = К множество упорядоченных пар индексов вход - выход и выход - вход для объектов Му и А/,.< соответственно; Х*, X - векторы входных переменных и Г, Г -векторы выходных переменных объектов

Тогда межобъектный интерфейс определяется как

Интерфейс отдельного объекта графа обработки данных определяется в виде Множество определяет

внутриобъектный интерфейс.

Таким образом, преобразование обладающее свойствами объектности, может быть представлено графовой моделью, вершинам которой соответствуют объекты обработки данных, а дугам - информационные связи между ними, определяемые обрабатываемыми переменными Н-У1 задачи системы.

В рамках данной формализации, составные элементы модели открытой системы, такие как аппаратная платформа и внешняя среда, представляются в виде особых объектов системы,

10

взаимодействующих с объектами графа обработки данных при помощи соответствующих информационных интерфейсов.

Интерфейс с внешней средой М определяется как вектора входных и выходных переменных набора элементов, внешних по отношению к системе. Аналогично, интерфейс с аппаратной платформой 77 определяется как - вектора

входных и выходных переменных набора элементов аппаратного обеспечения системы.

Основные характеристики синтезируемой объектной системы являются функцией, определенной на множестве разбиений Vграфа Г. В общем случае, задача оптимального синтеза может быть записана в виде

- функция, определенная на

множестве - множество допустимых разбиений.

В зависимости от вида и свойств функции и

ограничений, определяющих множество могут быть поставлены и решены различные задачи оптимального синтеза систем обработки данных.

Введенное определение объекта позволяет формализовать задачи синтеза информационного и программного обеспечения объектно-ориентированных автоматизированных систем. Предполагая выполнение организационно-технических и прочих требований к открытым системам, таких как открытая спецификация на интерфейсы, службы и форматы данных, представляется целесообразным использовать решение данной задачи при разработке открытых систем.

С учетом введенных формальных определений поставлена общая задача оптимального синтеза объектно-ориентированных автоматизированных систем с открытой архитектурой.

Во второй главе приводятся разработанные модели и методы проектирования открытых систем на основе объектно-ориентированного подхода. Обосновывается необходимость создания формализованной методологии проектирования таких систем. Проведено исследование возможностей проектирования

открытых систем на основе данного подхода, сформулированы особенности и роль основных этапов их проектирования, описывается их содержание и роль в процессе разработки автоматизированных систем Предлагаемый подход позволяет свести проектирование открытой системы к оптимальному синтезу функционально-независимых компонент (объектов), совместно выполняющих заданные функции системы с требуемой эффективностью.

Предложена формализованная методология проектирования открытых систем, оптимальных по различным критериям эффективности с учетом системных и технологических ограничений.

Проведен анализ критериев оптимизации, используемых при синтезе оптимальных открытых систем. Сформулированы показатели «открытости» систем. В качестве основных критериев синтеза систем с открытой архитектурой предложены: минимум сложности межобъектных интерфейсов; максимум реализуемых аппаратным обеспечением системы функций взаимодействия с существующими платформами; минимум сложности компонентов, зависящих от аппаратного обеспечения или минимум объема компонент, не задействованных при работе в условиях конкретной платформы. По каждому из рассматриваемых критериев оптимальности поставлены соответствующие задачи синтеза открытых систем. Проведен анализ возможных ограничений при решении поставленных задач синтеза.

Проектирование открытых систем связано с оптимизацией структуры компонент (объектов) программного и информационного обеспечения, их состава, свойств и взаимосвязей. Комплекс задач синтеза включает оптимальный выбор набора объектов системы, содержания межобъектного интерфейса, структуры системы в целом с учетом заданных технико-экономических характеристик функционирования создаваемой системы. Исходными данными для решения задач синтеза оптимальных открытых систем являются техническое задание на разработку системы и результаты анализа существующей системы управления, полученные при ее предпроектном обследовании.

