Метод построения архитектуры систем интеграции распределенных приложений в АСУ на железнодорожном транспорте тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Касаткин, Александр Владимирович

• Касаткин, Александр Владимирович
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Касаткин, Александр Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

1. АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ПРОЦЕССУ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ В КИС.

1.1. Современные корпоративные информационные системы (КИС) и задача обмена информацией.

1.2. Интеграция приложений и интеграционная инфраструктура.

1.3. Классификация проблем, препятствующих интеграции приложений.

1.3.1. Разнородность приложений.

1.3.2. Проблема разнородности приложений в применении к информационным системам транспортного комплекса.

1.3.3. Распределенность приложений.

1.3.4. Проблема распределенности приложений/АСУ в применении к информационным системам транспортного комплекса.

1.3.5. Гетерогенность среды.

1.3.6. Проблема гетерогенности среды в применении к информационным системах транспортного комплекса.

1.3.7. Обеспечение масштабируемости.

1.3.8. Защита информации.

1.3.9. Проблема защиты информации в применении к информационным системах транспортного комплекса.

1.4. Возможные подходы к созданию интеграционной инфраструктуры.

1.4.1. Использование протокола передачи файлов.

1.4.2. Синхронные способы обмена информацией.

1.4.3. Использование суррогатной интеграционной инфраструктуры.

1.4.4. Использование MOM для создания интеграционной инфраструктуры.

1.5. Выбор способа построения интеграционной инфраструктуры.

2. ФОРМАЛИЗАЦИЯ ЗАДАЧИ ПЕРЕДАЧИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ И ИНТЕГРАЦИИ ПРИЛОЖЕНИЙ В КИС.

2.1. Ограничение набора задач.

2.2. Понятие технологической информации и системы передачи технологической информации.

2.3. Основные требования, предъявляемые к системе передачи технологической информации

2.4. Краткое резюме: основные проблемы создания интеграционной инфраструктуры в случае обмена технологической информацией.

2.5. Управление системой передачи технологической информацией.

2.6. Формализация задачи управления системой передачи технологической информацией .48 to 2.6.1. Понятие качества взаимодействия. Случай двух приложений.

2.6.2. Поведение СПТИ в случае возникновения критических ситуаций.

2.7. Выбор типа и параметров СПТИ.

2.8. Случай большого количества приложений.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Метод построения архитектуры систем интеграции распределенных приложений в АСУ на железнодорожном транспорте»

Современный уровень развития информационных технологий и вычислительной техники характеризуется проникновением ИТ во все области жизнедеятельности. Кроме того, стремительное снижение стоимости информационных систем с одной стороны, а также увеличение конкуренции в промышленности с другой, привели к необходимости использования информационных технологий для всех задач промышленного производства. В частности, в последнее время автоматизации подвергаются промышленные процессы, критичные для функционирования предприятия. Таким образом, речь уже не идет об автоматизации отдельных вспомогательных задач, таких как работа с документами, но о задачах, связанных с управлением производством, контролем за опасными процессами и пр.

Необходимо отметить, что особую значимость задачи автоматизации приобретают в тех случаях, когда речь идет о больших объемах информации, сложных в управлении системах, в том числе АСУ, и необходимости минимизации влияния человеческого фактора. К таким системам можно отнести системы управления предприятием, информационные системы, обеспечивающие функционирование транспортных систем, комплексов, системы управления энергокомплексами, системы АСУП и АСУТП.

При этом информационные системы, которые обеспечивают управление транспортными комплексами, являются критичными не только для бизнеса, но и для жизнеобеспечения населения. Это приводит к еще большим требованиям с точки зрения надежности и управляемости, включая вопросы гарантированности доставки необходимой информации. Отсутствие гарантированности ведет к непредвиденным последствиям, так как потеря информации может привести к возникновению чрезвычайных и критических для безопасности ситуаций.

Повсеместная автоматизация бизнес-процессов, кроме того, ведет и к возникновению такого явления, как "лоскутная автоматизация" [1] — ситуации, при которой создание единой информационной системы предприятия или холдинга практически невозможно. Возможны два выхода из такой ситуации — построение информационной системы "с нуля" и создание и использование технологий, позволяющих осуществлять интеграцию разнородных приложений/АСУ в единое информационное пространство.

Наряду с этим, особую важность для информационных систем транспортного комплекса приобретают задачи, связанные с интеграцией существующих и вновь вводимых в эксплуатацию информационных систем. Это связано с непрерывностью работы информационных систем в транспортном комплексе и отсутствием возможности единовременного обновления компонентов информационной системы.

