Интеграция данных по свойствам неорганических веществ из гетерогенных источников для информационной поддержки принятия решений при компьютерном конструировании неорганических соединений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат технических наук Масютин, Виталий Викторович

• Масютин, Виталий Викторович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Масютин, Виталий Викторович

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ ИНТЕГРАЦИИ

ГЕТЕРОГЕННЫХ ИН ФОРМ А ЦИОННЫХ СИСТЕМ

1.1. Основные принципы и методы системного анализа

1.2. Базовые информационные процессы обработки информации в локальных информационных системах

1.3. Технология интеграции корпоративной информации Ell

1.4. Технология интеграции на основе хранилищ данных ETL

1.5. Технология интеграции корпоративных приложений EAI

1.6. Обобщенная схема технологий интеграции гетерогенных информационных систем

ГЛАВА 2. ИНФОРМАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ

ИНТЕГРАЦИИ ДАННЫХ

2.1. Моделирование потоков данных в информационных системах интеграции данных

2.2. Функциональное моделирование технологий интеграции данных

2.3. Информационные системы по свойствам неорганических веществ

ИМЕТРАН

2 3 1 Информационная система по свойствам неорганических

соединений "Фазы"

2 3 2 Информационная система по фазовым диаграммам систем с

полупроводниковыми фазами "Диаграмма"

2 3 3 Информационная система по веществам с особыми

акустооптическими, электрооптическими и

нелинейнооптическими свойствами "Кристалл"

2 3 4 Информационная система по ширине запрещенной зоны

неорганических соединений "BandGap"

2 3 5 Информационная система по свойствам кремния "Кремний"

2.4. Разработка моделей данных предметного посредника

ГЛАВА 3. ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ИНТЕГРАЦИИ ДАННЫХ ДЛЯ

КОМПЬЮТЕРНОГО КОНСТРУ ИРОВАШ1Я

НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

3.1. Выбор исходных данных для компьютерного конструирования

неорганических соединений

3.2. Методика проведения вычислительного эксперимента

3.3. Прогнозирование типа кристаллической структуры соединений различного состава

ГЛАВА 4. ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ В ТЕХНОЛОГИЯХ ИНТЕГРАЦИИ

ДАННЫХ

4.1. Базовые принципы защиты информации в компьютерных сетях

4.2. Потенциальные угрозы информационной безопасности при интеграции гетерогенных информационных систем

4.3. Критерии выбора технологических решений по защите информации

4.4. Схема защиты обмена данными между информационной системой интеграции данных и источниками данных

4.5. Схема защиты обмена данными между информационной системой интеграции данных и получателями данных

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

СПИСОК ИЛЛЮСТРАЦИЙ

СПИСОК ТАБЛИЦ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Интеграция данных по свойствам неорганических веществ из гетерогенных источников для информационной поддержки принятия решений при компьютерном конструировании неорганических соединений»

Введение

Актуальность работы

Обеспечение химиков-технологов достоверной информацией о свойствах и технологиях получения современных веществ является необходимым условием развития современной промышленности. В настоящее время качественная информационная поддержка специалистов невозможна без использования специализированных баз данных (БД). Как правило, БД по свойствам веществ разрабатываются в разных организациях и даже в разных странах.

Наибольшего прогресса в этом добились США и Япония, которые на базе NIST (National Institute of Standards and Technology - Национальный институт стандартов и технологий, США) и NIMS (National Institute for Materials Science Technology - Национальный институт материаловедения, Япония) предлагают обширные комплексы материаловедческих баз данных.

В нашей стране существует ряд специализированных БД, разработанных различными организациями, и никак не связанных друг с другом. Одним из крупнейших разработчиков ИС по свойствам неорганических материалов в России является Институт металлургии и материаловедения РАН, в котором насчитывается шесть специализированных БД с доступом через Интернет: http://www.imet-db.ru.

