автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Технология проектирования и создания корпоративных информационных систем для организации транспортного строительства

Российская Федерация

Министерство Путей Сообщения Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ)

На правах рукописи

КОРОТИН Виктор Викторович

/

'.9

I

■-7

I,

"V

Технология проектирования и создания корпоративных информационных систем для организации транспортного

строительства

Специальность 05.13.12 - «Системы-автоматизации проектирования»

ДИССЕРТАЦИЯ На соискание ученой степени Кандидата технических наук

Москва -1999

Научный руководитель, профессор,

доктор технических наук ШАПОШНИКОВ Н.Н.

ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ............................................ 4

1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ КОРПОРАТИВНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ............................. 7

1.1. История развития корпоративных информационных технологий..............................................................................7

1.2. Сравнительный анализ сетевых архитектур для компьютерного парка средней размерности............. 11

1.2.1. Обзор сетевых архитектур вычислительных сетей 11

1.2.2. Методика оценки сетевых архитектур........... 18

1.2.3. Корреляционный анализ...................... 19

1.3. Особенности построения вычислительной сети в организации транспортного строительства............. 26

1.3.1. Оценка сетевой активности.................... 26

1.3.2. Применение высокоскоростных коммутаторов. ... 31

2. ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРИ СОЗДАНИИ И СОПРОВОЖДЕНИИ

КИС ПРЕДПРИЯТИЙ ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА. . 33

2.1. Планирование КИС................................. 33

2.1.1. Исследование и оценка характеристик КИС....... 33

2.1.2. Задачи анализа и синтеза КИС.................. 37

2.1.3. Методы оценки эффективности КИС и ее компонентов.................................. 41

2.2. Использование CASE-технологий...................... 47

2.2.1. Способы использования CASE-технологии........ 47

2.2.2. Фазы при создании информационной системы

М018........................................ 54

2.2.3. Доказательство необходимости структурного подхода к проектированию информационных

систем....................................... 57

3. ПРИКЛАДНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КИС НА ПРИМЕРЕ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ УПРАВЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОЕКТОМ............................................. 67

3.1. Понятие «Проект управления строительством»............ 67

3.2. Формализация управления строительным проектом........ 67

3.2.1. Математические методы, применяемые при

решении задач управления строительным

производством..................................................................67

3.2.2.Требования к программному обеспечению для

реализации задачи управления проектами....................72

3.3. Разработка «Матрицы Ответственности» служб М018

в рамках реализации задачи «Проект Управления

строительством»......................................................................74

3.3.1. Необходимость использования иерархической системы ответственности в рамках ПУС........................74

3.3.2. Схема «Матрицы Ответственности» в рамках ПУС . . 77

3.4. Автоматизированные рабочие места........................................82

3.5. Выбор программного обеспечения для реализации комплекса ПУС............................................................................86

4. ОПИСАНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ М018....................88

4.1. Структура серверов Информационной системы М018............88

4.2. Архитектура сетевого оборудования..........................................93

4.2.1. Применение высокоскоростной архитектуры пересылки..........................................................................93

4.2.2. Модульные, многопортовые концентраторы................98

4.3. Описание системы резервного копирования............................101

4.4. Сетевые операционные системы................................................103

4.4.1. Системная архитектура NT............................................103

4.4.2. Системная архитектура IntranetWare............................111

4.4.2.1. Ядро операционной системы IntranetWare 111

4.4.2.2. Сетевая модель NDS....................................115

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ................................................................................118

ЛИТЕРАТУРА................................................................................................120

ПРИЛОЖЕНИЯ...............................................................126

ВВЕДЕНИЕ

Предприятия транспортного строительства принадлежат к классу пользователей корпоративных информационных систем с повышенными требованиями к показателям сетевых архитектур, аппаратных и программных ресурсов. Поэтому применение той или иной стандартной конфигурации корпоративной сети в организациях подобного рода может привести к неравномерной загрузке сетевых сегментов сети, что приведет к задержке выполнения сетевых транзакций, и недопустимому замедлению электронного документооборота в условиях, не допускающих задержку информации, так как организации транспортного строительства функционируют по непрерывному круглосуточному производственному циклу.

Таким образом, создание корпоративных информационных систем масштаба предприятия является актуальной проблемой современного этапа развития информационных технологий в транспортном строительстве. Реальная практика эксплуатации корпоративных сетей на предприятиях транспортного строительства со смешанными требованиями к производительности сети диктует построение гибридной модели сетевой архитектуры, учитывающей индивидуальный характер информационных потоков предприятия.

В каждом конкретном случае решение данной задачи представляет собой серьезную научно-техническую разработку, пользующуюся большим спросом на рынке информационных технологий.

Целью диссертационной работы является создание технологии проектирования корпоративных сетей для предприятий транспортного строительства.

В настоящее время достаточно широкое распространение получил метод системного подхода при создании и сопровождении крупных информационных систем. В рамках работы показано, что данная методология находит свое применение в области создания и сопровождения как программного, так и аппаратного обеспечения информационной системы масштаба предприятия транспортного строительства.