На основе исходных данных определяются такие характеристики, как множество функциональных задач, множество процедур обработки данных, множество компонентов аппаратного обеспечения открытой системы, реализующих функционирование системы на различных аппаратных платформах, варианты возможного взаимодействия процедур открытой системы с аппаратным обеспечением, характеристики процедур обработки данных, прикладного и аппаратного обеспечения и технических средств.

Для формализации задач синтеза структуры открытых систем введем следующие обозначения. Пусть:

- множество существующих аппаратных

платформ;

- подмножество аппаратных платформ, на которых функционирует система,

- аппаратное обеспечение открытой системы, где р/ - отдельный компонент аппаратного обеспечения,

/=1,2, ...,Ь;

- множество процедур обработки

данных открытой системы.

В общем виде критерий, оценивающий «открытость» системы для различных аппаратных платформ может быть сформулирован как максимум количества аппаратных платформ, на которых аппаратное программное обеспечение позволяет функционировать системе при ограничениях на сложность ее компонент, необходимых для реализации функционирования системы на конкретной аппаратной платформе. Пусть:

1, если открытая система способна функционировать на /-= ^ й аппаратной платформе,

О, в противном случае; определяют объем (сложность)

компоненты которого компонент аппаратного

обеспечения, необходимых для реализации системы на /-и аппаратной платформе.

Тогда степень «открытости» системы по мобильности программного обеспечения для различных аппаратных платформ будет обратно пропорциональна следующему выражению:

min £(1-ст,)с,.

Очевидно, что степень «открытости» системы зависит от числа аппаратных платформ, с которыми возможна работа системы (переносимость, интероперабельность) без модификаций аппаратного обеспечения системы, а также сложности компонентов системы, которые необходимы для ее функционирования с конкретной платформой. Под сложностью компонентов подразумевается объем затрат на их разработку, сложность реализуемых алгоритмов взаимодействия, объем программного кода самих компонент.

Для решения функциональных задач прикладному обеспечению системы требуются те или иные компоненты аппаратного обеспечения системы, реализующие выполнение системных функций на различных платформах. Это функции записи/чтения данных с внешних носителей, функции интерфейса с пользователем, функции печати, функции работы с графикой, функции работы с периферийными устройствами и прочие функции.

Пусть

- матрица смежности, отражающая взаимосвязи

процедур обработки данных с аппаратным обеспечением системы, где

1, если /-Й компонент аппаратного обеспечения системы требуется для выполнения r-й процедуры обработки wri ~ данных,

О, если /-й компонент аппаратного обеспечения не требуется для выполнения r-й процедуры;

Для формализации возможного использования компонент аппаратного обеспечения на конкретных аппаратных платформах используется матрица где

1, если /-й компонент аппаратного обеспечения может использоваться на /-и аппаратной платформе,

0, в противном случае;

С,. - средний объем (сложность) г'-го компонента прикладного программного обеспечения, реализующего решение

функциональных задач открытой системы; С, - средний объем (сложность) компонента аппаратного обеспечения,

реализующего функционирование системы на конкретной аппаратной платформе.

Пусть

1, если г-я процедура обработки данных реализуется у-м объектом,

ЛТд,

Уч =

О, в противном случае;

1, если /-й компонент аппаратного обеспечения использует функции прикладного интерфейса /-й прикладной платформы,/= 1 < I,

0, в противном случае;

Я

1, если >1,

г=1

л

О,если Х>г)хп, = 0;

г=1

I

1) если

ы

I

0, если = 0.

ы

Переменные служат для формализации взаимосвязи

прикладного программного обеспечения с аппаратным обеспечением в процессе функционирования открытой системы.