Как правило, современные информационные системы (ИС) для обеспечения оперативности доступа к наиболее актуальной информации предоставляют различные интерфейсы доступа к данным из глобальной сети Интернет. Полная интеграция таких систем невозможна из-за различных форматов данных, разного уровня качества данных, хранящихся в разных БД, и режимов доступа к данным в ИС источников данных.

В последние годы наблюдается тенденция к кооперации в разработке ИС и к интеграции уже созданных ИС, как на национальном, так и на международном уровне. Актуальность решения этой задачи вызвана

стремлением устранить необоснованное дублирование работ и уменьшить затраты на разработку и поддержку ИС.

Кроме того, интеграция информации, содержащейся в ИС по свойствам веществ и технологиям их получения, позволяет применять методы компьютерного анализа для поиска взаимосвязей в данных. Использование найденных взаимосвязей позволяет проводить компьютерное конструирование новых перспективных соединений, обладающих заданными свойствами. Получаемая с помощью интегрированной ИС обобщенная информация может быть использована специалистами для поддержки принятия решений при выборе того или иного вещества и технологии его получения для использования в изделиях современной промышленности.

Объектом исследования являются базы данных по свойствам неорганических соединений и технологии их интеграции.

Предметом исследования является применение технологий интеграции данных для информационной поддержки принятия решений при компьютерном конструировании неорганических соединений.

Цель и задачи работы

Целью диссертации является обеспечение информационной поддержки принятия решений при компьютерном конструировании неорганических соединений на основе интеграции гетерогенных баз данных. Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

• Проведен системный анализ технологий интеграции гетерогенных информационных систем;

• Разработан комплекс информационных моделей технологий интеграции гетерогенных баз данных;

• Выполнено прогнозирование кристаллической структуры неорганических соединений по данным, полученным из гетерогенных баз данных;

• Разработана схема защиты информационного обмена по открытым каналам связи сети Интернет при интеграции гетерогенных баз данных.

Научная новизна

1. На основе проведенного системного анализа технологий интеграции данных разработана обобщенная схема интеграции данных;

2. Разработан комплекс информационных моделей для технологий интеграции данных;

3. Выполнено прогнозирование кристаллической структуры ряда соединений по данным, полученным из двух гетерогенных баз данных.

Практическое значение

1. На основе разработанного комплекса информационных моделей предложена структура информационной системы для интеграции корпоративной информации;

2. Разработаны модели данных для предметного посредника интеграции данных двух баз данных по свойствам неорганических соединений;

3. Разработана схема защиты данных при интеграции корпоративной информации;

4. Показана возможность интеграции разнородных данных для прогнозирования кристаллической структуры ряда неорганических соединений.

Методы исследования

В основу решения поставленных задач положены методы системного анализа (декомпозиция, классификация, иерархическое упорядочение, абстрагирование, формализация, композиция, моделирование), методология моделирования потоков данных DFD, методология функционального моделирования систем IDEF0, методология проектирования баз данных IDEF1X, теория реляционных баз данных, иерархическая модель данных XML, методология быстрой разработки приложений RAD.

Апробация работы

Результаты работы были представлены на научно-технических конференциях «Наукоемкие химические технологии 2011», МИТХТ им.М.В.Ломоносова, Москва, 2011; «Инновационные и информационные технологии в образовании, экономике, бизнесе и праве», МГУТУ, Волоколамск, 2010; «Приоритетные направления развития науки, технологий и техники», Российская академия естествознания, Москва, 2012.

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано б печатных работ, в том числе 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ для опубликования результатов диссертационных работ, 4 публикации в сборниках трудов и тезисов докладов научно-технических конференций.