Научная новизна работы состоит:

• В разработке универсальной архитектуры корпоративной сети предприятия транспортного строительства

• В разработке методологии использования современных средств специализированного программного обеспечения позволяющих выстраивать концептуальные и имитационные модели корпоративных информационных потоков обслуживающих корпоративную сеть предприятия транспортного строительства.

Практическая иенность работы заключается в том, что применяемый подход позволяет использовать описанную методологию при создании информационных систем масштаба предприятия транспортного строительства независимо от основного вида деятельности: проектирование, строительство или эксплуатация инженерных сооружений. В одной из глав работы показано, что реализованная при помощи описанных в работе подходов аппаратная и программная архитектура корпоративной информационной системы, позволяет моделировать и развивать прикладные комплексы по различным направлениям деятельности предприятия транспортного строительства.

Описанная методология позволила создать действующую модель -информационную систему в Московской Территориальной Фирме «Мостоотряд 18» Акционерного общества «Мостотрест». В данный момент происходит этап промышленной эксплуатации совместно с наращиванием информационной мощности путем модернизации отдельных элементов, так как на современном этапе развития рынка аппаратных и программных продуктов постоянно происходит изменение стандартов и технологий, которые позволяют существенно улучшать работу модернизированных частей системы.

Публикации. По результатам отдельных разработок проведенных автором при строительстве трех крупных объектов в Турецкой Республике опубликовано две статьи в журнале «Вестник мостостроения». Отдельные фрагменты работы представлены в мировой сети «Internet» на официальном сайте фирмы МТФ «Мостоотряд 18» в разделе «Информационные Технологии» по адресу: "http://www.mo18.ru".

Апробация работы. Основные результаты работы периодически докладываются параллельным и управляющим структурам в рамках

корпорации «Трансстрой», что существенно влияет на перспективы развития действующей промышленной модели. На защиту выносятся:

■ сравнительный анализ сетевых архитектур рекомендованных для создания комплексных вычислительных сетей

■ алгоритм расчета производительности и эффективности аппаратной основы информационной сети

■ пример прикладного использования комплексной информационной системы (аппаратно-программный комплекс «Проект Управления Строительством»)

■ описание действующей промышленной модели информационной системы Мостоотряда 18.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и списка использованной литературы.

Работа содержит 105 страниц текста, 2 таблицы, 31 рисунк. Список литературы включает 84 наименования.

Работа выполнена на кафедре «САПР» Московского университета путей сообщения (МИИТ) под руководством профессора, доктора технических наук, заведующего кафедрой «САПР» H.H. Шапошникова.

1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ КОРПОРАТИВНЫХ

ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

1.1. История развития корпоративных информационных технологий

Двадцать пять лет назад основы того, что сегодня известно как аппаратное обеспечение информационных систем, были впервые изложены в заметках Боба Меткалфа (Bob Metcalfe).

22 мая 1973 года, когда Меткалф закончил свою диссертацию, еще не существовало персональных компьютеров, и Ethernet создавался для соединения рабочих станций со специально разработанным принтером в калифорнийском исследовательском центре Xerox в Пало-Альто. Как позднее заметил Меткалф, "до этого в одном здании никогда не было сотен компьютеров - максимум можно было найти один или два".

Оглядываясь назад, можно подумать, что технология Ethernet была "обречена на успех" с самого рождения. Но на самом деле триумф новой технологии обеспечили многие годы напряженной работы создателя, постоянно совершенствовавшего свое детище. В 1976 году Меткалф совместно со своим коллегой Дэвидом Боггсом опубликовал работу "Ethernet: распределенная пакетная коммутация для локальных компьютерных сетей", оказавшую существенное влияние на дальнейшее развитие технологии. А 13 декабря 1977 года Меткалф и трое его коллег получили патент за номером 4'063'220 за "Многоадресные системы передачи данных с обнаружением конфликтов".

Превращение Ethernet из технологии Xerox в открытую и доступную всем технологию оказалось решающим в становлении его как мирового сетевого стандарта. В 1980 году DEC, Intel и Xerox объявили о создании стандарта DIX для 10-Мбитного Ethernet. Пять лет спустя американский Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE) опубликовал стандарт IEEE 802.3 для Ethernet на основе DIX. Ethernet стал глобальным стандартом и был принят Международной организацией стандартизации (ISO).

С 1979 года корпорация компания 3Com выпустила множество сетевых устройств и тем самым внесла существенный вклад в становление Ethernet как принятого во всем мире сетевого стандарта. Сетевые интерфейсные платы, концентраторы и коммутаторы сначала

поддерживали скорость в 10Мбит/сек, затем 100 Мбит/с (100 Mbps Ethernet был стандартизован в 1995 году), а затем и до 1000 Мбит/с.

Системы обеспечивают легкую миграцию в диапазоне 10/100/1000 Мбит/сек, а также поддерживают взаимодействие с устройствами Token Ring, FDDI, ATM и другими сетевыми технологиями. Технология Ethernet продолжает свое развитие и сегодня, например, появляются новые возможности гарантированного качества обслуживания (CoS, Class of Service) для обеспечения приоритетного трафика в соответствии с решаемыми задачами.