С использованием введенных обозначений сформулируем задачи синтеза открытых систем по предложенным критериям эффективности. Задача синтеза структуры открытой системы, которая обеспечивает минимальный объем (сложность) аппаратно-

зависимых компонентов при функционировании системы на различных платформах, может быть сформулирована следующим образом:

при ограничениях:

- на общее число процедур в составе каждого объекта

(2)

г=I

где М - максимально допустимое число процедур в объекте; - на число системных функций, вызываемых процедурами каждого объекта

/=1

(3)

где - максимально допустимое число системных функций, вызываемых объектом;

- на сложность интерфейса между объектами системы

¿2 (4)

где 5 - максимально допустимый информационный интерфейс между объектами системы;

- на сложность информационного интерфейса между отдельно взятыми объектами системы

(5)

где для заданных объектов - максимальное число общих

входов-выходов объектов;

- на однократность включения процедур обработки данных в объекты

=1,г= 1,2,... ,П;

(6)

на включение отдельных процедур в состав одного объекта хп + Хг.у < 1 (7)

для заданных процедур и,. а,<, у= 1,2,..., V;

- на передачу управления из объекта до завершения обработки данных всеми процедурами объекта

- на дублирование аппаратно-зависимых компонентов системы

где К - допустимая степень дублирования аппаратно-зависимых компонентов системы, т.е. реализации в компонентах аппаратного обеспечения функционирования системы на одной платформе.

Для решения задач данного класса вводятся следующие понятия.

Распределение процедур обработки данных прикладного программного обеспечения системы по соответствующим объектам имеет п точек разрыва, если

¿2Х(1-*,+ и) = и- (1°)

Каждой точке разрыва при этом ставится в соответствие необходимость передачи управления от одного объекта прикладного программного обеспечения к другому. Различаются точки разрыва двух типов: точки разрыва первого рода, если для данного объекта выполняется условие

и точки разрыва второго рода, если для данного объекта выполняется условие

£*„(1-*г+1>1,)>1,у=1,2,...,Г. (12)

Т—\

Эти случаи различаются наличием или отсутствием передачи управления другим объектам при реализации процедур данного объекта. Таким образом, количество обращений из одного объекта к процедурам другого объекта при выполнении функциональных задач может быть представлено в виде:

и= £(?,+!) = . (13)

где «7,, - число точек разрыва второго рода в ^м объекте; У(х) -общее число объектов системы, соответствующее решению X.

Для решения задачи синтеза оптимальной системы по критерию минимума сложности (объема) аппаратно-зависимых компонент, неиспользуемых при работе на конкретной аппаратной платформе, рассматриваются альтернативные варианты использования компонентов аппаратного обеспечения при выполнении процедур объектов прикладного обеспечения.

Поставленные задачи являются задачами нелинейного целочисленного программирования комбинаторного типа, для решения которых предложены эффективные алгоритмы, основанные на использовании метода «ветвей и границ».

В третьей главе рассмотрены методы синтеза структуры прикладного программного и информационного обеспечения открытых систем на этапе технического проектирования. Предложен подход, сводящий проектирование к выбору оптимального состава и числа объектов прикладного программного обеспечения, межобъектного интерфейса, состава и структуры информационного обеспечения открытой системы в целом.

Определены исходные данные для постановки и решения задач синтеза объектов прикладного программного обеспечения: множество аппаратно-зависимых компонентов открытой системы; множество используемых функций прикладного интерфейса аппаратных платформ; множество альтернативных процедур обработки данных, входящих в состав алгоритмов, обеспечивающих решение задач системы; возможные системные и технологические ограничения. Обоснован выбор критериев оптимизации и соответствующей совокупности ограничений.

Поставлены и решены задачи синтеза объектов прикладного программного обеспечения открытых систем по каждому из рассматриваемых критериев оптимизации. Предложены эффективные алгоритмы решения поставленных задач, использующие особенности объектно-ориентированного подхода и свойства систем с открытой архитектурой. Так, например, с

использованием введенных ранее понятий и ооозначений задача синтеза системы объектов прикладного программного обеспечения, обеспечивающей минимальное общее число обращений объектов друг к другу в процессе функционирования системы, формулируется следующим образом: V _

(14)

И

i+ZIjrvO-V+l)

v=l r=l

при ограничениях, введенных ранее.