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Масютин, Виталий Викторович

Заключение

В диссертационной работе получены следующие результаты:

• На основе проведенного системного анализа технологий интеграции данных разработана обобщенная схема интеграции данных; Разработан комплекс информационных моделей для технологий интеграции данных, включающий диаграммы потоков данных DFD, функциональную модель процессов обработки информации IDEF0, иерархическую модель данных XML;

• На основе разработанного комплекса информационных моделей предложена структура информационной системы для интеграции корпоративной информации;

• Разработаны модели данных предметного посредника для интеграции данных двух баз данных по свойствам неорганических соединений;

• Показана возможность интеграции разнородных данных для прогнозирования кристаллической структуры ряда неорганических соединений;

• Выполнено прогнозирование кристаллической структуры ряда соединений по данным, полученным из двух гетерогенных баз данных;

• Разработана схема защиты данных при интеграции корпоративной информации по открытым каналам связи сети Интернет.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Масютин, Виталий Викторович, 2012 год

Список литературы

1. Акчурин Р.Х., Берлинер Л.Б. Информационно-расчетная система для компьютерного моделирования процессов жидкофазной эпитаксии // Изв.ВУЗов. Материалы электронной техники. 1998. №2.

2. Александров Д.В. Системное моделирование бизнеса // Владимир, Изд-во ВлГУ, 2004.

3. Александров Д.В., Костров A.B., Макаров Р.И. , Хорошева Е.Р. Методы и модели информационного менеджмента: Учебное пособие. - М.: Финансы и статистика, 2007.

4. Антонов, А. В. Системный анализ: Учеб. для вузов / А. В. Антонов. - 2-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 2006.

5. Анфилатов B.C., Емельянов A.A., Кукушкин A.A. Системный анализ в управлении. -М.:Финансы и статистика, 2002-368 с.

6. Архипенков С., Голубев Д., Максименко О., Хранилища данных. М.:Диалог-МИФИ, 2002.

7. Баронов, В. В. Информационные технологии и управление предприятием / В. В. Баронов, Г. Н. Калянов, Ю. Н. Попов, И. Н. Титовский. - М.: Компания АйТи, 2004

8. Бирюков А. Системы принятия решений и Хранилища Данных. // СУБД, №4, 1997.

9. Бочаров Е.П., Колдина А.И. Интегрированные корпоративные информационные системы. - М.: Финансы и статистика, 2005.

10. Бритов П. А., Липчинский Е.А. Практика построения хранилищ данных: SAS System / Корпоративные системы, № 3, 1999.

11. Валиков А. Технология XSLT. БХВ-Петербург, 2002.

12. Вендров A.M. CASE-технологии. Современные методы и средства проектирования информационных систем. М., Финансы и статистика, 1998.

13. Вендров A.M. Проектирование программного обеспечения экономических информационных систем. М., Финансы и статистика, 2000.

14. Вентцель Е.С. Исследование операций. Задачи, принципы, методология. -М.: Наука, 1980.

15. Волкова В.Н., Денисов A.A. Основы теории систем и системного анализа. -СП.: СПбГТУ, 2001.

16. Вон Ким. Три основных недостатка современных хранилищ данных. Открытые системы, 2/2003.

17. Гейн К., Сарсон Т. Структурный системный анализ: средства и методы/Пер.с англ.: под ред.А.В.Козлинского - М.:Эйтекс, 1993.-360 с.

18. Горев А., Ахаян Р., Макашарипов С. Эффективная работа с СУБД - СПб.: Питер Пресс, 1997.

19. ГОСТ 34.320-96 "Концепция и терминология для концептуальной схемы и информационной базы"

20. ГОСТ 34.602-89 ИНФОРМАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Термины и определения.

21. ГОСТ 34.602-89 ИНФОРМАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Техническое задание на создание автоматизированной системы.

22. Гринберг, А. С. Информационный менеджмент: Учеб. пособие для вузов / А. С. Гринберг, И. А. Король. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2003.

23. Дегтярев Ю.И. Системный анализ и исследование операций. Учебник для ВУЗов. М.: Высшая школа, 1996.

24. Дейт К. Введение в системы баз данных. М., Мир, 1981.