Прошедшее десятилетие характеризовалось бурным развитием сетевых систем. В своей первоначальной форме локальные сети (Local Area Network — LAN) представляли собой не что иное, как коаксиальный кабель, соединяющий серверы с настольными терминалами, пользователи которых работали исключительно с текстовой информацией, отображаемой на монохромном мониторе с низкой разрешающей способностью.

В середине 80-х глобальные сети (wide area network — WAN) также не отличались продуманностью и производительностью. Серверы предоставляли доступ к информационным ресурсам и приложениям центральной машины нескольким десяткам пользователей со скоростью до 9.6 Кбит/с.

Глобальные сети также претерпели радикальные эволюционные изменения. На сегодняшний день скорость передачи данных 9.6 Кбит/с не отвечает требованиям даже отдельного пользователя. Пользователи уже давно приспособились использовать модемы со скоростью передачи 9.6 Кбит/с в качестве пресс-папье!

Ближе к концу 80-х годов первое поколение локальных сетей подошло к пенсионному возрасту. Поскольку толпа пользователей наконец-то поняла, что распределенные процессоры настольных компьютеров в состоянии выполнять более сложные задачи, нежели обычная эмуляция терминалов, возникла необходимость в создании сетей с более высокой пропускной способностью и производительностью.

Второе поколение локальных сетей оказалось всего лишь более быстрой версией своих предшественников. Сеть Ethernet повысила пропускную способность с 1 Мбит/с до 10 Мбит/с. Подобным образом сеть Token Ring повысила пропускную способность с 4 Мбит/с до 16 Мбит/с.

Повышение производительности было достигнуто лишь благодаря повышению синхронизирующей частоты. Модернизированная подобным образом сеть удовлетворяла нуждам пользователей вплоть до середины 90-х годов.

В середине 90-х годов сети архитектуры Ethernet и Token Ring достигли пика своего развития. Однако, в отличие от первого поколения локальных сетей, кризис производительности возник отнюдь не из-за недостаточной пропускной способности. В сетях Ethernet, в частности, пропускная способность вообще не является проблемой. Напротив, снижение эффективности функционирования было обусловлено другими причинами:

• Жестокой конкуренцией за доступ к локальной сети, либо

• Насыщенностью доступной полосы пропускания необязательными служебными сообщениями.

И в том, и в другом случае повышение тактовой частоты лишь на время бы решило проблему. Более предпочтительным с точки зрения стоимость-эффективность вариантом оказалось выделение каждому отдельному пользователю дополнительных ресурсов путем установки концентраторов-коммутаторов (switching hubs). Эти устройства сегментируют конфликтующие домены локальной сети. Таким образом, внутри широковещательного домена сети концентраторы-коммутаторы выделяют для всех конфликтующих доменов собственную полосу передачи. Несомненно, это более эффективное решение.

Принципиально новые типы программного обеспечения также внесли свою лепту в раскрытие недостатков существующих сетей. Требования программного обеспечения к производительности сетей отличались от тех параметров, которые были в состоянии предоставить сети. Например, в соответствии с протоколом соединения традиционных сетей Ethernet с сетями под управлением операционной системы MVS (Multiple Virtual Storage, операционная система больших машин IBM) данные каждого пакета должны быть неповрежденными (в отличие от протокола IP глобальных сетей). Если данные повреждены, весь пакет передается заново. Новые приложения реального времени, например, программное обеспечение для аудио и видеоконференций, уделяют большее внимание своевременности доставки данных, нежели их

целостности. Если неповрежденный пакет приходит с задержкой всего лишь на две секунды, он игнорируется. Традиционные локальные сети показали свою несостоятельность при передаче чувствительных ко времени ожидания данных.

Требования пользователей заставили внести изменения и в сетевые протоколы. Сетевые протоколы расширили свои функциональные возможности поддержкой качества услуг (Quality of Service — QoS), резервированием полосы пропускания (bandwidth reservation) и прочими полезными функциями. В результате современные сети в состоянии поддерживать как приложения реального времени, так и традиционную передачу данных большого объема.

Один из основных сетевых протоколов, IP, вскоре будет обновлен (впервые за двадцать лет). Новый протокол получит название IPv6 и будет в состоянии удовлетворять постоянно растущие требования к производительности сетей на много лет вперед.

IPv6 и другие сетевые протоколы вводят средства защиты уже на сетевом уровне. Такие функциональные возможности, как аутентификация (authentication) и шифрование (encryption), которые прежде могли быть реализованы лишь на уровне хост-серверов, теперь будут неотъемлемой частью сети. Это позволит устанавливать соединение между сетями немыслимыми прежде способами. "Открытые" IP-сети различных компаний будут напрямую соединены в "экстрасети" ("extranets"). Упомянутые экстрасети будут служить функциональным расширением корпоративных инфрасетей (corporate intranets), соединяя партнеров по бизнесу безопасным и контролируемым способом.

По мере того как современные сети становятся все более производительными и функционально полными, должно произойти еще одно важное изменение. Традиционно сложилось так, что эксперты в области передачи данных оставались на сетевом уровне, высокомерно игнорируя приложения, данные, протокол