В тех случаях, когда необходимо минимизировать сложность межобъектных связей, критерий (14) записывается следующим образом:

Л

(15)

min

Ы

r=Н-1

где С - средний объем данных, передаваемых при вызове процедур одного объекта из другого, при тех же ограничениях.

Анализ показал, что при разработке системы, имеющей максимальную степень «открытости» по функциональной расширяемости, требуется получить минимальное число информационных связей между различными объектами системы. В этом случае ставится задача синтеза системы объектов прикладного программного обеспечения, минимизирующей межобъектный информационный интерфейс при ограничении на общий объем данных, передаваемых между объектами при функционировании, формулируемая следующим образом:

min I Ё I-JWv/ » (16)

при тех же ограничениях, а также:

где - максимальный допустимый объем передач данных между объектами при функционировании открытой системы.

Задача синтеза системы объектов прикладного программного обеспечения, минимизирующей межобъектный информационный интерфейс, является нелинейной задачей целочисленного

программирования. Для ее решения используется метод «ветвей и границ» или метод направленного конструирования решения с ограниченным перебором.

В четвертой главе проводится анализ требований к интегрированным информационным системам (ИИС) на примере информационной системы Фонда социального страхования РФ. От качества систем данного класса существенно зависит эффективность подготовки и принятия решений руководящими органами и специалистами с последующим контролем их выполнения. Предложены направления решения проблемы разработки ИИС на основе открытой архитектуры, оптимальной по технологии обработки заданий и управлению распределением ресурсов.

Разработанные модели и методы использованы при проектировании ЕИИС ФСС РФ «Соцстрах» - автоматизированной интегрированной информационной системы с открытой архитектурой.

Выводы и заключение

В результате проведенных исследований в диссертационной работе получены следующие основные теоретические, методологические и практические результаты:

1. В результате проведенных исследований, анализа и обобщения опыта проектирования и эксплуатации автоматизированных открытых систем различного класса и назначения решена важная народнохозяйственная задача, заключающаяся в создании теоретической базы, моделей и методов анализа и синтеза оптимальных структур информационных объектно-ориентированных систем с открытой архитектурой. На основе единой методологии и принципов открытости разработаны комплексный подход, методы формализации, модели, алгоритмы и программы проектирования оптимальных структур программного и информационного обеспечения открытых систем.

2. Проведен анализ международных стандартов, рассмотрены направления развития открытых систем. Сформулированы основные принципы создания открытых систем. Описаны различные модели

систем, такие как семиуровневая модель OSI/ISO. модели MUSIC и MIC, а также эталонная модель среды OSE/RM.

3. Даны формализованные описания исходных данных, используемые при проектировании открытых систем и основанные на объектно-ориентированном подходе. С учетом введенных формальных определений поставлена общая задача оптимального синтеза объектно-ориентированных автоматизированных систем открытого типа.

4. Проведено исследование возможностей проектирования открытых систем на основе объектно-ориентированного подхода, который позволяет свести проектирование открытой системы к оптимальному синтезу функционально-независимых компонент (объектов), совместно выполняющих заданные функции системы с требуемой эффективностью.

5. Предложена формализованная методология проектирования открытых систем, оптимальных по различным критериям эффективности с учетом системных и технологических ограничений. Сформулированы основные критерии синтеза систем с открытой архитектурой: минимум сложности межобъектных интерфейсов; максимум реализуемых аппаратным обеспечением системы функций взаимодействия с существующими платформами; минимум сложности компонентов, зависящих от аппаратного обеспечения или минимум объема компонент, не задействованных при работе в условиях конкретной платформы; максимум производительности объектов системы при решении задач; максимум достоверности обработки данных.

6. Поставлены задачи синтеза оптимальной структуры открытых систем по предложенным критериям эффективности. Поставленные задачи являются задачами нелинейного целочисленного программирования комбинаторного типа, для решения которых предложены эффективные алгоритмы, основанные на использовании метода «ветвей и границ».