25. Дубейковский В.И. Практика функционального моделирования с AllFusion Process Modeler. - M.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2004.

26. Дубова H. Устройство и назначение хранилищ данных. Открытые системы, № 4, 1998.

27.Дударев В.А. Подходы к интеграции гетерогенных баз данных по свойствам неорганических веществ // Перспективные материалы, 2007. Спецвыпуск: Сб.тр. IV Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов, 2007.

28. Дударев В.А., Киселева H.H., Земсков B.C. Интегрированная система баз данных по свойствам материалов для электроники // Перспективные материалы, №5, 2006.

29. Земсков B.C., Киселева H.H., Петухов В.В. и др. Банк данных по фазовым диаграммам полупроводниковых систем // Изв.ВУЗов. Материалы электронной техники. №3, 1998.

30. Информатика для химиков-технологов. Учеб. пособие для ВУЗов. Под ред. Л.С. Гордеева, В.Ф. Корнюшко. Учебное пособие для ВУЗов. М., Высшая школа, 2008.

31. Информатика для химиков-технологов. Учеб. пособие для студентов вузов химико-технологического направления. Под ред. В.Ф. Корнюшко, М., РАДОН-ПРЕСС, 2001.

32. Калашян А.Н., Калянов Г.Н. Структурные модели бизнеса: DFD-технологии - М: Финансы и статистика, 2003

33. Калянов Г.Н. CASE-технологии. Консалтинг в автоматизации бизнес-процессов. - М.: Горячая линия-Телеком, 2002.

34. Калянов, Г.Н. Моделирование, анализ, реорганизация и автоматизация бизнес-процессов: Учеб. пособие / Г. Н. Калянов. - М.: Финансы и статистика, 2006.

35. Киселева Н., Мурат Д., Столяренко А. и др. База данных по свойствам по свойствам тройных неорганических соединений «Фазы» в сети Интернет. Информационные ресурсы России, №4, 2006.

36. Киселева H.H., Прокошев И.В., Дударев В.А. и др. Система баз данных по материалам для электроники в сети Интернет // Неорганические материалы. Т.42, №3, 2004.

37. Киселева H.H. Компьютерное конструирование неорганических соединений. Использование баз данных и методов искусственного интеллекта. М.: Наука. 2005.

38. Колыбанов К.Ю. Основы построения корпоративных информационных систем экологического мониторинга предприятий химического профиля. // Химия и химическая технология, т.51, N99, 2008.

39. Колыбанов К.Ю., Боридко B.C. Извлечение, очистка и загрузка данных из первичных информационных систем в централизованное хранилище данных. // Сборник трудов научно-практической конференции «Об организации системы мониторинга материально-технического оснащения учреждений профессионального образования» - СПб: Издательство МИТХТ им. М.В.Ломоносова, 2005.

40. Колыбанов К.Ю., Кантюков P.P., Равикович В.И. Информационные технологии подготовки управляющих решений в автоматизированных

системах экологического мониторинга. // «Системный анализ. Теория и практика», Вестник Костромского государственного университета им.Н.А.Некрасова, №2, 2006.

41. Колыбанов К.Ю., Панова С.А. Хранилище данных как основа корпоративной информационной системы. // Программные продукты и системы, М., №1, 2007.

42. Конноли, Томас, Бегг, Каролин, Страчан, Анна. Базы данных: проектирование, реализация, сопровождение. Теория и практика. М., Издательский дом «Вильяме», 2001.

43. Костров A.B. Информационный менеджмент. Управление ресурсами информационных систем. - Владимир: ВлГУ, 2003.

44. Костров A.B. Информационный менеджмент. Эффективность информационных систем. - Владимир: ВлГПУ, 2002.

45. Костров A.B. Основы информационного менеджмента. - М.: Финансы и статистика, 2001.

46. Костров A.B. Системный анализ и принятие решений. - Владимир: ВлГТУ, 1995.-68 с.