Задача интеграции приложений и АСУ является особенно актуальной особенно в последние десятилетия. По прогнозам [2], рынок этих услуг вырастет в течение ближайших лет более чем на 200 процентов. Вместе с тем, наличие различных подходов к решению задачи интеграции, а также отсутствие формализованных методов их сравнения приводит к ситуации, в которой решение задачи интеграции приложений является затрудненным.

В [3] показано, что задача передачи информации между приложениями и интеграции приложений могут решаться сходным образом. Как показано выше, обе задачи являются чрезвычайно актуальными для крупных корпоративных информационных систем (КИС). Тем не менее, отсутствие методик для решения задачи гарантированной доставки информации и интеграции приложений и АСУ в специфических областях (в частности, при создании информационных систем в транспортных комплексах) приводит к сложности создания таких систем.

Данная работа посвящена анализу проблемы интеграции разнородных приложений и гарантированной доставки информации в крупных КИС транспортного комплекса, созданию методик построения таких систем, а также разработке архитектуры, решающей данные задачи.

В первой главе приведен анализ актуальности задачи гарантированной доставки информации и интеграции приложений в крупных КИС. Рассмотрена взаимосвязь этих задач, а также приведены примеры использования различных технологий доставки информации (сообщений), в том числе и для решения задачи интеграции приложений/АСУ.

Кроме того, в первой главе приведена классификация проблем, препятствующих интеграции приложений/АСУ, проанализирована степень важности этих проблем, а также возможные способы их решения.

Кратко описано возможное использование различных технологий для решения проблемы гарантированной доставки и интеграции. Проанализировано современное состояние проблемы, указаны достоинства и недостатки каждой технологии, описаны возможные применения для различных случаев. Сделан вывод о необходимости создания единого подхода для построения крупных КИС с точки зрения удовлетворения требованиям гарантированности доставки информации и возможной интеграции приложений. Описана постановка задачи, решаемой в данной работе.

Во второй главе обсуждается сужение круга решаемых задач для комплекса проблем, связанных с передачей определенного типа информации - технологической информации. Введен ряд определений, в том числе и определение понятия технологической информации, описаны базовые требования к системе передачи информации в этом случае. Кроме того, описаны требования к управляющим воздействиям на систему передачи технологической информации.

Во второй главе также произведена формализация задачи создания системы передачи технологической информации и интеграции приложений. Введено понятие качества взаимодействия двух приложений, показано каким образом архитектура и параметры системы передачи информации между приложениями могут влиять на качество взаимодействия двух приложений, определена методика выбора архитектуры и параметров системы передачи технологической информации. Рассмотрено расширение понятия качества взаимодействия на случай взаимодействия нескольких приложений. Введено понятие интеграционной архитектуры как архитектуры, решающей задачу интеграции приложений и надежной передачи информации. Показана необходимость разработки такой архитектуры для КИС транспортных комплексов.

Третья глава посвящена описанию непосредственно интеграционной архитектуры. Подробно описаны основные задач, которые должна решать интеграционная архитектура, описаны возможные пути ее построения на базе различных технологий.

Выявлены основные причины выбора MOM в качестве основы для передачи технологической информации в крупных корпоративных информационных системах. Описаны основные характеристики используемых MOM, а также комплекс необходимых доработок для создания полноценной интеграционной архитектуры. Структурированы основные элементы интеграционной архитектуры, особое внимание уделяется системе администрирования и мониторинга. Приведен обзор необходимых для управления транспортной системой функций.

В четвертой главе описаны основные возможности применения интеграционной архитектуры при создании информационных систем в транспортном комплексе. Они иллюстрированы описанием ряда практических примеров использования интеграционной инфраструктуры с примерами внедрений на предприятиях транспортной отрасли. 7

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Касаткин, Александр Владимирович

Заключение

Интеграция программных приложений и АСУ, как правило, необходима в следующих случаях:

• При внедрении на предприятии новых информационных систем

• При объединении предприятий, в том числе предприятий транспортного комплекса

• В процессе создании единого информационного пространства предприятия.

Задача интеграции приложений/АСУ и передачи информации в распределенных системах тесно связаны и обладают целым рядом общих характеристик.

Проблемы, препятствующие созданию интеграционной архитектуры, имеют как общесистемный характер, так и особенности, характерные для предприятий транспорта. Основными проблемами являются:

• Разнородность приложений и АСУ

• Распределенность приложений и АСУ

• Гетерогенность среды, в которой функционируют приложения и/или автоматизированные системы

• Необходимость обеспечения масштабируемости.