7. Предложены постановки и методы решения задач синтеза прикладного программного обеспечения открытых систем на этапе технического проектирования. В результате решения рассмотренных задач определяются оптимальный состав и число

объектов прикладною программного обеспечения, межобъектный интерфейс, состав и структура информационного обеспечения открытой системы. Определены исходные данные для постановки и решения задач синтеза объектов прикладного программного обеспечения. множество аппаратно-зависимых компонентов открытой системы; множество используемых функций прикладного интерфейса аппаратных платформ; множество альтернативных процедур обработки данных, входящих в состав алгоритмов, обеспечивающих решение задач системы; возможные системные и технологические ограничения, а также способы их формирования. Обоснован выбор критериев оптимизации и соответствующей совокупности ограничений. Поставлены и решены задачи синтеза объектов прикладного программного обеспечения открытых систем по каждому из предложенных критериев оптимизации. Поставленные задачи являются задачами нелинейного целочисленного программирования. Предложены эффективные методы и точные алгоритмы их решения, использующие особенности объектно-ориентированного подхода и свойства систем с открытой архитектурой.

8. Поставлена и решена задача оптимального синтеза структуры компонентов ЕИИС «Соцстрах», позволяющая максимально унифицировать ее техническое и программное обеспечение, достичь требуемого уровня мобильности функциональных подсистем, их интероперабельности, упростить обслуживание ЕИИС и процесс адаптации ее к изменяющимся и возникающим новым задачам, т.е. снизить стоимость ее создания, повысить эффективность функционирования и последующих модификаций.

Основные публикации по теме диссертации

1. Кульба В.В., Ковалевский С.С., Косяченко С.А., Малярский А.Н., Яблонский А.С. Модели и методы синтеза модульных систем обработки данных с открытой архитектурой. Препринт. - М.: ИПУ, 2002.

2. Ковалевский С.С., Малярский А.Н., Яблонский А.С. Безопасность информации при использовании технологии открытых систем. В кн.: Материалы VIII международной

конференции «Проблемы управления безопасностью сложных систем» / Под ред. В.В Кульбы. - М, 2000. - С. 172-175

3. Малярский А.Н., Яблонский А.С. Проблемы стандартизации и сертификации в области открытых систем. В кн.: Материалы VIII международной конференции «Проблемы управления безопасностью сложных систем» / Под ред. Н.И. Архиповой, В.В. Кульбы. - М, 2000. - С.433-436

4. Малярский А.Н., Яблонский А. С. Основные подходы и методы проектирования оптимальных систем с открытой архитектурой. В кн.: Труды международной научно-практической конференции «Теория активных систем» / Под ред. В.Н. Буркова, Д.А. Новикова.-М., 2001. - Т.1,С.129-133

5. Ковалевский С.С, Малярский А.Н., Яблонский А.С. Основные подходы к созданию систем с открытой архитектурой. В кн.: Материалы IX международной конференции «Проблемы управления безопасностью сложных систем» / Под ред. Н.И. Архиповой, В.В. Кульбы.-М., 2001.-С.214-216

6. Малярский А.Н., Яблонский А.С. Критерии качества систем с открытой архитектурой. В кн.: Материалы IX международной конференции «Проблемы управления безопасностью сложных систем» / Под ред. Н.И. Архиповой, В.В. Кульбы. - М., 2001. -С.497-500

7. Яблонский А.С. Задачи синтеза программного обеспечения объектно-ориентированных систем с открытой архитектурой. В кн.: Доклады и сообщения IV международной научной конференции «Проблемы регионального и муниципального управления». - М., 2002. - С.3-5

8. Яблонский А.С. Задачи синтеза объектно-ориентированных открытых систем. В кн.: Материалы X международной конференции «Проблемы управления безопасностью сложных систем» / Под ред. Н.И. Архиповой, В.В. Кульбы. - М., 2002. -Т.1,С.299-303

9. Яблонский А.С. Формальная методология проектирования открытых систем. В кн.: Материалы X международной конференции «Проблемы управления безопасностью сложных