47. Костров, A.B. Информационный менеджмент. Оценка эффективности информационных систем / А. В. Костров, Д. А. Матвеев. - Владимир: ВлГУ, 2004.

48. Липаев В.В. Системное проектирование сложных программных средств для информационных систем. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: СИНТЕГ, 2002.

49. Лисянский К. Архитектурные решения и моделирование данных для хранилищ и витрин данных. URL: http://www.olap.ru/basic/diasoftl.asp (дата обращения: 21.02.2012)

50. Львов В. Создание систем поддержки принятия решений на основе хранилищ данных. Системы управления базами данных, № 3,1997.

51. Маклаков C.B. Моделирование бизнес-процессов с AIIFusion Process Modeler (BPwin 4.1). // M.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2004.

52. Масютин B.B. Защита информации в технологиях интеграции данных // Материалы научно-практической конференции «Приоритетные направления

развития науки, технологий и техники», Российская академия естествознания, Москва, 2012

53. Масютин В.В. Информационное моделирование технологий интеграции данных. // Материалы II научно-практической конференции «Инновационные и информационные технологии в образовании, экономике, бизнесе и праве», МГУТУ, Волоколамск, 2010

54. Масютин В.В., Дударев В.А. Компьютерное конструирование новых неорганических соединений состава АВ2Х4. // Материалы научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии 2011», МИТХТ им.М.В.Ломоносова, Москва, 2011

55. Масютин В.В., Дударев В.А. На пути к единой информационной системе по свойствам неорганических веществ // Интеграл, №6(50), 2010

56. Масютин В.В., Дударев В.А. Системный анализ технологий интеграции гетерогенных баз данных. // Материалы VII международной научно-практической конференции «Новейшие достижения европейской науки -2011», том 34, Математика, София, 2011

57. Масютин В.В., Дударев В.А., Поляков А.А. Компьютерное конструирование неорганических соединений на основе интегрированной информационной системы // Прикладная информатика, №4(40), 2012

58. Методология функционального моделирования. Рекомендации по стандартизации. Р 50.1.028-2001, ИПК Издательство стандартов, 2001.

59. Огрызков С.А. Применение структурного анализа для выбора варианта построения интегрированной системы управления. // Алгоритмы, методы и системы обработки данных: Сборник научных статей. Под ред. С.С. Садыкова, Д.Е. Андрианова - М.: Горячая линия-Телеком, 2006.

60. Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. Введение в системный анализ - М.: Высш.школа, 1989 - 256.

61. Ревунков Г.И. и др. Базы и банки данных и знаний. М.: Высшая школа, 1992.

62. Сахаров А. А. Концепции построения и реализации информационных систем, ориентированных на анализ данных. Системы управления базами данных № 4, 1996.

63. Советов Б.Я., Цехановский В.В. Информационные технологии. М.: Высшая школа, 2003.

64. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем - М.:Высшая школа, 1985.

65. Спирли Э. Корпоративные хранилища данных. Планирование, разработка, реализация. Том 1.: Пер. с англ. - М.: Издательский дом «Вильяме», 2001.

66. Спицнадель В.Н. Основы системного анализа. - СПб.: Изд. Дом «Бизнес-пресса», 2000.

67. Столяренко А.В., Подбельский В.В., Киселева Н.Н. Система компьютерного конструирования неорганических соединений с использованием методов анализа данных // В сб. Проектирование телекоммуникационных и информационных систем / Под ред. Л.Н.Кечиева. М.: МИЭМ, 2007.

68. Стул о в А. Особенности построения информационных хранилищ. Открытые системы, N° 4, 2003.

69. Торбен Бэч Педерсен, Кристиан Йенсен. Технология многомерных баз данных. Открытые системы, №1, 2002.

70. Тюрин Ю.Н., Макаров А.А. Анализ данных на компьютере /Под ред. В.Э.Фигурнова. - М.: Финансы и статистика, 1995.