Наряду с рассмотренными выше, к специфическим проблемам транспортного комплекса, в частности, относятся невозможность одновременной замены устаревших информационных систем, необходимость работы с большими объемами информации, необходимость минимизации количества обслуживающего персонала.

В настоящий момент проблема интеграции приложений и передачи информации между приложениями и АСУ решается различными способами использование протоколов обмена файлами, синхронных методов обмена информацией, суррогатных архитектур, технологии MOM).

Многообразие вариантов реализации интеграционной архитектуры показывает необходимость создания методики, позволяющей формализовать процесс выбора основы для интеграционной инфраструктуры и ее основных параметров.

Решение задачи создания интеграционной инфраструктуры в общем виде оказывается невозможным в силу большого количества типов приложений/АСУ, вследствие чего в работе рассматривается сужение задачи до приложений, осуществляющих обмен технологической информацией

Сужение задачи построения интеграционной инфраструктуры приводит к видоизменению набора проблем, возникающих при ее построении, в частности, возникает проблема гарантированности доставки информации, крайне актуальной на транспортных предприятиях. В работе вводится понятие критической ситуации в СПТИ.

Для формализации процесса выбора наиболее подходящей СПТИ в работе определяется понятие качества взаимодействия приложений/АСУ и привнесенного качества СПТИ.

Качество интеграции

Количественные характеристики

Qa\A2 int. = {Ч\,ЧгЯъ-)>где Я, е{0, 1} причем qj в являются характеристиками, показывающими наличие или отсутствием того или иного свойства, необходимого для решения задачи интеграции приложений.

В свою очередь "количественная" составляющая QAXA2exch={b\,b2,b3.},

Где b\ е Т - максимальное время доставки информации, Ь2 — максимальный процент потерянных сообщений, ЬЗ — периодичность обмена информацией, Ь4 — время блокировки А1 на время передачи/приема информации, Ь5 - время блокировки А2 на время передачи/приема информации и т.д.

Для учета влияния СПТИ в работе рассматривается Q спти, вычисляемое в соответствии с

Qcnm = Шелти ы.» Qcnm ecxh. = { {q\, q2, q3.}, {b\, Ь2) }

Качество взаимодействия приложений с учетом СПТИ, определяется в соответствии с выражением

Qa\ СПТИ А2 = Qa\A2 ° Qc-ПТИ

Для выбора наиболее подходящей из возможных должно быть задано эталонное значение QMAZ. Минимальное расхождение между QAiA2 и QAiA2 и будет являться критерием отбора СПТИ и параметров СПТИ.

В работе также рассматриваются расширения понятия качества взаимодействия для случаев взаимодействия нескольких приложений и случая зависимости качества взаимодействия от времени.

Методика выбора параметров СПТИ иллюстрирована на следующем рисунке.

Этап I

Тип СПТИ, Д<7 Q

А1А2 int.

Настройки выбранной

СПТИ, Aq'

Этап II

Qa\A2 exch. t A q

Этап III

Параметры системы администрирования

В работе также рассматривается базовая архитектура СПТИ на базе MOM. Описаны ее основные компоненты, функциональность клиентских и серверных частей.

В качестве примеров применения разработанных методик и архитектуры в работе рассматриваются следующие основные области применения СПТИ:

• Доставка информации в распределенной системе транспортного комплекса с возможностью оперативного управления ситуацией

• Интеграция приложений и АСУ с обеспечением гарантированности доставки информации и предоставлением интерфейсов для интеграции вновь разрабатываемых приложений/АС У

• Взаимодействие между распределенными приложениями с применением механизмов гарантированной доставки файлов

Таким образом, основными научными и практическими результатами диссертации, выносимыми на защиту, являются:

Проведенный анализ существующих подходов к решению задачи интеграции показывает, что они не удовлетворяют требованиям, к интеграции, выдвигаемым в рамках предприятий транспортного комплекса.

Предлагаемая в работе методика определения качества взаимодействия приложений/автоматизированных систем позволяет количественно оценивать параметры взаимодействия и обосновывать выбор тех или иных способов интеграции.

Предложенная методика позволяет оценивать качество взаимодействия приложений, включая набор "качественных" и "количественных" характеристик, влияние СПТИ на качество взаимодействия как в случае двух приложений, так и при наличии большого количества приложений. Разработанная базовая архитектура систем передачи технологической информации позволяет решать основные задачи предприятий транспортного комплекса в области передачи информации и является адаптируемой к конкретным условиям.