систем» / Под ред. Н.И. Архиповой, В.В. Кульбы. - М., 2002. -Т.2, C.140-J44

10.Белогорцев А.В., Косяченко С.А., Яблонский А.С. Методы управления процессами сопровождения и развития корпоративной базы данных В кн.: Труды XI международной конференции «Проблемы управления безопасностью сложных систем» / Под ред. Н.И. Архиповой, В.В. Кульбы. - М., 2003. -Ч.1,С.203-208

П.Яблонский А.С. Критерий эффективности синтеза систем с открытой архитектурой. В кн.: Труды XI международной конференции «Проблемы управления безопасностью сложных систем» / Под ред. Н.И. Архиповой, В.В. Кульбы. - М., 2003. -Ч.1,С.238-243

12.Ковалевский С.С., Яблонский А.С. Методы решения задач синтеза оптимальных систем с открытой архитектурой. В кн.: Труды XI международной конференции «Проблемы управления безопасностью сложных систем». / Под ред. Н.И. Архиповой, В.В. Кульбы - М., 2003. - 4.2, С.30-35

Личный вклад автора з совместные работы

В работе [1] предложены критерии оптимизации открытых систем, послужившие основой для постановки задач синтеза, разработаны алгоритмы решения поставленных задач синтеза. В работах [2, 3, 10] определены основные направления решения поставленных проблем. В работах [4, 5, 6] описана модель системы с открытой архитектурой, предложены критерии оптимизации систем данного класса и ограничения.

В работе [12] предложена схема ветвления, послужившая основой для разработки алгоритма решения задач синтеза.

Принято к исполнению 27/10/2004 Исполнено 28/10/2004

Заказ X» 409 Тираж: 100 экз..

ООО «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 Москва, Балаклавский пр-т, 20-2-93 (095) 747-64-70 (095) 318-40-68 www.autoreferat.ru

»20JÇJ

f

РНБ Русский фонд

2005-4 20299

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Яблонский, Алексей Сергеевич

Введение.

Глава 1. Открытые системы: основные подходы к разработке и перспективы развития.

1.1. Роль открытых систем в процессе информатизации Российской Федерации.

1.2. Методологические основы разработки открытых систем.

1.3. Анализ стандартов и методов создания открытых систем.

1.4. Основные определения и формализованное описание исходных данных.

Глава 2. Постановка задач синтеза оптимальных систем с открытой архитектурой и методы их решения.

2.1. Этапы проектирования открытых систем.

2.2. Критерии эффективности синтеза объектно-ориентированных открытых систем.

2.3. Постановка задач синтеза оптимальных систем с открытой архитектурой.

2.4. Методы решения задач синтеза открытых систем.

2.5. Пример решения задачи синтеза оптимальной структуры открытой системы.

Глава 3. Постановка и решение задач синтеза программного обеспечения объектно-ориентированных систем с открытой архитектурой.

3.1. Постановка и решение задач синтеза объектов прикладного программного обеспечения открытых систем, обеспечивающих минимум сложности межобъектных связей.

3.2. Постановка и решение задач синтеза объектов прикладного программного обеспечения открытых систем при заданном составе и характеристиках аппаратного обеспечения.

3.3. Постановка и решение задач синтеза объектов прикладного программного обеспечения открытых систем, обеспечивающих минимум технологической сложности взаимодействия с компонентами аппаратного обеспечения.

3.4. Пример решения задачи синтеза объектов прикладного программного обеспечения открытой системы.

Глава 4. Разработка средств создания интегрированных информационных систем с открытой архитектурой.

4.1. Создание открытой интегрированной системы на примере системы Фонда социального страхования РФ.

4.2. Функциональные подсистемы ЕИИС «Соцстрах».

4.3. Синтез прикладного программного обеспечения ЕИИС «Соцстрах».

4.4. Реализация требований объектно-ориентированного подхода при проектировании ЕИИС как системы с открытой архитектурой.

Введение 2004 год, диссертация по документальной информации, Яблонский, Алексей Сергеевич