71. Чен П.П. Модель "сущность-связь" - шаг к единому представлению данных. СУБД, N3, 1995 г.

72. Barker Richard "CASE*Method. Entity-Relationship Modelling", Copyright Oracle Corporation UK Limited, Addison-Wesley Publishing Co., 1990

73. Codd E.F. Relational Model Of Data for Large Shared Data Banks. Communications of the ACM. Volume 13. Number 6. — New York, London and Amsterdam: ACM, June 1970.

74. Inmon W.H. Building the Data Warehouse. - New-York, John Wiley, 1992.

75. ISO/TR 9007:1987 "Concepts and terminology for the conceptual schema and the information base".

76. Kimball R. The Data Warehouse Lifecycle Toolkit. - New York: Wiley Computer Publishing, 1998.

77. Kiselyova N.N. Databases of Baikov Institute on properties of inorganic materials and substances // Proc. International Symposium of Materials Database (MITS 2007), March, 2007, Tsukuba, NIMS

78. Kiselyova N., Iwata S., Dudarev V., Prokoshev I., Khorbenko V., Zemskov V. Integration Principles of Russian and Japanese Databases on Inorganic Materials // Proc. 5-rd International Conference «Information Research, Applications and Education - i.TECH-2007», Varna (Bulgaria), vol.2, Sofia: ITHEA, 2007.

79. Kiselyova N.N., Stolyarenko A.V., Gu T., Lu W., Blansche A., Ryazanov V.V., Senko O.V. Computer-aided design of new inorganic compounds promising for search for electronic materials // Proc. the Sixth International Conference on Computer-Aided Design of Discrete Devices (CAD DD'07), vol.1, Minsk: UIPI NASB, 2007.

80. Kiselyova N., Stolyarenko A., Ryazanov V., Podbel'skii V. Information-analytical system for design of new inorganic compounds // Proc. Xlll-th International Conference «Knowledge-Dialogue-Solution - KDS-2007», Varna (Bulgaria), vol.2, Sofia: ITHEA, 2007.

81. Wood G.H., Rodgers J.R., Gough S.R., Villars P. CRYSTMET - The NRCC metals crystallographic data file //J.Res.NIST. 1996. V.101. №3.

Список иллюстраций

Рис. 1. Информационные процессы в локальной ИС.............................................13

Рис. 2. Технология интеграции корпоративной информации Ell.....................17

Рис. 3. Технология интеграции на основе хранилищ данных ETL...................20

Рис. 4. Технология интеграции корпоративных приложений EAI...................22

Рис. 5. Обобщенная схема интеграции гетерогенных ИС.....................................23

Рис. 6. Контекстная диаграмма потоков данных технологий интеграции

данных..............................................................................................................................29

Рис. 7. Диаграмма потоков данных первого уровня декомпозиции

технологий интеграции данных............................................................................31

Рис. 8. Переход к диаграммам потоков данных второго уровня

декомпозиции...............................................................................................................33

Рис. 9. Контекстная диаграмма функциональной модели технологий

интеграции данных.....................................................................................................34

Рис. 10. Диаграмма первого уровня декомпозиции функциональной модели

технологий интеграции данных Ell.....................................................................36

Рис. 11. Диаграмма первого уровня декомпозиции функциональной модели

технологий интеграции данных ETL...................................................................37

Рис. 12. Фрагмент структуры реляционных данных БД «Фазы».......................46

Рис. 13. Гистограмма распространенности типов кристаллической

структуры тройных халькогенидов состава АВ2Х4.......................................49

Рис. 14. Схема защиты информационного обмена между источниками

данных и ИС интеграции..........................................................................................66

Рис. 15. Схема защиты информационного обмена между источниками

данных и ИС интеграции..........................................................................................72

Рис. 16. Схема защиты информационного обмена между ИС интеграции и пользователями...........................................................................................................74