Разработанная формализованная методика выбора параметров базовой архитектуры, использующая численные оценки качества взаимодействия приложений, позволяет производить выбор параметров на основании количественных оценок, а также определять функции системы управления системой передачи информации

Предложенный в работе набор типовых критических ситуаций, а также методика их выявления и оповещения, позволяют сократить количество случаев выхода параметров системы за установленные границы и повысить адаптивность системы к изменению состояния каналов передачи информации.

Реализованные внедрения СПТИ (Петербургский метрополитен, Октябрьская железная дорога) на основе предлагаемых в работе методик подтверждают их востребованность и адекватность задачам, возникающим на предприятиях транспортного комплекса.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Касаткин, Александр Владимирович, 2003 год

1. James Fenner, Application integration techniques, http://\vwwxs.ucl^c.uk/staff/W.Emmerich/lectures/3C05-02-03/aswe21-essay.pdf

2. Middleware and Businessware Market Forecast and Analysis Summary, 2001-2005, IDC Research, http://www.idc.com/getdoc.jhtml?containerId=28373

3. Eric Roch, Application Integration Business and Technology Trends, EAI Journal, August 2002, http://www.eaijournal.com/PDF/EAITrendsRoch.pdf

4. The Emerging Digital Economy, April 1998 report of the United States Department of Commerce, http://www.unc.edU/depts/jomc/academics/dri/011/growth.html

5. Касаткин A.B. Системы технологической почты — гарантированная доставка информации и средство для интеграции приложений, BYTE, №5-6, 1999 г., с. 28-34, 38-45

6. Sungchul Hang, Method-Oriented В2В Application Integration, http ://www.to wson .edu/~shong/teaching/cosc643/l

7. David S. Linthicum, Where Enterprise Aplication Integration Fits with Web Services, Softwaremag.com, April 2003, http://www.softwaremag.com/L.cfm?Doc=2003-April/WebServices

8. С.Санблэд, П. Снблэд, Разработка масштабируемых приложений для MS Windows, Москва, Русская редакция, 2002 г.

9. Д.Марка, К.МакГоуэн, Методология структурного анализа и проектирования, http://ooad.asf.ru/standarts/idef/sadt/index.shtml

10. И. Гордиенко, Закон успешной комбинации, http://old.computerra.ru/online/xxi/283

11. Л.Б. Миротин, Т.А. Прокофьева, О.М. Лопаткин, А.Г. Некрасов, Зарубежная практика создания и функционирования транспортныхтерминальных комплексов, Железнодорожный транспорт. 2003. -№7. - С.47-52

12. З.Касаткин А.В., Средства middleware и их классификация, PCWeek/RE, №19, 1999 г.

13. Middleware and Businessware Market Forecast and Analysis Summary, 2001-2005, IDC Research, http://www.idc.com/getdoc.jhtml?containerId=28373

14. Gray Т., Enterprise QoS Survival Guide: 1999 Edition, http://qos.internet2.edu/wg/documents.shtml

15. H. Игнатович, IBM MQSeries: архитектура системы очередей сообщений, "Открытые Системы", #09-10/1999, http://www.citforum.ru/programming/digest/ibmmqs.shtml

16. Ермаков Е.Т., Опыт работ по разработке и внедрению автоматизированных систем для станций, http://pktb.css-mps.ru/publich/005.html

17. Mark F. Creamer, Heterogeneous Computing Comes of Age, Enterprise Systems Journal, http://www.sengi.com/downloads/PDFDOCs/WhitePaper-EnterpriseArticle-EAIMiddleware6-00.pdf

18. Steve Craggs, File transfer for the future. Using modern file transfer solutions as part of an EAI strategy, White Paper, http://www.eaiindustry.org/docs/member%20docs/eai/FileTransferfor theFuture.pdf

19. Hancen, M. Open middleware standards are redefining EAI and B2B intergration, Intelligent EAI, 25.10.2001, http://www.inteligenteai.eom/feature/010810/featll .shtml

20. McVey, S., Cundiff, R., The Essential Supply Chain, TechnologyEvaluation.COM, 25.10.01, http://www.intranetjournal.com/features/supplychain.html

21. Hansen, M., Mamorsky, P. Java Connector Architecture: The feature of EAI, EAI Journal, May 15, 2001.

22. Correia, J., The Global Economic Impact on the Application Integration. and Middleware Markets, Gartner Group, Aug. 8, 2001

23. Pezzini, M., Thompson, J., Ten Golden Rules for Starting Application Integration, Gartner Group, Nov. 20, 2001

24. IBM MQSeries Workflow, Concepts and Architecture, version 3.2, www3.ibm.com/software/integration/mqfamily/library/manualsa/fmcg0/fmcg Omst.htm

25. MQSeries Family White Paper, June 1999, www-3.ibm.com/software/integration/support/supportpacs/individual/supportp acs/mqsecf.pdf

26. Касаткин A.B., Системы передачи технологической информации на железнодорожном транспорте. Возможность применения стандартного программного обеспечения MQSeries, Материалы конференции "Инфотранс-2002"

27. Касаткин А.В, Реализация систем технологической почты на основе промежуточного ПО (middleware) различных производителей, Readme, №6, 1998 г., с. 35-37

28. Касаткин А.В., Архитектура систем передачи технологической информации, Неделя науки-2002, СПб, ПГУПС, 2002 г., с. 367-368

29. D. Linthicum, A Promising And Perhaps Model Standard, www.ebizq.net/topics/scm/features/1471 .html

30. D. Linthicum Middleware Basics: Not As Basic As You Might Think, www.ebizq.net/topics/messagingmiddleware/features/2049.html

31. John Schmidt, Transforming EAI from Art to Science, www.businessintegrationjournal.com/Department.asp ?DepartmentID=5

32. А.А.Орлюк, А.Н.Ефимов, А.Е.Нартов, Электронный документооборот перевозочного процесса, "Автоматика, связь информатика", №11, 2002 г., http://pktb.css-mps.ru/publich/asil l02ed.doc

33. А.А.Орлюк, Г.Н.Баврин Система ДИСПАРК: функциональные возможности и эффективность, "Автоматика, связь информатика", №4, 2002 г., http://pktb.css-mps.ru/publich/asi4020rluk.htm

34. П.А.Козлов, Информатизация и автоматизация управления — приоритетное направление отрасли, "Автоматика, связь информатика", №4, 2000 г., http://pktb.css-mps.ru/publich/asi400Kozlov.htm

35. А.А.Орлюк, А.Н.Крестинин, Проблемы разработки и внедрения автоматизированных систем, "Автоматика, связь информатика", №4, 2000 г., http://pktb.css-mps.ru/publich/asi4000rluk.htm

36. А.А.Орлюк, Создание программных продуктов в условиях МПС, http://pktb.css-mps.ru/publich/001 .html

37. А.В.Крестинин, Перспективы применения электронного обмена данными в грузовых перевозках в международном сообщении, http://pktb.css-mps.ru/publich/004.html

38. Яковлев В.В., Локальные сети персональных ЭВМ, Ч. 1.-СП6: ПГУПС. 1993

39. Д.А. Милованцев, Ю.А. Фонтанов, В.Г. Воронин, Информатизация государственных служб в период построения глобального информационного общества, Электросвязь. 2003. - №7. - С.9-12

40. Н. Игнатович, IBM MQSeries: архитектура системы очередей сообщений, Открытые системы, #09-10/1999, http://www.citforum.ru/programming/digest/ibmmqs.shtml

41. V. Narayan, Application integration environment for messaging/queuing model, Second International Symposium on Autonomous Decentralized Systems (ISADS'95), http://info.computer.org/proceedings/isads/7087/70870169abs.htm

42. Rikard Land, Ivica Crnkovic, Software Systems Integration and Architectural Analysis A Case Study, http://csdl.computer.org/comp/proceedings/icsm/2003/1905/00/ 19050338abs.htm

43. Tommy Joseph, A Messaging-Based Architecture for Enterprise Application Integration, The Proceedings of 15th International Conference on Data Engineering, http://china.computer.org/proceedings/icde/0071/00710062abs.htm

44. Mark Davydov, Getting ERPs on the same page, Intelligent Enterprise, October 2000, http://www.intelligenteф.com/feature/2000/10/davydov0ct20.shtml

45. Apex Technologies, Whitepaper on Enterprise Application Integration Technology, http://www.firstapex.com/content/Pdfs/WP-EAI-l .O.pdf

46. John Williams, Keys to Enterprise Application Integration, The Proceeding of Technology of Object Oriented Languages and Systems (TOOLS),http://china.computer.org/proceedings/tools/0774/07740399.pdf